CN104496106B - 一种校园雨水生态净化集成处理方法及生态净化集成系统 - Google Patents
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Abstract
一种校园雨水生态净化集成处理方法及生态净化集成系统，所述的方法包括以下步骤：1)在校园内预先建好用于处理校园雨水的集成处理系统；2)根据校园不同水体生态净化选择适宜的处理方法；3)经步骤2)处理过的雨水最终汇集到校园内的景观水体内或者排入校园河道内或者汇入校园内的地下水层；所述的系统包括用于处理校园初期雨水径流的潜流型人工湿地系统、用于处理校园暴雨径流的滨岸带截流系统、用于处理校园自然驳岸河道水体的生态浮床-曝气推流系统、用于处理校园硬驳岸河道水体的人工水草-微孔曝气系统、用于处理校园封闭池塘水体的生物操纵-喷泉曝气系统。本发明的有益效果是：净化效果好、成本低、资源利用率高、净化效果长久。
Description
技术领域
本发明涉及一种校园雨水生态净化集成处理方法及其系统，属于环境工程技术领域。
背景技术
城市地表降雨径流携带大量地表污染物质排入集雨水系，已经成为城市水质恶化的主要原因之一。由于城市雨水径流污染物输送具有非连续性和爆发性，其污染负荷在短期内会成倍升高，会对城市汇纳水体造成冲击性影响，许多城市暴雨后发生的水污染事件都是很好的例证。
目前国内许多大学校园都规划建设有相对独立的校园水系。一方面，校园水系有利于集雨区的防洪排涝，也能够提升校园景观；另一方面，当短时降雨量很大时，很难将校园内所有的雨水径流都收集处理后再排入集雨河道，大量的校园生活垃圾等面源污染物质会随着暴雨径流汇入校园水系，造成校园水体氮、磷含量达到富营养化水平，存在水华爆发风险。因此，在发挥校园水系排涝功能的同时，需要将雨水径流携带的污染物质截留，或者对排入校园水体的污染物质进行净化处理，从而实现校园水系美化环境的景观功能。
目前水体原位生态净化技术主要包括：人工湿地技术、生态边坡技术、曝气复氧技术、生态浮床技术、人工水草技术、生物操纵技术等。(1)人工湿地技术具有处理效果好、能耗少、以及对负荷变化适应能力强等优点。但是人工湿地技术处理初期暴雨径流存在处理单元多，施工相对复杂，占地面积大等缺点，不能在校园内大面积建设。(2)生态边坡技术是利用滨岸边坡覆盖的不同植被，截留汇入河道的面源污染物；但是滨岸景观植物生长的季节性较强，冬季截留效果较差，需要其他水体净化技术配合。(3)曝气复氧技术是利用水泵向水体中充入空气，加速水体复氧过程，以提高水体的溶解氧浓度水平；但是水泵曝气方式能耗较大，且影响景观，需要在校园水系筛选出合适的使用地点和使用方式。(4)生态浮床的植物根系附着生物多，水生植物能直接吸收氮磷，抑制植物性浮游藻类，提高水体的透明度等；但是生态浮床水生植物生长期短，有很强的季节性，冬季净化效果较差，需要应用抗寒水生植物。(5)人工水草技术是通过投放人工载体，重建水体生态，提高水体的自净能力，多用于污水治理；但是校园水体内微生物群落数量比较稀少，往往挂膜速度较慢且容易脱落，需要其他措施提高微生物活性。(6)生物操控技术是通过调节水生生物群及其栖息地，促使浮游植物生物量下降；但是微生物抑藻剂只能抑制藻类增长，不除种源，并且需要反复投放，需要其它措施来恢复和建立健康的校园水体水生生态系统。因此，单一的水体生态净化技术工艺都存在各自的优缺点，而且许多针对污水治理的方法对于校园雨水净化并不适用或者效果有限，应根据校园水体污染的实际情况加以调整利用。
发明内容
本发明针对降雨径流引起的校园水体污染的问题，提出了一种成本低、易维护、效果好的校园雨水原位生态净化集成系统，减少水体中的悬浮物和氮磷含量，增加水体透明度，获得水质改善和景观美化的双重效果的校园雨水生态净化集成处理方法及其系统。
本发明所述的一种校园雨水生态净化集成处理方法，包括以下步骤：
1)在校园内预先建好用于处理校园雨水的集成处理系统；
2)根据校园不同水体生态净化选择适宜的处理方法：
对于校园初期雨水径流，利用集成处理系统中的潜流型人工湿地系统进行处理；
对于校园暴雨径流，利用集成处理系统中的滨岸带截流系统进行处理；
对于校园自然驳岸河道水体，利用集成处理系统中的生态浮床-曝气推流系统进行处理；
对于校园硬驳岸河道水体，利用集成处理系统中的人工水草-微孔曝气系统进行处理；
对于校园封闭池塘水体，利用集成处理系统中的生物操纵-喷泉曝气系统进行处理；
3)经步骤2)处理过的雨水最终汇集到校园内的景观水体内或者排入校园河道内或者汇入校园内的地下水层。
进一步，利用步骤2)所述的潜流型人工湿地系统进行对初期雨水径流采用以下步骤：
①初期雨水经管道收集自流到格栅井，首先经格栅井栏截去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒，从而保证后续处理设施的正常运行，减轻后端的处理负荷；
②在格栅井内设置液位提升泵，达到设定水位后提升到厌氧预处理池，由于池体体积较大，不利于水体流动，设置三道导流折板，在导流区域内设置弹性填料，并且将池体分割成4格，利用综合液位的上下起伏，有效改善水体流动使弹性填料不断处于好氧、厌氧交替状态，进一步降低进入湿地的污染物负荷；
③出水由布水管道进入垂直式潜流人工湿地，根据降水量的大小而变化，在厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管，防止连续大雨或暴雨对人工湿地的冲击；同时设置补充进水系统，在后续校园景观水体设置液位浮球进水泵，当厌氧处理池内的水位达不到预期设置水位，进水泵通过液位浮球自动工作，进水达到指定水位后水泵停止工作，保证旱季时段人工湿地的用水需要；
④整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物；
⑤初期雨水通过4层填充层后上溢，水质中含有的悬浮物已经基本过滤，剩余水中有机物通过根系发达的上层植物吸附和消纳后出水到达指定水位后溢流到出水管，排入校园景观水体内或者通过透水墙渗入地下水层。
进一步，利用步骤2)所述的滨岸带截流系统进行对校园暴雨径流采用以下步骤：
①暴雨时大量无法及时排入雨水管网的地表径流将漫入校园河道，汇纳水体污染负荷会成倍增加，对水质造成冲击性影响。滨岸植被带具有增加入河坡面的粗糙度，减少地表径流冲刷，以及促进泥沙和营养物质沉积的多重作用；在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物，浅水平台上种植挺水植物，在河道斜坡区域(即水深0.8～1.5m区域)撒播沉水植物，形成滨岸带截流系统；通过打造河道滨岸带，强化配置不同类型湿地植物，在微观上创造多级生态位，增加生物多样性，形成净化周期中的不同功能区间，缓解暴雨径流对河道水质的短期冲击；
②无法及时排入雨水管网的地表径流的暴雨径流通过滨岸带截流系统及时排入校园河道内。
进一步，利用步骤2)所述的生态浮床-曝气推流系统进行对校园自然驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园自然驳岸河道水体的河道处设置生态浮床和推流式曝气机，其中推流式曝气机在作为重点区域的河道弯角处加密布置；
②通过生态浮床-曝气推流系统增加水中溶氧的同时亦可提升水体的流动性，配合生态浮床的净化效果。
生态浮床内的植物以常绿挺水植物(水生鸢尾、再力花，旱伞草和水生美人蕉)为主，辅以浮水植物(钱币草)和漂浮植物，将挺水植物种植在复合基质中，围成框架外缘，将漂浮植物圈养于构型内部。挺水植物由于其根系在冬春季节也能够保持一定的活性，达到全年净化水体的目的。
由于在无排涝和补水的情况下，校园水体基本为静止状态，因此在校园水系主要河段采用“推流式曝气机”形式曝气推流，增加水中溶氧的同时亦可提升水体的流动性，配合生态浮床的净化效果。推流式曝气机的布设主要考虑河道水系特点，尽量均匀分布，河道弯角等重点区域可以加密布设。
进一步，利用步骤2)所述的人工水草-微孔曝气系统进行对校园硬驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园水系的硬驳岸河道种植人工水草；
②在人工水草区底部设置微孔曝气机；
③利用人工水草-微孔曝气系统去除把校园硬驳岸河道水体中氮、磷营养盐和有机污染物。
校园水系的硬驳岸河道是典型的“三光断面”河道，两侧和底部均硬化处理，没有植物的生长空间。由于缺乏沉水植物、土著微生物、鱼和其它水生生物缺乏栖息空间，河水失去自净能力，加剧河道水质恶化。而人工水草是水体本底微生物富集，寄居和簇生藻类附着的场所，能提高局部微生物的存量。水体流过填料时类似于污水处理工艺中的接触氧化工艺，可以降低有机污染，促进氮素的硝化和反硝化作用。
为克服针对污水治理的疏水填料挂膜速度较慢且容易脱落的缺点，主要选用亲水性较强的新型填料(碳纤维填料、软性填料、弹性填料)，其主要优势在于：①微生物菌群的生物活性约提高70％；②运行效果好、可靠性高、针对性强，尤其适合于大型景观水体；③可塑性高，可根据需求进行扩容，且操作简便；④使用寿命长，一次性投资省。
采用微生物治理的“微生物+填料+曝气”联用措施，在人工水草区设置微孔曝气机，通过增氧曝气机的运行，迅速增加水中溶解氧的含量，大幅提高水体中好养微生物的活性，并利用生态基附着的强化微生物的作用，把水体中氮、磷营养盐和有机污染物高效去除。
采用超大流量微气泡充氧曝气机，功率在550-1100瓦之间，采用太阳能供电；曝气机能在水中营造庞大的循环水流，用很小的耗能就能将庞大的水体推动；曝气机把空气在半真空的情况下压缩成大量的0.25mm直径的无压微泡，气泡不会增大，基本不上浮，微气泡可在水中维持长达10小时，水体溶氧率显著提高；曝气机在设定的水深处制造大量微气泡，通过动力散布到水中各个角落，氧利用率可达85％-95％，BOD去除率可达95％以上；曝气机体积小巧，重量轻，安装使用方便，运行时水面水下无噪音，可长年运行，无需维修保养。
进一步，利用步骤2)所述的生物操纵-喷泉曝气系统进行对校园封闭池塘水体采用以下步骤：
①在校园封闭池塘水体内放养生态养鱼、底栖贝类和食藻虫；
②在封闭池塘内布设射流喷泉曝气机；
③利用生物操纵-喷泉曝气系统对校园封闭池塘水体进行处理。
校园内的小型湖泊或池塘主要通过降雨来补水，水体流动性差，藻类容易滋生，水质较差。为了克服各种单一技术存在的欠缺，本发明将生态养鱼、底栖贝类和食藻虫三种生物操纵技术结合起来，利用浮游植物滤食性鱼类(如鲢、鳙)和大型底栖软体动物(螺、蚌、贝类)的滤食净化作用，控制水体藻类和其他悬浮物等，降低封闭水体富营养化和水华爆发风险。
滤食性鱼类的投放规格为50g/尾，以每亩水面投放300尾，鲢、鳙比例为4:1投放；贝类投放也以水面面积核算，一般蚌每10m2投放1只，螺和蚬1m2投放1只。此外，还可视水体藻类生长情况，在局部藻类聚集区域投放大型水虱、多节虫等多种食藻动物来迅速降低藻类种群。
在封闭池塘内布设射流喷泉曝气机，改善水体流动性，增加水体溶解氧含量，提高水体中好养微生物的活性，并且具有较好的景观效果。
按照本发明所述的校园雨水生态净化集成处理方法构建的生态净化集成系统，其特征在于：包括用于处理校园初期雨水径流的潜流型人工湿地系统、用于处理校园暴雨径流的滨岸带截流系统、用于处理校园自然驳岸河道水体的生态浮床-曝气推流系统、用于处理校园硬驳岸河道水体的人工水草-微孔曝气系统、用于处理校园封闭池塘水体的生物操纵-喷泉曝气系统，
所述的人工湿地系统包括潜流人工湿地、厌氧预处理池、若干分布在校园内的格栅井、补水进水系统，所述的格栅井底部设置液位提升泵，所述的液位提升泵的出水口通入厌氧预处理池，所述的厌氧预处理池通过布水管道引入潜流人工湿地；所述的补水进水系统的进水管与校园景观水体处配置的液位浮球进水泵连通、出水口通入厌氧预处理池内；所述的潜流人工湿地的外壁包覆透水墙，所述的透水墙底部设有用于将潜流滤池内的积水排入地下水层排水管；所述的潜流人工湿地的上端配有与校园景观水体连通的出水管；
所述的滨岸带截流系统包括设置在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物、设置在浅水平台上的挺水植物、设置在河道斜坡区域撒播的沉水植物；
所述的生态浮床-曝气推流系统包括设置在校园河道内的生态浮床和推流式曝气机，其中所述的推流式曝气机在作为重点区域的河道弯角处加密布置；所述的生态浮床包括通过钢管柱固定的框架、围在框架外缘的常绿挺水植物、圈养于构型内部的漂浮植物；所述的框架内填充陶粒，所述的陶粒上种植耐水湿生植物；所述的框架圆形的一体式成型框，通过外框边缘的有序搭接成不同形式的浮岛图形；
所述的人工水草-微孔曝气系统包括设置在校园硬驳岸河道水体的人工水草、设置在人工水草区底部的微孔曝气机，其中，所述的微孔曝气机功率在550-1100瓦之间，采用太阳能供电；
所述的生物操纵-喷泉曝气系统包括池体、布设在封闭池塘内的射流喷泉曝气机，所述的池体内放入浮游植物滤食性鱼类、底栖贝类和食藻虫。
所述的人工湿地分为四层，基质层上均匀布置进水管，介质层上层填充细沙层，最上层布置种植土层，人工湿地设计停留时间2.5d；整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物。
所述的人工湿地的潜流滤池为三格式设计，第一格作为水解酸化池，内置悬浮球填料，第二格为滤料床，内置多层组合填料，第三格为集水沟，不置填料；人工湿地滤料层的表层下埋设两条超越管，防止因水量过大导致格栅井满溢；人工湿地采用基质盆栽的方式种植水生植物；所述的滤料床自下而上依次为卵石层、复合填料层、碎石层和瓜子片层，两层之间以编织层隔开，编织层为尼龙网层，3层叠铺；吸附性填料层(复合填料层)的成分为浮石、沸石、陶粒和煤渣，各成分(体积比)为30％、20％、30％和20％。
基质为植物生长的配方基质，基质盆选用口径170，底径120，高150的塑料盆，植物选择常绿水生鸢尾。
所述的厌氧预处理池内设置三道导流折板，在导流区域内设置弹性填料，并且将池体分割成4格，厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管。
所述的滨岸植物选用浅根系、须根、悬水根系发达的植物品种进行半裸根种植；边坡和浅水平台上种植挺水植物，所述的挺水植物包括绿苇、芦苇、再力花、茭草、香蒲、千屈菜，菩提子、灌柳、黄昌蒲或水芹；在河道斜坡区域撒播沉水植物，所述的沉水植物包括苦草、黑藻、伊乐藻或金鱼藻。
本发明的有益效果是：①雨水净化效果好：依托校园汇雨水系，联合运用不同水质生态净化技术，扬长避短，使水体悬浮物、藻类、氮磷含量大大降低，具有比使用单一技术更好的净化效果。
②运营维护成本低：综合考虑了设备能耗、占地面积、投资规模和管理维护等建设因素，日常运行成本十分低廉。
③雨水资源利用率高：不需要大量的抛弃前期雨水，在校园水系内进行原位净化处理，能完全达到雨水利用要求。
④景观配合度较高：滨岸栽种有大量湿地植物，不仅能够提高校园绿化率，而且能够增加湿地景观效果。
⑤回用水安全可靠：净化过程不需要添加任何化学药剂，出水中没有化学药剂的残留问题。
⑥净化效果长久：净化过程注重构建和恢复健康的水生生态系统，提高水体自净能力，实现校园汇雨水体的长期净化与维持。
附图说明
图1是本发明的人工湿地系统的平面布置图。
图2是本发明的潜流型人工湿地平面布置图(未种植挺水植物)。
图3是本发明的潜流型人工湿地平面布置图(种植挺水植物)。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是图3的B-B剖视图。
图6是图3的C-C剖视图。
图7是图3的D-D剖视图。
图8是图3的E-E剖视图。
图9是本发明的自然驳岸截污净化断面图一(其中，44代表河底；A处代表常水位线)。
图10是本发明的自然驳岸截污净化断面图二(其中，44代表河底；45代表河岸挡墙；A处代表常水位线)。
图11是本发明的生态浮床结构图。
图12是本发明相连的两个浮盘的连接示意图。
图13是本发明相连的两个浮盘的侧视图。
图14是图12的E’放大图。
图15是本发明的硬驳岸人工水草结构图。
图16是图15的A’-A’剖视图。
图17是图16的D’放大图。
图18是图16的C’放大图。
图19是图17的B’-B’剖视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的一种校园雨水生态净化集成处理方法，包括以下步骤：
1)在校园内预先建好用于处理校园雨水的集成处理系统；
2)根据校园不同水体生态净化选择适宜的处理方法：
对于校园初期雨水径流，利用集成处理系统中的潜流型人工湿地系统进行处理；
对于校园暴雨径流，利用集成处理系统中的滨岸带截流系统进行处理；
对于校园自然驳岸河道水体，利用集成处理系统中的生态浮床-曝气推流系统进行处理；
对于校园硬驳岸河道水体，利用集成处理系统中的人工水草-微孔曝气系统进行处理；
对于校园封闭池塘水体，利用集成处理系统中的生物操纵-喷泉曝气系统进行处理；
3)经步骤2)处理过的雨水最终汇集到校园内的景观水体内或者排入校园河道内或者汇入校园内的地下水层。
进一步，利用步骤2)所述的潜流型人工湿地系统进行对初期雨水径流采用以下步骤：
①初期雨水经管道收集自流到格栅井，首先经格栅井栏截去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒，从而保证后续处理设施的正常运行，减轻后端的处理负荷；
②在格栅井内设置液位提升泵，达到设定水位后提升到厌氧预处理池，由于池体体积较大，不利于水体流动，设置三道导流折板，在导流区域内设置弹性填料，并且将池体分割成4格，利用综合液位的上下起伏，有效改善水体流动使弹性填料不断处于好氧、厌氧交替状态，进一步降低进入湿地的污染物负荷；
③出水由布水管道进入垂直式潜流人工湿地，根据降水量的大小而变化，在厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管，防止连续大雨或暴雨对人工湿地的冲击；同时设置补充进水系统，在后续校园景观水体设置液位浮球进水泵，当厌氧处理池内的水位达不到预期设置水位，进水泵通过液位浮球自动工作，进水达到指定水位后水泵停止工作，保证旱季时段人工湿地的用水需要；
④整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物；
⑤初期雨水通过4层填充层后上溢，水质中含有的悬浮物已经基本过滤，剩余水中有机物通过根系发达的上层植物吸附和消纳后出水到达指定水位后溢流到出水管，排入校园景观水体内或者通过透水墙渗入地下水层。
进一步，利用步骤2)所述的滨岸带截流系统进行对校园暴雨径流采用以下步骤：
①暴雨时大量无法及时排入雨水管网的地表径流将漫入校园河道，汇纳水体污染负荷会成倍增加，对水质造成冲击性影响。滨岸植被带具有增加入河坡面的粗糙度，减少地表径流冲刷，以及促进泥沙和营养物质沉积的多重作用；在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物，浅水平台上种植挺水植物，在河道斜坡区域(即水深0.8～1.5m区域)撒播沉水植物，形成滨岸带截流系统；通过打造河道滨岸带，强化配置不同类型湿地植物，在微观上创造多级生态位，增加生物多样性，形成净化周期中的不同功能区间，缓解暴雨径流对河道水质的短期冲击；
②无法及时排入雨水管网的地表径流的暴雨径流通过滨岸带截流系统及时排入校园河道内。
进一步，利用步骤2)所述的生态浮床-曝气推流系统进行对校园自然驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园自然驳岸河道水体的河道处设置生态浮床和推流式曝气机，其中推流式曝气机在作为重点区域的河道弯角处加密布置；
②通过生态浮床-曝气推流系统增加水中溶氧的同时亦可提升水体的流动性，配合生态浮床的净化效果。
生态浮床内的植物以常绿挺水植物(水生鸢尾、再力花，旱伞草和水生美人蕉)为主，辅以浮水植物(钱币草)和漂浮植物，将挺水植物种植在复合基质中，围成框架外缘，将漂浮植物圈养于构型内部。挺水植物由于其根系在冬春季节也能够保持一定的活性，达到全年净化水体的目的。
由于在无排涝和补水的情况下，校园水体基本为静止状态，因此在校园水系主要河段采用“推流式曝气机”形式曝气推流，增加水中溶氧的同时亦可提升水体的流动性，配合生态浮床的净化效果。推流式曝气机的布设主要考虑河道水系特点，尽量均匀分布，作为重点区域的河道弯角加密布设。
进一步，利用步骤2)所述的人工水草-微孔曝气系统进行对校园硬驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园水系的硬驳岸河道种植人工水草；
②在人工水草区底部设置微孔曝气机；
③利用人工水草-微孔曝气系统去除把校园硬驳岸河道水体中氮、磷营养盐和有机污染物。
校园水系的硬驳岸河道是典型的“三光断面”河道，两侧和底部均硬化处理，没有植物的生长空间。由于缺乏沉水植物、土著微生物、鱼和其它水生生物缺乏栖息空间，河水失去自净能力，加剧河道水质恶化。而人工水草是水体本底微生物富集，寄居和簇生藻类附着的场所，能提高局部微生物的存量。水体流过填料时类似于污水处理工艺中的接触氧化工艺，可以降低有机污染，促进氮素的硝化和反硝化作用。
为克服针对污水治理的疏水填料挂膜速度较慢且容易脱落的缺点，主要选用亲水性较强的新型填料(碳纤维填料、软性填料、弹性填料)，其主要优势在于：①微生物菌群的生物活性约提高70％；②运行效果好、可靠性高、针对性强，尤其适合于大型景观水体；③可塑性高，可根据需求进行扩容，且操作简便；④使用寿命长，一次性投资省。
采用微生物治理的“微生物+填料+曝气”联用措施，在人工水草区设置微孔曝气机，通过增氧曝气机的运行，迅速增加水中溶解氧的含量，大幅提高水体中好养微生物的活性，并利用生态基附着的强化微生物的作用，把水体中氮、磷营养盐和有机污染物高效去除。
采用超大流量微气泡充氧曝气机，功率在550-1100瓦之间，采用太阳能供电；曝气机能在水中营造庞大的循环水流，用很小的耗能就能将庞大的水体推动；曝气机把空气在半真空的情况下压缩成大量的0.25mm直径的无压微泡，气泡不会增大，基本不上浮，微气泡可在水中维持长达10小时，水体溶氧率显著提高；曝气机在设定的水深处制造大量微气泡，通过动力散布到水中各个角落，氧利用率可达85％-95％，BOD去除率可达95％以上；曝气机体积小巧，重量轻，安装使用方便，运行时水面水下无噪音，可长年运行，无需维修保养。
进一步，利用步骤2)所述的生物操纵-喷泉曝气系统进行对校园封闭池塘水体采用以下步骤：
①在校园封闭池塘水体内放养生态养鱼、底栖贝类和食藻虫；
②在封闭池塘内布设射流喷泉曝气机；
③利用生物操纵-喷泉曝气系统对校园封闭池塘水体进行处理。
校园内的小型湖泊或池塘主要通过降雨来补水，水体流动性差，藻类容易滋生，水质较差。为了克服各种单一技术存在的欠缺，本发明将生态养鱼、底栖贝类和食藻虫三种生物操纵技术结合起来，利用浮游植物滤食性鱼类(如鲢、鳙)和大型底栖软体动物(螺、蚌、贝类)的滤食净化作用，控制水体藻类和其他悬浮物等，降低封闭水体富营养化和水华爆发风险。
滤食性鱼类的投放规格为50g/尾，以每亩水面投放300尾，鲢、鳙比例为4:1投放；贝类投放也以水面面积核算，一般蚌每10m2投放1只，螺和蚬1m2投放1只。此外，还可视水体藻类生长情况，在局部藻类聚集区域投放大型水虱、多节虫等多种食藻动物来迅速降低藻类种群。
在封闭池塘内布设射流喷泉曝气机，改善水体流动性，增加水体溶解氧含量，提高水体中好养微生物的活性，并且具有较好的景观效果。
实施例2按照实施例1所述的校园雨水生态净化集成处理方法构建的生态净化集成系统，包括用于处理校园初期雨水径流的潜流型人工湿地系统、用于处理校园暴雨径流的滨岸带截流系统、用于处理校园自然驳岸河道水体的生态浮床-曝气推流系统、用于处理校园硬驳岸河道水体的人工水草-微孔曝气系统、用于处理校园封闭池塘水体的生物操纵-喷泉曝气系统，
所述的人工湿地系统包括潜流人工湿地1、厌氧预处理池2、若干分布在校园内的格栅井3、补水进水系统，所述的格栅井3底部设置液位提升泵，所述的液位提升泵的出水口通入厌氧预处理池2，所述的厌氧预处理池2通过布水管道引入潜流人工湿地进水管13连通；所述的补水进水系统的进水管与校园景观水体处配置的液位浮球进水泵连通、出水口通入厌氧预处理池2内；所述的潜流人工湿地1的外壁包覆透水墙11，所述的透水墙11底部设有用于将潜流滤池内的积水排入地下水层排水管12；所述的潜流人工湿地11的上端配有与校园景观水体连通的出水管18；
所述的滨岸带截流系统4包括设置在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物41、设置在浅水平台上的挺水植物42、设置在河道斜坡区域撒播的沉水植物43；
所述的生态浮床-曝气推流系统包括设置在校园河道内的生态浮床和推流式曝气机，其中所述的推流式曝气机河道弯角等重点区域加密布设；所述的生态浮床包括通过钢管柱固定的框架、围在框架外缘的常绿挺水植物、圈养于构型内部的漂浮植物；所述的框架内填充陶粒，所述的陶粒上种植耐水湿生植物；所述的框架圆形的一体式成型框，通过外框边缘的有序搭接成不同形式的浮岛图形；
所述的人工水草-微孔曝气系统包括设置在校园硬驳岸河道水体的人工水草、设置在人工水草区底部的微孔曝气机，其中，所述的微孔曝气机功率在550-1100瓦之间，采用太阳能供电；
所述的生物操纵-喷泉曝气系统包括池体、布设在封闭池塘内的射流喷泉曝气机，所述的池体内放入浮游植物滤食性鱼类、底栖贝类和食藻虫。
所述的人工湿地分为四层，整个系统的设计孔隙率为38％，基质层上均匀布置进水管13，介质层上层填充细沙层，最上层布置30mm种植土层，人工湿地设计停留时间2.5d；整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物。
所述的人工湿地的潜流滤池为三格式设计，第一格作为水解酸化池，内置Ф80悬浮球填料15，第二格为滤料床，内置多层组合填料，第三格为集水沟，不置填料；人工湿地滤料层的表层下埋设两条超越管14，防止因水量过大导致格栅井满溢；人工湿地采用基质盆栽16的方式种植水生植物17；所述的滤料床自下而上依次为卵石层111、复合填料层112、碎石层和瓜子片层113，两层之间以编织层114隔开，编织层为孔径1cm的尼龙网层，3层叠铺；吸附性填料层(复合填料层)的成分为浮石、沸石、陶粒和煤渣，各成分(体积比)为30％、20％、30％和20％。
基质为植物生长的配方基质，基质盆选用口径170，底径120，高150的塑料盆，植物选择常绿水生鸢尾。
所述的厌氧预处理池内设置三道导流折板，在导流区域内设置弹性填料，并且将池体分割成4格，厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管。
所述的滨岸植物选用浅根系、须根、悬水根系发达的植物品种进行半裸根种植；边坡和浅水平台上种植挺水植物，所述的挺水植物包括绿苇、芦苇、再力花、茭草、香蒲、千屈菜，菩提子、灌柳、黄昌蒲或水芹；在河道斜坡区域撒播沉水植物，所述的沉水植物包括苦草、黑藻、伊乐藻或金鱼藻。
实施例3以图15～19为例，人工水草5采用碳素纤维草55作为强化膜，并且所述的碳素纤维草5用扎条51固定在由不锈钢桩柱组成的钢管框架52之间的尼龙绳53上，下端挂重物54，使其均匀下垂；不锈钢桩柱采用φ60的304不锈钢，每根长度2m，在其顶端10cm处打一φ25固定孔56，钢管安装时要求打入地下部分≥1.5m；不锈钢桩柱采用φ60的304不锈钢，每根长度2m，在其顶端10cm处打一φ25固定孔，钢管安装时要求打入地下部分≥1.5m。
实施例4以图11～14为例，生态浮床采用八角浮岛7内挺水植物以盆栽方式种植，涉及浮岛共有10个，每个浮岛内含浮盘37个，外部围着浮框76，因此合计浮盘370个；每组八角浮岛内满铺填充成品浮盘71，每个浮盘71各自用连接钉连接，浮盘与浮盘之间通过插销74连接；复盘内选择基质盆栽方式种植植物，基质盆套于浮盘内孔中；八角浮岛中的基质盆内套作植物以立体形态布置，中心区域布置高挺水植物72(再力花)，株型为最高，往外布置挺水植物73(常绿鸢尾)，株型相对较低，外围边缘及交叉空位处布置浮叶植物75(钱币草)，贴近水面；浮框内部填充矿泉水瓶77以及内穿尼龙绳78。
实施例5杭州师范大学仓前校区(一期)占地约750亩，校内集雨水域面积约10公顷，包括自然河道、硬驳岸河道和封闭池塘等类型水域。校园水系主要通过降雨补水，夏季高温时存在水华爆发风险。根据校园雨水污染特征，依托校园汇雨水系，综合运用人工湿地、生态边坡、曝气复氧、生态浮床、人工水草、生物操纵等生态净化技术，构建阻控一体的校园雨水生态净化集成系统，降低雨水径流汇入校园水系后的氮、磷等污染物含量，减小水华爆发风险。校园雨水生态净化集成系统平面布置见图20。
(1)潜流人工湿地技术净化初期雨水
为避免引起湿地滤料的堵塞，校园初期雨水先接入窨井沉沙除杂，而后通过管道接入三格式玻璃钢池预处理池，再通过潜流型滤池净化。潜流滤池为三格式设计：第一格为水解酸化池，内置悬浮球填料；第二格为滤料床，内置多层组合填料；第三格为集水沟，不置填料。潜流人工湿地种植水生植物，基质盆选用口径170，底径120，高150的塑料盆，植物选择常绿水生鸢尾。初期雨水经过处理后通过透水墙渗入地下水层排出，当来水量大来不及下渗时，通过超越管就近排至附近河道。图2和图3分别是潜流人工湿地的平面和剖面设计图。
(2)滨岸带截污净化技术拦截暴雨径流
校园自然驳岸两侧高坡种植乔灌木和常绿草坪，临水边坡种植挺水植物(绿苇、芦苇、再力花、茭草、香蒲、千屈菜，菩提子、灌柳、黄昌蒲、水芹等)，浅水平台附近种植浮水藤蔓植物，常水位以下的在河道斜坡区域(水深0.8～1.5m)撒播沉水植物(苦草、黑藻、伊乐藻、金鱼藻等)。图4为自然驳岸截污净化断面设计图。
(3)生态浮床和曝气推流技术净化河道雨水
生态浮床采用成型框架载体上基质培养挺水植物的方式。浮岛框体选用圆形的一体式成型框，通过外框边缘的有序搭接，每个浮岛内含浮盘37个，每组八角浮岛内满铺填充成品浮盘；固定方式上，直立硬驳岸区域附近的浮床采用膨胀螺丝边坡固定方式，软基础河段中央的浮床选用桩固定方式，硬基础河段中央区的浮床选择锚固定方式；植物以挺水植物为主，并辅以浮水植物和漂浮植物，八角浮岛中的基质盆内套作植物以立体形态布置，中心区域布置高挺水植物(再力花)株型为最高，往外依次布置株型相对较低的挺水植物(常绿鸢尾)，外围边缘及交叉空位处布置浮叶植物(钱币草)。同时，在河道内均匀布设(每500米一个)推流曝气装置，河道弯角加密布设，可以在增加水中溶氧的同时提升水体的流动性。图12～15为生态浮床设计施工图。
(4)人工水草和微孔曝气技术净化硬驳岸河道雨水
人工水草选用新型挂膜填料，包含弹性填料、软性填料和碳素纤维填料三种。碳素纤维草和弹性填料沿水流方向的横断面布置，每150米布置50组，每组布置18条；碳素纤维草和弹性填料草上端用扎条固定于尼龙绳上，下端挂重物，使其均匀下垂；尼龙绳两端固定于不锈钢桩柱上，尼龙绳布置高度与水平面相平；不锈钢桩柱采用的304不锈钢，每根长度2m，在其顶端10cm处打固定孔，钢管安装时要求打入地下部分≥1.5m；软性填料选用直径的尼龙绳串联各C15混凝土墩，每条挂膜填料成一束，连接浮球和尼龙绳，C15混凝土墩总高600mm，其中500mm埋设于河床下，100mm在河床上，尼龙绳沿池底敷设，挂膜填料仅在尼龙绳上安装。同时，在填料区布设微孔曝气装置(每150米一个)，强化微生物治理的“微生物+填料+曝气”联用，迅速增加水中溶解氧的含量，大幅提高水体中好养微生物的活性，并利用生态基附着的强化微生物的作用，把水体中氮、磷营养盐和有机污染物高效去除。图6为硬驳岸人工水草设计施工图。
(5)生物操纵和喷泉曝气技术净化封闭池塘
在封闭池塘投放水生动物，其中滤食性鱼类的投放规格为50g/尾，以每亩水面投放300尾，鲢、鳙比例为4:1投放，在水面中心投放鱼苗；贝类投放也以水面面积核算，一般蚌每10m2水域投放1只，螺和蚬1m2水域投放1只，本次投放螺、蚬各20Kg，蚌10Kg；夏季藻类高发时，在局部藻类聚集区域投放大型水虱、多节虫等多种食藻动物来迅速降低藻类种群。在每封闭池塘内布设射流喷泉曝气机，改善水体流动性，增加水体溶解氧含量，提高水体中好养微生物的活性，并且具有较好的景观效果。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (9)
1.一种校园雨水生态净化集成处理方法，包括以下步骤：
1)在校园内预先建好用于处理校园雨水的集成处理系统；
2)根据校园不同水体生态净化选择适宜的处理方法：
对于校园初期雨水径流，利用集成处理系统中的潜流型人工湿地系统进行处理；
对于校园暴雨径流，利用集成处理系统中的滨岸带截流系统进行处理；
对于校园自然驳岸河道水体，利用集成处理系统中的生态浮床-曝气推流系统进行处理；
对于校园硬驳岸河道水体，利用集成处理系统中的人工水草-微孔曝气系统进行处理；
对于校园封闭池塘水体，利用集成处理系统中的生物操纵-喷泉曝气系统进行处理；
3)经步骤2)处理过的雨水最终汇集到校园内的景观水体内或者排入校园河道内或者汇入校园内的地下水层。
2.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法，其特征在于：利用步骤2)所述的潜流型人工湿地系统进行对初期雨水径流采用以下步骤：
①初期雨水经管道收集自流到格栅井，首先经格栅井栏截去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒，从而保证后续处理设施的正常运行，减轻后端的处理负荷；
②在格栅井内设置液位提升泵，达到设定水位后提升到厌氧预处理池，由于池体体积较大，不利于水体流动，设置三道导流折板，在导流区域内设置弹性填料，并且将池体分割成4格，利用综合液位的上下起伏，有效改善水体流动使弹性填料不断处于好氧、厌氧交替状态，进一步降低进入湿地的污染物负荷；
③出水由布水管道进入垂直式潜流人工湿地，根据降水量的大小而变化，在厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管，防止连续大雨或暴雨对人工湿地的冲击；同时设置补充进水系统，在后续校园景观水体设置液位浮球进水泵，当厌氧处理池内的水位达不到预期设置水位，进水泵通过液位浮球自动工作，进水达到指定水位后水泵停止工作，保证旱季时段人工湿地的用水需要；
④整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物；
⑤初期雨水通过4层填充层后上溢，水质中含有的悬浮物已经基本过滤，剩余水中有机物通过根系发达的上层植物吸附和消纳后出水到达指定水位后溢流到出水管，排入校园景观水体内或者通过透水墙渗入地下水层。
3.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法，其特征在于：利用步骤2)所述的滨岸带截流系统进行对校园暴雨径流采用以下步骤：
①在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物，浅水平台上种植挺水植物，在河道斜坡区域撒播沉水植物，形成滨岸带截流系统；
②无法及时排入雨水管网的地表径流的暴雨径流通过滨岸带截流系统及时排入校园河道内。
4.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法，其特征在于：利用步骤2)所述的生态浮床-曝气推流系统进行对校园自然驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园自然驳岸河道水体的河道处设置生态浮床和推流式曝气机，其中推流式曝气机在作为重点区域的河道弯角处加密布置；
②通过生态浮床-曝气推流系统增加水中溶氧的同时亦可提升水体的流动性，配合生态浮床的净化效果。
5.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法，其特征在于：利用步骤2)所述的人工水草-微孔曝气系统进行对校园硬驳岸河道水体采用以下步骤：
①在校园水系的硬驳岸河道种植人工水草；
②在人工水草区底部设置微孔曝气机；
③利用人工水草-微孔曝气系统去除把校园硬驳岸河道水体中氮、磷营养盐和有机污染物。
6.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法，其特征在于：利用步骤2)所述的生物操纵-喷泉曝气系统进行对校园封闭池塘水体采用以下步骤：
①在校园封闭池塘水体内放养生态养鱼、底栖贝类和食藻虫；
②在封闭池塘内布设射流喷泉曝气机；
③利用生物操纵-喷泉曝气系统对校园封闭池塘水体进行处理。
7.按照权利要求1所述的校园雨水生态净化集成处理方法构建的生态净化集成系统，其特征在于：包括用于处理校园初期雨水径流的潜流型人工湿地系统、用于处理校园暴雨径流的滨岸带截流系统、用于处理校园自然驳岸河道水体的生态浮床-曝气推流系统、用于处理校园硬驳岸河道水体的人工水草-微孔曝气系统、用于处理校园封闭池塘水体的生物操纵-喷泉曝气系统，
所述的人工湿地系统包括潜流人工湿地、厌氧预处理池、若干分布在校园内的格栅井、补水进水系统，所述的格栅井底部设置液位提升泵，所述的液位提升泵的出水口通入厌氧预处理池，所述的厌氧预处理池通过布水管道引入潜流人工湿地；所述的补水进水系统的进水管与校园景观水体处配置的液位浮球进水泵连通、出水口通入厌氧预处理池内；所述的潜流人工湿地的外壁包覆透水墙，所述的透水墙底部设有用于将潜流滤池内的积水排入地下水层排水管；所述的潜流人工湿地的上端配有与校园景观水体连通的出水管；
所述的滨岸带截流系统包括设置在校园河道的滨岸边坡配置能够高效吸收营养盐的湿生植物、设置在浅水平台上的挺水植物、设置在河道斜坡区域撒播的沉水植物；
所述的生态浮床-曝气推流系统包括设置在校园河道内的生态浮床和推流式曝气机，其中所述的推流式曝气机在作为重点区域的河道弯角处加密布置；所述的生态浮床包括通过钢管柱固定的框架、围在框架外缘的常绿挺水植物、圈养于构型内部的漂浮植物；所述的框架内填充陶粒，所述的陶粒上种植耐水湿生植物；所述的框架圆形的一体式成型框，通过外框边缘的有序搭接成不同形式的浮岛图形；
所述的人工水草-微孔曝气系统包括设置在校园硬驳岸河道水体的人工水草、设置在人工水草区底部的微孔曝气机，其中，所述的微孔曝气机功率在550-1100瓦之间，采用太阳能供电；
所述的生物操纵-喷泉曝气系统包括池体、布设在封闭池塘内的射流喷泉曝气机，所述的池体内放入浮游植物滤食性鱼类、底栖贝类和食藻虫。
8.如权利要求7所述的生态净化集成系统，其特征在于：所述的人工湿地分为四层，基质层上均匀布置进水管，介质层上层填充细沙层，最上层布置种植土层，人工湿地设计停留时间2.5d；整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地系统运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物。
9.如权利要求7所述的生态净化集成系统，其特征在于：所述的滨岸植物选用浅根系、须根、悬水根系发达的植物品种进行半裸根种植；边坡和浅水平台上种植挺水植物，所述的挺水植物包括绿苇、芦苇、再力花、茭草、香蒲、千屈菜，菩提子、灌柳、黄昌蒲或水芹；在河道斜坡区域撒播沉水植物，所述的沉水植物包括苦草、黑藻、伊乐藻或金鱼藻。
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