CN106006992A - 一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，包括池体，池体由缓冲区隔墙分隔为初级缓冲区和生态净化区，初级缓冲区内设置有系统进水管，生态净化区内远离初级缓冲区的一侧设置有排水池，排水池通过运行泄水管与生态净化区连通，生态净化区内设置有基底隔墙，基底隔墙之间从下至上设置黄沙层及砾石层，砾石层上种植有生态净化植物。本发明保证了富营养化水体的处理效果，在保证工程处理效果的同时兼顾了营造湖泊景观的目的，建设成本低、生态可行性、处理效率高、运行稳定性好、景观效果佳等优点，易于推广应用。

Description

一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统

技术领域

本发明涉及湖泊水体生态修复的技术领域，具体涉及一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统。

背景技术

富营养化是当今湖泊水环境面临的主要问题，长期以来，人们不断探索富营养化水体治理的途径。富营养化是由于人类活动的影响，生物所需的氮、磷营养物质的富集，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧量下降、鱼类及其它生物大量死亡、水质恶化的现象。富营养化是湖泊水体生长、发育、老化、消亡整个生命史中必经的天然过程，其过程漫长，常常需要以地质年代或世纪来描述其进程。而因人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，它演变的速度非常快，可在短期内使水体由贫营养状态变为富营养状态。水体出现富营养化现象主要表现为浮游生物大量繁殖，出现“水华”的现象。就目前而言主要是人为活动产生的影响。

目前，国家建设进程高速发展，人们对生活质量要求随之不断提高，许多城市建设引入水体营造、湖泊建设等人工湖项目，部分人工湖为坡面及池底硬化水体，边坡较陡(坡比陡于1:3)，无生态系统，造成新建人工湖水体富营养化日趋严重、水体恶化趋势明显，人工湖变臭水塘的新闻现状已经数见不鲜，水体生态修复迫在眉睫。

传统的净化富营养化水体方式为引水换水、投加化学或微生物药剂、利用充氧设施或设备对水体进行强制充氧等。其中，引水换水措施需要有充足、方便的清洁水源作为换水水源，同时此种方式存在水质稳定程度差、污染转移等缺点；投加化学或微生物药剂存在资金投入大、水质易反复、有二次污染等问题；强制曝气措施存在能耗大，处理费用高等不足。

生态措施主要为利用原生态的方式来进行水处理，即模拟自然界中的生产者、消费者、分解者，精心合理配置，从而使整个食物链越来越丰富，使生态系统越来越稳定，运用自然界本身的自我净化功能来达到净化水质的目的。

生态修复是相对于生态破坏而言的，生态破坏的生态系统结构功能和关系的破坏，硬质坡面池底水体不具备通过生态措施进行生态修复，属于生态破坏，而生态修复就是恢复生态系统合理的结构、高效的功能和协调的关系，是重建受损生态系统的功能以及相关的物理、化学和生物特性。其本质是恢复系统的必要功能并使系统达到自我维持的状态。修复的目的是要再现一个自然的，能自我调节的生态系统，使其与所在的生态景观形成一个完整的统一体。

此外，天然湖泊相比，硬质坡面池底富营养化水体类型的人工湖由于功能的需要，存在构筑物均采用工程化的方式进行建设，如何提高湖泊景观，尽量减少人工化的痕迹，以与周边景观相协调，也是湖泊建设应该考虑的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的一个目的在于提供了一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统。

一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，包括池体，池体由缓冲区隔墙分隔为初级缓冲区和生态净化区，初级缓冲区内设置有系统进水管，生态净化区内远离初级缓冲区的一侧设置有排水池，排水池通过运行泄水管与生态净化区连通，生态净化区内设置有基底隔墙，基底隔墙为依次嵌套的环形隔墙或从初级缓冲区至排水池依次分布的直线型隔墙，基底隔墙之间从下至上设置黄沙层及砾石层，砾石层上种植有生态净化植物。

如上所述的池体的底部为硬质池底，硬质池底的底部为水平区域，硬质池底除水平区域的其他部分为坡度区域，硬质池底的坡度区域在水平面的投影面积大于等于初级缓冲区和生态净化区的总水面面积的50％。

如上所述的黄沙层在坡度区域的基底隔墙之间呈斜坡状铺设，黄沙层厚度大于等于20cm，斜坡状的黄沙层坡度小于等于20度，在水平区域的黄沙层呈水平状铺设；

砾石层铺设在黄沙层上，砾石层的厚度为10～15cm，砾石层在坡度区域的基底隔墙之间呈斜坡状铺设，斜坡状的砾石层的坡度小于等于20度，在水平区域的砾石层呈水平状铺设。

如上所述的相邻的基底隔墙距离大于等于2米，基底隔墙的顶部高于砾石层的顶面至少10cm，基底隔墙采用砖墙或者混凝土墙。

如上所述的生态净化植物包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层上的种植挺水植物，挺水植物包括菖蒲、梭鱼草、水葱、黄花鸢尾、伞草、再力花、美人蕉；

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层上种植浮叶植物，浮叶植物包括睡莲、荇菜、芡实；

位于0.8＜生态净化区水深≤2米处的砾石层上种植沉水植物，沉水植物包括狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻、眼子菜、菹草。

如上所述的初级缓冲区内填充缓冲区砾石层，缓冲区砾石层中的砾石粒径为70～100mm，缓冲区隔墙采用浆砌块石或者砖墙。

如上所述的缓冲区隔墙顶部标高低于设置在初级缓冲区的系统进水管底部标高至少5cm，缓冲区隔墙离系统进水管的出水口的垂直距离大于等于50cm。

如上所述的运行泄水管管顶标高低于系统进水管管底标高至少10cm，生态净化区的水面标高低于初级缓冲区的水面标高至少5cm。

如上所述的排水池还设置有排水管，运行泄水管至排水管依次设置有第一不锈钢丝拦网和第二不锈钢丝拦网，第一不锈钢丝拦网的孔径大于第二不锈钢丝拦网的孔径。

本发明的优点和有益效果在于：

1、初级缓冲区能对进水量进行调控，还对进水有一定净化作用，对生态治理系统的稳定性有较强保障作用；

2、利用了现有湖体，无需其他工程用地，节省了工程建设成本；

3、本系统生物性多样，运行稳定性强，整体稳定性好；

4、水生植物对水体中的营养盐均有很好的吸收、净化能力，水生植物对营养物质的吸收有利于水体中N、P等营养平衡，能有效地控制水体富营养化；

5、净水能力较强，有效减少了系统引水换水频和对药物、曝气的需求，减少了二次污染问题；

6、减少了人工化痕迹，同时，构建营造了多样性的湿地植被景观，提高了该生态修复处理装置与周边景观的协调性；

7、可用于净化具有一定预处理措施的生活污水。

附图说明

图1为本发明的其中一种实施方式的平面示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图。

图中，1—缓冲区隔墙、2—缓冲区砾石层、3—基底隔墙、4—砾石层、5—黄沙层、6—生态净化植物、7—系统进水管、8—运行泄水管、9—第一不锈钢丝拦网、10—第二不锈钢丝拦网、11—排水管、12—硬质池底、13—初级缓冲区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作详细说明。

实施例1

一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，包括池体，池体由缓冲区隔墙1分隔为初级缓冲区13和生态净化区14，初级缓冲区13内设置有系统进水管7，生态净化区14内远离初级缓冲区13的一侧设置有排水池15，排水池15通过运行泄水管8与生态净化区14连通，生态净化区14内设置有基底隔墙3，基底隔墙3为依次嵌套的环形隔墙或从初级缓冲区13至排水池15依次分布的直线型隔墙，基底隔墙3之间从下至上设置黄沙层5及砾石层4，砾石层4上种植有生态净化植物6。

池体的底部为硬质池底12，硬质池底12的底部为水平区域，硬质池底12除水平区域的其他部分为坡度区域，硬质池底12的坡度区域在水平面的投影面积大于等于初级缓冲区13和生态净化区14的总水面面积的50％。硬质池底12可以采用混凝土或者水泥。

半数以上湖底多样性形态以利于生物多样性的生境营造以及富营养化水体的净化能力的保障，不同品种的植物生长所需水深条件不同，本系统考虑有较深区域水体及较浅区域水体，利用多种植物及多样菌藻的共同作用处理富营养化水体中的有机污染物及N、P等。

黄沙层5在坡度区域的基底隔墙3之间呈斜坡状铺设，黄沙层5厚度大于等于20cm，斜坡状的黄沙层5坡度小于等于20度，在水平区域的黄沙层5呈水平状铺设；

砾石层4铺设在黄沙层5上，砾石层4的厚度为10～15cm，砾石层4在坡度区域的基底隔墙3之间呈斜坡状铺设，斜坡状的砾石层4的坡度小于等于20度，在水平区域的砾石层4呈水平状铺设。保证植物栽植生长发育良好，后期净化能力强，稳定性高。

相邻的基底隔墙3距离大于等于2米，基底隔墙3的顶部高于砾石层4的顶面至少10cm，基底隔墙3采用砖墙或者混凝土墙。

生态净化植物6包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层4上的种植挺水植物，挺水植物包括菖蒲、梭鱼草、水葱、黄花鸢尾、伞草、再力花、美人蕉；

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层4上种植浮叶植物，浮叶植物包括睡莲、荇菜、芡实；

位于0.8＜生态净化区水深≤1.5米处的砾石层4上种植沉水植物，沉水植物包括狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻、眼子菜、菹草。

整体通过水生植物发达根部的沉降、吸附及过滤作用以及水生植物生命周期中对有机物的吸收、富集作用，和水生植物的微生物辅助作用共同起到很好的净化水体的作用，植物布置上选择多样性，植物品种选择茎杆低矮及中等高度类型。

初级缓冲区13内填充缓冲区砾石层2，缓冲区砾石层2中的砾石粒径为70～100mm，缓冲区隔墙1采用浆砌块石或者砖墙。

缓冲区隔墙1顶部标高低于设置在初级缓冲区13的系统进水管7底部标高至少5cm，缓冲区隔墙1离系统进水管7的出水口的垂直距离大于等于50cm。

运行泄水管8管顶标高低于系统进水管7管底标高至少10cm，生态净化区14的水面标高低于初级缓冲区13的水面标高至少5cm。以形成跌落进水，从而对水体进行跌水曝气，有效提高水体中的溶解氧，为富营养化水体后续处理提供有利条件。

排水池15还设置有排水管11，运行泄水管8至排水管11依次设置有第一不锈钢丝拦网9和第二不锈钢丝拦网10，第一不锈钢丝拦网9的孔径(可选用100*100mm)大于第二不锈钢丝拦网10的孔径(可选用20*20mm)。

实施例2

一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理措施及应用，将本发明装置应用于常德市城区一富营养化湖泊水质净化处理工程，如图1所示。

基底隔墙3为依次嵌套的环形隔墙。

所述的缓冲区隔墙1的结构如图2所示，缓冲区隔墙1采用砖墙，缓冲区隔墙1的墙高0.5m，宽0.3m，缓冲区隔墙1中砾石的粒径为70～100mm。

生态净化区14内的水深1.5米。

缓冲区隔墙1顶部标高低于设置在初级缓冲区13的系统进水管7底部标高5cm，缓冲区隔墙1离系统进水管7的出水口的垂直距离为50cm；

硬质池底12的坡度区域在水平面的投影面积为初级缓冲区13和生态净化区14的总水面面积的55％。

基底隔墙3高0.45m，宽0.20m，基底隔墙3相邻距离为2米，基底隔墙3的顶部高于砾石层4的顶面10cm。

黄沙层5厚度为25cm，斜坡状的黄沙层5坡度为15度；

砾石层4厚度为10cm，斜坡状的砾石层4的坡度15度。

生态净化植物种植在砾石层上，生态净化植物包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，通过不同生态净化区的水深区域选择生态净化植物的不同植物品种，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层4上的种植挺水植物，挺水植物选择黄花鸢尾、伞草、美人蕉。其中黄花鸢尾的种植密度为25株/m²，伞草的种植密度为16株/m²，美人蕉的种植密度为16株/m²。

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层4上种植浮叶植物，浮叶植物选择有睡莲，睡莲种植密度为2株/m²。

位于0.8＜生态净化区水深≤1.5米处的砾石层4上种植沉水植物，沉水植物选择有苦草，苦草种植密度为100株/m²。

种植密度是指砾石层的种植区域上种植的数量除以砾石层的种植区域投影到生态净化区的水面的面积，其他实施例相同。

运行泄水管8管顶标高低于系统进水管7管底标高以下10cm，生态净化区14的水面标高比初级缓冲区13的水面标高低5cm。

第一不锈钢丝拦网9的孔径为100*100mm，第二不锈钢丝拦网10的孔径为20*20mm。

其他与实施例1一致。

该综合型生态治理措施运行1年后，处理效果如表1所示：

表1为本实施例治理措施水质状况对比表

去除水体中部分的营养物质，高锰酸盐指数去除率为65.29％、TN去除率为58.40％、TP去除率为60.43％。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：

基底隔墙3为从初级缓冲区13至排水池15依次分布的直线型隔墙。

缓冲区隔墙1的结构如图2所示，缓冲区隔墙1采用砖墙，缓冲区隔墙1的墙高0.5m，宽0.3m，缓冲区隔墙1中砾石的粒径为70～100mm。

生态净化区14内的水深2米。

缓冲区隔墙1顶部标高低于设置在初级缓冲区13的系统进水管7底部标高5cm，缓冲区隔墙1离系统进水管7的出水口的垂直距离为50cm；

硬质池底12的坡度区域在水平面的投影面积为初级缓冲区13和生态净化区14的总水面面积的55％。

基底隔墙3高0.5m，宽0.20m，基底隔墙3相邻距离为2米，基底隔墙3的顶部高于砾石层4的顶面10cm。

黄沙层5厚度为30cm，斜坡状的黄沙层5坡度为20度。

砾石层4厚度为10cm，斜坡状的砾石层4的坡度20度。

生态净化植物种植在砾石层上，生态净化植物包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，通过不同生态净化区水深选择生态净化植物的不同植物品种，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层4上的种植挺水植物，挺水植物选择梭鱼草、再力花。其中梭鱼草种植密度为16株/m²，再力花种植密度为9株/m²。

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层4上种植浮叶植物，浮叶植物选择荇菜，荇菜种植密度为10株/m²。

位于0.8＜生态净化区水深≤2米处的砾石层4上种植沉水植物，沉水植物选择狐尾藻、眼子菜，狐尾藻种植密度为25株/m²，眼子菜种植密度为36株/m²。

运行泄水管8管顶标高低于系统进水管7管底标高10cm，生态净化区14的水面标高比初级缓冲区13的水面标高低5cm。

第一不锈钢丝拦网9的孔径为100*100mm，第二不锈钢丝拦网10的孔径为20*20mm。

其他与实施例1一致。

下表为采用本实施例的试验结果：

表2为本实施例治理措施水质状况对比表

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于：

基底隔墙3为依次嵌套的环形隔墙。

缓冲区隔墙1的结构如图2所示，缓冲区隔墙1采用砖墙，缓冲区隔墙1的墙高0.5m，宽0.3m，缓冲区隔墙1中砾石的粒径为70～100mm。

生态净化区14内的水深2米。

缓冲区隔墙1顶部标高低于设置在初级缓冲区13的系统进水管7底部标高5cm，缓冲区隔墙1离系统进水管7的出水口的垂直距离为50cm；

硬质池底12的坡度区域在水平面的投影面积为初级缓冲区13和生态净化区14的总水面面积的55％。

基底隔墙3高0.4m，宽0.20m，基底隔墙3相邻距离为2米，基底隔墙3的顶部高于砾石层4的顶面10cm。

黄沙层5厚度为20cm，斜坡状的黄沙层5坡度为10度；

砾石层4厚度为15cm，斜坡状的砾石层4的坡度10度。

生态净化植物种植在砾石层上，生态净化植物包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，通过不同生态净化区水深选择生态净化植物的不同植物品种，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层4上的种植挺水植物，挺水植物选择有菖蒲、水葱。其中菖蒲种植密度为16株/m²，水葱种植密度为36株/m²。

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层4上种植浮叶植物，浮叶植物选择有芡实，芡实种植密度为1株/m²。

位于0.8＜生态净化区水深≤2米处的砾石层4上种植沉水植物，沉水植物选择有金鱼藻、黑藻、菹草，金鱼藻种植密度为25株/m²，黑藻种植密度为25株/m²，菹草种植密度为25株/m²。

运行泄水管8管顶标高低于系统进水管7管底标高10cm，生态净化区14的水面标高比初级缓冲区13的水面标高低5cm。

第一不锈钢丝拦网9的孔径为100*100mm，第二不锈钢丝拦网10的孔径为20*20mm。

下表为采用本实施例的试验结果：

表3为本实施例治理措施水质状况对比表

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，包括池体，其特征在于，池体由缓冲区隔墙（1）分隔为初级缓冲区（13）和生态净化区（14），初级缓冲区（13）内设置有系统进水管（7），生态净化区（14）内远离初级缓冲区（13）的一侧设置有排水池（15），排水池（15）通过运行泄水管（8）与生态净化区（14）连通，生态净化区（14）内设置有基底隔墙（3），基底隔墙（3）为依次嵌套的环形隔墙或从初级缓冲区（13）至排水池（15）依次分布的直线型隔墙，基底隔墙（3）之间从下至上设置黄沙层（5）及砾石层（4），砾石层（4）上种植有生态净化植物（6）。

2.根据权利要求1所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，池体的底部为硬质池底（12），硬质池底（12）的底部为水平区域，硬质池底（12）除水平区域的其他部分为坡度区域，硬质池底（12）的坡度区域在水平面的投影面积大于等于初级缓冲区（13）和生态净化区（14）的总水面面积的50%。

3.根据权利要求2所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的黄沙层（5）在坡度区域的基底隔墙（3）之间呈斜坡状铺设，黄沙层（5）厚度大于等于20cm，斜坡状的黄沙层（5）坡度小于等于20度，在水平区域的黄沙层（5）呈水平状铺设；

砾石层（4）铺设在黄沙层（5）上，砾石层（4）的厚度为10~15cm，砾石层（4）在坡度区域的基底隔墙（3）之间呈斜坡状铺设，斜坡状的砾石层（4）的坡度小于等于20度，在水平区域的砾石层（4）呈水平状铺设。

4.根据权利要求3所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的相邻的基底隔墙（3）距离大于等于2米，基底隔墙（3）的顶部高于砾石层（4）的顶面至少10cm，基底隔墙（3）采用砖墙或者混凝土墙。

5.根据权利要求4所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，生态净化植物（6）包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物，

位于0≤生态净化区水深≤0.3米处的砾石层（4）上的种植挺水植物，挺水植物包括菖蒲、梭鱼草、水葱、黄花鸢尾、伞草、再力花、美人蕉；

位于0.3＜生态净化区水深≤0.8米处的砾石层（4）上种植浮叶植物，浮叶植物包括睡莲、荇菜、芡实；

位于0.8＜生态净化区水深≤2米处的砾石层（4）上种植沉水植物，沉水植物包括狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻、眼子菜、菹草。

6.根据权利要求5所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的初级缓冲区（13）内填充缓冲区砾石层（2），缓冲区砾石层（2）中的砾石粒径为70～100mm，缓冲区隔墙（1）采用浆砌块石或者砖墙。

7.根据权利要求6所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的缓冲区隔墙（1）顶部标高低于设置在初级缓冲区（13）的系统进水管（7）底部标高至少5cm，缓冲区隔墙（1）离系统进水管（7）的出水口的垂直距离大于等于50cm。

8.根据权利要求7所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的运行泄水管（8）管顶标高低于系统进水管（7）管底标高至少10cm，生态净化区（14）的水面标高低于初级缓冲区（13）的水面标高至少5cm。

9.根据权利要求8所述的一种硬质坡面池底富营养化水体的综合型生态治理系统，其特征在于，所述的排水池（15）还设置有排水管（11），运行泄水管（8）至排水管（11）依次设置有第一不锈钢丝拦网（9）和第二不锈钢丝拦网（10），第一不锈钢丝拦网（9）的孔径大于第二不锈钢丝拦网（10）的孔径。