CN102951774A

CN102951774A - 一种水质预处理设施

Info

Publication number: CN102951774A
Application number: CN2012105012716A
Authority: CN
Inventors: 朱雪诞; 胡伟; 李巍; 曹卉; 俞士敏; 张俊; 沈澈; 冯太国; 陆惠萍; 赵井根
Original assignee: Shanghai Investigation Design and Research Institute Co Ltd SIDRI
Current assignee: Shanghai Investigation Design and Research Institute Co Ltd SIDRI
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明涉及水利工程及环境工程领域，尤其涉及一种水质预处理设施。本发明提供一种水质预处理设施，沿水流方向包括依次联通的配水系统、配水设施、沉淀系统和拦截净化系统，所述配水设施上设有网状分布的孔眼，所述拦截净化系统沿水流方向包括依次联通的净化水体填料区和水生植物区，且所述拦截净化系统通过所述净化水体填料区与所述沉淀系统联通，所述配水系统与所述沉淀系统通过所述配水设施上的孔眼相通。本发明所提供的水质预处理设施，能吸收利用、吸附和富集水体污染物质，高效地对水体进行净化处理。

Description

一种水质预处理设施

技术领域

本发明涉及水利工程及环境工程领域，尤其涉及一种水质预处理设施。

背景技术

为避免堵塞人工湿地、影响水体景观功能和破坏沉水植物的生长并影响水体生态服务功能的发挥，人工湿地、景观水体和以沉水植物为主体的生态系统或者其他水体对悬浮物、进水负荷及透明度均有一定的限制。所以对于悬浮物含量较高、细颗粒物多、透明度低和水质较差的地表水体，在进入人工湿地、景观水体和以沉水植物为主体的生态系统或者其他水体之前，需对水体进行预处理，以降低水体的悬浮物含量，提高透明度，预净化水质，降低进水负荷。

目前，提高地表水透明度、降低悬浮物（特别是细颗粒悬浮物）及进水有机负荷的预处理技术主要有自然沉降、投加絮凝剂、投放水生动物和水体増氧等，其中自然沉降需要较长的停留时间，占用的土地面积较大，在土地资源紧缺的地区难以推广使用，且自然沉降法对水体的细颗粒物去除效果不明显；投加絮凝剂会快速提高水体透明度，去除细颗粒物效果好，但存在投放药剂量大、底泥膨松不易沉降压实、需定期清泥、投放絮凝剂的污泥不能还田利用及费用较高等缺点；投放水生动物，如水生大型枝角类、蚤类等，对提高透明度有一定效果，特别是对藻类滋生引起的水体浑浊，透明度改善效果显著，但其应用受气温、水温、水文等多个因素限制，且需定期补充投放，费用较高，效果亦不稳定，不适合应用在流通水体；水体増氧可降低地表水有机负荷，对水体中COD、BOD₅及NH₃-N等去除率较高，效果较为稳定，主要形式包括跌水増氧、曝气増氧、大气复氧和机械増氧等，但水体増氧对降低悬浮物及提高透明度作用不大。综上所述，现今各种水质预处理设施均有非常明显的缺陷，因此寻找一种高效的强化水质预处理设施已经非常必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水质预处理设施，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一种水质预处理设施，沿水流方向包括依次联通的配水系统、配水设施、沉淀系统和拦截净化系统，所述配水设施上设有网状分布的孔眼，所述拦截净化系统沿水流方向包括依次联通的净化水体填料区和水生植物区，且所述拦截净化系统通过所述净化水体填料区与所述沉淀系统联通，所述配水系统与所述沉淀系统通过所述配水设施上的孔眼相通。

优选的，所述净化水体填料区的长宽比≥2，有效水深1~2m，所述净化水体填料区内设有填料，所述填料选自纤维填料、生物绳、组合填料、弹性填料或无纺土工布等中的一种或多种的混合，所述填料能为微生物附着提供载体，并在表面形成生物膜，从而起到拦截、吸附及净化功能。

优选的，所述净化水体填料区的长宽比为2-6。

优选的，所述填料为依水流方向竖直放置的多排填料。

优选的，所述填料选自纤维填料、无纺土工布或生物绳中的一种或多种的混合。

优选的，所述纤维填料为有结渔网，网径规格为（5-15）*（5-15）mm，设置3排以上，排间距≥0.5m。

优选的，所述有结渔网的排数为10排，排间距为1m。

优选的，所述每排有结渔网均分为左右两道，所述左右两道有结渔网的宽度之和为净化水体填料区宽度的70%以上，高度为1.5-2m，左右两道有结渔网中间留有过水通道。

优选的，所述无纺土工布的规格为200-400g/m²，设置3排以上，排间距≥0.5m。

优选的，所述土工布的规格为300g/m²，一共设有5排，排间距为1m。

优选的，所述每排无纺土工布均分为左右两道，所述左右两道无纺土工布的宽度之和为净化水体填料区宽度的70%以上，高度为1.5-2m，左右两道无纺土工布中间留有过水通道。

优选的，所述生物绳为由聚丙烯纤维、维尼纶、尼龙和聚偏二氯乙烯等多种化学纤维材料制成的多功能变形纤维，设置3排以上，排间距≥0.5m。

优选的，所述生物绳一共设有5排，排间距为1m。优选的，所述每排生物绳均分为左右两道，所述左右两道生物绳的宽度之和为净化水体填料区宽度的70%以上，高度为1.5-2m，左右两道生物绳中间留有过水通道。

所述净化水体填料区的作用为：沉淀区出水进入填料区后，水体溶解氧较高，同时流速较慢，大颗粒悬浮物已基本去除，可以充分利用填料及填料上附着的微生物的物理吸附及生物分解作用，吸附拦截水体中的细小悬浮物，并对水体水质中呈溶解态的氮盐、磷盐以及有机物进行吸收、分解及转化。

优选的，所述水生植物区的长宽比≥1，有效水深为0.5~1.0m，所述水生植物区内设有水生植物，所述水生植物选自挺水植物、沉水植物、浮叶植物或湿生植物等，所述水生植物能够通过植物的根、茎、叶及其附着的微生物等吸附、拦截及净化水中的污染物。优选的，所述水生植物区内的水生植物为耐寒睡莲（Nymphaea tetragona）、轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）和菹草（Potamogeton crispus）。

优选的，所述水生植物区的长宽比为1-5。

优选的，所述水生植物区内的水生植物为耐寒睡莲、轮叶黑藻和菹草的种植方式为：按水流方向依次为耐寒睡莲带、轮叶黑藻—菹草混植带，所述耐寒睡莲带的长度≥2m，耐寒睡莲的种植密度为1-2块/m²，种植方式为埋种块茎，所述轮叶黑藻—菹草混植带的长度≥3m，轮叶黑藻的种植密度为10-25丛/m²，种植方式为扦插成体；菹草的种植密度为20-40颗/m²，种植方式为播撒石芽。所述水生植物区的作用为：通过水生植物的根、茎、叶及其附着的微生物等吸附以及强化净化作用，进一步吸附拦截水体中的细悬浮颗粒物及吸收、净化水中的污染物，提高水体透明度，改善水质。另外，耐寒睡莲具有较长的生长期与花期，可在拦截吸收水体污染物的同时，起到较强的景观效果；轮叶黑藻及菹草均为沉水植物，其中轮叶黑藻为夏季种、菹草为冬季种，两者在年内交替生长，可保证周年的水质净化效果。

优选的，所述配水系统沿水流方向包括依次联通的配水渠道和跌水溢流堰，所述跌水溢流堰与所述配水设施联通。

优选的，所述配水渠道的材料为土质、混凝土、砖砌或波纹板。

优选的，所述跌水溢流堰的材料为土质、混凝土、砾石、卵石、砖砌、波纹板、钢板、木板或泡沫板。

所述配水系统的主要作用为：上游来水经配水渠道均匀布水后，在跌水溢流堰处跌水増氧，初步提高水体溶解氧，为后续处理单元创造良好的氧化环境，激发好氧微生物的活性，有利于水体中氨氮及有机物的氧化分解。

优选的，所述配水设施为竖直的孔板式结构，所述孔眼的总面积为所述配水设施面积的30%~60%，所述配水系统与所述沉淀系统通过所述配水设施上的孔眼相通。

优选的，所述孔眼的面积由上至下逐步增加，使水流在配水设施处达到断面均匀布水，可提高水流在沉淀系统中的沉淀效果。

优选的，所述孔眼的形状为圆形、方形、长方形、十字形或椭圆形。

优选的，所述配水设施的材料为穿孔的砖砌体、波纹板、钢板、木板或泡沫板。

所述配水设施能够使水流在进入沉淀区前更趋平稳，便于后续的进一步沉淀处理。

优选的，所述沉淀系统包括沉淀区，所述沉淀区内设有斜管或斜板。

优选的，所述沉淀区底部设有储泥区。

优选的，所述储泥区为平底式、下凹式或多泥斗式。

所述沉淀系统的作用为：经配水设施均匀布水后进入沉淀区，来水通过缓慢流动进行初步的沉淀，去除部分粗颗粒悬浮物，从而降低水体的浊度、总磷以及有机颗粒物质。

优选的，沉淀系统的水力停留时间≥2h，所述净化水体填料区的水力停留时间为≥2h，所述水生植物区的水力停留时间为≥0.5h。

本发明所设计的水质预处理设施在布局及结构上为国内首创，沿水流方向包括依次包括：联通的配水系统、沉淀系统和拦截净化系统。其结构设计合理、布局简单明了，充分利用不同功能区的净化特点和作用，加强预处理净化效果，克服了现今各种水质预处理设施停留时间长、占地大、复氧困难、净化效果不佳、透明度改善不明显、使用药剂产生二次污染、添加生物制剂对水质产生潜在威胁等明显的缺陷，便于施工、维护及管理。

本发明的重点在于由净化水体填料区和水生植物区组成的拦截净化系统。两个技术串联后可充分发挥对水体细悬浮颗粒物及营养盐的拦截和净化功能；利用水生植物白天释放的分子氧使填料区处于好氧环境，可加强好氧细菌的净化作用，晚上水生植物吸收水体溶解氧，使填料区处于厌氧环境，好氧和厌氧环境不断更替可充分发挥填料区的脱氮作用，增强了预处理设施对水体氮盐的去除效果。同时，拦截净化系统占地较小，可减少水体停留时间，节省土地资源。

净化水体填料区内作用的主体是人工填料。人工填料已广泛应用于生活污水处理、地表水处理等各个领域中。其在本发明中作用主要体现在：人工填料之前的沉淀区已将大的悬浮颗粒物沉淀，人工填料主要用于物理拦截、吸附、沉淀部分细悬浮颗粒物，并为微生物附着提供载体，利用人工填料表面形成的生物膜对水体有机物及营养物质进行吸收、生物富集及转化，提高水体透明度，降低SS，改善水体水质。

水生植物目前已广泛应用于人工湿地工艺中，但应用在水质预处理中应用尚不多见。其在本发明中作用主要体现在：（1）吸收利用、吸附和富集水体污染物质，特别是利用茂密的、具有较大比表面积的耐污沉水植物进一步吸附、拦截并沉淀水体中的细悬浮颗粒物，吸收水体中的氮磷等营养物质作为自身养份，提高透明度，改善水质；（2）水生植物的枝叶可为微生物提供附着载体，大量的微生物可以降解水体中的营养物质，进一步降低水体污染物含量；（3）水生植物作为生态系统的一部分，其稳定的生长可维持系统的稳定，增强预处理设施抗冲击负荷的缓冲能力，保持预处理设施的净化稳定性；（4）水生植物白天通过光合作用向水体释放分子氧，夜晚通过呼吸作用吸收水体溶解氧，水体溶解氧日夜不断的变化，使填料区处于好氧和厌氧环境的更替，增强了填料区内适应不同氧分环境的微生物活性，增加填料区的净化作用，特别是对脱氮功能起到了较强的促进作用；（5）水生植物释放的分子氧，同时降低水体中溶解的二氧化碳，可使水体水质呈弱碱性，有利于人体健康；（6）多种不同类型的水生植物的合理搭配运用，美化、提升了本发明的外观与品位，一改以往水质预处理设施的呆板生硬外形，具有较强的景观性、经济性等作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明配水设施的网状分布截面图（圆形孔眼）

元件标号说明

1 配水系统

2 沉淀系统

3 拦截净化系统

11 配水渠道

12 跌水溢流堰

13 配水设施

14 孔眼

21 沉淀区

22 储泥区

31 净化水体填料区

32 水生植物区

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例

2009年~2011年期间，本发明在江苏省盐城地区得到了实际应用，预处理单元的净化能力为280m³/h，水力停留时间为12h。经过上述单元净化处理后，来水中氮、磷等营养物质、大颗粒悬浮物质得到较强的去除，水体溶解氧、透明度有显著的提高。

一、规模：

预处理试验区由1个近似矩形的水池构成，其长度及宽度分别约为120m和15m。

二、依水流方向依次设置的配水渠道、跌水溢流堰、配水设施和沉淀系统位于预处理试验区前部，沉淀系统的水力停留时间2.5h。

配水渠道、跌水溢流堰的材料为混凝土。配水设施为竖直的孔板式结构，孔眼的总面积为所述配水设施面积的50%。孔眼的形状为圆形，材料为波纹板。沉淀区的长度为24m，宽度为15m，内设有斜管或斜板，沉淀区底部设有下凹式储泥区。

三、净化水体填料区：

净化水体填料区的具体设置如表1所示，净化水体填料区位于预处理试验区中部，面积约为450m²，有效水深2.0m，其宽为15m、长为30m，水力停留时间3.5h。选用有结渔网、土工布、生物绳作为填料。上述填料的悬挂顺序按水流方向依次为：有结渔网、土工布、生物绳。上述填料具体悬挂方式为：将填料下端负重，上端通过缠绕、绑扎方式固定在尼龙绳上，再将尼龙绳两端固定在两侧木桩上后，填料在水中自然绷直张开，与水流方向呈垂直状态。具体的填料选用规格、数量、尺寸及布设方式如下。

为避免填料区阻水，保证填料结构稳定，便于维护管理，上述填料在布设上采用两两成排，中部留空的方式。总体上控制每排填料的拦截面积占过水断面面积的70%～80%左右。

表1

四、水生植物区

水生植物区的具体设置如表2所示，水生植物区位于预处理试验区后部，其宽为15m、长为20m，面积约为300m²，有效水深0.5m，水力停留时间0.5h。选用轮叶黑藻、菹草、耐寒睡莲等水生植物，上述植物的种植顺序按水流方向依次为：耐寒睡莲、轮叶黑藻—菹草混植带。其中耐寒睡莲种植区域长度为5m，轮叶黑藻—菹草混植带长度为15m。耐寒睡莲具有较长的生长期与花期，可在拦截吸收水体污染物的同时，起到较强的景观效果；轮叶黑藻及菹草均为沉水植物，其中轮叶黑藻为夏季种、菹草为冬季种，两者在年内交替生长，可保证周年的水质净化效果。

表2

序号	植物种类	种植密度	种植方式
				1	轮叶黑藻Hvdrilla verticillata	15丛/m²	扦插成体
2	菹草Potamogeton crispus	20颗/m²	播撒石芽
				3	睡莲Nymphaea tetragona	1块/m²	埋种块茎

根据具有水质监测资质的权威机构出具的水质检测报告，从实际应用的结果来看，在上述建设规模和水力负荷条件下，本发明在不同季节对水质净化效果有一定差异，对水质TP、TN、NH₃-N、COD及SS指标的全年平均去除率分别为31.7%、13.8%、30.8%、13.1%以及36.5%，溶解氧平均提升38.8%，透明度平均提升118%。水体质量达到了进入后续人工湿地、景观水体和以沉水植物为主体的生态系统的要求，可直接进入后续单元进行深度净化。预处理设施净化效果具体如表3所示。

表3

表3中各指标的监测方法如表4所示：

表4

序号	分析指标	分析方法	方法来源
				1.	透明度	塞氏圆盘法	《水和废水监测分析方法》
2.	DO	电化学探头法	GB11913-1989
				3.	COD_Cr	重铬酸钾法-快速消解分光光度法	HJ399-2007
4.	NH₃-N	纳氏试剂比色法	HJ535-2009
				5.	TN	碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法	GB/T 11894-1989
6.	TP	过硫酸钾氧化-分光光度法	GB/T 11893-1989
				7.	Chl-a	分光光度法	SL88-1994

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种水质预处理设施，其特征在于，沿水流方向包括依次联通的配水系统（1）、配水设施（13）、沉淀系统（2）和拦截净化系统（3），所述配水设施（13）上设有网状分布的孔眼（14），所述拦截净化系统（3）沿水流方向包括依次联通的净化水体填料区（31）和水生植物区（32），且所述拦截净化系统（3）通过所述净化水体填料区（31）与所述沉淀系统（2）联通，所述配水系统（1）与所述沉淀系统（2）通过所述配水设施（13）上的孔眼（14）相通。

2.如权利要求1所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述净化水体填料区（31）的长宽比≥2，有效水深1~2m，所述净化水体填料区（31）内设有填料，所述填料选自纤维填料、生物绳、组合填料、弹性填料或无纺土工布中的一种或多种的混合。

3.如权利要求2所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述填料为依水流方向竖直放置的多排填料。

4.如权利要求1所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述水生植物区（32）的长宽比≥1，有效水深为0.5~1.0m，所述水生植物区（32）内设有水生植物，所述水生植物选自挺水植物、沉水植物、浮叶植物或湿生植物。

5.如权利要求4所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述水生植物区（32）内的水生植物为耐寒睡莲、轮叶黑藻和菹草。

6.如权利要求1所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述配水系统沿水流方向包括依次联通的配水渠道（11）和跌水溢流堰（12），所述跌水溢流堰（12）与所述配水设施（13）联通。

7.如权利要求1所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述配水设施（13）为竖直的孔板式结构，所述孔眼（14）的总面积为所述配水设施（13）面积的30%~60%。

8.如权利要求1所述的一种水质预处理设施，其特征在于，所述沉淀系统（2）包括沉淀区（21），所述沉淀区（21）内设有斜管或斜板。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的一种水质预处理设施，其特征在于，沉淀系统的水力停留时间≥2h，所述净化水体填料区的水力停留时间≥2h，所述水生植物区的水力停留时间≥0.5h。

10.如权利要求1-9任一权利要求所述的一种水质预处理设施在水质预处理领域的应用。