CN102503037B - 水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统 - Google Patents

水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统 Download PDF

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水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统，由进水引水系统、跌水台、粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝、细沙-狗牙根滤水坝和出水引水系统构成，所述的进水引水系统由提水机和布水渠构成，提水机的出水端设置在布水渠内，布水渠的排水端一侧依次设有跌水台、粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝、细沙-狗牙根滤水坝和出水引水系统，布水渠的排水端通过跌水台与粗砂-水芹复合生态滤水坝的进水端连通；该系统结构简单，运行管理成本低，效果好；即可适应高度污染的城市河道水质净化，也可适应微污染的河道水质修复，适应性强。

Description

水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统
技术领域
本发明涉及一种适用于城镇河道富营养化水体的修复系统，具体的说是水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统。
背景技术
城镇河道水系是城镇的一道重要生态景观，对改善城镇生态环境和居民生活质量有重要的意义，而河道水系的水质将是影响其效果的关键。城镇河道由于临近居民生活区，或者绕城而过、或者穿城而过，其水质长期受居民的干扰而恶化的情况在我国各地的大小城市是非常普遍的现象。在南方的一些城市，如无锡、苏州、常州等河网密度的城市，其城市河道由于长期遭受污染，水质已经恶化到无以复加的地步，甚至在夏季发出恶臭。治理城市河道成为这些地区的环境重点工程。而在北方城市，如洛阳，这种情况也普遍存在。
围绕城镇河道治理，国内外已经开展了大量的研究，目前已经证明有一定效果的措施主要有：（1）清淤，挖除河道底泥，减轻河道内源污染；（2）引水稀释，主要是引临近大河的水以稀释城市河道，并驱动城市河道的流动；（3）水生植被恢复，在条件合适的区段，采用生态恢复工程，对水生植被进行恢复，以修复城市河道自身的净化机制；（4）异位修复，引城市河道的被污染水进入生态修复系统进行修复，而后重新补充到河道，以降低河道水体中污染物浓度。对于以上这几类技术，前两类主要依赖大型工程，对河道系统本身的生态破坏比较严重，而对水质动态的控制能力并不强，投入大，效果往往不佳。国内不少单位曾开展水生植被恢复，或者引入外源植被对水体进行修复的技术研究，如人工浮床技术，这类技术多用于湖泊，对于河道效果如何，能否长期稳定地，高效低耗地运行，缺乏强有力的数据支撑。异位修复技术在河道水体中的修复效果也曾有不少研究，其中以东南大学所开展的利用经济作物水培控制和修复污水河道水质的研究最引人关注。他们利用水芹菜、空心菜等适宜水培的作物，设计了一套以植物根系过滤为主要特点的生态修复技术，并建立了中试规模的异位修复试验场，应用在南方城市宜兴市的污染河道水质异位修复工程中，对降低水体营养盐浓度、水体透明度等方面起到了一定的效果。
城市富营养化污染水体的一个基本特点是，水中营养盐虽然对于水生浮游植物而言浓度高，但是对于适应于陆生环境的植物而言，其浓度是低的，而且，相当部分的营养盐是以吸附在水中悬浮颗粒上的形态存在的，也有相当部分以有机颗粒的形态存在，陆生植物往往难于吸收利用。同时城市河道还有耗氧量大，透明度低的特点。这些特点并不利于各种经济作物的生长，尤其如空心菜这类适应陆生环境的植物。而这些植物往往缺乏如水葫芦、水浮莲等水生漂浮植物的发达根系，和强有力的对水中悬浮物质吸附和转化的能力。单纯利用植物根系作为过滤网以过滤水中污染物质，收效往往不高，原因也在这里。因此，要成功利用各类经济作物实现水质控制与修复，如何提高有效的水中悬浮物质的富集机制是关键。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统，系统结构简单，运行管理成本低，对高度污染的城市河道水质净化效果好。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统，由进水引水系统、跌水台、粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝、细沙-狗牙根滤水坝和出水引水系统构成，所述的进水引水系统由提水机和布水渠构成，提水机的出水端设置在布水渠内，布水渠的排水端一侧依次设有跌水台、粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝、细沙-狗牙根滤水坝和出水引水系统，跌水台高度为0.5—2m，布水渠排水端流出的水从跌水台下落后依次经过粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝和细沙-狗牙根滤水坝流至出水引水系统，水面高度不超过粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝和细沙-狗牙根滤水坝的坝体顶面；；
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝，坝体由粒径为5—10㎜的粗河砂构成，其横切面为梯形，在坝体上端面种植有水芹菜； 
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝，坝体横切面为梯形，坝体由细河砂、粉煤灰混合构成，细河沙和粉煤灰的体积比为2:1，其中细河砂粒径为0.5-1.5 mm，粉煤灰的粒径125 μm-2 mm，在坝体上端面种植有黑麦草；
所述的细沙-狗牙根滤水坝，坝体由粒径为0.25-1 mm的细河砂构成，坝体横切面为梯形，在坝体上端面种植有狗牙根，细沙-狗牙根滤水坝的排水口与出水引水系统的进水口相连通。
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝与跌水台的水平间距为50—80 cm。
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm。
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝，坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm。
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm。
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝，坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm。
所述的细沙-狗牙根滤水坝至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm。
所述的细沙-狗牙根滤水坝，坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm。
所述的出水引水系统由集水区、出水引水渠组成，集水区与细沙-狗牙根滤水坝的出水端间的距离为25—50 cm。
本发明的有益效果是：
1、系统结构简单，运行管理成本低，效果好；即可适应高度污染的城市河道水质净化，也可适应微污染的河道水质修复，适应性强，不易堵塞，出水透明度高，营养盐含量低，水质好。
2、采用由粗砂-水芹复合生态滤水坝、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝和细沙-狗牙根滤水坝三级滤水坝构成净化处理系统，各个坝体分层次净化，净化效果较好，特别是合理优化三级坝体的所采用的不同颗粒度，通过不同的颗粒度间隙来配合不同植物根系来完成净化，不仅无污染，而且净化后水质较好，可直接排放到河流中来补充水源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式的结构示意图。
图中标记：1、进水引水系统，101、提水机，102、布水渠，2、跌水台，3、粗砂-水芹复合生态滤水坝，4、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝，5、细沙-狗牙根滤水坝，6、出水引水系统，601、集水区，602、出水引水渠。
具体实施方式
如图所示，水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统，由进水引水系统1、跌水台2、粗砂-水芹复合生态滤水坝3、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝4、细沙-狗牙根滤水坝5和出水引水系统6构成，所述的进水引水系统1由提水机101和布水渠102构成，提水机101的出水端设置在布水渠102内，布水渠102的排水端一侧依次设有跌水台2、粗砂-水芹复合生态滤水坝3、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝4、细沙-狗牙根滤水坝5和出水引水系统6；由粗砂-水芹复合生态滤水坝3、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝4和细沙-狗牙根滤水坝5三级滤水坝构成净化处理系统，来完成对城市污水的净化处理。
所述的进水引水系统1，其中提水机101为抽屉河水的机器，用于抽提河水引入布水渠，布水渠102为一个通道主要功能为把污染河水引入净化系统中，布水渠可由市售PVC管串接而成，也可由砖石堆砌而成。
所述的跌水台2，为一与净化处理系统宽度相等的平台构成，布水渠102的排水端通过跌水台2与粗砂-水芹复合生态滤水坝3的进水端连通，跌水台2高度为0.5—2m，也就是说在垂直方向上跌水台2上端面液面高出下部粗砂-水芹复合生态滤水坝3液面的距离为0.5—2m ，可采用0.5m、1 m或者2m，最佳间距为1m， 布水渠内的河水通过跌水台后，落入下部的净化处理系统中，由于跌水台具有一个高度差，因此经跌水台而跌落，促进溶解氧的浓度提高，可以起到一个自然的增氧作用。
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝3，坝体横切面为梯形，坝体下底面宽30—60 cm，一般采用30、50或者60㎝，最佳宽度为50㎝；上表面宽为20—35 cm，一般为20、30或者35㎝，上表面最佳宽度为20㎝；高度为10—30 cm，最佳高度为20㎝；坝体由粒径为5—10㎜的粗河砂构成，在坝体上端面种植有水芹菜，水芹菜根系可自由分布在坝体内，并进一步扩散到坝体外水中，水芹菜根系具有发达的多级细根系统，可有效吸附水中的悬浮物，而坝体的粗河砂可促进微生物附着，形成微生物膜，对水中悬浮的有机物质进行吸附和分解，水中的营养盐则可由水芹菜吸收净化。粗砂-水芹复合生态滤水坝一般以两组为一个单位，根据河水水质状况，可以增加，滤水坝间的间距为50—80 cm，一般采用50、60或者80㎝，第一个粗砂-水芹复合生态滤水坝与跌水台水平间距为50—80 cm。
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝4，坝体横切面为梯形，坝体下底面宽30—60 cm，一般采用30、50或者60㎝，最佳宽度为50㎝；上表面宽为20—35 cm，一般为20、30或者35㎝，上表面最佳宽度为20㎝；高度为10—30 cm，最佳高度为20㎝；坝体由细河砂、粉煤灰混合构成，细河沙和粉煤灰的体积比为2:1，其中细河砂粒径为0.5-1.5 mm，粉煤灰的粒径125 μm-2 mm，在坝体上端面种植有黑麦草；由细河砂和粉煤灰构成的滤水坝可以强化难以沉降的悬浮物质，并收集溶解在河水中的营养盐和可溶性物质，在微生物的共同作用下，富集与滤水坝中，由黑麦草吸收去除。“细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝”也以两组为一个单位，滤水坝间的间距为50—80 cm。最佳间距为60㎝。
所述的细沙-狗牙根滤水坝5，坝体由粒径为0.25-1 mm的细河砂构成，坝体横切面为梯形，坝体下底面宽30—60 cm，一般采用30、50或者60㎝，最佳宽度为50㎝；上表面宽为20—35 cm，一般为20、30或者35㎝，上表面最佳宽度为20㎝；高度为10—30 cm，最佳高度为20㎝；在坝体上端面种植有狗牙根，细沙-狗牙根滤水坝的排水后与出水引水系统的进水口相连通。细沙-狗牙根滤水坝，河水经上述步骤处理后，河水中所含的污染物质已经大大降低，但是，仍然会有一些悬浮物质，以及可溶性有机物残留，包括来之于上述滤水坝上栽培的作物根系的分泌物，需要进一步去除，为此，设计两组以细河砂为坝体的滤水坝，以强化系统的净化效果。在坝体上种植狗牙根。狗牙根在此主要起到稳定坝体的作用，以避免水力冲击下垮坝，滤水坝间的间距为50—80 cm。最佳间距为60㎝。
所述的出水引水系统6由集水区601、出水引水渠602组成，集水区与细沙-狗牙根滤水坝的出水端间的距离为25—50 cm，最佳距离为30 cm，出水引水渠可由PVC管材串接，也可由砖石垒砌。出水经出水引水系统导引，重新流回城市河道的合适河段，补充河道。
本发明，整个系统自进水端到出水端，其坡度控制在5 %以内，以防水力冲击侵蚀坝体，同时以平缓的流速，促进河水中可沉降污染物质的沉降，增强系统的净化能力；系统内水深度控制在15-20 cm，水深的高度不超过坝体的高度，维持较浅的水深，以利于水体的自然复氧，增强在滤水坝内微生物的活性；整个系统中，三类滤水坝系统的依次排列布置是河水净化的关键，为适应不同污染程度的河水的生态修复需求，三类滤水坝系统可以依次增加单元数，但其排列次序不可颠倒，否则难以起到应有的效果，反而容易导致坝体堵塞，水漫坝体的情况。
该系统的操作流程：河水经由提水机提水后，引入布水渠，再进入跌水台，河水跌落后，进入净化处理系统，首先缓慢经过“粗砂-水芹复合生态滤水坝”，通过沉淀、过滤、和水芹根系吸附去除水中营养盐、悬浮污染物，再通过“细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝”，水中残留的悬浮物得到过滤去除，而水中溶解的含量物质及磷酸根等被粉煤灰吸附去除，再通过“细沙-狗牙根滤水坝”，使河水中残留的微量悬浮污染物及可溶性污染物得到去除，出水经收集后，经由出水引水系统导引，重新注入城市河道的适当河段，补充河道。

Claims (1)

1.水培植物与滤水坝相结合的富营养化水体异位修复系统，其特征在于：由进水引水系统（1）、跌水台（2）、粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4）、细沙-狗牙根滤水坝（5）和出水引水系统（6）构成，所述的进水引水系统（1）由提水机（101）和布水渠（102）构成，提水机（101）的出水端设置在布水渠（102）内，布水渠（102）的排水端一侧依次设有跌水台（2）、粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4）、细沙-狗牙根滤水坝（5）和出水引水系统（6），跌水台（2）高度为0.5—2m，布水渠（102）排水端流出的水从跌水台（2）下落后依次经过粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4）和细沙-狗牙根滤水坝（5）流至出水引水系统（6），水面高度不超过粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）、细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4）和细沙-狗牙根滤水坝（5）的坝体顶面；
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝（3），坝体由粒径为5—10㎜的粗河砂构成，其横切面为梯形，在坝体上端面种植有水芹菜； 
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4），坝体横切面为梯形，坝体由细河砂、粉煤灰混合构成，细河沙和粉煤灰的体积比为2:1，其中细河砂粒径为0.5-1.5 mm，粉煤灰的粒径125 μm-2 mm，在坝体上端面种植有黑麦草；
所述的细沙-狗牙根滤水坝（5），坝体由粒径为0.25-1 mm的细河砂构成，坝体横切面为梯形，在坝体上端面种植有狗牙根；
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）与跌水台（2）的水平间距为50—80 cm；
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝（3）至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm；
所述的粗砂-水芹复合生态滤水坝（3），坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm；
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4）至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm；
所述的细沙-粉煤灰-黑麦草复合生态滤水坝（4），坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm；
所述的细沙-狗牙根滤水坝（5）至少设有两组，滤水坝间的间距为50—80 cm；
所述的细沙-狗牙根滤水坝（5），坝体下底面宽30—60 cm，上表面宽为20—35 cm，高度为10—30 cm；
所述的出水引水系统（6）由集水区（601）、出水引水渠（602）组成，集水区（601）与细沙-狗牙根滤水坝（5）的出水端间的距离为25—50 cm。
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