CN101045585A

CN101045585A - 一种河流面源污染的旁置生物净化方法

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Publication number: CN101045585A
Application number: CNA2007100903018A
Authority: CN
Inventors: 金相灿; 胡小贞; 卢少勇; 叶春; 储昭升
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: CN101045585B

Abstract

本发明属水污染控制与生态修复技术领域。公开了一种净化河流面源污染的旁置生物净化方法。通过因地制宜地利用河道旁现在的水库或水塘，将其改造成旁置式生物净化系统。该净化系统包括：(1)拦水闸与引水系统(2)平流式沉砂池系统(3)配水与水力优化(4)植物强化净化系统(5)深水净化系统(6)放水闸系统(7)优化运行与管理。携带高浓度污染物的河流初期与前期暴雨径流被截入净化系统中，经过沉砂作用与植物净化作用后出水重新回到河道，最大可能地去除泥沙、氮、磷等污染物的量。是一种投资较小、见效快的面源污染治理方法。

Description

一种河流面源污染的旁置生物净化方法

技术领域

本方法提供了一种将河道旁现有的水库或水塘改造成旁置生物净化系统的方法，通过改造后净化系统的沉砂作用与植物净化作用而达到去除河流悬浮物、氮、磷等面源污染的目的，本方法属水污染控制与生态修复技术领域。

背景技术

近年来，随着人类活动的增加，许多河流上游植被破坏严重，造成水土流失，河流两岸村落污染、农田面源污染大量排放，给河流带来严重的面源污染。河流是湖泊水体悬浮物、营养盐氮与磷的直接输入者，河流面源污染的增加，一方面使河流难以满足水环境功能的需求，另一方面增加了河流输入湖泊的污染负荷量。对河流面源污染进行治理、在河流入湖前削减其污染负荷成为湖泊富营养化控制的重要内容之一。

我国已在河流面源污染治理方面开展了一定的研究。南京环境科学研究所的张永春等于2004年公开了“平原河网地区面源污染强化净化前置库系统”，该系统通过设立调节子系统、沉降子系统、生态透水坝、前置库库区这4个部分，对平原河网地区面源进行强化净化。南京大学的安树青等于2003年公开了“沟渠河流坡岸构造湿地废污水处理方法”，通过仿建自然生态系统，设计了沟渠河流坡岸构造湿地废污水处理系统，具处理污水、绿化护坡、美化景观等特点。而因地制宜地利用河道旁现有的水塘或水库，将其改造成具沉砂作用与植物净化作用的面源净化系统，在我国尚无报道与应用的先例。

发明内容

本发明基于河流暴雨径流污染物输出特征，即初期径流和前期径流携带大量的泥沙和N、P污染物，因地制宜地利用河道旁现在的水库或水塘，将其改造成旁置式生物净化系统，将携带污染物负荷量高的初场暴雨径流和前期暴雨径流截入净化系统中进行净化，净化后的水重新回到河道，最大可能地去除泥沙、氮、磷等污染物量，同时又不影响河道的行洪。具体包括如下7部分内容：

1、拦水闸与引水系统

在河道内适当位置建立拦水闸坝，将河流水截入旁侧水库进行净化。主要截流的水为：河流枯水期水、河流平水期部分水(根据库容定)、河流初期暴雨径流和暴雨前期径流。根据水库或水塘的库容确定设计流量，超过设计流量的水、暴雨后期水或特大洪水不进入净化系统，以保证不影响河道行洪。根据河流与水库间的相对位置设立引水渠，截流的水通过引水渠进入水库或水塘。

2、平流式沉砂池系统

河流暴雨径流尤其是初期暴雨径流中携带大量的泥沙、颗粒态氮、磷等污染物含量较高。在水库内浅水处设立平流式沉砂池，河水经引水渠引入沉砂池后，含沙的径流在沉砂池中减速或旋转，利用泥沙与水的重力差或离心力差异，将设计粒径以上的泥沙沉降，同时相应地去除了泥沙中所含的N、P污染物。

沉砂池的面积根据斯托克“溢流速度”法进行计算：

溢流速度小于或等于沉降速度时，颗粒物将被去除，即

OR＝Q/As≤w

其中：OR-溢流速度(m/s)

Q-流量(m³/s)

As-沉砂池面积(m²)

w-泥砂沉降速度(m/s)

沉砂池泥斗容积按照下述公式计算：

V＝S_泥/t

其中：v-泥斗容积(m³)

S_泥-年泥沙沉积量(m³/a)

t-清理沉砂池时间间隔(a)

3、配水与水力优化

在水库或水塘内，沉砂池出水入植物强化净化系统之前，因地制宜建配水渠，使沉砂池出水均匀分配入植物强化净化系统，以提高植物的净化效果。同时根据水库或水塘的水下地形条件，在水库或水塘局部位置，通过开挖水下沟等方式，延长水流流程，防止短流，使水均匀流过整个水库段面。

4、植物强化净化系统

沉砂池出水中仍含细颗粒泥沙和较多的溶解态污染物，在水库或水塘浅水区(＜3m)，根据水深与底质条件构建由湿生带、挺水带、浮叶带和沉水植物带组成的植物强化净化带，通过植物根部的接触沉淀、植物对污染物的吸附和吸收作用而去除细颗粒泥沙和大部分溶解态污染物质。

5、深水净化系统

由于考虑到农村地区一般水库或水塘的蓄水与农灌功能，水库水面不可能全部种植强净化能力的水生植物。为充分利用水库的库面面积，在水库或水塘深水区，即正常蓄水位时水深超过3m的区域，恢复以沉水植物和漂浮植物为主的净化带，使面源污染河水在净化系统的停留时间达到5-10天，污染物得到进一步的净化。植物配置以水库现有沉水植物种类为主，通地加强保护与人工恢复，使沉水植物达到合理的分布面积。

6、放水闸系统

经生物净化系统净化后的出水由放水闸重新回到河道。通过放水闸调节净化系统的出水，保证河水在净化系统中足够的停留时间。一般农村地区可用钢筋砼制作闸门，根据闸门重量选择安装电动启闭机。

7、优化运行与管理

通地对净化系统的进出水优化调控与运行期间的管理，加强净化系统净化效益的发挥。主要包括制定优化运行方案、运行管理对策与监测方案。

本发明具有如下优点：(1)因地制宜地利用河道旁现有的水库或水塘，不需重新开挖，土石方量少，工程投资小。(2)在河道中设立拦水闸坝，主要拦截初期暴雨径流和前期暴雨径流，不影响河道的行洪。净化后出水重新流回河道，不对河流水量产生影响。(3)充分利用水库或水塘的水下地形，改造成平流式沉砂池与植物强化净化系统，最大可能地发挥对泥沙、氮、磷的去除效果。(4)生物净化系统所用的植物主要为本地的、具较强净化能力的物种，成本低，耐成活，无外来物种问题。若采用本地经济水生植物如茭白、菱等，则每年还可将经济水生植物收获后销售，获得一定的经济收入。

附图说明

图1：旁置生物净化系统断面示意图

图2：旁置生物净化系统平面布置图

其中：(1)-进水闸与引水系统 (2)-沉砂池系统 (3)-配水与水力优化 (4)-植物强化净化系统 (5)-深水净化系统 (6)-放水闸系统

具体实施方式

结合云南大理“洱源弥苴河水环境综合治理工程”前期研究项目，在洱海上游的凤羽河开展了凤羽河面源污染治理旁置生物净化系统的研究。该净化系统平面布置见附图2。凤羽河是洱海上游河流的主要补给水源，由于接纳山地水土流失、村落污水、农田面源等污染源，目前凤羽河面源污染严重，水质显著恶化，为地表水IV类，凤羽河水如不经处理，将对洱海上游的弥苴河及洱海产生污染。通过因地制宜地利用位于凤羽河中游的小(一)型水库-上村水库，将其改造成旁置生物净化系统，将凤羽河水引入净化。具体内容如下：

1、生物净化系统选址

通过现场踏勘与考察，确定凤羽河中部的上村水库作为改造的对象。该水库面积0.38km²，死库容7.35万m³，总库容135.4万m³。水库平均水深4-5m。上村水库的主要功能是农灌功能，保证下游玉湖镇约4500亩农田的灌溉。

2、进水闸与引水系统(1)

河道内原有一简易引水闸与50m长的引水渠。保留原有的引水闸，并对其进行改造，安装电动起臂机，改人工启闭为电机启闭。在原有引水闸下游10m左右，建立拦水闸。利用拦水闸、引水闸将凤羽河水引入上村水库进行净化。由于河道宽度5-6m、河床底至岸顶高差约1.5-2m，为满足根据不同季节变化方便调节水位的要求，采用钢筋混凝土平板闸。为方便启闭，采用双闸孔，在河中设一闸墩。每个闸门由六组200mm高、重约110kg的闸门板组合而成，以便调节进入水库的水量，同时减少闸门一次提升重量，方便启闭。同时在闸墩顶部搭设2～4块钢筋混凝土板形成简易桥梁，方便操作人员调节闸门，也为当地居民行走提供便利条件。

保留引水闸原有的拦污格栅，并针对原有拦污栅栅条间距大而难以有效拦截较小块的垃圾，在其后5m处增设细格栅1道。栅条总长度为12m，分6格，每格宽2m，高1.5m，格栅倾角60°。格栅采用圆钢，四周为扁钢栅槽，圆钢直径15mm，栅条间距5mm。格栅清渣采用人工清渣，格栅拦截的垃圾送往附近的垃圾收集池。

3、沉砂池系统(2)

根据上村水库的水位变化情况及现场地形勘测，沉砂池设置于水库前端高程2077.55m处。建立4个面积为2100m²、有效水深1.1m的平流式沉砂池，根据水文资料计算得设计流量10m³/s，泥沙去除粒径0.1mm，泥斗容积7800m²。

4、配水与水力优化(3)

在沉砂池出水处设置配水渠，配水渠采用沟形矩形齿口加Φ100毛石配水系统，沟宽0.6m，深0.6m，毛石宽0.5m。配水渠沿高程2077.2m布设，长度为250m。

为了使进水在生物净化系统中流经较长的水力流程，防止短流，根据现场地形条件，在上村水库东侧，采取开挖水下沟的方式，使水均匀流过整个水库段面。根据现场地形，拟开挖20条宽4m、间隔1m的水下沟。

5、植物强化净化系统(4)

根据水库前端的地形及植物带宽度与污染物去除间的关系，植物强化净化带设为宽200m，长300m，面积约90亩。不同生活型植物对污染物净化能力有一定的差异。本植物强化净化系统由湿生植物带、挺水植物带、浮叶植物带和沉水植物带组成。

湿生带：由于湿生植物对细颗粒泥沙有阻拦作用，湿生植物宽度设为20m，布设于高程2077.0-2077.2m之间，面积9亩；

挺水带：由于挺水植物对细颗粒泥沙及可溶性氮、磷的净化能力较强，本植物强化净化系统以挺水植物带为主，挺水植物带宽度设为120m，布设于高程2076.5-2077.0m之间，面积54亩；

浮叶带：由于浮叶植物对低浓度污染负荷水净化能力较强，配置浮叶植物带宽度10m，布设于高程2076.0-2076.5m之间，面积4.5亩；

沉水植物带宽度50m，布设于高程2175.5-2176.0m之间，面积22.5亩。

6、深水净化系统(5)

上村水库高程2175.0m以下，平均水深3-5m，充分利用这片开阔水面，恢复沉水植物，使植物强化净化带出水经这片深水区的植物进一步净化，提高净化效率。

植物配置以上村水库原有沉水植物种类为主，通地加强保护与人工恢复，使沉水植物达到合理的分布面积。深水区植物配置在选用现有植物种类的基础上，配置其它一些当地常见的、具较强净化能力的植物种类，如金鱼藻、微齿眼子菜、黑藻等，使深水区的水生植物达到60-70％的覆盖度。

7、放水闸系统(6)

对上村水库原有的放水涵闸进行改建，重新制作安装闸门，在原放水涵闸处重新设置钢筋砼闸，维修闸槽，根据情况安装新的止水橡胶条，将目前的手动起闭机改为电动。新的闸门依旧采用钢筋混凝土板结构，四周用角钢或扁钢包边，防止磕碰损坏闸门。

8、优化运行与管理

与上村水库水位调控相结合，建立专门的管理机构，配备专门的管理人员负责前置库的运行与管理。包括进、出水闸门的调控、格栅垃圾的清除、沉砂池定期清淤、净化系统植物的补种与收割、植物生长监测等。

Claims

1、一种河流面源污染的旁置生物净化方法。其特征是在河道旁侧设立生物净化系统，将受面源污染的河水截入净化系统中净化。该净化系统由河道内拦水闸与引水系统、平流式沉砂池系统、配水与水力优化、植物强化净化系统、深水净化系统等内容组成。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是因地制宜地利用河道旁现有的水库或水塘，将其改造成旁置生物净化系统，该系统具物理沉降与植物净化作用等功能，有效去除悬浮物、氮、磷等面源污染物。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是通过在河道内设立拦水闸坝，将污染物浓度较高的初期暴雨径流和前期径流截入净化系统中，充分利用现有的库容有效去除泥沙等颗粒态物质与氮磷等营养物质。净化后河水通过放水闸重新回到河道中，不影响河道的水量。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征是在水库或水塘浅水处设立平流式沉砂池系统，在3m水深以内设立植物强化净化系统，3m以上水深设立深水净化系统。通过在植物净化系统前设置配水渠均匀配水提高植物净化效果，通过因地制宜地开挖水下沟延长植物净化系统的水力流程。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征是在水库或水塘浅水区(＜3m)，根据水深与底质条件构建由湿生带、挺水带、浮叶带和沉水植物带组成的植物强化净化带，通过植物根部的接触沉淀、植物对污染物的吸附和吸收作用去除细颗粒泥沙和大部分溶解态污染物质。在水库或水塘水深超过3m的区域，恢复以沉水植物和漂浮植物为主的净化带，使面源污染河水在净化系统的停留时间达到5-10天，污染物得到进一步的净化。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征是通地对净化系统的进出水优化调控与运行期间的管理，加强净化系统净化效益的发挥。主要包括制定优化运行方案、运行管理对策与监测方案。