CN103993576B - 富营养化河水净化和非点源污染拦截系统 - Google Patents

富营养化河水净化和非点源污染拦截系统 Download PDF

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Abstract

一种富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，蓄水渠位于河岸上，河道通过便携式水泵和输水管与蓄水渠连通；所述的生态床为梯田式结构；所述蓄水渠与生态床之间、每阶生态床之间分别采用水渠墙体和所述的休闲亲水挡墙隔开，所述的水渠墙体底部开设有若干蓄水渠排水口，所述休闲亲水挡墙底部可设有若干生态床排水口；与所述生态床接触的水渠墙体一侧具有由卵石或碎石堆积而成的蓄水渠布水通道，蓄水渠布水通道另一侧具有强化吸附层；每个休闲亲水挡墙两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层和生态床布水通道；所述的蓄水渠布水通道和强化吸附层高于蓄水渠排水口；所述休闲亲水挡墙由秸秆和混凝土复合而成。

Description

富营养化河水净化和非点源污染拦截系统
技术领域
本发明涉及水环境治理和河流生态修复技术流域，尤其是一种富营养化河水净化和非点源污染拦截系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展，污水排放量不断扩大，使得河流水系富营养化程度不断加重、水环境中的污染物质直接破坏水体功能，打破原有的生态平衡，污染物质通过“食物链"影响植物、动物和人类，抑制分解者的活性，导致污染物质在环境中的累积，水环境日渐恶化，人居环境品位逐步下降。随着人们对生态环境的认识日益提高，河流整治工程越来越受到关注，人们开始尊重并保护河流的自然风貌和生态功能，在保证洪水安全下泄的前提下，通过采用一些新的生态修复技术和方法恢复已经人工化、城市化的河流的自然特征和生物多样性，创造出大自然中富有情趣的水边空间，实现人与河流的和谐发展。
另一方面作为农业大国，我国的秸秆产量随着农业的连年丰收而大幅度上升，此类来源丰富的植物资源少部分作为饲料、肥料，一部分于野外就地焚烧，还有一部分丢弃在河流、水塘边任由腐烂，这样不仅浪费了资源，也对生态环境造成了严重的污染，带来了巨大的环境压力。因此，对农作秸秆资源的综合利用意义重大，亟需具有综合效益的应用模式。
中国专利《河水净化与边坡绿地养护相结合的生态河岸带》(申请号：201010211973.1)公开了一种河水净化生态工程，包括河岸带生态床、水体调节槽、水泵等设施设备，通过提升河水对边坡绿地进行浇灌实现对河水中的污染物的截留和净化，该发明专利运行维护简单，净化效果明显，但该专利存在以下缺陷：①对污染较重的富营养化河水净化效果差；②输水管道的布水不均匀，在重力的作用下上层缺水，下层水量大；③生态系统单调；④暴雨季节生态床土体层会产生滑坡；⑤生态床为斜坡，不利于翻耕、种植。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决河流污染和秸秆有效利用的问题，本发明提供一种操作简单、投资较少的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，既能净化河水、养护绿地、美化环境，也能对非点源污染进行拦截和净化，同时实现秸秆的有效利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，包括蓄水渠、若干生态床、休闲亲水挡墙、便携式水泵和输水管；
所述的蓄水渠位于具有坡度的河岸上，并与河道平行设置，河道通过便携式水泵和输水管与蓄水渠连通；所述的生态床为梯田式结构，位于所述蓄水渠和河道之间，且与蓄水渠走向平行，所述生态床上还种植有植物；
所述蓄水渠与生态床之间、每阶生态床之间分别采用水渠墙体和所述的休闲亲水挡墙隔开，所述的水渠墙体和休闲亲水挡墙高于生态床，所述的水渠墙体底部开设有若干蓄水渠排水口，所述休闲亲水挡墙底部开设有若干生态床排水口；
与所述生态床接触的水渠墙体一侧具有由卵石或碎石堆积而成的蓄水渠布水通道，蓄水渠布水通道另一侧具有强化吸附层；每个休闲亲水挡墙两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层和生态床布水通道；所述的蓄水渠布水通道和强化吸附层高于蓄水渠排水口；所述的滤料层和生态床布水通道高于生态床排水口；所述休闲亲水挡墙由秸秆和混凝土复合而成。
为减少泥土淤积和确保水流通畅，作为优选，所述的蓄水渠底部设置有向河道倾斜的斜坡。
进一步地，所述的蓄水渠上设置有盖板，盖板上设置有若干输水入口，所述蓄水渠与地面接触部位还具有若干进水口，输水管接入输水入口，从河道中导入污水源，进水口用于接纳地面的初期雨水和其他非点源排水。
作为优选，根据河岸地形坡度进行设计，所述的生态床为3～6阶。
具体地，所述的强化吸附层为改性生物质秸秆炭，制备方法为：
(1)作物秸秆挑选、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆在200～350℃下炭化5～10分钟；
(3)把炭化物浸入0.2～0.5mol/L的高锰酸钾溶液中氧化0.2～0.5小时；
(4)把氧化物过滤、洗涤后浸入0.8～1.0mol/L的硫酸亚铁溶液中改性；
(5)改性产物过滤、洗涤、烘干后得到改性生物质秸秆炭。
进一步地，所述的休闲亲水挡墙制备方法为：
㈠、作物秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
㈡、筛分后的秸秆浸入质量浓度2～4％的氢氧化钠溶液中6～12小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
㈢、把冲洗后的秸秆浸入质量浓度1～2％的硅酸钠或硫酸铜溶液中5～10分钟，再放置6～12小时；
㈣、把步骤㈢的产物与水泥、偏高岭土按质量比5％：65％：30％搀和，搅拌1～2分钟，再加水搅拌3～10分钟成秸秆复合浆料；
㈤、根据休闲亲水挡墙的设计尺寸，浇筑成型、脱模、养护。
作为优选，所述的相邻的两个休闲亲水挡墙之间还设置有若干人行台阶，方便系统的管理和行人参观行走。
所述生态床的建造按如下步骤实施：
(1)测量、计算河岸斜坡的长度、坡度，确定生态床的阶数、宽度；
(2))剥离施工区的表层土，剥离深度为0.8～1米；对剥离后的河岸斜坡素土进行夯实防渗；
(3)施工建造休闲亲水挡墙，所述休闲亲水挡墙的墙体由秸秆复合材料制成，休闲亲水挡墙的高度和宽度根据当地地形设计，休闲亲水挡墙的底部每隔1～2米设有生态床排水口；优选地，休闲亲水挡墙的设计与地理地形充分结合，美化环境，可设计成人们休闲散步的亲水廊道；
(4)与所述生态床接触的水渠墙体一侧填充卵石或碎石形成蓄水渠布水通道，每个休闲亲水挡墙两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层和生态床布水通道，其中滤料层是用于过滤来自生态床体土壤的渗滤水，防止生态床排水口的堵塞；
(5)蓄水渠布水通道另一侧填充改性生物质秸秆炭，形成污染物强化吸附层；
(6)在卵石碎石、生物质秸秆炭上面回填剥离土，形成梯田式生态床，回填的土壤层的高度稍低于休闲亲水挡墙；
(7)选种植物；陆上生态床选种的植物应满足以下几点要求：①耐污能力强；②采用乡土物种，因土种植，因地制宜；③抗病能力强；④易于收获、便于处置；⑤根系发达，茎叶茂密；⑥在城市里以观赏为主，在郊区和农村植物的经济利用价值要高；进一步地，在水中，从浅水区向河流中心方向依次种植挺水植物、浮叶植物和沉水植物。
本发明的有益效果是，通过水泵提升富营养化河水对生态床植被进行灌溉，利用生态床中的土壤、微生物、植物等对河水中的污染物进行截留、过滤、吸附、转移、吸收转化，经过净化后的水再渗入河流中；为了强化对污染物的吸附，在生态床的土壤中添加改性生物质秸秆炭作为强化吸附层，利用改性生物质秸秆炭的强大吸附作用加强对氮、磷等营养物质的吸附；利用农作物秸秆复合材料制成休闲亲水挡墙，实现农作物秸秆的综合利用，同时对氮、磷等营养物质也具有一定吸附作用，另外改性生物质秸秆碳化强化吸附层和农作物秸秆复合材料制成的休闲亲水挡墙也可作为微生物的载体，能够利用微生物对污染物进行分解；利用蓄水渠接纳地面的初期雨水和其他非点源污水，经过生态床的净化达到对非点源污染的拦截和净化的目的；在水资源日趋紧张的情况下节约了水源，降低了绿地的养护成本；同时美化了环境，取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的实施例1横断面示意图；
图2是本发明实施例1俯视图；
图3是本发明的实施例2横断面示意图；
图中：1.蓄水渠，2.生态床，3.休闲亲水挡墙，4.河道，5.水渠墙体，6.蓄水渠排水口，7.生态床排水口，8.蓄水渠布水通道，9.强化吸附层，10.滤料层，11.生态床布水通道，12.盖板，13.输水入口，14.进水口，15.人行台阶。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1和2所示，一种富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，包括蓄水渠1、若干生态床2、休闲亲水挡墙3、便携式水泵和输水管；
所述的蓄水渠1位于具有坡度的河岸上，并与河道4平行设置，河道4通过便携式水泵和输水管与蓄水渠1连通，蓄水渠1根据当地地形分段施工，每段暗渠的底部高程相同，不同区段的蓄水渠1用挡板隔离；所述的生态床2根据地形涉及为3阶梯田式结构，位于所述蓄水渠1和河道4之间，且与蓄水渠1走向平行，所述生态床2上还种植有植物；
所述蓄水渠1与生态床2之间、每阶生态床2之间分别采用水渠墙体5和所述的休闲亲水挡墙3隔开，所述的水渠墙体5和休闲亲水挡墙3高于与其相邻的生态床2，所述的水渠墙体5底部每隔2米开设有一蓄水渠排水口6，所述休闲亲水挡墙3底部开每隔2米开设有一生态床排水口7；休闲亲水挡墙3的设计与地理地形充分结合，美化环境，设计成人们休闲散步的亲水廊道；。
与所述生态床2接触的水渠墙体5一侧具有由卵石或碎石堆积而成的蓄水渠布水通道8，蓄水渠布水通道8另一侧具有强化吸附层9；每个休闲亲水挡墙3两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层10和生态床布水通道11；所述的蓄水渠布水通道8和强化吸附层9高于蓄水渠排水口6；所述的滤料层10和生态床布水通道11高于生态床排水口7；所述休闲亲水挡墙3由秸秆和混凝土复合而成。为减少泥土淤积，所述的蓄水渠1底部设置有向河道4倾斜的斜坡。所述的相邻的两个休闲亲水挡墙3之间还设置有若干人行台阶15，方便生态床2的管理和行人参观行走。
实施例2
如图3所示，作为实施例1的进一步改进，所述的蓄水渠1上设置有盖板12，盖板12上设置有若干输水入口13，所述蓄水渠1与地面接触部位还具有若干进水口14。输水管接入输水入口13，从河道4中导入污水源，进水口14用于接纳地面的初期雨水和其他非点源排水。
上述两个生态床2的建造是按如下步骤实施的：
(1)测量、计算河岸斜坡的长度、坡度，确定生态床2的阶数、宽度；
(2))剥离施工区的表层土，剥离深度为0.8～1米；对剥离后的河岸斜坡素土进行夯实防渗；
(3)施工建造休闲亲水挡墙3，所述休闲亲水挡墙3的墙体由秸秆复合材料制成，休闲亲水挡墙3的高度和宽度根据当地地形设计，休闲亲水挡墙3的下端每隔2米设有生态床排水口7；休闲亲水挡墙3的设计与地理地形充分结合，美化环境，可设计成人们休闲散步的亲水廊道；
(4)与所述生态床2接触的水渠墙体5一侧填充卵石或碎石堆行成蓄水渠布水通道8，每个休闲亲水挡墙3两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层10和生态床布水通道11，滤料层10是用于过滤来自生态床2体土壤的渗滤水，防止生态床排水口7的堵塞；
(5)蓄水渠布水通道8另一侧填充改性生物质秸秆炭，形成污染物强化吸附层9；
(6)在卵石碎石、生物质秸秆炭上面回填剥离土，形成梯田式生态床2，回填的土壤层的高度稍低于休闲亲水挡墙3；
(7)选种植物；陆上生态床2选种的植物应满足以下几点要求：①耐污能力强；②采用乡土物种，因土种植，因地制宜；③抗病能力强；④易于收获、便于处置；⑤根系发达，茎叶茂密；⑥在城市里以观赏为主，在郊区和农村植物的经济利用价值要高；进一步地，在水中，从浅水区向河流中心方向依次种植挺水植物、浮叶植物和沉水植物。
具体地，所述利用秸秆复合材料建造休闲亲水挡墙3的过程为：
㈠、作物秸秆挑选、晾晒、破碎、过筛；
㈡、筛分后的秸秆浸入质量浓度2％的氢氧化钠溶液中12小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
㈢、把冲洗后的秸秆浸入质量浓度2％的硅酸钠溶液中5分钟，放置风干12小时；
㈣、把步骤㈢的产物与水泥、偏高岭土按质量比5％：65％：30％搀和，搅拌2分钟，再加水搅拌10分钟成秸秆复合浆料；
㈤、根据休闲亲水挡墙3的设计尺寸，浇筑成型、脱模、养护。
具体地，所述改性生物质秸秆炭的制造过程为：
(1)作物秸秆挑选、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆在350℃下炭化5分钟；
(3)把炭化物浸入0.5mol/L的高锰酸钾溶液中氧化0.5小时；
(4)把氧化物过滤、洗涤后浸入1.0mol/L的硫酸亚铁溶液中改性；
(5)改性产物过滤、洗涤、烘干后得到改性生物质秸秆炭。
沿着人行台阶15摆放输水管，通过水泵提升富营养化河水对生态床2的植被进行灌溉，利用生态床2中的土壤、微生物、植物等对河水中的污染物进行截留、过滤、吸附、转移、吸收转化，经过净化后的水再渗入河流中；为了强化对污染物的吸附，在生态床2的土壤中添加改性生物质秸秆炭，利用改性生物质秸秆炭的强大吸附作用加强对氮、磷等营养物质的吸附；利用蓄水渠1接纳地面的初期雨水和其他非点源污水，经过生态床2的净化达到对非点源污染的拦截和净化的目的；利用农作物秸秆复合材料制成休闲亲水挡墙3，实现农作物秸秆的综合利用，同时对氮、磷等营养物质也具有一定吸附作用，另外改性生物质秸秆碳化强化吸附层9和农作物秸秆复合材料制成的休闲亲水挡墙3也可作为微生物的载体，能够利用微生物对污染物进行分解；在水资源日趋紧张的情况下节约水源，降低了绿地的养护成本；同时美化了环境。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：包括蓄水渠(1)、若干生态床(2)、休闲亲水挡墙(3)、便携式水泵和输水管；
所述的蓄水渠(1)位于具有坡度的河岸上，并与河道(4)平行设置，河道(4)通过便携式水泵和输水管与蓄水渠(1)连通；所述的生态床(2)为梯田式结构，位于所述蓄水渠(1)和河道(4)之间，且与蓄水渠(1)走向平行，所述生态床(2)上还种植有植物；
所述蓄水渠(1)与生态床(2)之间、每阶生态床(2)之间分别采用水渠墙体(5)和所述的休闲亲水挡墙(3)隔开，所述的水渠墙体(5)和休闲亲水挡墙(3)高于与其相邻的生态床(2)，所述的水渠墙体(5)底部开设有若干蓄水渠排水口(6)，所述休闲亲水挡墙(3)底部开设有若干生态床排水口(7)；
与所述生态床(2)接触的水渠墙体(5)一侧具有由卵石或碎石堆积而成的蓄水渠布水通道(8)，蓄水渠布水通道(8)另一侧具有强化吸附层(9)；每个休闲亲水挡墙(3)两侧沿水流方向分别设置有均由卵石或碎石堆积而成的滤料层(10)和生态床布水通道(11)；所述的蓄水渠布水通道(8)和强化吸附层(9)高于蓄水渠排水口(6)；所述的滤料层(10)和生态床布水通道(11)高于生态床排水口(7)；所述休闲亲水挡墙(3)由秸秆和混凝土复合而成；
所述的休闲亲水挡墙(3)制备方法为：
㈠、作物秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
㈡、筛分后的秸秆浸入质量浓度2～4％的氢氧化钠溶液中6～12小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
㈢、把冲洗后的秸秆浸入质量浓度1～2％的硅酸钠或硫酸铜溶液中5～10分钟，再放置6～12小时；
㈣、把步骤㈢的产物与水泥、偏高岭土按质量比5％：65％：30％搀和，搅拌1～2分钟，再加水搅拌3～10分钟成秸秆复合浆料；
㈤、根据休闲亲水挡墙(3)的设计尺寸，浇筑成型、脱模、养护。
2.根据权利要求1所述的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：所述的蓄水渠(1)底部设置有向河道(4)倾斜的斜坡。
3.根据权利要求1或2所述的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：所述的蓄水渠(1)上设置有盖板(12)，盖板(12)上设置有若干输水入口(13)，所述蓄水渠(1)与地面接触部位还具有若干进水口(14)。
4.根据权利要求1所述的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：所述的生态床(2)为3～6阶。
5.根据权利要求1所述的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：所述的强化吸附层(9)为改性生物质秸秆炭，制备方法为：
(1)作物秸秆挑选、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆在200～350℃下炭化5～10分钟；
(3)把炭化物浸入0.2～0.5mol/L的高锰酸钾溶液中氧化0.2～0.5小时；
(4)把氧化物过滤、洗涤后浸入0.8～1.0mol/L的硫酸亚铁溶液中改性；
(5)改性产物过滤、洗涤、烘干后得到改性生物质秸秆炭。
6.根据权利要求1所述的富营养化河水净化和非点源污染拦截系统，其特征在于：所述的相邻的两个休闲亲水挡墙(3)之间还设置有若干人行台阶(15)。
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