CN102030413B - 净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施及其构建方法 - Google Patents

Abstract

净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施及其构建方法，属于水污染控制工程技术领域，该设施包括由上级平台和下级平台组成的梯级护岸，上级平台上设有至少一个溢流井和溢流管，溢流井之间通过截流干管相连，下级平台上设有廊道式污水组合处理单元。充分利用河岸两侧溢流口间沿河道方向的空间，集成物理强化-生态处理组合单元，形成以多功能梯级生态护岸为载体的溢流污水深度截流系统，提供一种净化溢流污水的梯级生态护岸设施，在保障防洪排涝安全、不增加或少增加护岸占地的条件下，提升护岸对溢流污水的收集处理能力和效果，同时更好地发挥护岸的景观营造和亲水功能。

Description

净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施及其构建方法

技术领域

本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及城市河湖治理中一种具有净化溢流污水能力的生态护岸设施，特别涉及对以溢流污水型式进入河道的污染物具有收集净化效果的多功能梯级生态护岸设施及其构建方法。 

背景技术

目前河道工程中所采用的护岸型式主要有非结构性护岸和结构性护岸两大类。非结构性护岸，主要指利用自然界泥土、植物及原生纤维物等物质形成坡度较缓的水系护岸，具有占地大、工程量小、取材方便、经济性好、对生态干扰最少的特点，多适用于河岸坡度较缓、河道水流平稳，非城市密集区的河道。结构性护岸，主要指采用木材、石材、砼、钢筋混凝土等结构性材质建设的水系护岸，根据建造材质的差别，结构性护岸又有柔性护岸和刚性护岸之分。采用木格垄、阶梯式石砌与自然缓坡相结合柔性护岸，对生态干扰少、施工方便，护岸的硬质化程度不高，但占地较大，在各种河岸坡度的景观休闲区河道中应用较多；而采用浆砌块石、现浇混凝土等为主的刚性护岸，高度硬质化导致了水陆生态流的交换被割断，但因占地少，在岸线用地紧张的城市密集区仍然得到了广泛的应用。 

近年来，在岸线用地紧张的城市河道护岸工程改造、建设中，为了综合体现河道的生态、景观等其他功能，同时确保道的防洪安全，不少地方采用了多种生态型护岸构建技术，如土工材料复合种植基、三维植被网、植被型生态混凝土、多孔混凝土生态囊、土壤固化剂等对岸坡结构进行稳定、防护处理，为岸坡植物的生长提供良好的环境，改善岸坡生态和景观效果，并实现岸坡对径流污染的削减和控制。但受生态单元处理能力、河岸带占地范围等因素限制，现有城市生态护坡设施的处理径流污染时，水力负荷低、处理规模小、污染物削减量也不高，在溢流污水污染的收集、削减和控制方面，相关研究和应用更是十分欠缺。 

发明内容

发明目的：本发明的目的就在于针对城区截流式合流制改造中溢流污水排放污染城市河道的问题，将廊道式污水组合处理单元集成于结构性梯级护岸上，并与排水系统中的溢流口相连，基于物理强化-生态处理组合工艺，提供一种净化 溢流污水的多功能梯级生态护岸设施及其构建方法，解决现有溢流污水生态处理技术水力负荷低、占地大的弊端，同时保障河道护岸的亲水性和景观效果。 

技术方案：净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施，该设施包括由上级平台和下级平台组成的梯级护岸，上级平台上设有至少一个溢流井和溢流管，溢流井之间通过截流干管相连，下级平台上设有廊道式污水组合处理单元，廊道式污水处理单元沿水流流向，依次设有进水区、高效沉淀区和人工湿地区，溢流井通过溢流管与进水区相连，进水区设有超越口，高效沉淀区内设有侧向流翼片斜板，高效沉淀区的进口和出口分别设置进水配水花墙和出水配水花墙，进水配水花墙上通水孔沿水深均匀分布，出水配水花墙上的通水孔沿水深均匀分布，但开孔尺寸依次减小，人工湿地区底部填充砾石、粗砂或土壤，上部设有黄花鸢尾、千屈菜、香蒲、美人蕉或水陆两栖草皮中的任一种或几种；人工湿地区的末端设有高于河道常水位的排水管。进水区和高效沉淀区顶部设有顶盖，顶盖上铺设纤维网，纤维网设有植物。 

净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施的构建方法，构建步骤为：在城市河道边创建由上下两级平台组成的梯级护岸，在上级平台上设置溢流井，布设截流干管将溢流井连接；在下级平台上布设由进水区-高效沉淀区-人工湿地区依次排列组合而成的廊道式污水组合处理单元，处理单元的宽度与下级平台宽度相当；将廊道式处理单元的进水区通过溢流管与溢流井相连；在进水区安放溢水管，在高效沉淀区内放置侧向流翼片斜板，高效沉淀区的进口和出口分别设置进水配水花墙和出水配水花墙，进水配水花墙上开设沿水深均匀分布大小均等的通水孔，出水配水花墙上开设布设均匀、孔径沿水深递减的通水孔，人工湿地区底部填充砾石、粗砂或土壤，上部种植黄花鸢尾、千屈菜、香蒲、美人蕉或水陆两栖草皮中的任一种或几种；人工湿地区域末端高于河道常水位处安放廊道式处理单元的排水管。 

有益效果：本发明的优点和效果在于根据护岸的特点，充分利用河岸两侧溢流口间沿河道方向的空间，集成物理强化-生态处理组合单元，形成以多功能梯级生态护岸为载体的溢流污水深度截流系统，提供一种净化溢流污水的梯级生态护岸设施，在保障防洪排涝安全、不增加或少增加护岸占地的条件下，提升护岸对溢流污水的收集处理能力和效果，同时更好地发挥护岸的景观营造和亲水功能。溢流污水进入河道护岸后，通过设置于护岸中的廊道式组合处理单元逐级处理后进入河道。溢流污水中的SS通过沉淀区内的高效沉淀单元的沉淀作用、人工湿地区的基质材料(如砾石、粗砂、土壤等)和植物根系的截留作用去除，有机物通过人工湿地中基质材料上生长的生物膜吸附作用和同化作用去除，N、P等营养物质一方面可通过作为植物和微生物生长的营养成分被利用而去除，另一 方面通过好氧、缺氧、厌氧交替的微环境下湿地基质上微生物的硝化反硝化作用而去除。对溢流发生后期超过组合单元处理能力、污染较轻的溢流污水，则通过超越排放进入河道水体。 

本发明的护岸设施亲水性强、沿岸景观营造美观，构建方法实施便利，也可以根据城市河道实际情况生产预制件现场安装，用于溢流污水收集净化和污染物控制效果好。 

附图说明

图1——本发明平面图。 

图中1-上级平台，2-下级平台，3-溢流井，4-溢流管，5-进水区，6-进水配水花墙，7-高效沉淀区，8-出水配水花墙，9-人工湿地区，10-排水管，11-超越口。 

图2——本发明纵剖面图。 

图中5-进水区，6-进水配水花墙，7-高效沉淀区，8-出水配水花墙，9-人工湿地区，10-排水管，11-超越口。 

图3——本发明侧视图。 

图中1-上级平台，2-下级平台，3-溢流井，4-溢流管，5-进水区。 

图4——本发明A-A剖面图。 

图5——本发明B-B剖面图。 

图6——本发明C-C剖面图。 

图7——本发明D-D剖面图。 

具体实施方式

下面结合具体实例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。 

实施例1： 

在河道边建设由上级平台1和下级平台2组成的梯级护岸，上级平台与道路平齐，下级平台高程较河道常水位高0.5m，平台宽度3m。在上级平台布设直径600mm的截流干管、直径800mm的溢流井3和直径500mm的溢流管4，通过截流干管将溢流井连接，在下级平台布设混凝土制成的廊道式污水组合处理单元，长15m，宽3m，深度0.5m，将溢流管4与廊道式污水组合处理单元相连，如图1、图3所示。在廊道式污水组合处理单元中设置隔板，沿水流流向将廊道式污水处理单元依次分割成进水区5、高效沉淀区7和人工湿地区9。其中进水区1m×3m，沉淀区5m×3m，湿地区4m×3m，总平面面积约为30m²。在高效沉 淀区7中放置侧向流翼片斜板，在人工湿地区9底部填充总厚度800mm的单一粒径的砾石(5～10mm)，上部覆土100mm，种植百慕大草。在沉淀区的进口和出口分别设置进水配水花墙6和出水配水花墙8，分别用于沉淀池和人工湿地的进水分配。进水配水花墙6上的通水孔沿水深均匀分布，单个通水孔尺寸为10cm×10cm，出水配水花墙8上的通水孔开孔尺寸沿水深依次减小，其中上部开孔尺寸为20cm×20cm，中部开孔尺寸为10cm×10cm，下部尺寸为5cm×5cm。在进水区5和沉淀区7顶部放置与廊道式污水组合处理单元尺寸匹配的长形顶盖，上铺设植物纤维网，种植黄花鸢尾。 

随降雨量的增加，截流式合流制排水系统开始溢流。溢流污水由溢流管4进入廊道式污水处理组合单元中的进水区5。当溢流水量小于等于超过廊道式组合处理单元的处理能力时，溢流污水通过沉淀池穿孔配水花墙6进入高效沉淀区7，在沉淀区中利用侧向流翼片斜板形成的沉淀单元截流水中的悬浮物和部分有机物。沉淀后的溢流污水通过出水配水花墙8进入人工湿地区9，在基质材料上生物膜的吸附和降解作用下，去除溢流污水中的污染物。当来水量大时，湿地进水由上层孔道进入，湿地趋向表面流方式运行，当来水量小或来水停止时，湿地进水由中层和下层孔道进入，既可进一步降解污染物，也可保持湿地区域的水分和运行。 

进入降雨中后期时，溢流污水浓度逐渐降低，溢流水量不断增加。当溢流污水水量超过廊道式组合处理单元的处理能力，此时，进入进水区5的溢流污水通过超越口11排放至河道中。 

试验研究表明，在排水系统溢流口上游汇水区域面积1.0ha，护岸设施的进水区和沉淀区可收集约25m³的溢流污水进行调蓄处理，排水系统截流倍数可由1.0提高为1.8，减少了溢流的污水量。利用净化溢流污水的多功能梯级生态护岸设施收集净化溢流污水，溢流污水化学需氧量(COD)为48～170mg/L，氨氮(NH₄ ⁺-N)为8.5～28.7mg/L，总氮(TN)为15.1～33.8mg/L，总磷(TP)为0.7～4.0mg/L，悬浮固体(SS)为32～479mg/L。经护岸处理后出水COD的平均去除率可达84％以上，NH₄ ⁺-N的平均去除率可达62％以上，TN的平均去除率可达53％以上，TP的平均去除率可达72％以上，SS的平均去除率达90％以上。与具有面源控制的其他生态护坡相比，处理水量大、污染物去除效率高，体现了净化溢流污水的多功能梯级生态护岸设施功能多样、净化高效的特点。 

生态护岸设施净化污染效果比较 

实施例2： 

净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施由上级平台1和下级平台2组成的梯级护岸，上级平台1上设有至少一个溢流井3和溢流管4，溢流井之间通过截流干管相连，下级平台2上设有廊道式污水组合处理单元，廊道式污水处理单元沿水流流向，依次设有进水区5、高效沉淀区7和人工湿地区9，溢流井3通过溢流管4与进水区5相连，进水区5设有超越口11，高效沉淀区5内设有侧向流翼片斜板，高效沉淀区7的进口和出口分别设置进水配水花墙6和出水配水花墙8，进水配水花墙6上通水孔沿水深均匀分布，出水配水花墙8上的通水孔沿水深均匀分布，但开孔尺寸依次减小，人工湿地区9底部填充砾石、粗砂或土壤，上部设有黄花鸢尾、千屈菜、香蒲、美人蕉或水陆两栖草皮中的任一种或几种；人工湿地区9的末端设有高于河道常水位的排水管10。进水区5和高效沉淀区7顶部设有顶盖，顶盖上铺设纤维网，纤维网设有植物。 

净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施的构建方法，构建步骤为：在城市河道边创建由上下两级平台组成的梯级护岸，在上级平台上设置溢流井，布设截流干管将溢流井连接；在下级平台上布设由进水区-高效沉淀区-人工湿地区依次排列组合而成的廊道式污水组合处理单元，处理单元的宽度与下级平台宽度相当；将廊道式处理单元的进水区通过溢流管与溢流井相连；在进水区安放溢水管，在高效沉淀区内放置侧向流翼片斜板，高效沉淀区的进口和出口分别设置进水配水花墙和出水配水花墙，进水配水花墙上开设沿水深均匀分布大小均等的通水孔，出水配水花墙上开设布设均匀、孔径沿水深递减的通水孔，人工湿地区底部填充砾石、粗砂或土壤，上部种植黄花鸢尾、千屈菜、香蒲、美人蕉或水陆两栖草皮中的任一种或几种；人工湿地区域末端高于河道常水位处安放廊道式处理单元的排水管。 

Claims (3)

1.净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施，其特征在于该设施包括由上级平台(1)和下级平台(2)组成的梯级护岸，上级平台(1)上设有至少一个溢流井(3)和溢流管(4)，溢流井之间通过截流干管相连，下级平台(2)上设有廊道式污水组合处理单元，廊道式污水处理单元沿水流流向，依次设有进水区(5)、高效沉淀区(7)和人工湿地区(9)，溢流井(3)通过溢流管(4)与进水区(5)相连，进水区(5)设有超越口(11)，高效沉淀区(5)内设有侧向流翼片斜板，高效沉淀区(7)的进口和出口分别设置进水配水花墙(6)和出水配水花墙(8)，进水配水花墙(6)上通水孔沿水深均匀分布，出水配水花墙(8)上的通水孔沿水深均匀分布，但开孔尺寸依次减小，人工湿地区(9)底部填充砾石、粗砂或土壤，上部设有水陆两栖草皮；人工湿地区(9)的末端设有高于河道常水位的排水管(10)。

2.根据权利要求1所述的净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施，其特征在于进水区(5)和高效沉淀区(7)顶部设有顶盖，顶盖上铺设纤维网，纤维网设有植物。

3.净化溢流污水的城市河道梯级生态护岸设施的构建方法，其特征在于构建步骤为：

a.在城市河道边创建由上下两级平台组成的梯级护岸，在上级平台上设置溢流井，布设截流干管将溢流井连接；

b.在下级平台上布设由进水区-高效沉淀区-人工湿地区依次排列组合而成的廊道式污水组合处理单元，处理单元的宽度与下级平台宽度相当；

c.将廊道式处理单元的进水区通过溢流管与溢流井相连；在进水区安放溢水管，在高效沉淀区内放置侧向流翼片斜板，高效沉淀区的进口和出口分别设置进水配水花墙和出水配水花墙，进水配水花墙上开设沿水深均匀分布大小均等的通水孔，出水配水花墙上开设布设均匀、孔径沿水深递减的通水孔，人工湿地区底部填充砾石、粗砂或土壤，上部种植水陆两栖草皮；人工湿地区域末端高于河道常水位处安放廊道式处理单元的排水管。

Images