CN106517677B - 一种再生水景观水体的水质保持结构 - Google Patents
一种再生水景观水体的水质保持结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种再生水景观水体的水质保持结构，所述水质保持结构包括设置在土基上的蓄水池、设置在所述蓄水池内的臭氧净化单元以及设置在所述蓄水池下侧的滤坡净化单元，所述蓄水池上部设有进水口，所述蓄水池底部设有与所述过滤硝化层相连通的连接口，所述砾石布水层的下部设有出水口，进水口、蓄水池、连接口、过滤硝化层、反硝化层、砾石布水层、出水口依次构成再生水的流通通道。本发明不仅能对补水用再生水进行有效的深度净化处理，同时还可以在景观水体内部进行循环，使水体自身水质得到净化，通过两者的结合实现景观水体的水质保持，尤其适用于城市中、小型景观水体。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境领域，特别是涉及一种再生水景观水体的水质保持结构，尤其适合城市中小型景观水体。
背景技术
水资源危机是21世纪人类面临的最为严峻的资源问题，城市日益严重的水资源短缺和污染制约着社会的发展，而再生水利用是解决水资源危机的有效途径之一。再生水作为城市第二水源，具有水质水量稳定等特点，再生水补给景观水体不仅可以节省水资源，提升再生水利用率，同时能够提升城市生态品质，增加环境生态服务综合效益。
国外城市在再生水回用于景观环境的过程中，对排入景观水体的再生水的氮、磷指标进行了严格控制，且污水处理厂绝大多数进行了深度处理工艺，回用再生水水质良好。然而我国多数污水厂处理出水的再生水水质不能达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/T 18921-2002标准，且氮、磷等营养物质含量丰富，补给景观水体后易爆发“水华”，导致水质恶化并丧失景观功能。此外，未经深度处理的再生水中可能含有细菌、病原体、难降解有机污染物质(如内分泌干扰物)等，回用再生水的安全问题也受到了广泛的关注。针对我国再生水的水质特征，经济高效、简便易行的再生水深度处理技术是补给景观水体的再生水得到有效利用的保障。
近年来，对回用于景观水体再生水的处理技术常选用过滤、人工湿地。过滤技术操作简单易行，但这种方法只能去除一些颗粒性的物质；人工湿地处理效果较好，能够满足水质要求，但也需要多次循环处理才能达到相关标准，而且该工艺占地面积较大，北方地区面临冬季运行不便的问题。臭氧氧化技术是一种常用的污水深度处理工艺。臭氧不仅是一种高效消毒剂，其能够快速有效杀灭水体中的细菌、病原体，还是一种强氧化剂，可以对水体进行有效除味、脱色，降解有机物，抑制藻类生长，并且增加水中溶解氧含量。但是，臭氧氧化技术在处理过程中也存在一定的不足：一方面，臭氧无法直接去除水中氮、磷营养盐，经臭氧处理后的再生水直接进入水体还是会容易引起水体的富营养化；另一方面，臭氧的强氧化性改变了再生水中部分有机物的结构，可能会产生对水生生物有害的副产物，具有生态安全隐患。
例如公告号为CN 101913731 B的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，该方法采用羟基氧化铁微膜过滤与岸滤相结合的方法，尽管该工艺能有效降低磷营养盐的浓度，但再生水中细菌、病原体等物质直接进入景观水体，易产生安全性问题。此外，许多污水处理厂出水水质浑浊，选用岸滤系统去除悬浮物、降低浊度的效果往往较差。
又如公告号为CN 102745832 B的中国发明专利公开了一种将城镇污水处理为生态景观用水的水处理方法，该方法仅涉及臭氧和过滤处理工艺的组合。尽管该组合处理后再生水安全性能提高，但是并没有对氮、磷营养盐进行有效控制，依旧容易造成水体富营养化。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种再生水景观水体的水质保持结构。本发明不仅能对补水用再生水进行有效的深度处理，同时还可以在景观水体内部进行循环，使水体自身水质得到净化，通过两者的结合实现景观水体的水质保持。本发明主要适用于城市中、小型景观水体。
为实现上述目的，本发明提供了一种再生水景观水体的水质保持结构，所述水质保持结构包括设置在土基上的蓄水池、设置在所述蓄水池内的臭氧净化单元以及设置在所述蓄水池下侧的滤坡净化单元，所述臭氧净化单元包括高于蓄水池水面设置的平台、设置在所述平台上的臭氧发生器、设置在所述蓄水池底部的曝气头以及连接臭氧发生器与曝气头的通气管，所述滤坡净化单元包括滤坡外壁以及自内而外依次设置在所述滤坡外壁内的过滤硝化层、反硝化层、砾石布水层，所述蓄水池上部设有进水口，所述蓄水池底部设有与所述过滤硝化层相连通的连接口，所述砾石布水层的下部设有出水口，所述进水口、蓄水池、连接口、过滤硝化层、反硝化层、砾石布水层、出水口依次构成再生水的流通通道。
优选地，所述平台上设有景观构筑物，所述臭氧发生器设置在所述景观构筑物内部。
优选地，所述蓄水池为直径4m、高1～1.5m的环形水池；所述蓄水池外壁、平台均为不透水混凝土材质，并且所述蓄水池的内侧和底部均设有防渗层。
优选地，所述滤坡净化单元的横截面为环形，并且所述滤坡净化单元的高度由内向外呈缓坡状降低。
优选地，所述滤坡外壁为不透水混凝土材质，并且所述滤坡外壁的内侧设有防渗层。
优选地，所述滤坡净化单元的深度为2～2.5m，宽度为2～2.5m，并且所述滤坡净化单元内容纳的再生水量大于蓄水池内容纳的再生水量。
优选地，所述过滤硝化层与所述反硝化层之间设有第一隔板，所述反硝化层与所述砾石布水层之间设有第二隔板，所述第一隔板的下部、所述第二隔板的上部均设有开口。
优选地，所述过滤硝化层包括上层的过滤层及下层的硝化层。
优选地，所述过滤层由粒径为15～20mm的石英砂填充形成；所述硝化层由粒径为5～10mm的沸石、钢渣以2：1的体积比混合填充形成；所述反硝化层由粒径为2～5mm的陶粒填充形成；所述砾石布水层由粒径为10～30mm的砾石填充形成。
优选地，所述连接口、出水口上分别设有第一阀门、第二阀门。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
1)由臭氧净化单元和滤坡净化单元组成的结构，在应用于中、小型城市景观水体时，不仅能对补水用再生水进行有效的深度处理，同时还可以在景观水体内部进行循环，使水体自身水质得到净化，通过两者的结合实现景观水体自身的水质保持。
2)本发明中臭氧净化单元不仅能够有效杀灭再生水中的病原体微生物，灭活藻类细胞，降低有机污染物浓度，还能使再生水脱色除臭；滤坡净化单元既能有效降低水中的悬浮物、氮磷营养盐浓度，防止水华等水质恶化现象的发生，又可以提高臭氧处理水的生态安全性。
3)本发明还融入景观设计理念，可作为小型水上景观，具有良好的景观效果，也可以多点设置景观构筑物，具有较强的灵活性。
4)本发明适用于水资源紧缺地区的再生水补水的水景观系统，其节约了传统补水水源，提高了再生水的利用效率，有效地促进了水资源的可持续生态利用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为再生水景观水体的水质保持结构纵截面示意图；
图2为再生水景观水体的水质保持结构俯视示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种再生水景观水体的水质保持结构，所述水质保持结构主要包括臭氧净化单元、蓄水池和滤坡净化单元三个部分。本发明中臭氧净化单元不仅能够有效杀灭再生水中的病原体微生物，灭活藻类细胞，降低有机污染物浓度，还能使再生水脱色除臭；滤坡净化单元既能有效降低悬浮物、氮磷营养盐浓度，又可以提高臭氧处理水的生态安全性。本发明不仅能对补水用再生水进行有效的深度净化处理，同时还可以在景观水体内部进行循环，使水体自身水质得到净化，通过两者的结合实现景观水体的水质保持，尤其适用于城市中、小型景观水体。如图1、图2所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。
具体地，所述水质保持结构包括设置在土基15上的蓄水池2、设置在所述蓄水池2内的臭氧净化单元以及设置在所述蓄水池2下侧的滤坡净化单元，所述臭氧净化单元包括高于蓄水池2水面设置的平台1、设置在所述平台1上的臭氧发生器9、设置在所述蓄水池2底部的曝气头16以及连接臭氧发生器9与曝气头16的通气管17，所述滤坡净化单元包括滤坡外壁5以及自内而外依次设置在所述滤坡外壁5内的过滤硝化层、反硝化层13、砾石布水层14，所述蓄水池2上部设有进水口3，所述蓄水池2底部设有与所述过滤硝化层相连通的连接口4，所述砾石布水层14的下部设有出水口8，所述进水口3、蓄水池2、连接口4、过滤硝化层、反硝化层13、砾石布水层14、出水口8依次构成再生水的流通通道。
如图1所示，所述水质保持结构自上而下包括臭氧净化单元，蓄水池和滤坡净化单元三部分。其中，所述臭氧净化单元包括高于蓄水池2水面设置的平台1、设置在所述平台1上的臭氧发生器9、设置在所述蓄水池2底部的曝气头16以及连接臭氧发生器9与曝气头16的通气管17。所述蓄水池2上部设有进水口3，所述蓄水池2底部设有与所述过滤硝化层相连通的连接口4；所述滤坡净化单元包括滤坡外壁5以及自内而外依次设置在所述滤坡外壁5内的过滤硝化层、反硝化层13、砾石布水层14，所述蓄水池2上部设有进水口3。
优选地，所述平台1上设有景观构筑物10，所述臭氧发生器9设置在所述景观构筑物10内部。所述臭氧发生器9选用空气源中型臭氧发生器，设备尺寸600×800×1600mm，臭氧产量为100G/H。当然本领域技术人员也可根据景观水体容量选用其他适宜规格。臭氧发生器9放置于进水水池内平台1上的景观构筑物10内部，外接电源，臭氧发生器9的出气口经过多通管接头连接硅胶材质的通气管17，所述通气管17另一端与曝气头16连接，将与曝气头16连接的一端放置于水底，且至少设置两个通气管17，以保证净化效果。
如图2所示，所述蓄水池2为直径4m、高1～1.5m的环形水池，水池容量约为12m3，蓄水池2靠近上部边缘位置设置至少一个进水口3，底部需均匀设置至少三个连接口4与滤坡净化单元相连通，且所述连接口4上设有第一阀门。所述蓄水池2外壁、平台1均为不透水混凝土材质，并且所述蓄水池2的内壁和底部均设有防渗层，防渗层可采用防渗土工膜材料，蓄水池2正下方部分为土基15。
如图1所示，所述滤坡净化单元环绕蓄水池2而建，位于蓄水池2外侧下部。优选地，所述滤坡净化单元的横截面为环形，内环部分较高，外环部分较低，并且所述滤坡净化单元的高度由内向外呈缓坡状降低。所述滤坡外壁5为不透水混凝土材质，并且所述滤坡外壁5的内侧设有防渗层，具体位置在滤坡内部靠近蓄水池2正下方土基15的部分。优选地，所述滤坡净化单元的深度为2～2.5m，宽度为2～2.5m，并且所述滤坡净化单元内能容纳的再生水量大于蓄水池2内能容纳的再生水量，以保证滤坡净化单元一次至少能够处理蓄水池2内的所有再生水。
进一步，所述过滤硝化层与所述反硝化层13之间设有第一隔板6，所述反硝化层13与所述砾石布水层14之间设有第二隔板7，所述第一隔板6的下部、所述第二隔板7的上部均设有开口。所述进水口3、蓄水池2、连接口4、过滤硝化层、反硝化层13、砾石布水层14、出水口8依次构成再生水的流通通道。尤其在过滤硝化层、反硝化层13、砾石布水层14中，再生水形成S形的流通通道，增大了净化处理的路径长度，既保证了深度净化处理的效果，还有效地减小了滤坡净化单元的体积。
优选地，所述过滤硝化层包括上层的过滤层11及下层的硝化层12，宽度为90～100cm。所述过滤层11由粒径为15～20mm的石英砂填充形成，铺设高度约为60～80cm，可截留破碎的藻细胞、大颗粒悬浮物等。所述硝化层12由粒径为5～10mm的沸石、钢渣以2：1的体积比混合填充形成，铺设高度为120～140cm。沸石孔隙度高、比表面积大，具有吸附、离子交换等功能，附着于沸石表面和空隙中的硝化细菌，能硝化去除水中的NH4 +-N，此外，沸石还能吸附去除磷营养盐。而钢渣中则含有钙、镁、铁等多种活性物质，具有很强的吸附除磷能力，经过该层净化后能有效降低水中氨氮和磷的浓度。
进一步，所述反硝化层13由粒径为2～5mm的陶粒填充形成，宽度为50～60cm。陶粒结构疏松，孔隙度高，该层中在缺氧状态下反硝化细菌能够去除水中的NO3 --N，其中陶粒可选用改性陶粒来提高对NO3 --N的去除率。且臭氧净化单元中产生的小分子有机物能够为反硝化层13中的微生物的反应提供碳源。
如图1所示，所述砾石布水层14由粒径为10～30mm的砾石填充形成，起到均匀布水的作用。所述砾石布水层14的底部设有出水口8，所述出水口8上设有第二阀门。所述第一隔板6、第二隔板7可选用不透水混凝土材料，并在隔板两侧铺设防渗材料。所述第一隔板6的下部、所述第二隔板7的上部均设有高约为5cm的开口，可于开口处设置网状格栅防止相邻两层之间的滤料产生混合。此外，需要保证所述第二隔板7的上部开口始终高于常水位，以防止水位过高造成水的回流。
本发明的再生水景观水体的水质保持结构至少具有以下技术效果：
1)由臭氧净化单元和滤坡净化单元组成的结构，在应用于中、小型城市景观水体时，不仅能对补水用再生水进行有效的深度处理，同时还可以在景观水体内部进行循环，使水体自身水质得到净化，通过两者的结合实现景观水体自身的水质保持。
2)本发明中臭氧净化单元不仅能够有效杀灭再生水中的病原体微生物，灭活藻类细胞，降低有机污染物浓度，还能使再生水脱色除臭；滤坡净化单元既能有效降低水中的悬浮物、氮磷营养盐浓度，防止水华等水质恶化现象的发生，又可以提高臭氧处理水的生态安全性。
3)本发明还融入景观设计理念，可作为小型水上景观，具有良好的景观效果，可以多点设置景观构筑物，也可根据景观效果需求，改变外观大小及尺寸，具有较强的灵活性。
4)本发明适用于水资源紧缺地区的再生水补水的水景观系统，其节约了传统补水水源，提高了再生水的利用效率，有效地促进了水资源的可持续生态利用。
发明的再生水景观水体的水质保持结构产生上述技术效果的技术原理如下：
污水处理厂出厂的再生水，一般不能达到景观水回用标准，再生水中往往氮、磷营养盐浓度偏大，浊度偏高，有轻微臭味，还会含有病原体微生物、难降解的有机污染物等。针对再生水的这些特性，本发明设置臭氧净化单元和滤坡净化单元两部分进行处理。
具体地，经臭氧氧化处理后的再生水，水中臭味消失，浊度降低，病原体微生物被杀灭，水中溶解氧的含量有所升高，水体可生化性增强；经臭氧作用后的水流缓慢流入滤坡净化系统，并经水利停留2天后，水中氮、磷营养盐浓度和有机物浓度均得到显著下降。臭氧可以将较为简单的有机物直接矿化，而对于一些难以降解的有机污染物，臭氧则能够改变这些有机物的结构，提高了水体的可生化性。这一过程中可能会产生一些对水生生物有害的副产物，某些臭氧化有机副产物比原先有机物可能会表现出更强的生物毒性，而滤坡净化单元中的微生物能将这些有机副产物作为碳源进行有效利用，大大提升了出水的安全性。本发明中臭氧净化单元和滤坡净化单元密不可分、缺一不可，在综合作用下使得最终进入景观水体的水质安全、达标。
本发明的再生水景观水体的水质保持结构可通过如下步骤实现对再生水的深度净化处理：
(1)、关闭连接口4、出水口8处的第一阀门、第二阀门，再生水从进水口3处流入蓄水池2中，待蓄水池2中水深接近蓄水池2高度时，停止进水。打开臭氧发生器9，调整气体流速、通气时长为15～30min。通气结束后，关闭臭氧发生器9，静置1～1.5h。经过上述处理，可使进水再生水有效脱色除臭，灭活其中的病原体微生物和藻类细胞，降低有机污染物浓度，还能增加水中溶解氧含量，为硝化层中微生物的硝化作用提供氧气。
(2)、打开连接口4处的第一阀门，经臭氧处理过后的水缓慢流入滤坡净化单元。水流首先进入过滤层11，截留去除悬浮颗粒物和破碎的藻细胞等物质；然后向下流入硝化层12，经沸石钢渣混合滤料去除水中的氨氮和磷营养盐；水流经第一隔板6下部开口缓慢流入中间的反硝化层13，经陶粒滤料去除水中的硝态氮；最后水流流经第二隔板7上部的开口缓慢流入最右侧砾石布水层14，打开出水口8处的阀门，使水流缓慢流出。为保证出水水质，再生水在滤坡净化单元中的水的停留时间至少为2天。
本发明不仅可以深度处理补水用再生水源，还能够对景观水体本身进行循环处理。具体运行方法为：若景观水体已严重富营养化，造成藻类疯长，则需先进行人工打捞水草，然后用抽水泵抽取一定体积景观水体中的污水，由进水口3排入蓄水池2，然后重复上述步骤(1)、步骤(2)，如此循环，直至改善整个景观水体的水质。
当然，本领域普通技术人员应当知晓，当不用于净化作用时，本发明还可以在进水池中注入清水，作为小型水上景观，具有良好的景观效果，增加了趣味性。
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其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种再生水景观水体的水质保持结构，其特征在于：所述水质保持结构包括设置在土基(15)上的蓄水池(2)、设置在所述蓄水池(2)内的臭氧净化单元以及设置在所述蓄水池(2)下侧的滤坡净化单元，所述滤坡净化单元的横截面为环形，并且所述滤坡净化单元的高度由内向外呈缓坡状降低，所述臭氧净化单元包括高于蓄水池(2)水面设置的平台(1)、设置在所述平台(1)上的臭氧发生器(9)、设置在所述蓄水池(2)底部的曝气头(16)以及连接臭氧发生器(9)与曝气头(16)的通气管(17)，所述滤坡净化单元包括滤坡外壁(5)以及自内而外依次设置在所述滤坡外壁(5)内的过滤硝化层、反硝化层(13)、砾石布水层(14)，所述过滤硝化层包括上层的过滤层(11)及下层的硝化层(12)，所述硝化层(12)由粒径为5～10mm的沸石、钢渣以2：1的体积比混合填充形成；所述反硝化层(13)由粒径为2～5mm的陶粒填充形成，所述蓄水池(2)上部设有进水口(3)，所述蓄水池(2)底部设有与所述过滤硝化层相连通的连接口(4)，所述砾石布水层(14)的下部设有出水口(8)，所述进水口(3)、蓄水池(2)、连接口(4)、过滤硝化层、反硝化层(13)、砾石布水层(14)、出水口(8)依次构成再生水的流通通道。
2.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述平台(1)上设有景观构筑物(10)，所述臭氧发生器(9)设置在所述景观构筑物(10)内部。
3.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述蓄水池(2)为直径4m、高1～1.5m的环形水池；所述蓄水池(2)外壁、平台(1)均为不透水混凝土材质，并且所述蓄水池(2)的内侧设有防渗层。
4.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述滤坡外壁(5)为不透水混凝土材质，并且所述滤坡外壁(5)的内侧设有防渗层。
5.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述滤坡净化单元的深度为2～2.5m，宽度为2～2.5m，并且所述滤坡净化单元内容纳的再生水量大于蓄水池(2)内容纳的再生水量。
6.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述过滤硝化层与所述反硝化层(13)之间设有第一隔板(6)，所述反硝化层(13)与所述砾石布水层(14)之间设有第二隔板(7)，所述第一隔板(6)的下部、所述第二隔板(7)的上部均设有开口。
7.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述过滤层(11)由粒径为15～20mm的石英砂填充形成；所述砾石布水层(14)由粒径为10～30mm的砾石填充形成。
8.根据权利要求1所述的水质保持结构，其特征在于：所述连接口(4)、出水口(8)上分别设有第一阀门、第二阀门。
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