CN105000756B - 一种河道生物孵化床生态治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种河道生物孵化床生态治理系统，包括河道和节流水坝，节流水坝将河道分隔成上游段和下游段，节流水坝上设有溢水口，还包括复氧区、生物孵化床、生物水解渠以及污水排放区，复氧区对应溢水口设置在下游段，复氧区内设有复氧设施，污水排放区的出口与生物水解渠的入口连通，生物水解渠的出口连通至复氧区，复氧区的出口与生物孵化床的入口连通，生物孵化床的出口与下游段连通。采用本发明的技术方案能够丰富河道内微生物群落、改善河道内生物体系、健全河道生态食物链，同时本发明的河道生物孵化床生态治理系统修复能力强、耗能低、管理简单、可控性强，能高效降解水体污染因子。

Description

一种河道生物孵化床生态治理系统

技术领域

本发明属生态治理技术领域，具体涉及一种河道生物孵化床生态治理系统。

背景技术

河道是地球的血脉，净化河道，有助于提高城市品位，改善人居环境。我国河道治理的最初阶段只考虑到单纯的防洪抗旱、水土保持和航运功能。随着城市的发展和生活品质的提高，河道整治开始关注人文和社会效应，治理模式主要侧重于污水截流、调水控制、底泥疏浚、两岸绿化等，这些模式下的整治主要以清除河道两岸固体废物、垃圾，消除河道两岸环境的脏、乱、差等现象，打造园林化的周边环境为主。一批批沿河而建的“江边公园”具有美化环境、防止水土流失等功能，但水体内部生态食物链单一，很难实现自身的净化功能。采用全面截流周边污水，引水冲污等措施来治理流域，虽然可以有效地阻止固体废物、垃圾等污染源进入水体而增加水体负荷，但同时也阻断了水域与外环境的物质与能量交换，最终不仅增加了接纳污水水体的污染负荷，同时在旱季也容易造成河流缺水，水质进一步恶化等问题。

在城镇化建设和大兴土木的过程中，河道的原生态水体被严重破坏，丧失了天然补给的生态条件。为防洪排涝、调水抗旱而盲目采用截流模式，头痛医头脚痛医脚，虽在一定程度上暂时发挥了作用，但是妨碍了生态平衡链的构建，往往在整体和长远效果上收效甚微。随着物质生活的提高，人工合成的高分子有机化合物与我们的联系越来越密切，各种难降解的人工化合物和高分子有机物通过各种途径转移进入流域水环境，外加流域内雨水以及陆地刷洗等突发性与无规律性的污染物排入河道，使河道水体中含有较多的高分子及难分解的污染因子。维持水中微生物生存的基础养源主要是易降解的有机物质，微生物在生命活动过程中将水中碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机物氧化降解，而基于以上种种因素，河道天然资源被不断压缩，生态体系被中断，难以降解倍增的外来污染源，并且废水中部分有限的养源在漫长的沟渠和管网传输过程中已被微生物代谢分解，导致河道中微生物基本无可利用的营养基础，使得微生物失去赖以存活的生存条件，造成河道生物体系单一。河道微生物长期没有充足的有机物作为食料，养源失衡，难以分解的污染因子就会长年累积，最终导致河水恶化，仅依靠一些植被与生物浮岛是无法解决根本问题的。

河道是重要的水利设施，是水生态系统的重要载体，是社会、经济可持续发展必不可少的要素。然而由于疏于管理，水流不畅、水质恶化等原因，许多传统河道已达不到设定功能区的水质标准。因此，对各支河道进行生态修复治理，并通过对各支河道的治理来带动主河道水体持续健康发展已势在必行。结合水利工程学和生态学的相关原理，在不破坏生态系统的情况下，研发出符合我国国情的生态型河道修复技术是河道整治的发展趋势。

传统河道对生物食物链的设计结构较为单一，治理模式上虽有生态学理念，但并没有对整体生物链做充分的分析，造成运行费用高，管理难，可控性差，河道防洪抗旱设施不完整，难以形成可持续发展的状态等。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够丰富河道内微生物群落、改善河道内生物体系、健全河道生态食物链的河道生物孵化床生态治理系统，同时该治理系统生态修复能力强、耗能低、管理简单、可控性强，能高效降解水体污染因子。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种河道生物孵化床生态治理系统，包括河道和设置于河道内的节流水坝，节流水坝将河道分隔成上游段和下游段，节流水坝上设有溢水口，还包括复氧区、生物孵化器、生物水解渠以及污水排放区，复氧区对应溢水口设置在下游段，复氧区内设有复氧设施，污水排放区的出口与生物水解渠的入口连通，生物水解渠的出口连通至复氧区，复氧区的出口与生物孵化床的入口连通，生物孵化床的出口与下游段连通。

作为本发明的一种优选方式，所述河道具有相对的第一河岸和第二河岸，第一河岸与第二河岸之间形成河水流通的通道，所述生物孵化床包括布水渠和生物孵化器，布水渠对应第一河岸设置，布水渠的入口与所述复氧区的出口连通，布水渠的出口与生物孵化器的入口连通，生物孵化器的出口连通至所述下游段。

作为本发明的一种优选方式，所述生物孵化床还包括靠近所述第一河岸设置百叶式排水栅，所述生物孵化器设置在所述第一河岸与排水栅之间，所述布水渠设置于所述第一河岸与所述生物孵化器之间，相邻排水栅之间具有与所述生物孵化器的出口连通的第一入口和与所述下游段连通的第一出口，第一入口与第一出口之间形成出水通道，该出水通道倾斜设置且第一入口比第一出口更靠近所述上游段。

作为本发明的一种优选方式，所述生物孵化器内填充惰性生物载体，惰性生物载体上设有第一水生植物。

作为本发明的一种优选方式，所述生物水解渠内填充有厌氧生物发生器，所述生物水解渠分为前半段和后半段，前半段的顶端由钢砼密封，后半段的厌氧生物发生器上设有第二水生植物。

作为本发明的一种优选方式，所述生物水解渠上设有排气管，排气管的入口与所述生物排水渠连通。

作为本发明的一种优选方式，还包括对应所述溢水口设置的第一格栅，第一格栅设于所述第一河岸与所述节流水坝之间，第一格栅相对于所述溢水口倾斜设置。

作为本发明的一种优选方式，所述污水排放区的出口与所述生物水解渠的入口之间设有第二格栅。

作为本发明的一种优选方式，所述节流水坝靠近所述下游段的一侧设有落差式多级台阶。

作为进一步改进，本发明还包括设置在所述下游段的生态加强区，生态加强区为生物浮岛，生物浮岛的上部具有供鸟类栖息的栖息区，生物浮岛的下部具有供水生动物和微生物生长的生长环境区。

申请人历时七年的研究探索，发现河道的污染浓度并不高，但其污染因子却比较复杂，河道内生物体系也较为单一。研究发现，造成河道生物体系难以健全的主要原因是生物养源相对单一，生物体系只有在满足自身生长需求的条件下才能逐步得到强化与健全，并充分发挥其功能，仅仅依靠人工培育的生物植被与生物浮岛，而缺乏生物生长所需的营养基础的充分补给，并不能从根本上解决生物体系的发展需求。相反的，由于水体生物养源失衡，水体生物不能更新，最终将导致水体纳污能力逐步下降，水质恶化、水体发臭等结果。在河道有限的水体空间内，营造一个适宜水生生物生存的生态微环境固然重要，但也要考虑外在物质是否能够满足生物的生长需求。只有在养源满足生物需求的前提下才能驯化出物种丰富的庞大微生物群，形成生物群落结构相对完善，功能健全的水生态体系。另外，必须在确保防洪、排涝时不受影响的前提下，源源不断的给下流水体提供种群丰富的生命体，同时在流域中增加若干生态加强区，才能使河道生态系统长期维持稳定和健康持续发展。河道的治理不仅要满足人文、社会和经济的需求，更需要立足长远，尽量保持河道的自然属性，为各类微生物创造适宜的生存繁衍空间，使河道中的生物食物链良性健康发展，实现生态、人文、社会、经济协调发展。

基于上述理念，申请人对河道生物孵化床生态治理系统进行了创造性设计，采用本发明的技术方案，污水(通常为居民污水)在污水排放区进行统一的收集后，经生物水解渠进行处理。通过节流水坝汇聚的水流与具有较高养源基础和生物群落的生物水解渠出水混合，在此基础上，通过复氧设施对混合水流进行复氧，提高溶解氧水平，然后进入河道的生物孵化床，在养源及生物的补充下，使生物孵化床得以高效孵化出体系相对完善的优良生物群落，并在水流的带动下，对下游段的水体生物食物链进行长期有效的补充，从而实现水体生态链的健全。在污水进入生态孵化床之前，通过生态水解渠将污水中的大颗粒污染因子分解为小分子有机物，不仅可以避免污染因子沉积河床，还可以在水解渠内积累足够的易被利用的养源，以满足河道内发展健全生物体系的需求。与现有的技术相比，本发明还具有以下突出优点和效果：

1、河道生物孵化床生态治理系统利用污水的养源进行创造性设计，为水体生态修复创造有利的基础条件，既能有效地处理周边污水，又能为河道生态修复提供必要的养源来打造生物食物链，还能起到就地补水的功效；

2、河道生物孵化床生态治理系统结构简易，通过定期检查水体环境情况及适当地进行系统维护即可，无需专业管理，管理简单，并能满足河道行洪排涝及水土保持等功能；

3、河道生物孵化床生态治理系统的生态食物链长，种群丰富，适宜的生长因子可为河道水体源源不断的补充新的生命体。采用该河道生物孵化床生态治理系统整治的河道能有效达成循环经济的生态系统，是确保流域水体长期健康的新思路。

附图说明

图1为本发明整体的俯视图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明中部分结构的优选方式的俯视图；

图4为图3中B-B处的截面图；

图5为本发明中生物水解渠的结构示意图；

图6为图5中C-C处的截面图；

图7为图5中D-D处的截面图；

图8为本发明中排水栅的俯视图；

图中：

10-河道 11-上游段

12-下游段 13-第一河岸

14-第二河岸 20-水坝

21-溢水口 22-第一格栅

30-复氧区 31-复氧设施

40-生物孵化床 41-惰性生物载体

42-第一水生植物 43-生物孵化器

44-布水渠 45-布水槽

46-排水栅 47-固定部

461-第一入口 462-第一出口

50-水解生物渠 51-前半段

52-后半段 53-第二水生植物

54-厌氧生物发生器 55-第二格栅

56-排气管 60-居民区

70-生态加强区

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图8，在图中，箭头表示水流的流动方向，一种河道生物孵化床生态治理系统，包括河道10和设置于河道10内的节流水坝20，节流水坝20将河道10分隔成上游段11和下游段12，节流水坝20上设有溢水口21。节流水坝20设置于河道10中较宽的河段，在实施例中节流水坝20沿长度方向设置成弧形以增大拦截能力，节流水坝20的设置以能满足泄洪排涝为标准，本领域的技术人员可以根据河道10的水流情况进行相应的设计。河道10具有相对第一河岸13和第二河岸14，第一河岸13与第二河岸14之间形成河水流通的通道，作为本发明的一种优选方式，还包括对应所述溢水口21设置的第一格栅23，第一格栅23设于所述第一河岸13与所述节流水坝20之间，第一格栅23相对于所述溢水口21倾斜设置，采用设置能够对上游段11中的杂物进行拦截，确保溢水口21不被堵塞，同时第一格栅23采用倾斜设置，可以增大拦截面积和拦截效率。所述节流水坝20靠近所述下游段12的一侧设有落差式多级台阶或者采用垒石方式设计，河水在流动的过程中不断紊动，与台阶状石块不断撞击，产生多级高差跌水复氧效应，空气中的氧气被携带入水体，补充微生物消耗的氧，增强水体中好氧微生物的活力，以满足水体DO需求，减少机械曝气所需电能的消耗。

本发明还包括复氧区30、生物孵化床40、生物水解渠50以及污水排放区。在实施例中，污水排放区为居民区60的生活污水排放区，溢水口21从节流水坝20的上端面向下开设，其深度约20至30厘米，上游段11的水体通过节流水坝20阻隔，一部分水流因节流水坝拦截从高处流下，产生多级高差跌水复氧效应为水体复氧，另一部分水流经汇聚通过第一格栅23进入溢水口，并通过该溢水口21流入复氧区30，复氧区30对应溢水口21设置在下游段12，复氧区30内设有复氧设施31，复氧设施31用以对水体进行复氧，其在现有技术中已有介绍，具体结构这里不再进行详述。污水排放区的出口与生物水解渠50的入口连通，所述污水排放区的出口与所述生物水解渠50的入口之间设有第二格栅55拦截杂物，以保证生物水解渠50更好地处理污水。生物水解渠50的出口连通至复氧区30，复氧区30的出口与生物孵化床40的入口连通，生物孵化床40的出口与下游段12连通，从生物孵化床40出来的水流进入下游段12。

本发明中，生物孵化床包括布水渠44、生物孵化器43以及百叶式排水栅46，布水渠44的入口与所述复氧区30的出口连通，布水渠44的出口与所述生物孵化器43的入口连通。经过复氧区30处理的水流进入布水渠44内，布水渠44内设有布水槽45，在布水槽45文丘里效应的作用下，被加速的水体进入生物孵化器43。所述生物孵化器43内填充惰性生物填料41，惰性生物填料41上设有第一水生植物42，并尽可能地让第一水生植物42的部分根系与惰性生物填料41连成一体，强化其生物种类多样化，形成一个庞大的生物食物链。在微动态水体中，由这一整体孵化与延续出来的生物群落可维持一定范围内水体的生态平衡。惰性生物填料在现有技术中已有介绍，如常用的惰性生物填料有拉西环(也称塑料环)、硅酸盐材料(如珍珠岩、硅藻土及火山岩等)，本领域的技术人员可以根据需要进行选择，这里不再进行详细描述。

作为本发明的一种优选方式，生物孵化床40还包括靠近所述第一河岸13设置百叶式排水栅46，所述生物孵化器43设置在所述第一河岸13与排水栅46之间，所述布水渠44设置于所述第一河岸13与所述生物孵化器43之间，生物孵化器43、布水渠44、排水栅46均沿河道10的长度方向布设，排水栅46的下端固定在河道的钢砼地基上，排水栅46的上端与固定部47固定连接，该固定部47亦采用钢砼结构，相邻排水栅46之间具有与所述生物孵化器43的出口连通的第一入口461和与所述下游段12连通的第一出口462，第一入口461与第一出口462之间形成出水通道，该出水通道倾斜设置且第一入口461比第一出口462更靠近所述上游段11。采用这种结构，下游段12的河水从排水栅46靠近第二河岸14的一侧流过，对百叶式排水栅46内侧(靠近生物孵化器43的一侧)的生物孵化器43处理后的水体产生一股吸力，能有效地使生物孵化器43内含有相对完善的优良生物群落进入下游段12中，且能防止下游段12中的污泥和腐烂的藻类植物等沉积，具有一定的清淤效果，百叶式排水栅46对水的冲击有一定的阻挡作用，使底部填料不会被水流冲走。因此，在本发明中，百叶式排水栅的设置在防止填料流失的同时，也能对下游段12中水体生物食物链进行长期有效的补充，从而实现水体生态链的健全。

作为本发明的一种优选方式，所述生物水解渠50内填充有厌氧生物发生器54，所述生物水解渠50分为前半段51和后半段52，前半段51的顶端由钢砼密封，后半段52的厌氧生物发生器54上设有第二水生植物53。本发明中的厌氧生物发生器均可以直接从市面上购买，其在水处理领域中已有介绍，本发明将其巧妙地应用在该生态治理系统中。

作为本发明的一种优选方式，所述生物水解渠50上设有排气管56，排气管56的入口与所述生物排水渠50连通，采用这种结构运用大气压的烟囱效应散发异味，同时排气管56上可设置成路灯或警示牌。

作为进一步改进，本发明还包括设置在所述下游段12的生态加强区70，生态加强区70为生物浮岛，生物浮岛的上部具有供鸟类栖息的栖息区，生物浮岛的下部具有供水生动物和微生物生长的生长环境区。该生态加强区70设置在下游段12中的河道流域缓冲区，具有净化水质的作用。在流域深水区增加抗洪类的生物载体，从而满足水体生态生物食物链的良性健康发展。生物浮岛的点缀增加了河道景观的可观赏性。

采用本发明的方案具有如下特点：

1、系统的生态修复效应：节流水坝20汇聚的水流与具有较高的养源基础和生物群落的水解生物渠50出水混合，在此基础上，通过复氧设施31对水流进行复氧，提高溶解氧水平，通过布水渠44和生物孵化器43高效孵化出体系相对完善的优良生物群落，在水流的带动下，对下游段12的水体生物食物链进入长期有效的补充，并在流域缓冲区增设湿地或生物浮岛，在流域深水区增设抗洪类的生物载体，满足水体生态生物食物链的良性健康发展需要，从而实现河道生态系统的修复。

2、系统的水土保持效应：河道抗土壤侵蚀、保持水土可以通过河道护岸的建设，初步保持河道水土，然后在本发明河道生物孵化床生态治理系统作用下，为河道长期补充体系相对完善的优良生物群落，使河道生态系统中生物食物链物种体系更加完善，最后通过河道生态加强区10的补充建设，使河道及周边的生态系统得以更好的修复，河道两岸水土也得以加固，减少河道两岸的土壤侵蚀，保持水土。

3、系统的生态规律与稳定性：本发明河道生物孵化床生态治理系统构建了一个相对完整的生物食物链，并在填料之上形成良性的菌株团(生物膜)，在养源充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，填料上的生物膜逐渐增厚，当生物膜达到一定厚度时，生物膜内层逐步开始繁殖兼性氧菌—厌氧菌，在此基础上不断扩散，厌氧产生的代谢物(如CH₄)的逸出使内层生物膜脱落，在生物膜已脱落的填料表面重新发展起生物膜，周而复始，生生不息，从而形成一套以自然规律为基础的生态系统。

4、运行成本低，管理简单：河道生态治理本着立足长治久安的原则，遵循生态学基本规律，完善水陆生态食物链，促进生物之间以及生物与非生物环境之间的相互关系向平衡状态发展，实现局部的水陆生态和谐，并可美化环境。在系统生物食物链形成后，基本无需人工介质对系统进行作业，管理简单；系统采用自然水体势能加速水体复氧，提高水体溶解氧的浓度，减少耗能、运行成本低；设备简单，寿命长，维护成本低；跌水形式水坝丰富了河道景观，营造了听觉和视觉享受，更能体现人文环境价值，是高效、节能、环保的生态型河道整治系统。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (8)

1.一种河道生物孵化床生态治理系统，包括河道和设置于河道内的节流水坝，节流水坝将河道分隔成上游段和下游段，节流水坝上设有溢水口，其特征在于：还包括复氧区、生物孵化床、生物水解渠以及污水排放区，复氧区对应溢水口设置在下游段，复氧区内设有复氧设施，污水排放区的出口与生物水解渠的入口连通，生物水解渠的出口连通至复氧区，复氧区的出口与生物孵化床的入口连通，生物孵化床的出口与下游段连通，所述河道具有相对的第一河岸和第二河岸，第一河岸与第二河岸之间形成河水流通的通道，所述生物孵化床包括布水渠和生物孵化器，布水渠对应第一河岸设置，布水渠的入口与所述复氧区的出口连通，布水渠的出口与生物孵化器的入口连通，生物孵化器的出口连通至所述下游段，所述生物孵化床还包括靠近所述第一河岸设置百叶式排水栅，所述生物孵化器设置在所述第一河岸与排水栅之间，所述布水渠设置于所述第一河岸与所述生物孵化器之间，相邻排水栅之间具有与所述生物孵化器的出口连通的第一入口和与所述下游段连通的第一出口，第一入口与第一出口之间形成出水通道，该出水通道倾斜设置且第一入口比第一出口更靠近所述上游段。

2.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：所述生物孵化器内填充惰性生物载体，惰性生物载体上设有第一水生植物。

3.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：所述生物水解渠内填充有厌氧生物发生器，所述生物水解渠分为前半段和后半段，前半段的顶端由钢砼密封，后半段的厌氧生物发生器上设有第二水生植物。

4.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：所述生物水解渠上设有排气管，排气管的入口与所述生物排水渠连通。

5.如权利要求2所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：还包括对应所述溢水口设置的第一格栅，第一格栅设于所述第一河岸与所述节流水坝之间，第一格栅相对于所述溢水口倾斜设置。

6.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：所述污水排放区的出口与所述生物水解渠的入口之间设有第二格栅。

7.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：所述节流水坝靠近所述下游段的一侧设有落差式多级台阶。

8.如权利要求1所述的河道生物孵化床生态治理系统，其特征在于：还包括设置在所述下游段的生态加强区，生态加强区为生物浮岛，生物浮岛的上部具有供鸟类栖息的栖息区，生物浮岛的下部具有供水生动物和微生物生长的生长环境区。