CN104803558A - 一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统及方法 - Google Patents

一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统及方法 Download PDF

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汤祥明
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Abstract

本发明公开了一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统及方法,利用前置库—生物绳—生物群落系统中生物协同作用净化水质,并且可以美化城市河道的环境;在本发明技术方案中,该系统由3部分组成:前置库,生物绳修复区和水生生物修复区。通过汇集污水河道排出的污水,在前置库混合并进行初步沉淀,并在前置库中生态浮床和水体中微生物的作用下吸收部分污染物质,随后通过生物绳上生物膜的作用进一步对水体中氮磷营养盐进行去除,处理后的污水最后进入生态修复区,通过水生生物群落的净化作用最终将污水净化。

Description

一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及河网面源污染治理技术方法,具体地说是低流速城市河网污染的前置 库--生物绳--生物群落修复系统及方法。
背景技术
[0002] 城市河流在城市生态建设中具有重要意义。城市河流具有提供城市生活和生产的 水源,减弱城市的热岛效应洪涝灾害,同样也具有航运,绿地,更是城市景观多样性的一部 分。随着经济的快速发展和人口的急剧膨胀,人类的过度干扰使得原有自然水生态系统退 化,河水污染不断加剧,河道的自然景观遭到破坏,河道对城市的生态调节作用削弱,影响 到人们的生活环境和生活质量。因此,研宄城市河流生态修复方法,改善城市河道生态环境 迫在眉睫。
[0003] 中国学者在有关低流速城市河网污染生态修复的研宄与发明上也取得了一批重 要成果。公开号为CN200410066164,名为"平原河网地区面源污染强化净化前置库系统",该 方法将生态沟渠,植物栅,生态透水坝和前置库依次连接形成一个完整的平原河网地区面 源污染强化净化前置库系统。前置库为主体。通过生态沟渠的收集,生物格栅的过滤以及 生态透水坝和前置库的生物作用去除流域内村镇地表径流中N,P营养盐,净化水质。该方 法的优点是可以结合当地的地形进行工程构建,处理效果好,适合在平原河网运行。但是生 态沟渠,植物栅,生态透水坝总长度比较长,构筑物建造工程量比较大,而且构筑物的占地 面积比较大,比较难用于城市小河道污染的生态治理。公开号为CN200810034396,名为"一 种城市前置库工程系统综合治理污水的方法",该方法利用太阳能供电,建造了间隙瀑布, 并构建水下生态群落进行污水的综合治理。通过太阳能供电进行间歇曝气,增加水体中的 溶解氧,消除腐败物质,并构建良好的食物链,形成稳定的生态系统,达到净化水体的目的。 该方法的优点是成本低,而且移动方便,应用范围广的特点。但是缺点也很明显,方法中,太 阳能曝气装置对天气要求比较高,间歇曝气产生的噪声比较大,而且仅通过曝气来尝试恢 复水体生态系统耗时比较长,并且不甚美观。
[0004] 综上所述,现有技术对低流速城市小流域河网的水质的净化技术存在工程量大、 净化效果不稳定而且处理效率比较低的问题。
发明内容
[0005] 本发明克服现有技术的缺点,提供一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化 系统及其方法:该系统包括前置库、生物绳修复区、水生生物修复区,以弥补工程量大,适应 性比较差和处理效果不稳定的缺陷。
[0006] 发明的目的可以通过一下技术方案来实现。一种适用于低流速城市小流域河网的 水质净化系统及其方法:该系统包括前置库、生物绳修复区、水生生物修复区3个部分: (1)前置库: 前置库作用是汇集各方来水,初步沉淀污染物,利用前置库中的微生物和挺水植物对 水体进行初步净化。先根据汇流面积和降雨情况确定库容(公式为V=H*S,其中V为库容 (m3),H为年均降水量(mm),S为地表径流收集面积(m2)),构建时主要利用河流开阔水域或 者鱼塘,在原有的基础上进行改造。利用生态浮床,水生植物带,水体中微生物等生物作用 去除污染物。
[0007] (2)生物绳修复区: 生物绳由强亲水性的化学合成纤维材料构成,通过生物绳的内芯与外侧纤维构成结构 紧密的环状纤维束,可以保持相应的强度,具有很大的比表面积,可以使固着的附着生物更 加不易脱落。生物绳主要前置库出库河道的地形安装,长度为30米左右,宽度为10-15米, 安装密度为50*50厘米。生物绳上附着细菌形成的生物膜微生物通过硝化-反硝化作用和 厌氧吸附作用进行水体脱氮除磷,抑制藻类生长,增加水体透明度。
[0008] (3)水生生物修复区: 水生生物修复区是该修复方法的主体部分,依托河道地形,按河道深度和水域面积分 别种植沉水植物,浮水植物和挺水植物,通过水生植物的吸收和吸附作用去除水体的营养 盐,抑制藻类的生长,逐渐形成良好的水生生物群落,对外界干扰具有较好的抵抗作用。并 在岸边构建生态护坡和生态涵养林,进一步保护河岸带,减少地表径流对河道的影响。
[0009] 以上三个部分依次连接成为完整的低流速城市小流域河网生态修复系统,通过汇 集污水河道排出的污水(主要是农业和一些生活污水),在前置库混合并进行初步沉淀,并 在前置库中生态浮床和水体中微生物的作用下吸收部分污染物质,处理后的污水流入放置 有生物绳的河道,通过生物绳上生物膜的作用进一步对水体中氮磷营养盐进行去除,处理 后的污水最后进入生态修复区,通过水生生物群落的净化作用最终将污水净化,使之达到 可以直接排放的标准。
[0010] 可在前置库出水处设置一道闸门,用于调节水生生物修复区内水面高度,防止过 低或过高的水位对水生生物修复区内的水生植物带来极大的影响。所述的水生生物修复区 末端设置有一道闸门,保证枯水期水生生物修复区内有一定高度的水位,保护水生生物修 复区内水生植物的生长。
[0011] 可在水生生物修复区构建木石丁坝系统,防止河道淤积,改变水流速度。构建亲水 平台,增加景观多样性的同时,保护岸带植被。
[0012] 水生生物修复区内河岸护岸采用草皮和一些低矮的灌木为主。水陆交错带种植美 人蕉,芦苇,茭白,菖蒲等成活率较高的品种为宜。浅水区种植以下植物效果较好:苦草,轮 叶黑藻,狐尾藻,金鱼藻。
附图说明
[0013] 附图1为本发明的结构示意图,附图2为具体实施时无锡太湖新区亲水河工程区 示意图。
[0014] 附图中具体编号为:1.前置库,2.前置库出水闸门,3.生物绳,4.生物绳修复区, 5.沉水植物,6.水生生物修复区,7.挺水植物,8.水生生物修复区出水闸门,9.前置库挺水 植物,10.亲水平台,11.木石丁坝,12.小溪港出水闸门,13.处理池。
具体实施方式
[0015] 在江苏无锡新区建立前置库一一生物绳一一生物群落修复系统,应用于亲水河流 域的治理。
[0016] 亲水河生态修复面积约为30亩,接收4条河流的污水(典基港,庙港,蠡河和小溪 港)。4条河流主要以生活污水和农业面源污水为主。具体内容如下: (1)前置库: 前置库1面积1. 9万m2,平均水深1. 5米,水量约2. 85万m3。所述的前置库1主要依 托原有的鱼塘,河道而建,减少了工程量,节约了成本。由于注入生态修复区的河流多为农 业面源污染,因此在所述的前置库1种植了多种挺水植物9 :茭白,鸢尾,茨菰,菖蒲和芦苇。 所述的前置库1上构建了亲水平台10,加景观多样性的同时,保护岸带植被。通过延长水力 停留时间,促进水中泥沙和营养盐的沉降,同时利用库中水生植物、藻类等进一步吸收、吸 附营养盐,改善水质。在所述的前置库1出口(红周路与前置库交汇处)设置一道前置库 出水闸门2,以防止在丰水期前置库水量过大对水生生物修复区6中的水生植物的生长产 生不利影响。
[0017] (2)生物绳修复区: 生物绳修复区4设置在水生生物修复区6之前,用来进一步增加水体透明度,减少水体 营养盐。本工程在小溪港、典基港和红周路3个点分别安装生物绳3,总长度3600米,具体 参数见表1。所述的生物绳3由强亲水性的化学合成纤维材料构成,生物绳的内芯与外侧纤 维构成结构紧密的环状纤维束,可以保持相应的强度,具有很大的比表面积,可以使固着的 附着生物更加不易脱落。所述的生物绳依托主要所述的前置库出库河道的地形安装,所述 的生物绳上附着细菌形成的生物膜微生物通过硝化-反硝化作用和厌氧吸附作用进行水 体脱氮除磷,抑制藻类生长,增加水体透明度。
[0018] 表1生物绳的设置和参数
Figure CN104803558AD00051
(3)水生生物修复区: 所述的水生生物修复区6是该修复方法的主体部分,依托河道地形,按河道深度和水 域面积分别种植沉水植物5和挺水植物7,主要的挺水植物种类有茭白,鸢尾,茨菰,菖蒲, 芦苇和荷花,沉水植物种植这些植物较好:马来眼子菜,金鱼藻,狐尾藻,苦草和轮叶黑藻。 通过水生植物的吸收和吸附作用去除水体的营养盐,抑制藻类的生长,逐渐形成良好的水 生生物群落,对外界干扰具有较好的抵抗作用。并在岸边构建生态护坡和生态涵养林,进一 步保护河岸带,减少地表径流对河道的影响。在所述的水生生物修复区末端设置一道水生 生物修复区出水闸门8,可保证枯水期水生生物修复区6内有一定高度的水位,保护水生生 物修复区6内水生植物的生长。
[0019] 在所述的水生生物修复区6内构建木石丁坝11,木石丁坝主要由岩石砌成,宽约 1-1. 5m,其上可供行人行走。其目的是改变水流速度,防止河道淤积。
[0020] 在连通小溪港的出口处在设置一道小溪港出水闸门12,所述的小溪港出水闸门后 设立一处理池13,用于接纳并处理从修复区流入贡湖湾的污水,并对水质进行检测。所述的 处理池依托河道而扩建,面积400 m2,平均水深2米,水量约800 m3。该处理池需要水生生 物修复区生物群落稳定后方可运行。
[0021] 前置库一一生物绳一一生物群落修复系统通过汇集污水河道排出的污水,在前置 库混合并进行初步沉淀,并在前置库中生态浮床和水体中微生物的作用下吸收部分污染物 质,处理后的污水流入放置有生物绳的河道,通过生物绳上生物膜的作用进一步对水体中 氮磷营养盐进行去除,处理后的污水最后进入生态修复区,通过水生生物群落的净化作用 最终将污水净化,使之达到可以直接排放的标准。
[0022] 所述的前置库一一生物绳一一生物群落修复系统从2014年6月开始试运行,7月 生物绳放置完成,运行后间隔一月对该系统进行水质监测(6-12月),结果见表2(将前置 库作为对照组)。从图中我们可以看到,前置库一一生物绳一一生物群落修复系统对水体中 营养盐的去除有着良好的作用,总氮,总磷和叶绿素 a相对于前置库下降了 60. 8%,60. 2%和 55. 1%,透明度上升了 59. 1%,修复后出水总氮和总磷浓度低于1.5 mg/L和0.05 mg/L。污 水经过前置库一一生物绳一一生物群落修复系统处理后,出水水质比较稳定,没有明显的 季节变化和营养盐含量较大的波动,由此可见前置库一一生物绳一一生物群落修复系统对 城市河道治理有很好的效果,可以进行推广。
[0023] 表2水生生物修复区去除效果对比
Figure CN104803558AD00061

Claims (5)

1. 一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统,其特征在于,该系统由前置 库、生物绳修复区、水生生物修复区3个部分组成: 所述的前置库(1)依托原有的鱼塘、河道而建,该前置库(1)种植多种挺水植物(9),并 且该前置库上构建了亲水平台(10),在该前置库(1)出口设置一道前置库出水闸门(2); 所述的生物绳修复区(4)设置在前置库(1)之后、水生生物修复区(6)之前,生物绳(3) 由强亲水性的化学合成纤维材料构成,生物绳的内芯与外侧纤维构成结构紧密的环状纤维 束,生物绳上附着细菌形成的生物膜,微生物通过硝化-反硝化作用和厌氧吸附作用进行 水体脱氮除磷,所述的生物绳依托所述的前置库出库河道的地形安装; 所述的水生生物修复区(6)是该修复方法的主体部分,依托河道地形,按河道深度和水 域面积分别种植沉水植物(5)和挺水植物(7),在所述的水生生物修复区末端设置一道水 生生物修复区出水闸门(8 )。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统,其特 征在于,所述挺水植物种类有茭白,鸢尾,茨菰,菖蒲,芦苇和荷花,所述沉水植物种类有马 来眼子菜,金鱼藻,狐尾藻,苦草和轮叶黑藻。
3. 根据权利要求1所述的一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统,其特 征在于,在所述的水生生物修复区(6)内构建木石丁坝(11),木石丁坝主要由岩石砌成。
4. 根据权利要求1所述的一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统,其特 征在于,在所述的水生生物修复区岸边构建生态护坡和生态涵养林,进一步保护河岸带。
5. 利用权利要求1所述的一种适用于低流速城市小流域河网的水质净化系统净化水 质的方法,其特征在于,通过汇集污水河道排出的污水,在前置库混合并进行初步沉淀,并 在前置库中生态浮床和水体中微生物的作用下吸收部分污染物质,处理后的污水流入放置 有生物绳的河道,通过生物绳上生物膜的作用进一步对水体中氮磷营养盐进行去除,处理 后的污水最后进入生态修复区,水生生物群落的净化作用最终将污水净化。
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