CN103058463B

CN103058463B - 湾畔水质持续净化系统处理方法与应用

Info

Publication number: CN103058463B
Application number: CN201310013674.0A
Authority: CN
Inventors: 虢清伟; 许振成; 易皓; 黄家辉; 曾东; 周自坚
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2033-01-14
Also published as: CN103058463A

Abstract

本发明公开了一种湾畔水质持续净化系统及其处理方法与应用。该系统利用自然湾畔等低洼地建设，具备沉砂、二级生化和沉淀、以及深度净化等功能，通过河道翻板闸等水工构筑物的配合，可满足旱季河水全部或部分自流进、出处理系统，雨季优先行洪，使河道水质在可控的条件下恢复及保障至优于地标V类水以上。该系统采用一体化设计，结构紧促，建设及运行成本低廉，可根据现场条件及水质目标因地制宜，灵活选取、组合不同的水质净化单元操作，在具备优良的水质净化能力的同时，具备良好的景观美化效果。本发明提供的湾畔水质持续净化系统操作简便，成本低，可以大规模的推广应用于城市受污染的中小河流，有较好的经济和社会效益。

Description

湾畔水质持续净化系统处理方法与应用

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，特别涉及一种湾畔水质持续净化系统及其处理方法与应用。

技术背景

城市河流水环境质量对于城市经济发展、群众人居生活质量的提高具有极其重要的意义。但城市河流普遍水体环境容量小而纳污负荷高，极易造成水体质量下降。总体来看，虽然各级政府在水污染防治方面做了很多工作，但受制于污水收集、点源控制等因素，我国城市河流的水质普遍为劣Ⅴ类，无法达到相应的水质功能目标，而且这种局面在短期内还将难以改变。因此，开展水质净化与生态修复，恢复河流水质功能迫在眉睫。

国外对水体污染修复技术的研究与应用始于二十世纪五、六十年代的日本、美国及欧洲等一些发达国家，针对经济的高速发展导致水质急速恶化、影响水资源使用的问题，这些国家一方面加大城市污水处理厂的建设力度，减少入河污染量；另一方面根据本国河流的特点采取人工强化措施直接治理河流，加速河流水质的恢复。近三、四十年来，河流水质强化净化与修复技术的重点在于充分发挥现有水利工程的作用的同时，综合利用水域内外的湿地、滩涂、水塘、堤坡等，对天然或人工水域自恢复能力和自净能力进行强化。

受制于污水收集、面源控制等因素，我国城镇河道普遍为纳污河道，使得河道水质一般难以达到相应地表水环境质量标准，因而无法实现相应的环境功能，这种情况将在一定时期内长期存在。因此，在市政污水处理、工业源排放监管等工作基础上，在河道建设原位或旁路处理系统，实施水质持续净化成为必要。因城镇河道多为行洪河道，河道水质、水量在雨、旱季差异大，普通河道原位处理技术效果难以保证。

发明内容

为克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种湾畔水质持续净化系统。该系统利用河道自然湾畔等低洼地建设，具备沉砂、二级生化和沉淀以及深度净化等功能，通过河道闸、堰等水工构筑物的配合，可满足旱季河水全部或部分自流进、出处理，雨季则优先行洪，使河道水质在可控的条件下恢复并保障至地表V类水以上。该系统采用一体化设计，结构紧促，可因地制宜，灵活选取、组合不同的水质净化单元，在具备优良的水质净化能力的同时，起到良好的景观美化效果。

本发明的另一目的在于提供运用上述系统实现湾畔水质持续净化的处理方法。

本发明的再一目的在于提供所述的湾畔水质持续净化系统的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种湾畔水质持续净化系统，包括河道拦水构筑物和一体化水质持续净化带，河道拦水构筑物设置于一体化水质持续净化带上游河道中；

所述的河道拦水构筑物优选为在一体化水质持续净化带上游河道中设置的水力自控翻板闸；通过上游来水量增减的变化使水位产生相应的变化，引起作用板闸门上合力大小及作用点发生变化，并通过支腿、支墩与导板、滑轮的协调配合使支点随开度不断变化来实现翻板闸门的自动开启和关闭，使其雨期优先泄洪，旱季和平水期通过抬升水头使河水自流进入、流出一体化水质持续净化带；

所述的一体化水质持续净化带包括依次连接的常规污水二级处理区和深度净化功能区；一体化水质持续净化带利用河道在平水期裸露的河湾，将其进行平整，通过合理布局设计及工程建设，建成常规污水二级处理区和深度净化功能区；如河道无合适的河湾，也可在系统河岸进行建设；

所述的常规污水二级处理区包括依次连接的沉砂池、二级生化处理池及沉淀池；常规污水二级处理区具备沉砂、二级生化处理和沉淀的功能；

所述的二级生化处理池优选采用生物接触氧化工艺；

所述的生物接触氧化工艺优选按以下方法操作：将布满生物膜的填料充填在生物反应池内，使已经充氧的污水浸没全部填料并以0.08～0.1m/s的流速流经填料；污水中有机污染物在微生物的新陈代谢作用下被去除；也可根据脱氮除磷的要求选择改良型AO工艺；一般采用土池内衬土工布的形式来防渗及减少曝气冲刷；

所述的深度净化功能区优选采用人工湿地或景观氧化塘中的至少一种，可根据现场情况及水质目标，选择其一或合并建设，如果来水水质较好，可以采用人工湿地或景观氧化塘，如果来水水质较差，采用人工湿地和景观氧化塘合并建设；

所述的人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术；其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用；

所述的人工湿地优选根据二级处理区来水水质及水质目标选择单一型人工湿地或复合型人工湿地；经二级处理处置后水质氨氮浓度低于4mg/L，选择单一型人工湿地；若经二级处理处置后水质氨氮浓度高于4mg/L，选择复合型人工湿地；

所述的人工湿地的植物优选为美人蕉和花叶芦竹中的至少一种；

所述的景观氧化塘优选结合景观条件建设成景观塘，通过植物种类及季相配置，在水质得到净化的同时，起到景观美化的作用；景观氧化塘利用天然净化能力对污水进行处理，将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水，主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物；

所述的常规污水二级处理区与上游河道连通，所述的深度净化功能区与下游河道连通；通过在上游河道中的河道拦水构筑物将河水引入常规污水二级处理区，利用地势高差自流至深度净化功能区及下游河道；

所述的常规污水二级处理区的COD的去除效率为60%，BOD₅的去除效率为50%，TP的去除率为35%，TN的去除率45%，NH3-N的去除率为50%；

所述的深度净化功能区的COD的平均净化负荷为2.4～3g/（m².d），NH₃-N的平均净化负荷为1.2～1.5g/（m².d），TN的平均净化负荷为1.2～1.5g/（m².d），TP的平均净化负荷为0.1～0.13g/（m².d）；

运用上述湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，包括以下步骤：

（1）旱季和平水期的河水由水力自控翻板闸抬升水位后流入河湾一体化水质持续净化带中的常规污水二级处理区的沉砂池中；

（2）通过沉砂池进行沉砂处理后，河水中大颗粒污染物得到有效去除后自流进入常规污水二级处理区的生化处理池中；经过生化处理后的河水流入沉淀池进行沉淀；

（3）经过沉淀池沉淀处理后的河水自流进入深度净化功能区的复合型人工湿地，人工湿地的填料为砾石与粗砂，湿地种植美人蕉与花叶芦竹；人工湿地出水流入氧化塘，结合景观条件将氧化塘建设成景观塘，塘滨水侧种植再力花、鸢尾等挺水植物，睡莲等浮叶植物，以及金鱼藻、苦草等沉水植物，氧化塘除构造上含景观效果外，还通过菌藻的共同作用净化水质；处理后的清洁水融合到原来的河道，可以稀释原有河水，使河水得到持续净化；

步骤（3）中所述的砾石与粗砂的体积比优选为3:1～4:1；

所述的湾畔水质持续净化系统可应用于城市受污染的中小河流的持续净化工程中；

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明采用一体化式设计，将常规污水二级处理及深度净化的工艺有机整合，结构紧促，并可根据实际情况及水质目标因地制宜，灵活组合，有很好的水质净化与景观美化功能，处理后的清洁水可以流回河道，实现水资源的循环利用。本发明利用河道中天然湾畔构建水质持续净化系统，是一种可确保受污染河水达到地表Ⅴ类水质标准，实现其相应水质功能的河道原位修复技术。本发明提供的湾畔水质持续净化系统操作简便，成本低，可以大规模的推广应用于城市受污染的中小河流，有较好的经济和社会效益。

附图说明

图1实施例1中的湾畔水质持续净化系统的结构示意图，其中：1--水力自控翻板闸、2--沉砂池、3--二级生化处理池、4--沉淀池、5--人工湿地、6--景观塘。

具体实施方法

下面结合实施例和附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种湾畔水质持续净化系统，包括河道拦水构筑物和一体化水质持续净化带，河道拦水构筑物设置于一体化水质持续净化带上游河道中；

河道拦水构筑物为在一体化水质持续净化带上游河道中设置的水力自控翻板闸1；

一体化水质持续净化带包括依次连接的常规污水二级处理区和深度净化功能区；常规污水二级处理区与上游河道连通，深度净化功能区与下游河道连通；通过在上游河道中的水力自控翻板闸1将河水引入常规污水二级处理区，利用地势高差自流至深度净化功能区及下游河道；

常规污水二级处理区包括依次连接的沉砂池2、二级生化处理池3及沉淀池4；沉砂池2共2格，单格尺寸4.5m×5.0m×2.5m（L×W×H）；二级生化处理池采用AO工艺，A、O段分两格共建，单池规格6.5m×6.0m×2.5m，A段采用SHX半软性填料（180mm，填料比表面积为300m²/m³，填料高度为1.5m，生物氧化水力负荷为3m³/(m².h)），O段采用KDT弹性立体填料（175mm，填料比表面积为320m²/m³，填料高度为1.5m）；沉淀池4采用斜板沉淀工艺，两格中单格尺寸3.0m×3.0m×2.8m；

深度净化功能区为依次连接的人工湿地5和景观塘6；人工湿地规格20.0m×10.0m×1.0m，填料为粒径1.0～2.0cm砾石与粒径0.5～1.0mm粗砂（砾石与粗砂的体积比为3:1），湿地种植美人蕉与花叶芦竹，间距0.15～0.20m；人工湿地出水流入景观塘6，其面积约180m²，平均水深0.6m，塘滨水侧种有再力花、鸢尾、睡莲、金鱼藻和苦草。

实施例2

以南方某城镇河道作为研究对象，在已有的流域截污、工业点源排放监管等基础上，由于散漏入河源的影响，河道水质一直属于劣Ⅴ类（COD浓度为33.43mg/L，BOD₅浓度为13.21mg/L，TN浓度为5.8mg/L，NH3-N浓度为4.4mg/L，TP浓度为0.85mg/L）；

为实现水质目标须对河道水质实施持续净化，在该河道一面积约1200m²河湾建设湾畔水质持续净化系统（见实施例1），如图1所示，该湾畔水质持续净化系统日处理能力为200m³/d；

运用实施例1的湾畔水质持续净化系统实现南方某城镇河道水质持续净化的处理方法，包括以下步骤：

（1）旱季和平水期的河水由水力自控翻板闸抬升水位后流入河湾一体化水质持续净化带中的常规污水二级处理区的沉砂池中；沉砂池2共2格，单格尺寸4.5m×5.0m×2.5m（L×W×H，下同），运行水深2.2m，通过沉砂处理，沉砂池平均流速为20mm/s，河水中大颗粒污染物得到有效去除后自流进入二级生化处理池3；

（2）通过沉砂池进行沉砂处理后，河水中大颗粒污染物得到有效去除后自流进入常规污水二级处理区的二级生化处理池中；经过生化处理后的河水流入沉淀池进行沉淀；二级生化处理池采用AO工艺，A、O段分两格共建，单池规格6.5m×6.0m×2.5m，运行水深2.0m，为适应河道水质、水量的大幅变化，采用生物接触氧化工艺，A段采用SHX半软性填料（180mm，填料比表面积为300m²/m³，填料高度为1.5m，生物氧化水力负荷为3m³/(m².h)），O段采用KDT弹性立体填料（175mm，填料比表面积为320m²/m³，填料高度为1.5m），采用罗茨鼓风机供气，采用管式曝气器充气，汽水体积比为0.8:1，水力在A段和O段的停留时间分别为2小时、4小时，出水流入沉淀池；沉淀池4采用斜板沉淀工艺，两格中单格尺寸3.0m×3.0m×2.8m，运行水深2.5m，停留时间3h，得到经过常规二级处理后的水；整个常规污水二级处理区均采用土体结构，土塘土埂均经碾压，植草护坡，土池内衬350g/m²土工布以防渗及防曝气冲刷；

（3）经过沉淀池沉淀处理后的河水自流进入深度净化功能区的复合型（水平潜流与垂直流）人工湿地5，人工湿地规格20.0m×10.0m×1.0m，填料为粒径1.0～2.0cm砾石与粒径0.5～1.0mm粗砂（砾石与粗砂的体积比为3:1），湿地种植美人蕉与花叶芦竹，间距0.15～0.20m；人工湿地出水流入景观塘6，其面积约180m²，平均水深0.6m，塘滨水侧种有再力花、鸢尾、睡莲、金鱼藻和苦草，出水自流进入坪山河；

该河道水质持续净化系统对河水中主要污染物有较好的去除效果，连续运行近2年，该系统对COD浓度为27～35mg/L、TN浓度为5.3～6.7mg/L，NH₃-N浓度为3.8～4.7mg/L，TP浓度为0.81～0.92mg/L的污染河水经系统处理后，各指标出水浓度均优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）V类水标准。而且采用一体式设计，整体景观效果突出，成为当地群众休憩的场所。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)旱季和平水期的河水由水力自控翻板闸抬升水位后流入河湾一体化水质持续净化带中的常规污水二级处理区的沉砂池中；

(2)通过沉砂池进行沉砂处理后，河水中大颗粒污染物得到有效去除后自流进入常规污水二级处理区的生化处理池中；经过生化处理后的河水流入沉淀池进行沉淀；

(3)经过沉淀池沉淀处理后的河水自流进入深度净化功能区的复合型人工湿地，人工湿地的填料为砾石与粗砂，湿地种植美人蕉与花叶芦竹；人工湿地出水流入氧化塘，结合景观条件将氧化塘建设成景观塘，塘滨水侧种植再力花、鸢尾挺水植物，睡莲浮叶植物，以及金鱼藻、苦草沉水植物；处理后的清洁水融合到原来的河道，稀释原有河水，使河水得到持续净化；

所述的湾畔水质持续净化系统，包括河道拦水构筑物和一体化水质持续净化带，河道拦水构筑物设置于一体化水质持续净化带上游河道中；所述的河道拦水构筑物为在一体化水质持续净化带上游河道中设置的水力自控翻板闸；所述的一体化水质持续净化带包括依次连接的常规污水二级处理区和深度净化功能区；所述的常规污水二级处理区与上游河道连通，所述的深度净化功能区与下游河道连通。

2.根据权利要求1所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于：所述的常规污水二级处理区包括依次连接的沉砂池、二级生化处理池及沉淀池；沉淀池与所述的深度净化功能区连接。

3.根据权利要求1所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于：所述的深度净化功能区为人工湿地或景观氧化塘中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于：所述的二级生化处理池采用生物接触氧化工艺；

所述的生物接触氧化工艺按以下方法操作：将布满生物膜的填料充填在生化处理池内，使已经充氧的污水浸没全部填料并以0.08～0.1m/s的流速流经填料。

5.根据权利要求3所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于：所述的人工湿地为单一型人工湿地或复合型人工湿地。

6.根据权利要求1所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法，其特征在于：步骤(3)中所述的砾石与粗砂的体积比为3:1～4:1。

7.权利要求1～6任一项所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法的应用，其特征在于：所述的运用湾畔水质持续净化系统实现湾畔水质持续净化的处理方法在城市受污染的中小河流的持续净化工程中进行应用。