CN106630165B - 闭环河道水环境治理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闭环河道水环境治理系统及方法。进水河段中的水体在动力泵所提供的动力作用下，提升到高处经过出水管射出，先与空气进行充分接触曝气，再通过湿地或生态浮床或者二者组合进行生态净化，然后以堰流的形式溢入出水河段中，从而使得闭环河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高。河流的流速由流量控制阀控制，动力泵和清淤泵的电力由太阳能电池板、风力发电机和自备电源在配电单元的控制下互补提供，净化池底部的淤泥等污染物通过清淤泵定期清理，从而提升河流的水质。本发明运行费用低、结构简单、投资节省、操作方便、经济和社会效益显著，在城市化快速发展和能源、水环境危机的背景下极具研究推广价值。

Description

闭环河道水环境治理系统及方法
技术领域
本发明属于水环境治理领域，特别涉及一种闭环河道水环境治理系统及方法。
背景技术
水环境是自然生态环境的重要组成部分，但伴随着工农业发展与城市化进程的加快，水环境恶化已成为不争的事实。各级政府及其相关职能部门也已经把水环境改善与修复列入了议事日程，并在实践中不断探索改善水环境尤其是修复城市河流水环境的良方。河网四通八达，大多形态各异，长短不一，治理起来非常困难。如何改善这些河网的水质状况，目前采用得较多的是引清调水方法，它是水体修复的一种物理方法，是在有条件的地方通过引入相对清洁的水体，达到改善水环境的目的。目前这种方法在国内外有较多成功的实例，如荷兰Veluwemeetr湖的引换水工程，国内的浦东河网调水工程、引江济太工程、玄武湖引水工程、西湖引水工程等都取得了一定的成效。但如果调水措施不合理，引清调水很可能会产生一定的负面影响，并且建设和运行成本高，治标不治本。因此，迫切需要寻找更多的、经济实用的河道水环境治理技术。河网中除了有天然的闭环河道，还可以利用水利工程将一些河道控制循环起来，形成人工闭环河道。对这些闭环河道进行针对性的水质处理，将极大地提高河网水环境治理效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种闭环河道水环境治理系统及方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
闭环河道水环境治理系统，包括：挡水墙、溢流墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、太阳能电池板、风力发电机、输电线、配电单元、自备电源、可移动清淤泵和清淤管道；在进水河段和出水河段之间分别设置挡水墙和溢流墙，两者之间形成净化池；在进水河段上设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管跨过挡水墙进入净化池；净化池的水溢流进入出水河段；净化池底部的淤泥及其他污染物通过可移动清淤泵定期清理，利用清淤管道排出；太阳能电池板和风力发电机布置在泵站房屋面上，太阳能电池板、风力发电机和自备电源通过输电线经过配电单元与动力泵和可移动清淤泵相连。
作为优选，采用闭环河道与生态浮床的组合模式，在净化池中设置若干个生态浮床，其中的水经过净化后再溢流进入出水河段。
作为优选，采用闭环河道与湿地的组合模式，出水管在通入净化池之前，先将水排入一个或多个的湿地，通过湿地净化后的水体再进入净化池中。
作为优选，部分所述的进水管、部分所述的出水管、流量控制阀、动力泵和配电单元布置在泵站房内。
作为优选，所述的挡水墙和溢流墙采用橡胶坝、卧倒门、叠梁门或河道上已有的节制闸；完全支起的挡水墙略高于完全支起的溢流墙；所述的净化池随着挡水墙和溢流墙的完全支起而形成，随着挡水墙和溢流墙的完全放下而消失。
作为优选，可移动清淤泵放置在净化池里，并由太阳能电池板、风力发电机和自备电源通过配电单元进行切换供电，达到定期清淤的目的。
一种利用所述系统的闭环河道水环境治理方法，具体为：当需要进行闭环河道水环境治理时，挡水墙和溢流墙完全支起，形成净化池，进水河段中的水在动力泵所提供的动力作用下，经过进水管和出水管后进行生态净化，当净化池的水位超出溢流墙的顶高程后，形成堰流并溢入出水河段中，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，河流中的部分污染物质在净化池中沉淀下来，通过可移动清淤泵定期清淤，并利用清淤管道排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下挡水墙和溢流墙，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
作为优选，出水管射出的水体可以与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。
作为优选，所述的水流的流量由流量控制阀控制，动力泵和可移动清淤泵的电力由太阳能电池板、风力发电机和自备电源在配电单元的控制下互补提供。
作为优选，出水管射出的水体经过生态浮床、湿地或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池流入出水河段。
本发明通过在进水河段和出水河段之间分别设置挡水墙和溢流墙的方式，使两者之间形成一个具有自净能力的净化池，提高水体中的氧含量。同时，结合生态浮床及湿地，能够对受污染河道进行处理，具有运行费用低、结构简单、投资节省、操作方便、经济和社会效益显著等优点，在城市化快速发展和能源、水环境危机的背景下极具研究推广价值，它能有效地改善河网复杂地区的河流水质，提高水体流速，增加河流水环境容量，并且对河流生态和航运影响小。
附图说明
图1是闭环河道与生态浮床的组合模式正视示意图；
图2是闭环河道与湿地的组合模式正视示意图；
图3是闭环河道与生态浮床的组合模式平面示意图；
图4是闭环河道与湿地的组合模式平面示意图；
图5是利用河网上节制闸形成闭环河道的实施例图。
图1～4附图标记分别为：进水河段1、出水河段2、挡水墙3、溢流墙4、净化池5、泵站房6、动力泵7、进水管8、流量控制阀9、出水管10、泵站房屋面11、太阳能电池板12、风力发电机13、输电线14、配电单元15、自备电源16、生态浮床17、可移动清淤泵18、清淤管道19和湿地33；图5附图标记分别为：第一条河道20、第二条河道21、第三条河道22、第四条河道23、第五条河道24、第六条河道25、第七条河道26、第八条河道27、第一座节制闸28、第二座节制闸29、第三座节制闸30和第四座节制闸31。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本发明中闭环河道水环境治理系统的基本实现方式包括：挡水墙、溢流墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、可移动清淤泵和清淤管道；在进水河段和出水河段之间分别设置挡水墙和溢流墙，两者之间形成净化池；在进水河段上设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管跨过挡水墙进入净化池；净化池的水溢流进入出水河段；净化池底部的淤泥及其他污染物通过可移动清淤泵定期清理，利用清淤管道排出。同时，还可以设置太阳能电池板、风力发电机、输电线、配电单元和自备电源对系统进行供电。太阳能电池板和风力发电机布置在泵站房屋面上，太阳能电池板、风力发电机和自备电源通过输电线经过配电单元与动力泵和可移动清淤泵相连，进行供电。
下面提供两种将上述系统与其他水体净化系统进行组合的方式，包括闭环河道与生态浮床的组合模式和闭环河道与湿地的组合模式。实际应用时可以根据河道的水质情况和当地地形、水文等条件选择合适的模式。
如图1、3所示，闭环河道水环境治理系统中的闭环河道与生态浮床的组合模式包括挡水墙3、溢流墙4、动力泵7、进水管8、流量控制阀9、出水管10、生态浮床17、可移动清淤泵18和清淤管道19；在进水河段1和出水河段2之间分别设置挡水墙3和溢流墙4，两者之间形成净化池5；在进水河段1上设有进水管8，进水管8连接动力泵7，并经过流量控制阀9与出水管10相连，出水管10跨过挡水墙3进入净化池5；净化池5的水经过生态浮床17净化后溢流进入出水河段2；净化池5底部的淤泥等污染物通过可移动清淤泵18定期清理，利用清淤管道19排出。如图2、4所示，闭环河道与湿地的组合模式包括挡水墙3、溢流墙4、动力泵7、进水管8、流量控制阀9、出水管10、湿地33、可移动清淤泵18和清淤管道19；在进水河段1和出水河段2之间分别设置挡水墙3和溢流墙4，两者之间形成净化池5；在进水河段1上设有进水管8，进水管8连接动力泵7，并经过流量控制阀9与出水管10相连，出水管10进入湿地33；通过湿地33净化后的水体进入净化池5；净化池5的水溢流进入出水河段2；净化池5底部的淤泥等污染物通过可移动清淤泵18定期清理，利用清淤管道19排出。闭环河道水环境治理系统还包括太阳能电池板12、风力发电机13、输电线14、配电单元15和自备电源16，太阳能电池板12和风力发电机13布置在泵站房屋面11上，太阳能电池板12、风力发电机13和自备电源16通过输电线14经过配电单元15与动力泵7和可移动清淤泵18相连。
闭环河道水环境治理系统部分进水管8、部分所述的出水管10、流量控制阀9、动力泵7和配电单元15布置在泵站房6内。
闭环河道水环境治理系统中的挡水墙3和溢流墙4不仅可以由橡胶坝、卧倒门或叠梁门构成，也可以用已有节制闸因地制宜代替。完全支起的挡水墙3略高于完全支起的溢流墙4；所述的净化池5随着挡水墙3和溢流墙4的完全支起而形成，随着挡水墙3和溢流墙4的完全放下而消失。其中，作为利用河网上节制闸形成闭环河道的实施例如图5所示，将第一条河道20和第二条河道21之间的第一座节制闸28关闭，同时将第一条河道20和第三条河道22之间的第二座节制闸29关闭，同时将第四条河道23和第五条河道24之间的第三座节制闸30关闭，同时将第四条河道23和第六条河道25之间的第四座节制闸31关闭，第一条河道20、第七条河道26、第四条河道23和第八条河道27就形成了闭环河道。
闭环河道水环境治理系统可移动清淤泵18放置在净化池5里，并由太阳能电池板12、风力发电机13和自备电源16通过配电单元15进行切换供电，达到定期清淤的目的。
闭环河道水环境治理方法：当需要进行闭环河道水环境治理时，挡水墙3和溢流墙4完全支起，形成净化池5，进水河段1中的水在动力泵7所提供的动力作用下，经过进水管8和出水管10后进行生态净化，当净化池5的水位超出溢流墙4的顶高程后，形成堰流并溢入出水河段2中，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，河流中的部分污染物质在净化池5中沉淀下来，通过可移动清淤泵18定期清淤，并利用清淤管道19排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下挡水墙3和溢流墙4，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
出水管10末端采用射流，射出的水体可以与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。水流的流量由流量控制阀9控制，动力泵7和可移动清淤泵18的电力由太阳能电池板12、风力发电机13和自备电源16在配电单元15的控制下互补提供。常规状态下，采用太阳能和风力发电进行供电；当太阳能和风力发电不足时，再切换自备电源。出水管10射出的水体经过生态浮床17、湿地33或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池5流入出水河段2。
本发明针对需要提升水质的河流，选择一段开环河道或者闭环河道。闭环河道可以是天然的，也可以利用河网中的节制闸形成，根据水流走向在上游建设构成挡水墙的橡胶坝或卧倒门或叠梁门，在下游建设构成溢流墙的橡胶坝或卧倒门或叠梁门，这些挡水墙或溢流墙都可以利用已有节制闸因地制宜代替，在河流侧岸上或跨河流建设泵站，安装进水管、流量控制阀、出水管等，在泵站房的屋面上铺设太阳能电池板和安装风力发电机，在泵站房内安装配电单元，连接输电线，在净化池里安装生态浮床，或者直接将出水管连接到岸边的天然湿地或人工湿地中，形成闭环河道水环境治理系统。当需要进行闭环河道水质提升时，挡水墙和溢流墙完全支起，形成净化池，开启动力泵和流量控制阀，调节流量控制阀使得水流流量大小合适，从而使得治理河流获得相对稳定的水动力环境，根据河流水环境治理目标设定闭环河道水质提升系统的运行参数，可以利用生态浮床技术或者湿地净化功能达到水质处理的目的，并利用可移动清淤泵对净化池底部沉淀的污染物进行定期清淤，用清淤管道排走。出水河段2的水体可通过闭环河道重新循环回进水河段1中，不断进行净化；或者也可以采用一定的回流比，持续不断的进水和出水，实现连续净化。当河流水质改善到一定程度后，可以根据需要关闭闭环河道水环境治理系统，完全放下挡水墙和溢流墙，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
本发明也可以将闭环河道与生态浮床的组合模式和闭环河道与湿地的组合模式重新进行组合，即在闭环河道水环境治理系统中既设置湿地，也设置生态浮床，出水管的水先进入湿地净化，然后再通过净化池的生态浮床净化后溢入出水河段；湿地既可以是天然湿地，也可以是人工湿地；本发明的湿地和生态浮床也可以用其他类型的水净化处理设施代替。同一种模式中，生态浮床、人工湿地可以设置一个或多个，人工湿地可以采用串联或并联等方式。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于：所述闭环河道水环境治理系统包括：挡水墙（3）、溢流墙（4）、动力泵（7）、进水管（8）、流量控制阀（9）、出水管（10）、太阳能电池板（12）、风力发电机（13）、输电线（14）、配电单元（15）、自备电源（16）、可移动清淤泵（18）和清淤管道（19）；在进水河段（1）和出水河段（2）之间分别设置挡水墙（3）和溢流墙（4），两者之间形成净化池（5）；在进水河段（1）上设有进水管（8），进水管（8）连接动力泵（7），并经过流量控制阀（9）与出水管（10）相连，出水管（10）跨过挡水墙（3）进入净化池（5）；净化池（5）的水溢流进入出水河段（2）；净化池（5）底部的淤泥及其他污染物通过可移动清淤泵（18）定期清理，利用清淤管道（19）排出；太阳能电池板（12）和风力发电机（13）布置在泵站房屋面（11）上，太阳能电池板（12）、风力发电机（13）和自备电源（16）通过输电线（14）经过配电单元（15）与动力泵（7）和可移动清淤泵（18）相连；
当需要进行闭环河道水环境治理时，挡水墙（3）和溢流墙（4）完全支起，形成净化池（5），进水河段（1）中的水在动力泵（7）所提供的动力作用下，经过进水管（8）和出水管（10）后进行生态净化，当净化池（5）的水位超出溢流墙（4）的顶高程后，形成堰流并溢入出水河段（2）中，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，河流中的部分污染物质在净化池（5）中沉淀下来，通过可移动清淤泵（18）定期清淤，并利用清淤管道（19）排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下挡水墙（3）和溢流墙（4），恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
2.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于，采用闭环河道与生态浮床的组合模式，在净化池（5）中设置若干个生态浮床（17），其中的水经过净化后再溢流进入出水河段（2）。
3.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于，采用闭环河道与湿地的组合模式，出水管（10）在通入净化池（5）之前，先将水排入一个或多个的湿地（33），通过湿地（33）净化后的水体再进入净化池（5）中。
4.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于部分所述的进水管（8）、部分所述的出水管（10）、流量控制阀（9）、动力泵（7）和配电单元（15）布置在泵站房（6）内。
5.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于所述的挡水墙（3）和溢流墙（4）采用橡胶坝、卧倒门、叠梁门或河道上已有的节制闸；完全支起的挡水墙（3）高于完全支起的溢流墙（4）；所述的净化池（5）随着挡水墙（3）和溢流墙（4）的完全支起而形成，随着挡水墙（3）和溢流墙（4）的完全放下而消失。
6.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于可移动清淤泵（18）放置在净化池（5）里，并由太阳能电池板（12）、风力发电机（13）和自备电源（16）通过配电单元（15）进行切换供电，达到定期清淤的目的。
7.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于出水管（10）射出的水体可以与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。
8.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于所述进水河段的水流流量由流量控制阀（9）控制，动力泵（7）和可移动清淤泵（18）的电力由太阳能电池板（12）、风力发电机（13）和自备电源（16）在配电单元（15）的控制下互补提供。
9.如权利要求1所述的利用闭环河道水环境治理系统的治理方法，其特征在于出水管（10）射出的水体经过生态浮床（17）、湿地（33）或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池（5）流入出水河段（2）。
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