CN105645593B - 一种高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术，特别涉及采用离线和在线组合技术提高河流抗污染风险，提升河流景观化水平。技术依托现有河道自然构型，根据污染来源及环境风险源分布，构建高风险城市河流水质安全保障及景观化系统。系统包括上游水质安全控制系统和下游水质安全保障系统两部分。上游水质安全控制系统主要采用离线治理技术，以生态砾石床、湿地或生态塘为主，各工艺上下游河道设置闸门控制进水出水；下游水质安全保障系统主要采用在线治理技术，以生态护坡河道、景观湖泊或在线湿地为主。本系统将在线和离线治理技术结合，可有效削减污染物及危险化学品进入下游河道，提高河流自净效率，有效改善河水水质等优点，尤其适用于高风险重污染城市河流水系改善，是兼顾社会效益、经济效益和环境效益于一体的水质保障及景观化技术。

Description

一种高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术
本发明涉及一种高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术，特别涉及采用离线和在线组合设施提高河流抗污染风险，提升河流景观效果。技术依托现有河道自然构型，根据污染来源及环境风险源分布，构建高污染风险小流域水质安全保障及景观化系统。系统包括上游离线水质安全控制系统和下游在线水质安全保障系统两部分。上游水质安全控制系统以生态砾石床、湖泊、雨水存储池、湿地或生态塘等设施为主，各设施进水口河道下游设置闸门控制进出水；下游在线水质安全保障系统主要以生态护坡、在线湿地、滞留塘为主。本系统将在线和离线治理设施结合，可有效削减污染物及危险化学品进入下游河道，提高河流自净效率，尤其适用于高风险、重污染城市支流水系改善，是兼顾社会效益、经济效益和环境效益于一体的河流水质保障及景观化技术。
技术领域
本发明属于高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术领域，涉及小流域水质净化、突发水环境污染事故风险防范、黑臭河流治理及景观化构建等方面。
背景技术
水是社会经济发展的纽带。在人类社会经济发展进程中，城市人口聚集区和企业往往临水而建。随着企业逐渐密集和人类活动加剧，城市和企业污水排放量逐渐增多，突发环境污染事故也将逐渐增多，河流作为纳污渠道其自身污染物承载力逐渐削弱，逐渐演变成为高污染风险河流。高污染风险河流不仅仅自身水环境和水生态随时面临被破坏风险，还往往作为污染物的快速迁移通道污染下游饮用水源地和水生动植物保护区。因而，保障高污染风险河流水质安全已成为我国亟待解决的社会问题。
尽管国内外河流突发水环境污染事故频发，然而由于环境风险识别技术研究仅仅处于起步阶段，国内外未见专门针对高污染风险河流的水质安全保障技术。因而，现有技术工艺仍针对已污染河流，主要通过建设一定的工程措施，在河流内部或者周边建设水质治理单元，强化河流的自净能力。目前，受污染河流水质治理技术主要包括离线治理技术和在线治理技术，其中离线治理技术主要在河流周边建设湿地，在线治理技术主要有工程菌、植物浮岛及生态水草等方法。在线及离线治理技术能够有效提升受污染河水水质，提高河流自净能力，但对于高污染风险河流，由于突发水环境污染事故高冲击负荷，以及时间和地点的不确定性，导致现有河流在线及离线治理技术难以有效应对突发水环境污染事故。
因此，针对河流突发水环境污染风险来源，开发离线和在线相结合的河流风险控制技术，满足高污染风险河流水质安全保障需求，提升河流水质自净能力，在发挥各自优势的基础上实现同步处理，不仅具有投资低、能耗低、效果好、运用灵活等多方面优点，还兼顾防洪和景观等功能，特别适合于高污染风险河流水质安全保障。
发明内容
本发明目的在于提供一种高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术，该技术既可实现对河流突发水环境污染事故泄漏污染物的有效截留和处理，又可保障对河流水质的高效净化，兼顾防洪和景观功能。
本发明的高风险城市河流水质安全保障及景观化构建技术是：
1、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：在高污染风险河流内分别建立上游离线水质安全控制系统和下游在线水质安全保障系统；将上游离线水质安全控制系统和下游在线水质安全保障系统搭配使用，可快速截留入河污染物，提高河流自净能力，促进河水水质逐渐改善；上游在线水质安全控制系统位于突发环境污染事故危化品入河处下游，距离入河口为：
L距离＝k×t×vmean
其中L距离——水质安全控制系统进水口与危化品入河处距离，km；k——安全系数；
t——污染事故爆发到应急的正常反应时间，h；vmean——河水的平均流速，km/h。
2、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：高污染风险河流通常是指河流中上游危险化学品生产、使用和存储企业，以及化工园区、生活居住区分布密集的城市或乡镇中小型河流；高污染风险河流最大可能事故类型依据河流周边企业有毒有害危险化学品理化性质及单元功能确定；水污染事故风险源出现的事故类型主要有：废水非正常排放事故、液态化学品直接泄漏事故、液态化学次生泄漏事故等；最大可能事故危化品排放量采用下式计算：
Q排放量＝α×Qmax×P泄漏比例
其中Qmax——有毒有害危险化学品最大储量，m3；P泄漏比例——有毒有害危险化学品的泄漏比例；α——液态泄露污染物自流入水体比例。
3、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：上游离线水质安全控制系统可采用生态砾石床、湖泊、雨水储存池、湿地或生态塘等，平时作为景观水体或用于深度净化河水；上游离线水质安全控制设施有效容积为：
V有效容积＝β×(Qmax+Qriver)
其中V有效容积——离线水质安全控制设施有效容积，m3；β——系数；Qriver——不同事故场景下河流流量，m3/d；
生态砾石床、湖泊、雨水储存池、湿地或生态塘等水质安全控制设施可以建设为1个，也可根据地形地貌沿污染团迁移路线依次建设3～5个，搭配使用。
4、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：上游水质安全控制系统中生态砾石床、湖泊、湿地和生态塘等离线治理设施因地制宜采用渠道、管道引流，并在临近主河道进水口下游设置河道闸板；设施底部需做防水，并在底部布设厚度为2～20cm的活性炭颗粒、陶粒、沸石或改性矿物等吸附性大孔功能填料。
5、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：平时部分河水直接经河道流向下游，部分河水经生态砾石床、湖泊、湿地或生态塘等离线治理设施深度处理后汇入河流下游，保障处理工艺正常的生物净化效率；当河流出现突发水污染事故，则关闭河道内闸板和离线治理设施出水闸门，让含危化品河水全部存储在生态砾石床、湖泊、湿地或生态塘内，并可通过强化的物化及生化作用逐步去除；河水水质恢复正常但离线治理设施污染物仍未达标时，保持生态砾石床、湿地等离线治理设施进口闸门关闭，打开河道闸板，保障河流正常流动；只有当离线治理设施中截留的污水处理达标后，再打开生态砾石床、湿地或生态塘等设施出水闸门。
6、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：下游在线水质安全保障系统以生态护坡、河道浅滩湿地、河道滞留塘或在线湖泊等构成，水力停留时间控制在0.5d～1.0d以上。
7、一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：下游在线水质安全保障系统的河道浅滩湿地、滞留塘或在线湖泊底部做防水措施，并铺设厚度2～5cm的活性炭颗粒、陶粒、沸石、改性矿石等吸附性大孔功能材料。
与现有城市河流水质安全保障技术相比，本发明的优势在于：
1、运行成本低：高污染风险河流水质安全保障及景观化系统以生态砾石床、湿地、生态塘或景观湖泊为主，具有不需要机电设备及管网建设、结构紧凑、处理单元形状灵活、基建运行费用低和日常操作简单等优点，适用于我国大部分城市河流。
2、处理效率高且运行稳定：本发明通过离线治理技术有效削减上游污染物及危险化学品进入下游河道，并利用在线治理技术对下游水质进行深度净化，在逐步提高河流自净效率的同时有效改善河水水质。另外，利用陶粒、活性炭、沸石等吸附性大孔功能填料增强微生物的附着能力，有利于微生物生长和有机危化品降解。沸石还具有良好的吸附氨氮的能力，再配合水生植物净水作用有效提高了系统运行的稳定性和抗负荷冲击能力。
3、运行方式灵活：根据河流水质水量的不同处理要求，通过灵活控制治理工程取水及出水处闸板和主河道闸板，提高系统对水质水量变化的适应性，保证河流水质恶化时下游出水水质。
4、景观配合度高：由于生态砾石床、湿地、生态塘、景观湖泊或在线湿地形态结构灵活，且景观植物可配合城市河流景观特点进行设计，并通过挺水植物和浮游植物的合理配置增强城市河流整体景观性。
附图说明
高污染风险河流水质安全保障及景观化系统示意图。
其中：1-离线治理设施(湿地)；2-离线治理设施(景观湖泊)；3-在线治理设施(湿地)；4-离线治理设施(生态塘)；5-河道闸板；6-离线治理设施进水闸门；7-离线治理设施出水闸门；8-风险源及污染源(化工园区、企业、人口聚集区)。
具体实施方式
本发明针对高污染突风险城市河流水质安全保障及景观化需求，通过结合离线治理技术和在线治理技术构建高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，保障高风险小流域水质安全，具体实施方法如下：
当处理受污染河流时，半关闭河道干流、支流闸板(5)，打开治理工程取水闸板(6)和出水汇入处闸板(7)，受污染河水一部分经河道进入干流离线生态塘(1)去除大部分COD、总氮、总磷，之后再经干流河道流向地势稍低的离线湿地(2)，利用离线湿地(2)去除剩余污染物。另一部分受污染河水直接流经河道进入下游离线湿地(2)去除污染物。经离线技术处理后河水再依次经过下游在线湿地(3)或景观湖泊(4)，利用菌类和水生植物共同作用对难降解污染物进行深度净化，从而保障河流出水水质安全。而当河流突发水环境污染事故时，完全关闭河道干流、支流闸板(5)和治理工程出水汇入处闸板(7)，打开治理工程取水闸板(6)，使受污染河水全部进入生态塘(1)和离线湿地(2)，利用生态塘(1)和离线湿地(2)对河道内主要污染物进行截留，通过物理化学及生物强化作用净化水质。待河流水质恢复正常后，关闭治理工程取水闸板(6)和出水汇入处闸板(7)，打开河道干流、支流闸板(5)使干流、支流河道内水体正常流动。此项技术能够实现河流污染物的有效去除，保障城市河流水质安全，满足城市河流水质改善和景观构建双重需求。
实施例1：北方某河流水质安全保障及景观化系统
依托河道自然构型，根据污染水平及环境风险源分布，构建某河流水质安全保障及景观化模拟系统。在长度为120m长的模拟河道上游干流建设面积为30m2离线湿地和生态塘各1个，上游支流建设面积为30m2离线湿地1个，下游建设面积为30m2的景观湖泊1个，河道边坡30～45°，当河道进水流量为1600L/d时，河流水质安全保障及景观化系统各工艺出水浓度如下表所示：

Claims (3)

1.一种高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：在高污染风险河流内分别建立上游离线水质安全控制系统和下游在线水质安全保障系统；将上游离线水质安全控制系统和下游在线水质安全保障系统搭配使用，快速截留入河污染物，提高河流自净能力，促进河水水质逐渐改善；上游离线水质安全控制系统位于突发环境污染事故危化品入河处下游，距离入河口为：
L距离＝k×t×vmean
其中L距离——水质安全控制系统进水口与危化品入河处距离，km；k——安全系数；t——污染事故爆发到应急的正常反应时间，h；vmean——河水的平均流速，km/h；
上游离线水质安全控制系统采用生态砾石床、湖泊、雨水储存池、湿地或生态塘，平时作为景观水体或用于深度净化河水；上游离线水质安全控制设施有效容积为：
V有效容积＝β×(Qmax+Qriver)
其中V有效容积——离线水质安全控制设施有效容积，m3；β——系数；Qriver——不同事故场景下河流流量，m3/d；
生态砾石床、湖泊、雨水储存池、湿地或生态塘水质安全控制设施建设为1个，或根据地形地貌沿污染团迁移路线依次建设3～5个，搭配使用；
上游水质安全控制系统中生态砾石床、湖泊、湿地和生态塘离线治理设施因地制宜采用渠道、管道引流，并在临近主河道进水口下游设置河道闸板；设施底部需做防水，并在底部布设厚度为2～20cm的活性炭颗粒、陶粒、沸石或改性矿物吸附性大孔功能填料；
下游在线水质安全保障系统以生态护坡、河道浅滩湿地、河道滞留塘或在线湖泊构成，水力停留时间控制在0.5d～1.0d以上；
下游在线水质安全保障系统的河道浅滩湿地、滞留塘或在线湖泊底部做防水措施，并铺设厚度2～5cm的活性炭颗粒、陶粒、沸石、改性矿石吸附性大孔功能材料。
2.根据权利要求1所述的高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：高污染风险河流通常是指河流中上游危险化学品生产、使用和存储企业，以及化工园区、生活居住区分布密集的城市或乡镇中小型河流；高污染风险河流最大可能事故类型依据河流周边企业有毒有害危险化学品理化性质及单元功能确定；水污染事故风险源出现的事故类型主要有：废水非正常排放事故、液态化学品直接泄漏事故、液态化学次生泄漏事故；最大可能事故危化品排放量采用下式计算：
Q排放量＝a×Qmax×P泄漏比例
其中Qmax——有毒有害危险化学品最大储量，m3；P泄漏比例——有毒有害危险化学品的泄漏比例；a——液态泄露污染物自流入水体比例。
3.根据权利要求1所述的高污染风险河流水质安全保障及景观化系统，其特征在于：平时部分河水直接经河道流向下游，部分河水经生态砾石床、湖泊、湿地或生态塘离线治理设施深度处理后汇入河流下游，保障处理工艺正常的生物净化效率；当河流出现突发水污染事故，则关闭河道内闸板和离线治理设施出水闸门，让含危化品河水全部存储在生态砾石床、湖泊、湿地或生态塘内，并通过强化的物化及生化作用逐步去除；河水水质恢复正常但离线治理设施污染物仍未达标时，保持生态砾石床、湿地离线治理设施进口闸门关闭，打开河道闸板，保障河流正常流动；只有当离线治理设施中截留的污水处理达标后，再打开生态砾石床、湿地或生态塘设施出水闸门。
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