CN102976546B - 一种旁路离线河流净化方法及净化系统 - Google Patents

Abstract

一种旁路离线河流净化方法，以污染河流的支流为基础，建成一引流渠道形成旁路，污染河水从支流引入旁路，提高污染河水在旁路中的停留时间，并在旁路中采用离线与在线的生态工程技术和环境工程技术去除污染物，净化后的河水再汇入干流，改善河流水质和恢复河流生态。本发明还公开了一种实现旁路离线河流净化方法的净化系统。本发明具有不改变干流河道原有状态、不影响干流防洪、水质净化和生态恢复效果好等多方面优势，适于支流丰富或排水灌渠密集或坑塘发达的污染河流的生态治理与生态修复。

Description

一种旁路离线河流净化方法及净化系统

技术领域

本发明属于河流生态治理与生态恢复领域，具体地涉及一种用于污染河流水质改善和河流生态修复的方法。

本发明还涉及实现上述方法的净化系统。

背景技术

我国现阶段面对水资源短缺与水环境污染的双重问题，其中河流污染的问题极为突出，所以河流水质改善的技术需求极为迫切。现阶段河流的主要超标污染物为COD(Chemical Oxygen Demamd，化学需氧量)和氨氮。

目前河流污染整治模式主要分为源头治理、在线处理、离线处理、综合整治等模式。

源头治理就是从源头上处理污染源为，其主要手段有纳管截污、废水处理达标后排放、控制面源污染等，是预防河流污染的主要途径。

在线处理是指在河道中运用工程技术措施净化水质。长期以来，河流整治以防洪为主要目的，这就造成了普遍的河流渠道化现象，体现为河流平面直线化、河流断面规则化、河岸硬质化，河流自净能力被大幅削弱。因此，为了改善河流水质，在线处理方式有物理、化学、生态、生物和它们之间的组合。其中物理、化学的方式主要有调水、投加药剂等方式，但这些处理方式存在成本高或者对环境有负面影响等方面的不足。而采用生物、生态及其组合技术措施因其具有环境友好、便于维护等特点，成为河流水质改善和生态恢复的首选技术。生物、生态技术及其组合技术措施主要包括：

(1)水生植物净化法，包括构建水生生物群落(挺水、沉水植物)，构建生态浮床等；

(2)河道接触氧化法，直接在河道内布设砾石或者其生物载体填料或者滤料，辅以曝气充氧技术强化净化作用；

(3)构建生态河道，恢复河道的生态结构，例如构建拟自然河床和拟自然河岸、河滩人工湿地等技术。

但利用在线方式处理干流水时存在较多不利因素，例如干流中水力条件不稳定，构筑物易损坏；以及处理效率低，维护困难。但最大的障碍在于难以满足河道防洪要求，以致不被允许在干流中施工。对于恢复河流的原貌，干流经过改造后，如果进行拆除、复原等改造，耗资巨大，并可能成为防洪隐患。这些不足限制了技术的推广，所以河流的原位、在线处理技术难以适用于担负防洪任务的主干河流，更适用于小规模的溪流、渠道的净化中。

离线处理通常是指在河道旁采用管道等措施，将河水引至岸边的构筑物中来处理，再将处理后的水排回河道中。该类模式因为净化过程主要在构筑物中发生，可针对微生物的需求维持较好的理化条件，处理效率较为高效，选择的处理工艺也非常灵活。日本在江户川的支流-板川上设置了古崎水净化场，利用地埋式卵石接触氧化法对河流进行处理。韩国在汉江支流良才川也开展基于卵石生物膜的接触氧化工艺处理河水的工程。工程实践证明，离线引水采用环境工程手段处理污染河流是净化河流水质的有效手段。但是该工艺因需要足够的水力停留时间，往往需要大规模的处理厂区，在城市河流中难以获得土地，这对离线处理技术的推广造成了很大的障碍。另外兴建大规模的处理设施，需要大量的投资，多数场合需要消耗动力提升水，因此需要负担较高的基建费用和运行维护费用。

综合整治包括政策、管理、工程方面等的共同作用。但在技术层面，对已经受污染的河道进行修复，目前河流处理技术领域中，处理技术主要是在线处理和离线处理两大类。

因此，开发符合满足投资低、占地少、处理量大、处理效果好等多方面需求的河流净化技术具有重要的应用价值与现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旁路离线河流净化方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的净化系统。

为实现上述目的，本发明提供的旁路离线河流净化方法(也称之为旁路离线河流净化器技术)，以污染河流的支流为基础，建成一引流渠道形成的水循环旁路，污染河水从支流引入旁路，提高污染河水在旁路中的停留时间，并在旁路中采用离线与在线的生态工程技术和环境工程技术去除污染物，净化后的河水再汇入干流，改善河流水质和恢复河流生态。

所述的旁路离线河流净化方法中，旁路中的塘、洼地、沟壕和湿地改造成塘-湿地、拟自然河床和拟自然河岸。

所述的旁路离线河流净化方法中，旁路中的塘、洼地、沟壕是指河道截弯取直后的老河湾或者干流旁边的湖塘。

所述的旁路离线河流净化方法中，生态工程技术包括在生态河道中构建水生植物群落、生态浮床、塘-湿地和植被缓冲过滤带，以强化生态技术旁路中的水质净化效率。

所述的旁路离线河流净化方法中，环境工程技术包括布设填料形成生物膜、曝气充氧的环境工程技术，以强化旁路离线河流净化器的水污染物去除效率。

本发明提供的用于实现上述方法的旁路离线河流净化系统，其主要组成单元为干流与支流之间的引水渠、支流河道和干流旁边可滞留河水的湖、塘、湿地、洼地、沟壕地形构成支流与干流的水循环旁路，通过生态工程和环境工程的组合形成支流型旁路离线河流净化系统、旧河道型旁路离线河流净化系统或/和塘-湿地型旁路离线河流净化系统。

所述的旁路离线河流净化系统中，生态工程技术包括在生态河道中构建水生植物群落、生态浮床、塘-湿地和植被缓冲过滤带，以强化旁路离线河流净化器的水质净化效率。

所述的旁路离线河流净化系统中，环境工程技术包括布设填料以形成生物膜、曝气充氧的环境工程技术，强化旁路离线河流净化器的水污染物去除效率。

所述的旁路离线河流净化系统中，通过闸前蓄水自流、依靠干流与支流的常水位差自流或者采用提升泵引水至旁路离线河流净化系统内。

所述的旁路离线河流净化系统中，生态河道的入口设置有节制尾闸，以防止洪汛期河水倒灌，并通过水位调控构建适宜于植物群落、微生物生长的水生态环境，强化水中污染物的降解和水生态恢复。

与公知的在线、离线河流水质净化处理技术相比，本发明的效果在于：

1)处理单元建设在河流旁路，不改变干流河道原有状态、不影响干流防洪，保证泄洪安全；

2)因地制宜利用原有地形特征并采用明渠方式引流，具有无需新建管网、占地少，工程量小，投资少的优势；

3)提供多种环境工程、生态工程、水力工程等技术组合应用的平台，污染物去除效果好，效率高；

4)在改善污染河流水质的同时，兼顾河流的生境改善和生物多样性恢复；

5)改善水体环境，营造亲水景观。旁路离线河流净化器技术与系统适于支流丰富或排水灌渠密集或坑塘发达的污染河流的生态治理与生态修复，可为污染城市河流的水质改善与生态治理提供一条新途径。

附图说明

图1为旁路离线河流净化器技术与系统的工程布置示意图；图中：

1干流河道；2支流河道；3河道改道而形成老河湾；4引水渠；5排水渠；6提升泵站；7节制尾闸；8受纳水体；9人工湿地；10拟自然河道；11塘、湖等蓄水单元；12支流型旁路离线河流净化器；13老河湾型旁路离线河流净化器；14塘-湿地型旁路离线河流净化器；15干流流域。

图2为龙道河旁路离线河流净化器技术与系统的工程平面示意图；图中：

21温榆河；22龙道河上段(引水渠)；23拟自然河道；24罗马西湖；25罗马东湖(人工湿地)；26深潭-浅滩河道；27龙道河下段；28制尾闸；29引水泵站。

具体实施方式

本发明针对污染城市河流的水质改善和河流生态修复目标，以及保障城市河流行洪安全等多方面需求，结合城市河流局部河段具有支流汇入点，或者具有塘、湿地等地形特征，公开了一种利用污染河流的支流构建旁路，通过生态工程和环境工程等组合技术构建旁路离线河流净化方法，从而实现污染河流的水质改善和生态恢复。该方法主要包括如下方面内容：

1)以污染河流的支流为基础，通过建设引流渠道，因地制宜地连通干流1和支流、河道2截弯取直后的老河湾3或者干流旁边的湖、塘、洼地、沟壕、湿地9、11等蓄水设施，成拟自然河床、拟自然河岸、塘-湿地10等生态河道，打通主河道与处理旁路间的水循环，形成旁路。依据构建模式不同，旁路离线河流净化器可分为支流型旁路离线河流净化系统12、老河湾型旁路离线河流净化系统13、塘-湿地型旁路离线河流净系统14。

2)旁路离线河流净化系统的引水是通过闸前蓄水自流，或依靠干流与支流的常水位差自流，或者通过采用提升泵站6等工程措施，通过引水渠4或排水渠5进行引水至旁路离线河流净化系统。

3)旁路离线河流净化系统中主要的水质净化单元为旁路中的湖、塘、湿地、洼地、沟壕等可滞留河水的地形。通过生态工程、环境工程等组合技术将河道和蓄水单元改造成拟自然河床、拟自然河岸、塘-湿地等生态河道净化系统。旁路离线河流净化器技术与系统中采用的环境工程技术主要包括布设填料形成生物膜、曝气充氧等环境工程技术，其采用的生态工程技术主要包括在生态河道中构建水生植物群落、生态浮床、塘-湿地和植被缓冲过滤带等技术手段。通过生态工程、环境工程等组合技术协同净化污染河水，提高污染物的截留、降解、去除效率，改善污染河流的水质和恢复水生态。在水质改善的同时，可实现生态恢复，并营造亲水景观(受纳水体8)。

4)通过引水闸和节制尾闸7的调控，旁路离线河流净化器系统可以实现对干流的调蓄和分流，并可防止洪汛期河水倒灌。旁路具有很好的储水功能，对暴雨径流形成的瞬时大流量来水具有较强的缓冲能力。另外，可通过水位调控技术，调整旁路离线河流净化器系统中的水位，构建适宜于植物群落、微生物生长的水生态环境，强化水中污染物的降解和水生态恢复。

利用旁路离线河流净化器技术与系统处理污染河水，本质是河流自净功能的人工强化、分流、分质，净化水中的污染物。净化的主要机理是调蓄水量、增加水力停留时间，通过强化河道中植物、微生物的净化，发挥其物理、化学、生物、生态作用，从而有效去除COD、氨氮等污染物。本发明的旁路离线河流净化方法和旁路离线河流净化系统的特征可概括为：引干入支，形成回路；净化干水，处理支水；离线在线，优化组合；生物生态，协同净化。该技术与系统符合国际上“干流的治理始于支流治理”的河流修复思路。

以下结合实施例作进一步的说明，

实施例：北京北运河中段龙道河水质净化工程

位于北京市北运河中段的温榆河段21，水质属于劣V类。温榆河中段的支流龙道河22始于罗马东湖东，作为排污河道，水质黑臭。为改善龙道河的水质，利用罗马西湖24上端已经完工的人工开挖的引水渠，将温榆河-罗马西湖-罗马东湖25-龙道河水系贯通，构建出旁路系统。通过龙道河上段建设引水泵站29和节制尾闸28，可从温榆河引流。在该旁路中布置了蜿蜒河道、深潭浅滩26等拟自然河道23工程，滨岸植物缓冲过滤带等拟自然河岸工程以及塘-人工湿地水质净化工程等生态净化单元，从而构建出河道型旁路离线河流净化系统，工程布设见图2。旁路离线河流净化器系统中龙道河长6.74公里，上段长2.1公里，下段长4.64公里，塘-湿地系统包括罗马西湖(约11公顷)、罗马东湖(8.91公顷)、罗马东湖人工湿地(建设面积5800m²)。该旁路离线河流净化系统的最大设计引水量为0.5m³/s，约占温榆河(鲁疃闸)干流多年平均径流量的25％。监测结果显示，温榆河段的引水口处的COD和氨氮平均浓度分别为25.87mg/L和10.59mg/L，经旁路离线河流净化器系统处理后，罗马东湖出水的COD和氨氮平均浓度分别为12.77mg/L和1.76mg/L，COD和氨氮的净化效率分别为50.64％和83.38％。引自温榆河的河水经过旁路离线河流净化系统中的生态河道、塘-湿地等单元的净化后，再通过龙道河下段27汇入温榆河干流，能有效改善温榆河干流的水质。

Claims (3)

1.一种旁路离线河流净化系统，以污染河流的支流为基础，在干流与支流之间建成一引流渠道，将支流河道和干流旁边可滞留河水的湖、塘、湿地、洼地、沟壕或河道截弯取直后改造成塘-湿地、拟自然河床和拟自然河岸，构成支流与干流的水循环旁路，并通过生态工程和环境工程的组合形成支流型旁路离线河流净化系统、旧河道型旁路离线河流净化系统或/和塘-湿地型旁路离线河流净化系统；

其中生态工程技术包括在旁路中构建水生植物群落、生态浮床、塘-湿地和植被缓冲过滤带，以强化旁路离线河流净化系统的水质净化效率，环境工程技术包括布设填料形成生物膜、曝气充氧的环境工程技术，以强化旁路离线河流净化系统的水污染物去除效率；净化后的河水再汇入干流，改善河流水质和恢复河流生态。

2.根据权利要求1所述的旁路离线河流净化系统，其中，通过闸前蓄水自流、依靠干流与支流的常水位差自流或者采用提升泵引水至旁路离线河流净化系统内。

3.根据权利要求1所述的旁路离线河流净化系统，其中，生态河道的入口设置有节制尾闸，以防止洪汛期河水倒灌，并通过水位调控构建适宜于植物群落、微生物生长的水生态环境，强化水中污染物的降解和水生态恢复。