CN103420486B - 盆景式增氧生态湿地装置及利用其净化黑臭河道的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及盆景式增氧生态湿地装置及利用其净化黑臭河道的方法，该装置包括箱体、管路、增氧机、二沉池和射流扩散器；所述管路设在箱体内侧的底部，贯穿整个箱体；所述箱体内部铺有填料；所述管路由潜水泵、通水主管和连接管道组成，潜水泵连接在通水主管的一端，连接管道装在通水主管上，在连接管道上通过三通管与支管的一端连接，支管的另一端依次连接增氧机和二沉池，二沉池的出水管上连接射流扩散器；箱体内设有通气主管，通气主管的顶端暴露在空气中，底端与通水主管连接。污水经过本装置的作用后即可得到净化。本发明可灵活安装于河道边，运行费用低，全部自控，可稳定持续地恢复水生生态环境，适用于黑臭河道的处理。

Description

盆景式增氧生态湿地装置及利用其净化黑臭河道的方法
技术领域
本发明涉及河道（天然河流、城市内河、黑臭河道）生态净化处理技术领域。
背景技术
随着我国经济发展和人民生活水平的提高，人们对环境质量尤其是水环境质量的要求越来越高，受污染的地表水污染治理问题也越来越多地得到关注和重视。
在受污染地表水的处理领域，目前常用的治理方法主要有生物法和生态法两大类。生物法利用植物、动物及微生物对污染物的富集、吸收降解等作用修复水体，修复过程自然、原位，但是易受环境因素的影响。生态法主要采取塘、人工湿地、岸边带水生植被恢复、水生生物系统恢复剂河道保护等，但单位面积净化能力弱，处理规模受水面占用等因素限制等。
近年来许多研究者对污染地表水的处理技术进行了研究，并取得了很好的效果。传统的河道曝气技术处理效果好、见效快，但需投入较多设备，且动力消耗大运行成本高，在我国应用较少。水中种植水生植物或建人工湿地，都会对水域生态系统的结构和使用功能造成一定影响，且存在湿地淤堵、有机质去除率不高等问题。
发明内容
解决的技术问题：针对现有地表水处理技术存在的氮磷去除效果一般、治理技术运行成本高、对水域生态系统结构和使用功能（如通航和行洪等）产生不利影响的难题，本发明提供一种低成本、可自动控制、便于设在河湖等水岸边与周围环境相协调的盆景式增氧生态湿地装置及利用其净化黑臭河道的方法。
技术方案：盆景式增氧生态湿地装置，包括箱体、管路、增氧机、二沉池和射流扩散器，所述管路设在箱体内侧的底部，贯穿整个箱体；所述箱体内部铺有填料；所述管路由潜水泵、通水主管和连接管道组成，潜水泵连接在通水主管的一端，连接管道装在通水主管上，在连接管道上通过三通管与支管的一端连接，支管的另一端依次连接增氧机和二沉池，二沉池的出水管上连接射流扩散器；箱体内设有通气主管，通气主管的顶端暴露在空气中，底端与通水主管连接。
上述所述的箱体由大木箱和小木箱高低错落排列组成，大木箱有5~10个，其长度为3m、宽度为0.85m、高度为0.85~1.2m；小木箱有4~9个，其长度为0.7m、宽度为0.85m、高度为0.425~0.6m，连接管道位于小木箱内。
上述所述的通水主管和通气主管的管径均为10~15cm，通水主管处于大木箱内的管壁四周均匀设有3~5排直径为2cm的小孔，延管长方向每两个小孔之间的距离为10~20cm。
上述所述的填料的比表面积为600m2/m3，从下至上分别铺砌大卵石、中卵石、小卵石、粗砂，在粗砂上面覆小碎石建湿地或种植植物，大卵石的直径为5~7cm，中卵石的直径为3~5cm，小卵石的直径为1~3cm，粗砂的直径为0.2~0.5cm。
上述所述的增氧机的高度为0.85m，宽度为1.5m，长度为0.3m；增氧机由呈扁形弯管状的PVC材料铸制成，在扁形弯管出水口的下部设有克服地转力的水轮机尾水装置，通过调整弯管状PVC材料的数量和长度来满足不同水量要求。
上述所述的盆景式增氧生态湿地装置净化黑臭河道的方法如下：污水经潜水泵泵入通水主管后进入箱体中，箱体中水位逐渐上升，达到设计水位后，自动启动增氧机产生虹吸，水流通过通水主管、连接管道和支管被吸干，同时空气经通气主管进入填料，填料裸露，实现大气复氧；污水经增氧机后进入二沉池，再通过出水管，最后由射流扩散器进入河道，完成净化污染地表水的过程。
本发明采用超高又超宽型增氧机，增氧机中设有负压发生器，并设立通水主管和通气主管，通过形成类似井点结构，污水能够在1~2分钟内迅速被增氧机吸干，从而让空气迅速进入通到填料的各个部位，进行大气复氧。
本发明的二沉池出水管上连接射流扩散器，出水速度很快，可以将藻类的气囊打碎，抑制藻类生存，去除蓝藻，从而可稳定持续地恢复水生生态环境。
有益效果：
1、节能优势明显：应用“盆景式增氧生态湿地装置” 处理河道，全部能耗仅为水体泵入进水箱所耗电能，直接运行费用很小；
2、运行维护管理费用低：本技术工艺简单，全部自控无需专人管理，同时，由于该技术对水质、水量变化适应性大，可长期稳定运行；
3、湿地内溶氧水平大大提高：湿地充分利用了大气复氧双膜理论中的水中溶解氧增加率与比表面面积成正比的规律，通过间歇式拉干湿地中的水（类似井点结构），形成湿地中填料表面水膜，水膜与大气接触面积越大则溶氧越多，并且由于设计的湿地中填料数量大，比表面积大，复氧效果十分明显；
4、湿地中填料上微生物活性提高，水处理效果提高：由于湿地内溶氧水平改善，湿地填料上的微生物活性提高，其生命活动活跃，推动了微生物代谢功能，从而使污水处理效果优于传统的人工湿地；
5、改善湿地淤堵问题：湿地内的进水和出水都在床的底部，特别是，增氧机的虹吸装置的虹吸（增加7m负压水头）出水速度巨大，不易造成填料堵塞现象，另外溶解氧的增加，有机物质降解深度增加，也会降低有机淤堵，试验表明，这种湿地淤堵现象不明显；
6、本发明可以因地制宜将其安装于沿黑臭河道（河、湖）岸边的任何适宜的地方，处理河道（河、湖），让水质变好，甚至可将被污染的黑臭河道处理达到排放一级A标准或地表水Ⅲ类或水源水。
附图说明
图1为本发明的盆景式增氧生态湿地装置的主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图2中A-A项的剖视图。
图4为净化地表水流程图。
图中：1、潜水泵，2、通水主管，3、大木箱，4、小木箱，5、增氧机，6、连接管道，7、支管，8、通气主管，9、填料，10、二沉池，11、出水管，12、射流扩散器。
具体实施方式
实施例1
盆景式增氧生态湿地装置，结构如图1、图2、图3所示，包括箱体和管路两部分，所述管路设在箱体内侧的底部，贯穿整个箱体；所述箱体内部铺有填料9；所述管路由潜水泵1、通水主管2和连接管道6组成，潜水泵1连接在通水主管2的一端，连接管道6装在通水主管2上，在连接管道6上通过三通管与支管7的一端连接，支管7的另一端依次连接增氧机5和二沉池10，二沉池10的出水管11上连接射流扩散器12；所述通水主管2、支管7和填料9之间的空隙形成类似井点的结构；大木箱3内设有通气主管8，通气主管8的顶端暴露在空气中，底端与通水主管2连接。
箱体由大木箱3和小木箱4高低错落排列组成，大木箱3有10个，其长度为3m、宽度为0.85m、高度为1m；小木箱4有9个，其长度为0.7m、宽度为0.85m、高度为0.5m，连接管道6位于小木箱4内。
通水主管2和通气主管8的管径均为12cm，通水主管2处于大木箱4内的管壁四周均匀设有4排直径为2cm的小孔，延管长方向每两个小孔之间的距离为15cm。
填料9的比表面积为600m2/m3，从下至上分别铺砌大卵石、中卵石、小卵石、粗砂，在粗砂上面覆小碎石建湿地或种植植物，大卵石的直径为5~7cm，中卵石的直径为3~5cm，小卵石的直径为1~3cm，粗砂的直径为0.2~0.5cm。
增氧机5的高度为0.85m，宽度为1.5m，长度为0.3m；增氧机5由呈扁形弯管状的PVC材料铸制成，在扁形弯管出水口的下部设有克服地转力的水轮机尾水装置，通过调整弯管状PVC材料的数量和长度来满足不同水量要求。
将箱体安装于苏州市冶坊浜的河道的岸边，潜水泵1和射流扩散器12置于水面下方。该河道长600m、宽15m、深1.5m，在其与主河道山塘河汇合处，建立闸门。应用大流量的水泵将冶坊浜的黑臭河水泵入山塘河，冶坊浜的水位下降后，开闸让山塘河水自流进入冶坊浜换水，每日两次换水。
盆景式增氧生态湿地装置安装后进行了8个月的效果检验。每一次检验都是要求关闸，形成死水。3日后全河水质变坏，5日后全河水质发黑发臭。这时开始运行盆景式增氧生态湿地装置。
污水经潜水泵1泵入通水主管2后进入箱体中，箱体中水位逐渐上升，达到设计水位后，自动启动增氧机5产生大量虹吸，水流通过通水主管2、连接管道6和支管7，通水主管2、连接管道6和支管7连接成类似井点（基坑渗水常用）结构，在负压发生时产生高速水流，并将箱体内的水在1~2分钟内吸干和让空气迅速进入到填料9的各个部位，实现大气复氧；污水中的溶解氧增加，得到一个好氧生态环境，有利于好氧微生物生长、繁殖，分解污水。增氧机5排出的含有高溶解氧的水进入二沉池10，经出水管11后再通过射流扩散器12出水排入河道，增加河道中的溶解氧，逐步改善水体的生态环境，恢复生态食物链；射流扩散器12出水速度很快，可以将藻类的气囊打碎，抑制藻类生存，去除蓝藻，可稳定持续地恢复水生生态环境。
经过盆景式增氧生态湿地装置连续不断的运行，其中有将处理后的清水作小循环的对流扩散和将处理后的清水作大循环的对流扩散。装置连续不断的运行5天后，苏州市环保局人员进行了现场监测：从闸前向下游50m（大约水量为1000立米）全河化学需氧量下降为30mg/L以下；从闸前向下游100m（大约水量为2000立米）全河化学需氧量下降为40mg/L以下。
在箱体的顶部栽种不同的湿地植物，可以满足景观需求，并能进一步去除N、P，消除富营养化，可稳定持续地恢复水生生态环境。
本发明的盆景式增氧生态湿地装置，可用来处理河道（河、湖），改善水质，甚至可将被污染的黑臭河道处理达到排放一级A标准或地表水Ⅲ类或水源水。
对苏州市治坊浜的河道中的水处理一段时间后，进行了监测，见如下表格。
水质监测表
。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (4)

1.盆景式增氧生态湿地装置，其特征在于：包括箱体、管路、增氧机（5）、二沉池（10）和射流扩散器（12），所述箱体由大木箱（3）和小木箱（4）高低错落排列组成，大木箱（3）有5~10个，其长度为3m、宽度为0.85m、高度为0.85~1.2m，小木箱（4）有4~9个，其长度为0.7m、宽度为0.85m、高度为0.425~0.6m，连接管道（6）位于小木箱（4）内；所述管路设在箱体内侧的底部，贯穿整个箱体；所述箱体内部铺有填料（9）；所述管路由潜水泵（1）、通水主管（2）和连接管道（6）组成，潜水泵（1）连接在通水主管（2）的一端，连接管道（6）装在通水主管（2）上，在连接管道（6）上通过三通管与支管（7）的一端连接，支管（7）的另一端依次连接增氧机（5）和二沉池（10），增氧机（5）中设有负压发生器，二沉池（10）的出水管（11）上连接射流扩散器（12）；箱体内设有通气主管（8），通气主管（8）的顶端暴露在空气中，底端与通水主管（2）连接；所述通水主管（2）和通气主管（8）的管径均为10~15cm，通水主管（2）处于大木箱（3）内的管壁四周均匀设有3~5排直径为2cm的小孔，沿管长方向每两个小孔之间的距离为10~20cm。
2.根据权利要求1所述的盆景式增氧生态湿地装置，其特征在于：所述填料（9）的比表面积为600m2/m3，从下至上分别铺砌大卵石、中卵石、小卵石、粗砂，在粗砂上面覆小碎石建湿地或种植植物，大卵石的直径为5~7cm，中卵石的直径为3~5cm，小卵石的直径为1~3cm，粗砂的直径为0.2~0.5cm。
3.根据权利要求1所述的盆景式增氧生态湿地装置，其特征在于：所述增氧机（5）的高度为0.85m，宽度为1.5m，长度为0.3m；增氧机（5）由呈扁形弯管状的PVC材料铸制成，在扁形弯管出水口的下部设有克服地转力的水轮机尾水装置，通过调整弯管状PVC材料的数量和长度来满足不同水量要求。
4.根据权利要求1所述的盆景式增氧生态湿地装置净化黑臭河道的方法，其特征在于：污水经潜水泵（1）泵入通水主管（2）后进入箱体中，箱体中水位逐渐上升，达到设计水位后，自动启动增氧机（5）产生虹吸，水流通过通水主管（2）、连接管道（6）和支管（7）被吸干，同时空气经通气主管（8）进入填料（9），填料（9）裸露，实现大气复氧；污水经增氧机（5）后进入二沉池（10），再通过出水管（11），最后由射流扩散器（12）进入河道，完成净化污染地表水的过程。
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