CN102701527B

CN102701527B - 一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺

Info

Publication number: CN102701527B
Application number: CN201210181368.3A
Authority: CN
Inventors: 张俊; 朱雪诞; 胡伟; 李巍; 赵井根
Original assignee: Shanghai Investigation Design and Research Institute Co Ltd SIDRI
Current assignee: Three Gorges Technology Co ltd; Shanghai Investigation Design and Research Institute Co Ltd SIDRI
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: CN102701527A

Abstract

本发明涉及一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺，使受污染的饮用水源原水依次经预处理净化单元、复合湿地净化单元、高效氧化净化单元、沉水植物净化单元和深度净化单元进行处理。本发明可以模块化运行，且具有成型时间短、净化效果好、应用范围广的特点，可用于处理受污染饮用水源原水等，并且可在短时间内改变饮用水源区的生态环境。

Description

一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺

技术领域

本发明属于生态环境工程技术领域，具体涉及一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺。

背景技术

目前在受污染饮用水源原水净化领域，应用较为广泛的生态净化技术主要有人工湿地、生态草人工介质、生态浮床、浮岛等，其中生态草人工介质、生态浮床及浮岛等技术主要应用于中小规模的受污染饮用水源原水净化，人工湿地净化技术可适用于大、中、小各种规模的生态净化工程。

广为应用的生态湿地净化技术主要有潜流人工湿地技术和表流人工湿地技术。其中潜流人工湿地具有形式多样、净化效率高、卫生条件好的优点，但存在结构复杂、对进水悬浮物浓度要求高、易堵塞、运行管理相对复杂、造价很高及维护费用高等缺点；表流人工湿地对进水悬浮物浓度要求不高，不易堵塞，便于管理，造价低，但污染物净化效果相对较低。

现有的生态净化技术均有一定的局限性，在一定程度上限制了生态净化技术在受污染饮用水源原水上的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种针对受污染饮用水源原水的生态净化工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，使受污染的饮用水源原水依次经预处理净化单元、复合湿地净化单元、高效氧化净化单元、沉水植物净化单元和深度净化单元进行处理。

所述预处理净化单元中水力停留时间设置为1.0~1.5天。其功能主要以去除受污染源饮用水源原水中的SS、提高水体透明度为主，同时兼顾去N、P、COD等营养盐和有机污染物。

较佳的，所述预处理净化单元依次由沉淀段、机械增氧段、人工介质拦截段、植物拦截段和浅池出水段串联构成。

优选的，所述机械增氧段设置至少一台机械曝气机。

优选的，所述沉淀段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%；所述机械增氧段的长度占所述预处理净化单元总长度的15-25%；所述人工介质拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述植物拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述浅池出水段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%。

所述人工介质选自弹性填料、生态草或土工布等介质。所述植物拦截段中主要布置长径型的沉水植物和浮叶植物。

优选的，所述浅池出水段的水深为0.3-0.7m。

所述复合湿地净化单元中水力停留时间设置为0.5~1.0天。其主要功能为去除N、P等营养盐，并进一步去除SS，提高水体的透明度。

较佳的，所述复合湿地净化单元底部沿水流方向设有曲线型沟渠，所述曲线型沟渠内种植有弱光性沉水植物，所述曲线型沟渠外种植有挺水植物。

优选的，所述曲线型沟渠比所述复合湿地净化单元底部深0.2-0.4m；所述曲线型沟渠的宽度为所述复合湿地净化单元宽度的0.15-0.25倍。

所述高效氧化净化单元中水力停留时间设置为0.5~1.0天。其主要功能为去除有机污染物，同时兼顾去除N、P等营养盐。

较佳的，所述高效氧化净化单元分为前、中、后三段；所述前段为砾石垫层，所述中段为人工介质（该人工介质为生态水草），所述后段为沉水植物。

优选的，所述前段占所述高效氧化净化单元总面积的30%~40%，所述中段占所述高效氧化净化单元总面积的20%~30%，所述后段占所述高效氧化净化单元总面积的30%~50%。

优选的，所述高效氧化净化单元的水深在0.8~1.0m；所述砾石垫层的高度为0.1-0.6m。

所述沉水植物净化单元中水力停留时间设置为1.5~2.5天，主要功能为去除N、P等营养盐为主，并进一步提高水体透明度。

较佳的，所述沉水植物净化单元的水深为1.5m~2.0m，所述沉水植物净化单元的底部和水面以下的边坡处均种植有沉水植物。

所述深度净化单元的主要作用是确保经各单元净化后储存于此单元内的水体不发生富营养化，并确保水质达到出水要求。

较佳的，所述深度净化单元中设有沉水植物种植平台，所述沉水植物种植平台边缘设有挡水墙。

优选的，所述沉水植物种植平台位于水面下1.0~1.8m处，所述沉水植物种植平台的面积为述深度净化单元中水面总面积的20%~30%。

优选的，所述沉水植物种植平台上以及所述沉水植物种植平台以上水面以下的边坡处种植有沉水植物。

进一步的，所述预处理净化单元的前端和尾端均设有跌水堰；所述复合湿地净化单元的尾端设有调节堰。

进一步的，所述预处理净化单元之前设有水质自动监测与进水流量控制单元；所述水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站和取水泵站组成。

本发明可以模块化运行，且具有成型时间短、净化效果好、应用范围广的特点，可用于处理受污染饮用水源原水等，并且可在短时间内改变饮用水源区的生态环境。各个单元具有以下功能和优点：

（1）预处理净化单元

预处理净化单元是生态净化工艺的重要前置单元，具有以下功能：

①沉降大颗粒泥沙，通过水流的减缓、创造有利泥沙沉积的缓解，吸附水体中营养物质，初步净化水质，拦截细小悬浮物，提高水体透明度；

②加大水中的溶解氧，增加预处理系统的氧化还原能力，净化水质；

③对后续的生态湿地起缓冲调节作用，起到均匀布（给）水的作用。

（2）复合湿地净化单元

复合湿地净化单元是生态净化工艺的核心单元，具有以下功能：

①通过挺水、浮叶及沉水植物的合理布置及局部的基底处理，吸附拦截水中的悬浮物，进一步提高水体透明度，吸收水中营养盐，降低水体污染物浓度；

②能较好解决年内植物生长茬口问题，保障生态系统净化功能的有效性与稳定性；

③能为微生物的生长创造良好的载体环境，为微生物吸收分解水中污染物质提供保障；

④湿地生物的生长具有一定的景观美化作用。

（3）高效氧化净化单元

①通过浅池构建、跌水复氧及植物光合作用，恢复水体含氧量；

②利用人工介质挂膜作用增加微生物浓度，进一步去除水中有机污染物。

（4）沉水植物净化单元

沉水植物净化工艺是生态净化工艺的保障单元，其主要功能如下：

①利用水生植物及微生物的吸收吸附及降解作用，进一步降低水中营养盐浓度；

②经本单元处理后，会使水体pH值略微升高，呈现弱碱性，人体摄入弱碱性水可以保持人体酸碱平衡，对人体有保健作用；

③本单元光合作用释放的氧分子不但可以提升水体溶解氧，且对细菌具有较强的杀灭作用。

（5）深度净化单元

深度净化单元是生态净化的最后一道工艺，具有储水及深度净化的功能，通过植物净化、生物操纵、水力调度等技术的应用，净化功能，维持水质稳定，防止富营养化，改善区域生态景观。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为预处理净化单元的剖面结构示意图。

图3为复合湿地净化单元的俯视结构示意图。

图4为高效氧化净化单元的结构示意图。

图5为沉水植物净化单元的结构示意图。

图6为深度净化单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

本发明中，所述沉水植物（submerged plants）是指植物体全部位于水层下面固着生活的大型水生植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料。如苦草（拉丁文名称为Vallisneria spiralis L）、金鱼藻（拉丁文名称为Ceratophyllum demersum）、狐尾藻（拉丁文名称为Myriophyllum spicatumL.）、轮叶黑藻（拉丁文名称为Hydrillaverticillata（L.f.）Royle）、大茨藻（拉丁文名称为Najas minor L）、菹草（拉丁文名称为Potamogeton crispus）、眼子菜（拉丁文名称为Potamogetonaceae）等。

本发明中，所述浮叶植物是指根扎于水底土中，叶浮于水面的水生植物。如：菱（拉丁文名称为Trapaceae）、睡莲（拉丁文名称为Nymphaeaceae）等。

本发明中，所述弱光性沉水植物是指一般在一年中春、秋、冬季温度较低时生长，夏季高温时休眠的沉水植物，如：伊乐藻（拉丁文名称为Elodea canadensis）。

本发明中，所述挺水植物，即植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面。如：芦苇（拉丁文名称为Phragmites australis）、香蒲（拉丁文名称为Typha angustifoliaL.）、茭草（拉丁文名称为Zizania latifolia）、菖蒲（拉丁文名称为Iris pseudacorus L.）、水葱（拉丁文名称为Scirpus validus Vahl）等。

如图1所示，本发明提供了一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺，使受污染的饮用水源原水依次经预处理净化单元1、复合湿地净化单元2、高效氧化净化单元3、沉水植物净化单元4和深度净化单元5。图中：箭头方向为水流方向，8为受污染饮用水源原水，在预处理净化单元1之前还设有水质自动监测与进水流量控制单元。其中：

（1）水质自动监测与进水流量控制单元

水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站6和取水泵站7组成。水质自动监测站6设置在取水泵站7取水口头部的外侧，可以根据需要设置水质自动监测站6的监测频率、监测指标及监测报警值，取水泵站7根据预设的水质指标监测值与取水流量关系曲线进行流量控制。

（2）预处理净化单元

如图2所示：预处理净化单元1依次由沉淀段11、机械增氧段12、人工介质拦截段13、植物拦截段14和浅池出水段15串联构成。机械增氧段12设置至少一台机械曝气机；机械曝气机台数根据水质现状进行布置。人工介质拦截段13由弹性填料、生态草或土工布等介质组成；人工介质的规模根据原水多年平均水质设置（人工介质一般设置密度为10-30cm×10-30cm，优选为20cm×20cm；每根人工介质一般长度为0.7-1.5m，优选为1m；采用绑扎的方式设置）。植物拦截段14主要布置长径型的沉水植物（如苦草、狐尾藻、等）和浮叶植物（如：菱、睡莲等），具体种类和布置规模的选择根据原水多年平均水质设定（沉水植物一般种植密度为10-20丛/m²，优选为10丛/m²；睡莲一般种植密度为1-3株/m²，优选为1株/m²，其它浮叶植物一般种植密度为2-7丛/m²，优选为5株/m²）。浅池出水段15的水深一般为0.5m。整个预处理净化单元1根据地形可以设置为长方形、U型等多种形式，其功能主要以去除受污染源饮用水源原水中的SS、提高水体透明度为主，同时兼顾去N、P、COD等营养盐和有机污染物。预处理净化单元1平均水深2.0m，水力停留时间设置为1.0~1.5天。

进一步的，所述沉淀段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%；所述机械增氧段的长度占所述预处理净化单元总长度的15-25%；所述人工介质拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述植物拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述浅池出水段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%。

进一步的，在预处理净化单元1的前端设置跌水堰16，预处理净化单元1的进水通过跌水堰16进行布水，跌水堰16的跌水高度一般在0.20m。

进一步的，在预处理净化单元1的尾端设置跌水堰17，预处理净化单元1的出水以跌水形式出水至下一单元，跌水堰17高度一般设置为0.2m。

（3）复合湿地净化单元

如图3所示：复合湿地净化单元2的底部沿水流方向设有曲线型沟渠21，曲线型沟渠21内种植有弱光性沉水植物22（如：伊乐藻，种植密度一般为2-5丛/m²，优选为3丛/m²，曲线型沟渠21外种植有挺水植物23（如：芦苇、香蒲、茭草、菖蒲、水葱等，一般种植密度为5-10丛/m²，优选为6株/m²）；具体水生植物的种类由当地气候、物种、水质净化要求决定。复合湿地净化单元2根据地形可以设置为长方形、U型等多种形式，一般水深为0.5m，水力停留时间设置为0.5~1.0天，主要功能为去除N、P等营养盐，并进一步去除SS，提高水体的透明度。复合湿地净化单元2承接预处理净化单元1的出水，由跌水堰17均匀布水进入。

进一步的，曲线型沟渠21比复合湿地净化单元2底部深0.2-0.4m；所述曲线型沟渠的宽度为所述复合湿地净化单元宽度的0.15-0.25倍。

进一步的，在复合湿地净化单元2的尾端设置调节堰24。

（4）高效氧化净化单元

如图4所示：高效氧化净化单元3分为前、中、后三段；前段为砾石垫层31，中段为人工介质32，后段为沉水植物33。砾石垫层31中的砾石粒径范围在10-50mm，具体可根据原水水质设定；人工介质32为以生态水草（种植密度一般为20-40株/m²，优选为25株/m²）等介质为主的高效填料，介质类型和规模根据净化要求设定；沉水植物33选用生长于各个季节的沉水植物，例如可以是苦草、菹草等（一般种植密度为8-15丛/m²，优选为10丛/m²），具体选种类型由当地气候、物种、水质净化要求决定。高效氧化净化单元3根据地形可以设置为长方形、U型等多种形式，一般水深在0.8~1.0m，水力停留时间设置为0.5~1.0天，主要功能为去除有机污染物，同时兼顾去除N、P等营养盐。高效氧化净化单元3承接复合湿地净化单元2的出水，由底部均匀布水进入。

进一步的，所述前段占高效氧化净化单元3总面积的30%~40%，所述中段占高效氧化净化单元3总面积的20%~30%，后段占所述高效氧化净化单元3总面积的30%~50%。

进一步的，高效氧化净化单元3的水深在0.8~1.0m；砾石垫层31的高度为0.4-0.6m。

（5）沉水植物净化单元

如图5所示：沉水植物净化单元4的底部和水面以下的边坡处均种植有生长于各个季节的多年生沉水植物41，例如可以是苦草、金鱼藻、轮叶黑藻、伊乐藻、菹草、眼子菜等，一般种植密度为8-15丛/m²，优选为10丛/m²，具体选种类型由当地气候、物种、水质净化要求决定。沉水植物净化单元4根据地形布置，一般水深在1.5m~2.0m，水力停留时间设置为1.5~2.5天，主要功能为去除N、P等营养盐为主，并进一步提高水体透明度。其进水通过跌水堰由表层均匀跌水布水完成，其出水设置于离进水口最远处的底部以上0.5m处，以保证单元内沉水植物生长0.5m的最小水深要求。

（6）深度净化单元

如图6所示：深度净化单元5中设有沉水植物种植平台51，沉水植物种植平台51边缘设有0.5m高的挡水墙52。深度净化单元5根据地形、储水水量要求布置水深，此净化单元的主要作用是确保经各单元净化后储存于此单元内的水体不发生富营养化，并确保水质达到出水要求。

进一步的，沉水植物种植平台51位于水面下1.0~1.8m处，沉水植物种植平台51的面积为深度净化单元5中水面总面积的20%~30%。沉水植物种植平台51以下部分为深水区。沉水植物种植平台51上以及沉水植物种植平台51以上水面以下的边坡处种植有沉水植物，例如可以是金鱼藻、伊乐藻、大茨藻、菹草、眼子菜等，一般种植密度为8-15丛/m²，优选为10丛/m²，具体选种类型由当地气候、物种、水质净化要求决定。

采用本发明所提供的上述生态净化工艺处理受污染饮用水源原水，可在短时间内改变饮用水源区的生态环境。采用国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会编制的《水和废水监测分析方法》（第四版）（出版社：中国环境科学出版社）中的水质监测分析方法，对每个处理单元的进出水水质指标进行检测，该工艺运行12个月的平均水质净化效果如下表1所示：

表1

Claims

1.一种受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，使受污染的饮用水源原水依次经预处理净化单元、复合湿地净化单元、高效氧化净化单元、沉水植物净化单元和深度净化单元进行处理；所述复合湿地净化单元底部沿水流方向设有曲线型沟渠，所述曲线型沟渠内种植有弱光性沉水植物，所述曲线型沟渠外种植有挺水植物；所述曲线型沟渠比所述复合湿地净化单元底部深0.2-0.4m；所述曲线型沟渠的宽度为所述复合湿地净化单元宽度的0.15-0.25倍。

2.如权利要求1所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述预处理净化单元依次由沉淀段、机械增氧段、人工介质拦截段、植物拦截段和浅池出水段串联构成。

3.如权利要求2所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述沉淀段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%；所述机械增氧段的长度占所述预处理净化单元总长度的15-25%；所述人工介质拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述植物拦截段的长度占所述预处理净化单元总长度的25-35%；所述浅池出水段的长度占所述预处理净化单元总长度的5-15%。

4.如权利要求1所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述高效氧化净化单元分为前、中、后三段；所述前段为砾石垫层，所述中段为人工介质，所述后段为沉水植物。

5.如权利要求4所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述前段占所述高效氧化净化单元总面积的30%～40%，所述中段占所述高效氧化净化单元总面积的20%～30%，所述后段占所述高效氧化净化单元总面积的30%～50%。

6.如权利要求1所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述沉水植物净化单元的水深为1.5m～2.0m，所述沉水植物净化单元的底部和水面以下的边坡处均种植有沉水植物。

7.如权利要求1所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述深度净化单元中设有沉水植物种植平台，所述沉水植物种植平台边缘设有挡水墙。

8.如权利要求1-7任一所述的受污染饮用水源原水的生态净化工艺，其特征在于，所述预处理净化单元之前设有水质自动监测与进水流量控制单元；所述水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站和取水泵站组成。