CN104876402A - 一种高污染河道生境重构工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高污染河道生境重构工艺，包括以下步骤：将流经城镇的高污染河道自两端向中央依次按区域划分设置为初级净化段、强化净化段以及稳定维持段；清除底泥，并重建河床；在所述初级净化段设置水流减缓装置；在所述稳定维持段与所述强化净化段之间设置多孔生态墙；在强化净化段设置多个人工水草区段和多个人工曝气区段；在所述稳定维持段内的河床上种植多种沉水植物；在所述稳定维持段水位维持在1.3～1.8m时，在水面上设置立体生态平台以及在水体底部种植浮叶植物，并且在其水体中放养多种鱼类和螺类。本发明方法适用于普通河道的生态治理方法，特别适用于感潮河道城市高污染河道的生态治理，是一种科学有效，可持续发展的环境友好型治理方法。

Description

一种高污染河道生境重构工艺

技术领域

本发明涉及河道生态技术领域，特别涉及一种高污染河道生境重构工艺。

背景技术

流经人口聚集区的河道内大量污染物未经处理就直接排入河流使水体遭受严重污染。尤其在城市，为了泄洪的需要，只从工程角度考虑河流改造，将河道裁弯取直，河流两岸三面被水泥钢筋固化，这样的设施隔绝了河水与河床及河岸系统的连接，使适合更多生物生存的环境消失了，其生态功能和净化能力也随之退化，直接导致河道内大量生物消失，并且，居民的生活污水、餐饮废水、生产污水、部分企业的工业污水及农业面源污水未经任何处理直接就近排入村镇河道，致使大量氮磷排入水体，势必引起水生生物和某些藻类的过度生长和繁殖，从而造成水体中溶解氧含量下降，进而引发水生动物和水生植物的大量死亡，这些死亡的生物体腐败后又会加剧河道的水体污染。同时河道底泥污染物积累严重，底泥中的氮、磷季节性释放，再加上河道水体流动性较差，因此容易产生水华，夏季部分河道甚至会出现黑臭现象，造成了村镇河道的严重污染，水体环境急剧恶化，使城市河道大多变得又黑又臭，成了典型的臭水沟，淤积严重也基本丧失排洪功能。加上固化的河岸缺少亲水设施，人们逐渐远离河道。

感潮城市还面临着另一个难题，就是海水倒灌会严重影响河流内淡水生物的生长繁殖，破坏河流内的生态平衡。

鉴于上述描述，亟待有一种适合于高污染河道生境重构工艺，解决河流污染严重，改善河滨及沿岸生态环境，营造美化的城市环境，并且有效避免海水倒灌对修复河道淡水生物影响的问题。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种可分级强化处理高污染的河道的水体生态环境的高污染河道生境重构工艺，本发明方法适用于普通河道的生态治理方法，特别适用于感潮城市高污染河道的生态治理，是一种科学有效，可持续发展的环境友好型治理方法。

本发明方法可很大程度上改善河道生态环境，美化感潮城市河道周边环境。

为实现上述目的及一些其他目的，本发明所采取的技术方案为：

一种高污染河道生境重构工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将流经城镇的高污染河道自两端向中央依次按区域划分设置为初级净化段、强化净化段以及稳定维持段，；

步骤二，清除底泥，并从河床的底部向上依次铺设粘土层、沙砾垫层以及大粒卵石层用于重建河床；

步骤三，在所述初级净化段设置水流减缓装置，用于降低水体流速，过滤去除水体内悬浮物以及沉淀的泥沙；在所述稳定维持段与所述强化净化段之间设置多孔生态墙；

多孔生态砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料经焙烧而成，主要用于承重部位的砖，外型为直角六面体，工艺流程为：确定组砌方法→拌制砂浆→润砖→选砖和排砖→砌筑墙体。砌体上下错缝、内外搭砌，采用一顺一丁、梅花丁或三顺一丁砌筑形式。

步骤四，在强化净化段设置多个相互交替分布的人工水草区段和多个人工曝气区段，所述人工水草区段和人工曝气区段用于增强水体含氧量，降解强化净化段内水中的有机物质；

在水体的两端各设置人工曝气区段是通过曝气机强化曝气的手段将河流水体内溶氧量增加，以给设置在两个人工曝气区段的人工水草上的细菌提供氧气，顺利形成生物膜，对水体中氨氮以及小分子有机物进行转换分解，最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N₂、CO₂和H₂O。

步骤五，控制水位高度在23-27cm之间，在所述稳定维持段内的河床上种植多种沉水植物，待沉水植物群落稳定后，逐步提高水位至最高1.8m；

步骤六，在所述稳定维持段水位维持在1.3～1.8m时，在水面上设置立体生态平台以及在水体底部种植浮叶植物，并且在其水体中放养多种鱼类和螺类。一般，可以在水体中螺类的放养密度为4-5kg/亩，鱼类的放养密度为500-600尾/亩。为保护水质，提高水体生态系统的生物多样性，完善水体生态系统的生物链，为河道的营养元素输出创造条件，在河道中除完善沉水植物群落结构、提高沉水植物群落净化水质的功能外，必须增加有益于生态系统净水功能发挥的种类，如适量放养滤食藻类的鱼类鲢鱼、摄食屑碎的密鲴和吃小鱼的乌鳢等，以进一步降低水体富营养化程度，降低“蓝藻水华”的发生几率。严禁放养草食性鱼类如草鱼等。

优选的是，所述初级净化段的长度占流经城镇的高污染河道的长度百分比最小为1.5％；所述强化净化段的长度占流经城镇的高污染河道的感潮城市河道的长度百分比最小为15％；以及剩余河道为所述稳定维持段。将河道的主要部分划分为水质的稳定维持段，可以很大程度上由水生生物对水质进行生态净化，保持水体生态环境的稳定，同时，也能给沿岸城镇居民提供干净、美丽的环境，提高生活质量，达到净化水体的同时美化环境的双重目的。

优选的是，所述步骤二中，从河床的底部向上依次铺设粘土层、沙砾垫层以及大粒卵石层的厚度比例为2∶1∶2。

优选的是，所述水流减缓装置包括设置在初级净化段两端的拦水坝以及设置在拦水坝之间的拦污导流栅，其中，所述拦水坝在雨季泄洪时闸门开启，其余时间关闭。拦水坝不仅起到维持、调控初级净化段、强化净化段以及稳定维持段内水位的作用，而且可以有效阻挡海水涨潮时倒灌进感潮城市河道内，保护河道内人工构建的淡水生态系统不受破坏。

优选的是，所述立体生态平台的总体覆盖面积至少为稳定维持段河道水面面积的25～30％。

优选的是，所述立体生态平台上端按照每平方米30-60棵的密度分区域种植旱伞草、菖蒲、香蒲、千屈菜和鸢尾中的一种或几种，下端按照每平方米150-300根挂设人工水草。

经过初级净化段和强化净化段两段对水质进行净化处理后，河道内水体质量基本达到了水生植物和动物生活的需要，因此在设置在中央的稳定维持段内设置多个立体生态平台，并且适当种植沉水植物和浮叶植物。其中，沉水植物能大量吸收水中和底质中的氮、磷等营养物质、给水体高效供氧气、降低水体悬浮物浓度、抑制藻类的发展以及营造湖面景观的作用；浮叶花卉植物不仅拥有良好的景观美化效果，而且根系和浮叶背面能吸收水体和淤泥中的营养物质，对上层水体有一定净化力；立体生态平台是利用挺水植物、植物根区微生物、生物膜载体中微生物的联合作用对水体中营养物质和污染物质的吸收、分解、消化作用来实现水质净化的目的。优选的是，所述沉水植物按照每平方米500-1000棵的密度分河道种植，所述沉水植物为黑藻、篦齿眼子菜、金鱼藻和狐尾藻中的一种或几种。

优选的是，所述人工曝气区段的河床上设置有雾化曝气管通过管道连通至河岸上设置的充气室内的充气泵。

优选的是，在所述稳定维持段内沿河流方向每隔至少50-60米设置一台提水曝气机；在所述稳定维持段的两端分别设置有至少一台出水口相互错开的推流曝气机，并每隔一定时间向稳定维持段中部推流曝气。

提水曝气机既可以提供大范围水体造流和垂直循环水流，给河道复氧的同时，促进水体中的有机污染物的有氧降解，限制藻类产生，有效维持河道的生态平衡，同时还可以形成较好的景观效果。设备基本原理是利用电机带动螺旋状叶轮高速旋转，将大量的水体提升后抛出，形成水幕，将空气裹入水中，完成对污水的充氧。被抛液体落下时撞击液面形成波浪，使水中含氧增加。在所述稳定维持段的两端分别设置有至少一台出水口相互错开的推流曝气机，可以使水体在长时间不流动的情况下采用人工推流促进水体循环的方式提高水体中氧气的含量，有助于保证水生生物的生活需氧量。

优选的是，所述拦污导流栅由设置在上端的浮子、中部的网片以及下端的重锤相互连接形成，并且所述相邻网片之间通过软联系绳连接。

这样设置可以使得所述第一拦污导流栅或者所述第二拦污导流栅随水体水位的涨落而涨落，有效的阻拦漂浮物，同时所述第一拦污导流栅或者所述第二拦污导流栅具有水流调控作用。

为保护水质，提高水体生态系统的生物多样性，完善水体生态系统的生物链，为河道的营养元素输出创造条件，在河道中除完善沉水植物群落结构、提高沉水植物群落净化水质的功能外，必须增加有益于生态系统净水功能发挥的种类，如适量放养滤食藻类的鱼类鲢鱼、摄食屑碎的密鲴和吃小鱼的乌鳢等，以进一步降低水体富营养化程度，降低“蓝藻水华”的发生几率。。严禁放养草食性鱼类如草鱼等。

本发明的有益效果是：

在流经城镇河道的两端分别设置水流减缓装置可以减缓水体的流速，使水体中携带的泥沙等沉降下来，提高水体的澄清度，并且通过设置拦污导流栅将流经此区段的漂浮物拦截下来，对流经城镇的重度污染的河道水流进行初步净化过滤；

设置在两端的拦水坝不仅起到维持、调控初级净化段、强化净化段以及稳定维持段内水位的作用，而且可以有效阻挡海水涨潮时倒灌进感潮城镇河道内，保护感潮城市河道内生态环境不受破坏。

人工曝气区段是通过曝气机强化曝气的手段将河流水体内溶氧量增加，以给设置在两个人工曝气区段的人工水草上的细菌提供氧气，顺利形成生物膜，对水体中氨氮以及小分子有机物进行转换分解，最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N₂、CO₂和H₂O。

总之，本发明方法是通过分区段结合生态方法将城镇河道高度污染的城市生活以及生产污水进行净化处理，不仅有效减少了排入海水中的污染，而且很大程度上提高了城市河道的景观价值，间接的提高人们的生活品质，达至节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明所述高污染河道生境重构工艺的结构示意图。

图2为本发明所述高污染河道生境重构工艺中应用的拦污导流栅的结构示意图。

图3为本发明所述高污染河道生境重构工艺的拦污导流栅的结构示意图。

图4为本发明所述高污染河道生境重构工艺中稳定维持段河道水面上的立体上的水生植物布置的结构示意图。

图5为本发明所述高污染河道生境重构工艺中稳定维持段河道河床上的沉水植物布置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，一种高污染河道生境重构工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将流经城镇的高污染河道自两端向中央依次按区域划分设置为初级净化段1或13、强化净化段2或12以及稳定维持段3；

步骤二，清除底泥，并从河床的底部向上依次铺设粘土层20、沙砾垫层19以及大粒卵石层18用于重建河床，如图3所示；

步骤三，在初级净化段1或13设置水流减缓装置，用于降低水体流速，过滤去除水体内悬浮物以及沉淀的泥沙；在稳定维持段3与强化净化段2或12之间设置多孔生态墙11；

多孔生态砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料经焙烧而成，主要用于承重部位的砖，外型为直角六面体，工艺流程为：确定组砌方法→拌制砂浆→润砖→选砖和排砖→砌筑墙体。砌体上下错缝、内外搭砌，采用一顺一丁、梅花丁或三顺一丁砌筑形式。

步骤四，在强化净化段2或12设置多个相互交替分布的人工水草区段8和多个人工曝气区段7，人工水草区段和人工曝气区段7用于增强水体含氧量，降解强化净化段2或12内水中的有机物质；

在水体的两端各设置人工曝气区段7是通过曝气机强化曝气的手段将河流水体内溶氧量增加，以给设置在两个人工曝气区段7的人工水草上的细菌提供氧气，顺利形成生物膜，对水体中氨氮以及小分子有机物进行转换分解，最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N₂、CO₂和H₂O。

步骤五，控制水位高度在23-27cm之间，在稳定维持段3内的河床上种植多种沉水植物，待沉水植物群落稳定后，逐步提高水位至最高1.8m；

步骤六，在稳定维持段3水位维持在1.3～1.8m时，在水面上设置立体生态平台以及在水体底部种植浮叶植物，并且在其水体中放养多种鱼类和螺类。一般，可以在水体中螺类的放养密度为4-5kg/亩，鱼类的放养密度为500-600尾/亩。为保护水质，提高水体生态系统的生物多样性，完善水体生态系统的生物链，为河道的营养元素输出创造条件，在河道中除完善沉水植物群落结构、提高沉水植物群落净化水质的功能外，必须增加有益于生态系统净水功能发挥的种类，如适量放养滤食藻类的鱼类鲢鱼、摄食屑碎的密鲴和吃小鱼的乌鳢等，以控制“蓝藻水华”的发生。严禁放养草食性鱼类如草鱼等。

初级净化段1或13的长度占流经城镇的高污染河道的长度百分比最小为1.5％；强化净化段2或12的长度占流经城镇的高污染河道的感潮城市河道的长度百分比最小为15％；以及剩余河道为稳定维持段3。将河道的主要部分划分为水质的稳定维持段3，可以很大程度上由水生生物对水质进行生态净化，保持水体生态环境的稳定，同时，也能给沿岸城镇居民提供干净、美丽的环境，提高生活质量，达到净化水体的同时美化环境的双重目的。

步骤二中，从河床的底部向上依次铺设粘土层、沙砾垫层以及大粒卵石层的厚度比例为2∶1∶2。

水流减缓装置包括设置在初级净化段1或13两端的拦水坝以及设置在拦水坝之间的拦污导流栅，其中，拦水坝在雨季泄洪时闸门开启，其余时间关闭。拦水坝不仅起到维持、调控初级净化段1或13、强化净化段2或12以及稳定维持段3内水位的作用，而且可以有效阻挡海水涨潮时倒灌进感潮城市河道内，保护河道内生态环境不受破坏。

立体生态平台的总体覆盖面积至少为稳定维持段3河道水面面积的25～30％。

立体生态平台上端按照每平方米30-60棵的密度分区域种植旱伞草、菖蒲、香蒲、千屈菜和鸢尾中的一种或几种，下端按照每平方米150-300根挂设人工水草。

经过初级净化段1或13和强化净化段2或12两段对水质进行净化处理后，河道内水体质量基本达到了水生植物和动物生活的需要，因此在设置在中央的稳定维持段3内设置多个立体生态平台，并且适当种植沉水植物和浮叶植物。其中，沉水植物能大量吸收水中和底质中的氮、磷等营养物质、给水体高效供氧气、降低水体悬浮物浓度、抑制藻类的发展以及营造湖面景观的作用；浮叶花卉植物不仅拥有良好的景观美化效果，而且根系和浮叶背面能吸收水体和淤泥中的营养物质，对上层水体有一定净化力；立体生态平台是利用挺水植物、植物根区微生物、生物膜载体中微生物的联合作用对水体中营养物质和污染物质的吸收、分解、消化作用来实现水质净化的目的。沉水植物按照每平方米500-1000棵的密度分河道种植，沉水植物为黑藻、篦齿眼子菜、金鱼藻和狐尾藻中的一种或几种。如图5所示，沉水植物为黑藻25、篦齿眼子菜26、金鱼藻27和狐尾藻28可以按照相同面积在河床上按区域进行种植，均匀的分布在河床上。

人工曝气区段7的河床上设置有雾化曝气管通过管道10连通至河岸上设置的充气室内的充气泵9。

在稳定维持段3内沿河流方向每隔至少50-60米设置一台提水曝气机；在稳定维持段3的两端分别设置有至少一台出水口相互错开的推流曝气机21，并每隔一定时间向稳定维持段3中部推流曝气。

提水曝气机既可以提供大范围水体造流和垂直循环水流，给河道复氧的同时，促进水体中的有机污染物的有氧降解，限制藻类产生，有效维持河道的生态平衡，同时还可以形成较好的景观效果。设备基本原理是利用电机带动螺旋状叶轮高速旋转，将大量的水体提升后抛出，形成水幕，将空气裹入水中，完成对污水的充氧。被抛液体落下时撞击液面形成波浪，使水中含氧增加。在稳定维持段3的两端分别设置有至少一台出水口相互错开的推流曝气机，可以使水体在长时间不流动的情况下采用人工推流促进水体循环的方式提高水体中氧气的含量，有助于保证水生生物的生活需氧量。

如图3所示，拦污导流栅5或6由设置在上端的浮子14、中部的网片15以及下端的重锤16相互连接形成，并且所述相邻网片之间通过软联系绳17连接。

这样设置可以使得拦污导流栅5或6随水体水位的涨落而涨落，有效的阻拦漂浮物，同时拦污导流栅5或6具有水流调控作用。

为保护水质，提高水体生态系统的生物多样性，完善水体生态系统的生物链，为河道的营养元素输出创造条件，在河道中除完善沉水植物群落结构、提高沉水植物群落净化水质的功能外，必须增加有益于生态系统净水功能发挥的种类，如适量放养滤食藻类的鱼类鲢鱼、摄食屑碎的密鲴和吃小鱼的乌鳢等，以控制“蓝藻水华”的发生。严禁放养草食性鱼类如草鱼等。

如图4所示，为一种水质稳定维持段3的布置方式，其中，立体生态平台主体主要由浮盘、UPVC管、钢筋砼固定墩构成，框架由DN110UPVC管制作，在框架内用浮盘作为载体进行植物栽植，平台单个尺寸为10m²，造型分为方形23和圆形24，为了提高景观的美观度以及对水体的净化维持的强度，还在生态立体平台周围还种植有睡莲22这种浮叶植物。

以上是通过本发明方法初步营造城镇高污染河道的健康生态环境，要保持生态环境的长期有效发展还需要对生态工程进行合理管理与维护：

以水生植被为主的健康生态系统建立后，生态系统的长效管理，尤其是水生植被特别是沉水植被的维护管理最为重要，只有管理好水生植被，才能使生态系统的结构更加合理，功能更有效发挥。

管理内容主要有如下几个方面：

(1)水生植被管理

①调控沉水植物的群落结构，保证沉水植物群落结构以暖季植物为主，以冷季植物为辅；

②调控水生植被的分布与覆盖度，使其满足维持健康水体生态系统平衡的需求；

③及时清除影响沉水植物生长的丝状藻类等；

④及时清除湖中沉水植物和沿岸浮叶植物的枯枝烂叶，防止二次污染，同时输出N、P营养物质，降低水体营养负荷；

(2)水生动物的管理

①根据水生动物的种群数量变动状况，通过捕捞或放养增殖调控其种群数量变动；

②必须密切关注凶猛鱼类和吃碎屑鱼类的种群数量变动，在任何情况下都须保证它们有足够的种群数量与多样性；

③最好划定水域封闭的钓鱼娱乐区，此区域以外水域不许钓鱼；

④必须保证底泥表层处于好氧状态。

(3)曝气机及生物膜管理

①定期检查人工生物膜载体，如有损坏应及时修理或更换；

②根据生物膜生长状况，用人工轻轻拨动载体法剥落老化的生物膜。

③定期检查曝气机及曝气管，如有损坏应及时修理或更换；

④提水曝气机与潜水推流曝气机应在白天开启，晚上关闭，若遇到突发情况如大雨天气时，需要及时关闭各曝气机；

(4)水体环境管理

①严禁向水体抛丢垃圾、剩余食物和排泄粪便；

②及时清除水面和水底枯枝落叶、塑料制品和各种垃圾；

③及时清除藻类、水绵、刚毛藻等。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的实施例。

Claims (10)

1.一种高污染河道生境重构工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将流经城镇的高污染河道自两端向中央依次按区域划分设置为初级净化段、强化净化段以及稳定维持段；

步骤二，清除底泥，并从河床的底部向上依次铺设粘土层、沙砾垫层以及大粒卵石层用于重建河床；

步骤三，在所述初级净化段设置水流减缓装置，用于降低水体流速，过滤去除水体内悬浮物以及沉淀的泥沙；在所述稳定维持段与所述强化净化段之间设置多孔生态墙；

步骤四，在强化净化段设置多个相互交替分布的人工水草区段和多个人工曝气区段，所述人工水草区段和人工曝气区段用于增强水体含氧量，降解强化净化段内水中的有机物质；

步骤五，控制水位高度在23-27cm之间，在所述稳定维持段内的河床上种植多种沉水植物，待沉水植物群落稳定后，逐步提高水位至最高1.8m；

步骤六，在所述稳定维持段水位维持在1.3～1.8m时，在水面上设置立体生态平台以及在水体底部种植浮叶植物，并且在其水体中放养多种鱼类和螺类。

2.如权利要求1所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述初级净化段的长度占流经城镇的高污染河道的长度百分比最小为1.5％；所述强化净化段的长度占流经城镇的高污染河道的感潮城市河道的长度百分比最小为15％；以及剩余河道为所述稳定维持段。

3.如权利要求2所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述步骤二中，从河床的底部向上依次铺设粘土层、沙砾垫层以及大粒卵石层的厚度比例为2∶1∶2。

4.如权利要求1所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述水流减缓装置包括设置在初级净化段两端的拦水坝以及设置在拦水坝之间的拦污导流栅，其中，所述拦水坝在雨季泄洪时闸门开启，其余时间关闭。

5.如权利要求4所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述立体生态平台的总体覆盖面积至少为稳定维持段河道水面面积的25～30％。

6.如权利要求5所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述立体生态平台上端按照每平方米30-60棵的密度分区域种植旱伞草、菖蒲、香蒲、千屈菜和鸢尾中的一种或几种，下端按照每平方米150-300根挂设人工水草。

7.如权利要求6所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述沉水植物按照每平方米500-1000棵的密度分河道种植，所述沉水植物为黑藻、篦齿眼子菜、金鱼藻和狐尾藻中的一种或几种。

8.如权利要求3所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，

所述人工曝气区段的河床上设置有雾化曝气管通过管道连通至河岸上设置的充气室内的充气泵。

9.如权利要求8所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，在所述稳定维持段内沿河流方向每隔至少50-60m设置一台提水曝气机；在所述稳定维持段的两端分别设置有至少一台出水口相互错开的推流曝气机，并每隔一定时间向稳定维持段中部推流曝气。

10.如权利要求9所述高污染河道生境重构工艺，其特征在于，所述拦污导流栅由设置在上端的浮子、中部的网片以及下端的重锤相互连接形成，并且所述相邻网片之间通过软联系绳连接。