CN106365389A - 一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，包括水上固定框架、过滤吸附系统、生态浮床和布水管；水上固定框架包括承载平台、固定件和格栅；承载平台的一侧设置固定件，另一侧设置格栅，固定件、承载平台和格栅包围形成有承装槽，承装槽的左右两侧分别记为进水槽和出水槽；过滤吸附系统包括第一、第二净化系统；第一净化系统包括上下层叠在进水槽内的氨氮吸附填料层和铁碳微电解填料层；第二净化系统包括设置在出水槽内的微生物填料层；生态浮床设于预处理水体上，且靠近格栅；生态浮床的底部绑扎有纤维填料；布水管的进水端设置于预处理水体内，其出水端设置于氨氮吸附填料层的上方。该系统能够高效脱色、脱氮除磷、占地小、易维护、成本低。

Description

一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统。

背景技术

据我国环保部和住建部公布的2015年全国城市黑臭水体信息，全国73.9％地级以上城市受到污染，黑臭河流、湖、塘共排查出1861个，其中黑臭河流占85.7％。中国河流、水库、湖泊等水域整治工作仍基本处于水质改善和景观建设阶段，城区水利管网不完善，导致现今仍存在流域污染严重问题。2015年，中国正式发布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)，要求至2020年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河等七大重点流域水质达到或优于Ⅲ类的比例总体达到70％以上，去除城区黑臭水体，提高水环境容量及水体景观。因而，解决地表水体特别是流域水体黑臭问题迫在眉睫。

现有的河涌生态修复与湿地技术存在污染点分散、水力交换不足、底泥持续污染、河水浊度高影响植被恢复、建设用地紧张、系统易于堵塞、河涌管网功能单一与破坏景观、治理工艺和方法有效性和成本难协调等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，该系统抗堵能力强，能够高效脱色、脱氮除磷、提高水体透明度、占地小、易维护、成本低，适用于地表污染水体，特别是支河涌黑臭水体的治理。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，包括水上固定框架、过滤吸附系统、生态浮床和若干布水管；所述水上固定框架包括承载平台、固定件和若干格栅；所述固定件设置在所述承载平台的一侧，若干所述格栅设置在所述承载平台的另一侧，所述固定件、所述承载平台和所述格栅包围形成有承装槽，所述承装槽分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为进水槽，靠近所述格栅的一侧记为出水槽；所述过滤吸附系统包括第一净化系统和第二净化系统；所述第一净化系统包括依次上下层叠在所述进水槽内的氨氮吸附填料层和铁碳微电解填料层；所述第二净化系统包括设置在所述出水槽内的微生物填料层；所述生态浮床设置于预处理水体上，且靠近所述格栅；所述生态浮床的底部绑扎有若干长条形纤维填料；所述布水管的进水端设置于预处理水体内，其出水端设置于所述氨氮吸附填料层的上方。

优选的，还包括水生植物出水区，所述水生植物出水区设置于所述生态浮床的出水侧，所述水生植物出水区的水底种植有沉水植物，水面种植有挺水植物和/或浮水植物。

优选的，所述承载平台为岸边地面，所述固定件为设置在所述岸边地面上的墙体；所述格栅设置在所述岸边地面的邻水侧上，所述格栅与所述墙体之间形成有距离；所述墙体、所述岸边地面和所述格栅包围形成所述承装槽；或者，所述承载平台为混凝土承载面，预处理水体上设置有河涌管道，所述河涌管道的外围包设有混凝土，从而形成所述混凝土承载面；所述河涌管道的一侧与岸边毗邻，该岸边形成所述固定件；所述河涌管道的另一侧设置所述格栅；所述岸边、所述混凝土承载面和所述格栅包围形成所述承装槽。

优选的，所述氨氮吸附填料层的表面分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为作业区，靠近所述微生物填料层的一侧记为种植区；所述作业区上铺设有透水土工膜，所述种植区上种植有挺水植物。

优选的，所述氨氮吸附填料层的成分包括沸石和白晶石，所述沸石和所述白晶石的粒径均为5-15mm；所述碳微电解填料层由若干铁碳微电解材料包堆叠形成，所述铁碳微电解材料包由第一透水包装袋和封装在其内的碳微电解填料组成，所述碳微电解填料的粒径为15-25mm。

优选的，所述微生物填料层由若干微生物多孔填料包堆叠形成，所述微生物多孔填料包由第二透水包装袋和封装在其内的微生物填料组成，所述微生物填料的粒径为20-30mm。

优选的，所述格栅的单元格大小为30×30mm，所述格栅为玻璃钢格栅。

优选的，所述生态浮床上种植有浮叶植物和/或挺水植物；所述生态浮床的水底下种植有沉水植物；所述纤维填料的布设间距为25cm/根，且其长度不超过2m。

优选的，所述第一净化系统还包括若干反冲洗管，所述反冲洗管设置于所述铁碳微电解填料层内。

优选的，当所述承载平台为岸边地面，所述固定件为墙体时；所述水上固定框架还包括HDPE膜，所述HDPE膜覆盖所述墙体的侧面和所述岸边地面的表面。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，包括过滤吸附系统和生态浮床，过滤吸附系统安置于岸边地面、河涌截污管或其他水边的固化结构上，通过格栅固定，形成整个岸上结构；而生态浮床设置于预处理水体上，污水通过泵吸的方式导入布水管，以跌水的形式，在增氧后进入第一净化系统，然后流入第二净化系统的微生物填料层，接着流过格栅并形成水幕，随后跌落到生态浮床之中。该系统占地面积小、易维护、施工成本低、净化效果好、生态效益好、出水稳定、具有景观效益。该系统可以拦截水体悬浮物，脱解颜色，削减有机物，降解氮、磷等营养物质，提高水体透明度，持续恢复水下生态系统。克服了现有生态湿地处理技术中存在的造价高、占地广、易堵塞、不适用于河道等缺陷。

(2)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，占地面积小。目前常用的人工湿地技术，需要大规模的整片用地，且结构的施工成本高，适用于长条形的河道。而本系统占地面积小，可直接用于河涌截污管上，或垂直硬化的坡岸边，以条分布，并可根据河道形状灵活组合布置。

(3)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，施工成本低。本系统可在河岸边，河涌管上，利用现有硬质结构直接建造，无需像传统人工湿地，进行大量土方开挖与混凝土施工；对标高没要求；且采用组合式设计，砌筑、安装好框架后，可直接将填料包组合成完整的系统，也可针对不同的水体污染情况，换装不同的填料包；对施工队伍的技术要求低，施工速度快。

(4)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，维护简便。本系统的结构组合具有较强的抗堵性能，在最大化填料性能的同时，最大程度延缓堵塞的时间。因采用可冲洗土工材料、内藏式反冲洗管道与可抽换填料包设计，可通过简单翻扒解决面层堵塞问题，通过反冲洗完成中修的清堵工作，通过直接抽换填料包完成填料更新等大修工作。

(5)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，针对性强，降解面广。土工材料层可防止大颗粒难降解物质进入填料区，氨氮吸附层可高效吸附氨氮，微电解填料能吸附重金属与降低色度，降低污水对微生物和植物的冲击，微生物填料可高效降解水中氮磷物质，植物的生长与收割能有效降解水体中的磷物质。

(6)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，生态效益好。本系统在将死水变成活水的同时，增加湿地降解功能，额外动力损耗少。能在有限空间内形成立体组合的高效湿地，将增氧、过滤、吸附、降解、抗藻等功能溶于一体。能从治理的线开始，促进面的生态恢复。

(7)本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，景观效益高。本系统除净水功能外，还具有较强的景观功能，通过水上水下，不同植物的搭配，以及不同格栅的颜色使用，能灵活造景，提升河岸风景。

附图说明

图1为本发明实施例1所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统的示意图；

图2为本发明实施例2所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统的示意图；

图中：10、岸边地面；11、墙体；12、格栅；13、角铁柱；14、河涌管道；15、岸边；20、反冲洗管；21、氨氮吸附填料层；22、铁碳微电解填料层；23、微生物填料层；24、土工膜；30、生态浮床；31、纤维填料；40、水生植物出水区；50、布水管。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1

如图1所示，一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，包括水上固定框架、过滤吸附系统、生态浮床30和若干布水管50；所述水上固定框架包括承载平台、固定件和若干格栅12；所述固定件设置在所述承载平台的一侧，若干格栅12设置在所述承载平台的另一侧，所述固定件、所述承载平台和格栅12包围形成有承装槽，所述承装槽分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为进水槽，靠近格栅12的一侧记为出水槽；所述过滤吸附系统包括第一净化系统和第二净化系统；所述第一净化系统包括依次上下层叠在所述进水槽内的氨氮吸附填料层21和铁碳微电解填料层22；所述第二净化系统包括设置在所述出水槽内的微生物填料层23；生态浮床30设置于预处理水体上，且靠近格栅12；生态浮床30的底部绑扎有若干长条形纤维填料31；布水管50的进水端设置于预处理水体内，其出水端设置于氨氮吸附填料层21的上方。

作为优选的方案，该适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统还包括水生植物出水区40，水生植物出水区40设置于生态浮床30的出水侧，水生植物出水区40的水底种植有沉水植物，水面种植有挺水植物和/或浮水植物。

下面，对水上固定框架的设置方式作进一步描述。

如图1所示，所述承载平台为岸边地面10，所述固定件为设置在岸边地面10上的墙体11；格栅12设置在岸边地面10的邻水侧上，格栅12与墙体11之间形成有距离；墙体11、岸边地面10和格栅12包围形成所述承装槽。此时，为了防止水通过墙体11往外渗漏或者直接渗入岸边地面10，所述水上固定框架还包括HDPE膜，所述HDPE膜覆盖墙体11的侧面和岸边地面10的表面。另外，格栅12的单元格大小为30×30mm，格栅12为玻璃钢格栅，具有抗紫外功能，且可选用多种颜色。格栅12可以通过角铁柱13进行固定。微生物多孔填料层23通过格栅12分割固定，水体通过格栅12形成水幕，随后跌落到生态浮床中。

下面，对所述过滤吸附系统的设置方式作进一步描述。

首先，对于第一净化系统。氨氮吸附填料层21的表面分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为作业区，靠近微生物填料层23的一侧记为种植区；所述作业区上铺设有透水土工膜24，该透水土工膜24防堵塞可冲洗；所述种植区上种植有挺水植物。作业区是工人定期作业的通道，种植区上直接种植挺水植物，例如再力花、美人蕉、旱伞草等，通过植物的吸收作用能够降低水中的氮磷含量，通过对植物进行定期的收割，将营养物质转移出系统。氨氮吸附填料层21的成分包括沸石和白晶石，所述沸石和所述白晶石的粒径均为5-15mm，若出现堵塞可人工翻刨解决；铁碳微电解填料层22由若干铁碳微电解材料包堆叠形成，所述铁碳微电解材料包由第一透水包装袋和封装在其内的碳微电解填料组成，所述碳微电解填料的粒径为15-25mm。此外，还可以在铁碳微电解填料层22内设置反冲洗管20，即把反冲洗管20设置于铁碳微电解材料包之间，通过反冲洗完成清堵工作。

再者，对于第二净化系统。微生物填料层23由若干微生物多孔填料包堆叠形成，所述微生物多孔填料包由第二透水包装袋和封装在其内的微生物填料组成，所述微生物填料的粒径为20-30mm。微生物的种类可以根据预处理水体进行定制，例如，先在河道中提取土著硝化菌和芽孢菌，将其定植在红外多孔填料中，从而形成微生物多孔填料。经过第一净化系统后的低浊度水进入第二净化系统，通过生物接触法，对水中的氮磷进一步削减。

下面，对生态浮床30的设置方式作进一步描述。生态浮床30上种植有浮叶植物和/或挺水植物；生态浮床30的水底下种植有沉水植物；水底种植沉水植物。而所种植的植物物品种根据不同水质和地域进行选种，有菖蒲、香蒲、千屈菜、苦草、黑藻、狐尾藻等。纤维填料31的布设间距为25cm/根，且其长度不超过2m，具体长度根据水深进行设计。

另外，布水管50可以设置在断头支河涌与外河道的交接处，通过泵吸将预处理水体导入布水管，以跌水的形式，在增氧后首先进入第一净化系统。布水管50即为布水曝气管。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于，所述承载平台为混凝土承载面，预处理水体上设置有河涌管道14，河涌管道14的外围包设有混凝土，从而形成所述混凝土承载面；河涌管道14的一侧与岸边15毗邻，该岸边15形成所述固定件；河涌管道14的另一侧设置格栅12；岸边15、所述混凝土承载面和格栅12包围形成所述承装槽。利用水体上的河涌管道14上直接建造，施工成本低。

本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其净化步骤如下：

(1)河道污染水体首先通过水泵抽入布水管内，经过流动与跌水复氧，进入第一净化系统；

(2)流水经过氨氮吸附层和铁碳微电解材料包后，通过吸附、络合等反应，将水中的氨氮、悬浮物、有机物、色度和重金属物质直接被锁定在填料之内；同时，种植在氨氮吸附层种植区上的挺水植物，通过固化和吸收作用，降低出水的氮磷浓度；

(3)经过第一净化系统过滤后的低浊度水随后进入第二净化系统，第二净化系统内的微生物多孔填料通过生物接触法，摄取水中的营养物质，对水中的氮磷做进一步削减；

(4)经多层过滤的水体，经过格栅，分散为水幕，通过下坠过程复氧；

(5)下坠进入生态浮床与水生植物出水区的流水，一方面继续被浮岛的挺水植物吸收，另一方面被浮岛下纤维填料中的微生物吸收。由于水体的流动性，以及所选挺水/浮叶/沉水植物具有抗敏反应，能持续抑制水中藻类的爆发；

(6)由于水质透明度提高，故生态浮床外具备了种植沉水植物的条件，通过逐渐扩大沉水植物的面积，最终恢复水下植被及生态系统；

(7)通过定期对挺水植物、浮叶植物及沉水植物的收割打捞，将水体中的多余能量转移出系统，完成整个水体净化流程。

具体案例1

地点：广东省佛山市南海区大沥镇胜塘涌

本项目在原有河涌管基础上进行过滤吸附系统的施工，整个结构长620米，宽1.25米，厚0.8米。操作流程如下：

(1)施工前，先在河道中提取土著硝化菌和芽孢菌，将其定植在红外多孔填料中，形成微生物多孔填料；

(2)现场先安装外围格栅及布水管、水泵电路；

(3)安装微生物填料包和铁碳微电解材料包，在铁碳微电解材料包之间安装反冲洗管，在铁碳微电解材料层上铺氨氮吸附填料，然后在氨氮吸附填料的作业区覆盖防堵土工材料；

(4)在氨氮吸附填料的种植区种上美人蕉及旱伞草，即完成水上部分的施工。

(5)河道部分，采用PVC管外框与组合式浮板的组合，做成浮岛，浮岛上上种挺水植物千蕨菜、花叶芦竹、美人蕉、旱伞草、鸢尾等，以及粉绿狐尾藻；浮岛底部下挂填料。并且，在浮岛隔壁种植轮叶黑藻和苦草，即构建水生植物种植区，即完成水下部分的施工。

所构建的人工湿地净化处理系统该每天处理黑臭河水量2880T，处理前后，该河道水质的数据变化如下：

表1胜塘涌的水质变化记录表

检测时间	氨氮	总磷	总氮	COD	TO
						湿地启用前	8.2	5.1	6.6	89	1.2
启用1个月	6.4	3.4	5.1	58	2.6
						启用3个月	4.3	1.5	2.8	39	4.2

从表1中可得，所构建的人工湿地净化处理系统可有效消除水体中的氨氮、总磷、总氮、COD等有机物，处理效率分别高达48％、71％、52％、56％。同时，该系统结构简单，因地制宜，维护方便，施工成本低，兼具景观性。

本发明所提供的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统适合于用地紧张城镇地区的河道/生活污水旁路的污水处理。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，包括水上固定框架、过滤吸附系统、生态浮床和若干布水管；

所述水上固定框架包括承载平台、固定件和若干格栅；所述固定件设置在所述承载平台的一侧，若干所述格栅设置在所述承载平台的另一侧，所述固定件、所述承载平台和所述格栅包围形成有承装槽，所述承装槽分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为进水槽，靠近所述格栅的一侧记为出水槽；

所述过滤吸附系统包括第一净化系统和第二净化系统；所述第一净化系统包括依次上下层叠在所述进水槽内的氨氮吸附填料层和铁碳微电解填料层；所述第二净化系统包括设置在所述出水槽内的微生物填料层；

所述生态浮床设置于预处理水体上，且靠近所述格栅；所述生态浮床的底部绑扎有若干长条形纤维填料；

所述布水管的进水端设置于预处理水体内，其出水端设置于所述氨氮吸附填料层的上方。

2.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，还包括水生植物出水区，所述水生植物出水区设置于所述生态浮床的出水侧，所述水生植物出水区的水底种植有沉水植物，水面种植有挺水植物和/或浮水植物。

3.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述承载平台为岸边地面，所述固定件为设置在所述岸边地面上的墙体；所述格栅设置在所述岸边地面的邻水侧上，所述格栅与所述墙体之间形成有距离；所述墙体、所述岸边地面和所述格栅包围形成所述承装槽；

或者，所述承载平台为混凝土承载面，预处理水体上设置有河涌管道，所述河涌管道的外围包设有混凝土，从而形成所述混凝土承载面；所述河涌管道的一侧与岸边毗邻，该岸边形成所述固定件；所述河涌管道的另一侧设置所述格栅；所述岸边、所述混凝土承载面和所述格栅包围形成所述承装槽。

4.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述氨氮吸附填料层的表面分为左右两部分，靠近所述固定件的一侧记为作业区，靠近所述微生物填料层的一侧记为种植区；所述作业区上铺设有透水土工膜，所述种植区上种植有挺水植物。

5.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述氨氮吸附填料层的成分包括沸石和白晶石，所述沸石和所述白晶石的粒径均为5-15mm；所述碳微电解填料层由若干铁碳微电解材料包堆叠形成，所述铁碳微电解材料包由第一透水包装袋和封装在其内的碳微电解填料组成，所述碳微电解填料的粒径为15-25mm。

6.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述微生物填料层由若干微生物多孔填料包堆叠形成，所述微生物多孔填料包由第二透水包装袋和封装在其内的微生物填料组成，所述微生物填料的粒径为20-30mm。

7.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述格栅的单元格大小为30×30mm，所述格栅为玻璃钢格栅。

8.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述生态浮床上种植有浮叶植物和/或挺水植物；所述生态浮床的水底下种植有沉水植物；所述纤维填料的布设间距为25cm/根，且其长度不超过2m。

9.根据权利要求1所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，所述第一净化系统还包括若干反冲洗管，所述反冲洗管设置于所述铁碳微电解填料层内。

10.根据权利要求3所述的适用于城镇黑臭河道的人工湿地净化处理系统，其特征在于，当所述承载平台为岸边地面，所述固定件为墙体时；所述水上固定框架还包括HDPE膜，所述HDPE膜覆盖所述墙体的侧面和所述岸边地面的表面。