CN102531289B - 一种城市黑臭内河的原位净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市黑臭内河的原位净化系统，将河床直接作为受污染河水的治理空间，在河道内沿水流方向设置一段混凝土堤岸，将河道分隔成平行设置的两个区域：用于河水处理的区域，顺水流流向连通设置有提升泵井、反应区、沉淀区和曝气区这四个处理单元，组成一个完整的水处理设施，反应区由臭氧接触氧化区和絮凝区组成，曝气区末端采用跌水坝的形式；用于应急排水或行走的区域，作为洪水期应急排水通道兼做吸泥船的行走通道。本发明利用建立在河床内部的处理设施对受纳大量生活污水而导致黑臭的城市内河进行原位的水质净化，该方法构造简单、不占用土地、不影响行洪且具有良好的处理效果。

Description

一种城市黑臭内河的原位净化系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种利用建立在河床内部的处理设施对由于受纳大量生活污水而导致黑臭的城市内河进行原位水质净化的系统。

背景技术

由于城市经济发展和人口增长，给生态环境带来了沉重的压力。由于城市污水管网的收集能力与配套建设有限，无法满足城市发展需求，大量的生活污水和生产废水未经处理后就直接排入城市河道。一些城市内河甚至完全沦为纳污河。

目前我国河流受有机污染较为严重，主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类，进入河水中污染物的量大大超过了河流的自净能力，导致河水变成厌氧状态形成黑臭河水，严重影响了城市景观和居民的生活环境。另一方面，城市建设过程中为了保障河道两岸防洪安全，护岸形式一般都为直立式硬化驳岸，而河堤的硬化就更加弱化了河道的自净能力。

综观国内外此类污染河流治理的实验研究与工程实践，工艺技术大多是采用一些处理效果稳定、经济性能好的污水处理法，从空间分布来看，可分为异地处理法、原位处理法和旁路处理法。

其中，原位处理法是指直接在河道内治理河水，对于污染较轻或水量较小的河流，这种方法显然更为经济。现有技术包括河道曝气法、投菌法、生物膜法以及其他物理和化学处理法等。

河道曝气法与投菌法通常配合使用，投菌法需要向河道投加足够剂量的菌剂，如此大量的高效微生物的选育需要较长的叫间，但其净化效果持续时间较短，这其中的原因一方面是所投菌难以在复杂河流系统中占有竞争优势，另一方面是河水流动性造成的菌剂流失。为保持微生物净化效果，通常需要经常性地投加菌剂，直至河流恢复其生态自净功能，处理成本较高。

生物膜法是指在污染河道中放置或填充能附着大量微生物生长的填料，在其表面形成生物膜，通过生物膜中的微生物对污染物的降解而达到净化河水的效果。生物膜法主要应用在有机污染不太严重的小型河流，过高的有机负荷可能使填料很快被脱落的生物膜堵塞，另外溶解氧的耗尽会使填充床处于缺氧或厌氧状态。虽然增大填料粒径可以减缓堵塞，但会使填充床单位体积的净化效率下降；虽然人工曝气可以强化生物降解效率，但会增加处理成本和净化床的复杂程度。

物理和化学处理法一般不受气候条件影响，处理效果较明显和稳定，但产生的底泥、泥渣等须妥善处置，否则可能造成二次污染。

污染河流的原位处理法虽然不需要另建分流的管网系统，全部河水在河道内直接处理，但受河道容积的限制，以及水流速度、水力冲刷等不利因索的影响，现有的一些原位处理法往往效果不佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种城市黑臭内河的原位净化系统，该方法构造简单、不占用土地、不影响行洪且具有良好的处理效果。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：   

    一种城市黑臭内河的原位净化系统，将河床直接作为受污染河水的治理空间，在河道内沿水流方向设置一段混凝土堤岸，混凝土堤岸的堤高与河岸的高度一致，将河道分隔成平行设置的用于河水处理和用于应急排水或船只行走的两个区域：

    用于河水处理的区域，顺水流流向依次连通设置有提升泵井、反应区、沉淀区和曝气区这四个处理单元，组成一个完整的水处理设施，反应区由臭氧接触氧化区和絮凝区组成，来自上游的河水经提升泵井抬高水面后进入反应区，曝气区末端采用跌水坝的形式，每个区的出水口高度与曝气区末端跌水坝的高度均等于或低于常水位高度；

    用于应急排水或船只行走的区域，为应急排水通道兼做吸泥船的行走通道：在河水处理时期，应急排水通道利用设于通道前端的第一阀门进行封闭，并定期开启此阀门通行吸泥船对沉淀区和曝气区的底泥进行清淤处理；在非河水处理时期和洪水期，洪水期应急排水通道不封闭。

优选的，所述提升泵井设于反应区的平行侧，反应区的前端设第二阀门，提升泵井内的泵采用大流量、低扬程的QW型无堵塞潜水式污水提升泵，两用一备；所述臭氧接触氧化区中臭氧投加量为0.5～1.5 mg/L，反应时间短，一般为2～4 min；所述絮凝区采用往复式隔板絮凝池的构造形式，采用混凝剂聚合氯化铝（PAC）和助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）进行强化絮凝；所述沉淀区采用平流沉淀池的构造形式；所述曝气区处理单元的河面上布置浮筒式曝气机。

基于上述黑臭内河的净化系统进行河水净化，整个流程都直接在河道内进行，技术流程如下： 

臭氧作用于水中污染物有两种途径，一种是直接氧化，即臭氧分子和水中的无机污染物直接作用。在此过程中，臭氧能氧化水中的一些大分子天然有机物，如腐殖酸、富里酸等；同时臭氧也能氧化一些挥发性有机污染物和一些无机污染物，如铁、锰等。直接氧化通常具有一定选择性，即臭氧分子只能与水中含有不饱和键的有机污染物或无机成分作用。另一种途径是间接氧化，一部分臭氧分解产生羟基自由基与水中有机物作用，间接氧化具有非选择性，能够与水中多种污染物反应。

首先，臭氧预氧化可破坏水中有机物的不饱和键，使有机物的分子量降低，可溶解性有机物DOC的浓度升高，从而提高有机物的可生化性；其次，臭氧氧化能够灭活水中的一些致病微生物，如细菌、病毒、孢子等，也能够强化去除藻类物质及其代谢产物，进一步提高常规处理工艺的除藻效果，并且还可去除水中含有不饱和键的嗅味物质。

因此臭氧的接触氧化的效果表现为去除黑臭河水的臭味、色度、铁、锰以及重金属和藻类，并可去除THM等三致物质的母体物，减少水中三致物质的含量，可将大分子有机物氧化为小分子有机物，氧化无机物质如氰化物、碳化物、硝化物。

同时，对于具有较高硬度和较低有机碳TOC的原水，通常在TOC含量为2.5mg/L左右、硬度与TOC比值大于250mgCaCO₃/mgTOC、低的臭氧投量（0.5—1.5mg/L)等条件下可起到助凝作用，主要表现为使水中胶体微粒脱稳，改善絮凝效果，减少混凝剂的投加量。因此当河水到达絮凝区时，臭氧预氧化在本发明中亦充当了强化絮凝的一种手段。

本发明中强化絮凝的另一个手段是采用PAC+PAM的复合药剂。先投加PAC进行混凝，再投加助凝剂PAM，能够提高絮凝效果、节约矾耗、去除藻类、降低致突变性、提高水质。PAC和PAM不仅对水中的各种胶体物质及细小的悬浮物质的去除效果很好，对重金属离子有较好的去除效果。特别是对锌和汞的去除达90％以上；另外，上述化学处理方法对磷也有很好的去除效果，可有效阻止水体的富营养化。

对于有机污染严重的河流由于污染物分解耗氧，引起河流水质恶化，自净能力下降，水生生态系统遭到严重破坏，因此，向处于缺氧(或厌氧)状态的河流进行曝气，可以及时补充水体溶解氧，加快水生微生物对污染物的分解，帮助河流生态系统恢复到正常状态。从技术上看，河道曝气法综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理，即采用推流式和利用曝气充氧的力式实现液气的完全混合，有利于克服河水的短流和提高缓冲能力，也有利于氧的传递和污泥的絮凝。

采用的浮筒式曝气机，具有曝气充氧、搅拌污水、混合污泥、推动水体介质流动等功能。河水经过曝气区后，底层水温和溶解氧增加，并使河道内生物量增加，经过一段时间的充氧后，曝气河段的上层底泥也将得到进一步的修复。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优点为：

    本发明有效地吸纳了各种现有河流原位处理法的优点，同时将各种工艺有机的结合在一起，提高了黑臭河水的处理效果。本发明工程简单、管理容易、节省空间、具有良好的水质净化效果，为城市景观的改善起到重要作用。

附图说明

图1为本发明的城市黑臭内河的原位净化系统的设施布置示意图。

图中标号说明：1、第一闸门，2、第二闸门，3、提升泵井，4、反应区，5、花墙，6、沉淀区，7、浮筒式曝气机，8、曝气区，9、跌水坝，10、混凝土堤岸，11、应急排水通道，12、河岸。

具体实施方式

实施例1

    结合图1所示，本发明的一种城市黑臭内河的原位净化系统，将河床直接作为受污染河水的治理空间，在河道内新建混凝土堤岸10，堤高与原有河岸12高度一致。将河道分隔成两部分区域。第一部分区域为河水处理区域，由提升泵井3、反应区4、沉淀区6和曝气区8这四个区域组成，顺水流流向依次连通设置，组成一个完整的水处理设施；第二部分区域为应急排水或船只行走的区域，应急排水通道11兼做吸泥船行走通道，应急排水通道11上游端设有第一阀门1。

反应区4由臭氧接触氧化区和絮凝区组成，反应区4的前端设第二阀门2，提升泵井3设于反应区的平行侧；提升泵用以抬高水面，以满足后续的臭氧接触氧化的有效水深要求。泵型采用大流量、低扬程的QW型无堵塞潜水式污水提升泵。两用一备，整体结构紧凑、体积小、噪音小、节能效果显著、检修方便、无需建泵房，潜入水中即可工作，大大减少了工程造价。泵的电源可就近取路灯电源。

反应区4内采用臭氧前（预）接触氧化，臭氧投加量很少，一般为0.5～1.5 mg/L。且反应时间短，一般为2～4 min，反应速度快，水中余臭氧一般为零或很少。本发明设1个臭氧投加点，可根据黑臭河流和当地实际情况选取合适的臭氧发生器。

反应区4的絮凝区内采用往复式隔板絮凝池的构造形式，是一种水力搅拌絮凝工艺，构造简单，管理方便。采用混凝剂聚合氯化铝（PAC）和助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）进行强化絮凝，可根据小试来确定PAC和PAM的投加量。

本发明中沉淀区采用平流沉淀池的构造形式；曝气区河面上布置浮筒式曝气机，可省去建设鼓风机房；曝气区末端采用跌水坝形式，处理过的河水可依靠重力自流到下游。

本发明的城市黑臭内河的原位净化系统，不影响河水正常流动和行洪要求，在河水处理过程中第一闸门1和第二阀门2关闭，上游来水只有提升泵井的进入口一个通道，继而上游来水都可经过河水处理区域进行处理得到净化后流往下游；定期打开第一闸门1，利用吸泥船对沉淀区6和曝气区8的底泥进行清淤处理。另外在非处理时期和洪水期，两个闸门将全部打开，且每一区的出水口高度与最后跌水坝高度均等于或低于常水位高度，保证河水可以自然流动，且对城市防洪影响微乎甚微。

本发明的的城市黑臭内河的原位净化系统的工作过程如下所述：

进行河水处理，第一闸门1和第二闸门2关闭。启动提升泵3，上游黑臭河水由常水位或枯水位被提升至臭氧接触氧化区的设计水位。经过臭氧预氧化后，河水臭味得到改善，色度变清。河水经由布置在河底的出水管进入絮凝区，在往复式隔板絮凝池中隔板的导流作用下，河水作180度的转弯，河水位因为水头损失而逐渐降低，最终由絮凝区出口处的花墙5进入沉淀区6。在PAC、PAM的共同作用下，河水中形成粗大的絮凝体，经过沉淀后，基本使河水澄清，河水浊度进一步降低，河水水质已经基本得到改善。河水由出水堰进入曝气区8，河水充氧是在浮筒式曝气机7的作用下实现的，水中溶解氧浓度上升使得水中的好氧菌群得以生长壮大，同时河底上层底泥中还原性物质得到氧化。最后河水跃过跌水坝9到达下游，经处理的河水已经不再黑臭，河水透明度良好，溶解氧充足，这为河道内水生植物的生长提供了必要的条件，有利于河床内部的生态系统的自然恢复，提高了下游段河水的自净能力，水环境将得到极大改善。

在河水处理期间，定期打开第一闸门1，此时应急排水通道11便作为吸泥船的行走通道，对沉淀区和曝气区产生的污泥及时进行吸收排除，确保黑臭河水处理的效果。

非河水处理时期或洪水期，提升泵3不工作，第一闸门1和第二闸门2都开启，不影响河水正常流动和行洪要求。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，在河道内沿水流方向设置一段混凝土堤岸（10），将河道分隔成平行设置的用于河水处理和用于应急排水或船只行走的两个区域：

用于河水处理的区域，顺水流流向依次连通设置有提升泵井（3）、反应区（4）、沉淀区（6）和曝气区（8）这四个处理单元，组成一个完整的水处理设施，反应区由臭氧接触氧化区和絮凝区组成，曝气区（8）末端采用跌水坝的形式，每个区的出水口高度与曝气区（8）末端跌水坝（9）的高度均等于或低于常水位高度；

 用于应急排水或船只行走的区域，为应急排水通道（11）兼做吸泥船行走通道：在河水处理时期，应急排水通道利用设于通道前端的第一阀门（1）进行封闭，并定期开启此阀门通行吸泥船对沉淀区（6）和曝气区（8）的底泥进行清淤处理；在非河水处理时期和洪水期，应急排水通道不封闭。

2.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述混凝土堤岸（10）的堤高与河岸（12）的高度一致。

3.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述提升泵井（3）设于反应区（4）的平行侧，反应区（4）的前端设第二阀门（2）。

4.根据权利要求1或3所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述设于提升泵井（3）内的提升泵采用大流量、低扬程的QW型无堵塞潜水式污水提升泵，两用一备。

5.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述臭氧接触氧化区中臭氧投加量为0.5～1.5 mg/L，反应时间为2～4 min。

6.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述絮凝区采用往复式隔板絮凝池的构造形式，采用混凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺进行强化絮凝。

7.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述沉淀区（6）采用平流沉淀池的构造形式。

8.根据权利要求1所述的城市黑臭内河的原位净化系统，其特征在于，所述曝气区（8）处理单元的河面上布置有浮筒式曝气机（7）。

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