CN107673464A - 一种河道阶梯式零动力复氧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道阶梯式零动力复氧系统，它包括河道（4），在河道（4）内沿水流方向安装有至少一级堰板（1），堰板（1）由上、下两层组成，每层堰板顶边各设有一排V型锯齿口（2），下层堰板高度对应河流枯水位，上层堰板高度对应河流正常水位。本发明针对目前城市小坡降内河中因溶解氧含量低引起的黑臭水体问题，实现了河水的良好复氧效果，解决了城市内河由于溶解氧量不足无法进行有机物好氧分解的难题，且结构简单、安装方便、成本较低。

Description

一种河道阶梯式零动力复氧系统

技术领域

本发明属于河流水环境治理的技术领域，具体涉及一种用于河道的复氧系统。

背景技术

城市内河枯水季容易形成黑臭水体，主要是由于水体中有机污染物含量过高时，在好氧微生物的作用下，有机物分解会大量消耗水中的氧气，使水体转化成缺氧或厌氧状态。在缺氧和厌氧条件下，水体中的铁、锰等金属离子与水中的硫离子形成硫化亚铁、硫化锰等化合物。悬浮颗粒吸附硫化亚铁、硫化锰等，致使水体变黑；有机物腐败、分解，产生氨、硫化氢、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质，致使水体变臭，严重影响环境质量。

目前对黑臭水体整治措施主要包括控源截污技术、内源控制技术、生态修复技术和其他技术，其中生态修复技术包括岸带修复，生态净化和人工增氧，人工增氧包括曝气、纯氧增氧、化学增氧等方法，其目的是为了防止厌氧分解，提高水体中有机污染物质的降解速度，但这些方法成本都较大，不能大规模的进行应用。

中国专利文献CN 102219313 A于2011年10月19日公开了一种大坡降河流跌水曝气改善水质的方法，该方法是在河道两侧打入木桩，在驳岸与木桩之间河床上回填碎石夹土体的混合料，之上覆盖植被，形成植物平台，横穿河道浇筑梯形砼墩，形成溢流堰，所述溢流堰上堆放块石，并分高低两侧，块石高的一侧块石间隙较小，块石低的一侧块石间隙较大。该专利解决了现有治理河流的方法所导致的缺少了自然河流中的深潭和浅滩，使各种浮游动植物等初级生产者无法繁衍，以它们为食的底栖和大型动物也无法开始栖息等缺陷，能提供水生动植物的栖息空间，可形成多流速变化带、多生物生长带、以及多鱼类巢穴，良好的跌水曝气效果，减少土壤流失。但是该专利的不足之处在于：1、不适合城市内河坡降较小的河流；2、植物无法及时利用跌水曝气产生的氧气对污染物进行吸附降解；3、混凝土浇筑溢流堰后无法根据实际水位情况进行溢流堰的高程修改。

发明内容

针对现有城市内河中存在黑臭水体的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种河道阶梯式零动力复氧系统，它能达到良好的复氧效果，解决目前城市小坡降内河中因溶解氧含量低引起的黑臭水体问题，且结构简单、安装方便、成本较低。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括河道，在河道内沿水流方向安装至少一级堰板，堰板由上、下两层组成，每层堰板顶边各设有一排V型锯齿口，下层堰板高度对应河流枯水位，上层堰板高度对应河流正常水位。

进一步，在最后一级堰板跌水下方设置砾石生物接触氧化区。

本发明通过增加堰板长度来增加水流与空气的接触面积，还能利用V型锯齿口增加水流的紊动，上下两层堰板保证了河流枯水位与正常水位水流均可通过V型锯齿口的堰板，阶梯式多级堰板能增强系统的富氧效果；堰板下方的砾石生物接触氧化区利用跌水复氧增加的溶解氧和砾石上形成的生物膜对污染物进行吸附降解，改善黑臭水体现象。

本发明的技术效果是：

1、利用锯齿状的多级堰板进行河流复氧，堰板安装方便，且不会对河流水体本身的生态系统造成破坏，不需维护，工程实施后续维护费用低。避免了河道生态修复技术中人工增氧技术等的复杂性和高成本。

2、V型锯齿堰板与梯形溢流堰相比，若设置为梯形溢流堰，安装堰板时若发生细微偏斜会导致水流沿偏低方向流过，造成河流水体短流现象；V型锯齿堰板由于V型区域面积较小，安装堰板若发生细微偏斜对水流分布影响不大，可使水流更加均匀。

3、河流上下游形成阶梯状跌水系统，经第一级跌水后含溶解氧的水流可对水体造成扰动，带动河流中本身扰动较小的那部分水流，并使其通过下一级继续进行跌水复氧，多级系统强化了水流的复氧效果，使其优于一级跌水复氧系统。

4、利用砾石生物接触氧化区实现对跌水曝气溶解氧的高效利用，避免了生物修复技术中引入外来菌种进行污染物的吸附降解，没有改变河流水体本身的生态系统，避免外来菌种入侵对原有生态系统造成破坏。

5、通过跌水曝气产生的高溶解氧以及砾石生物接触氧化区进行接触沉淀、吸附、生物降解等多重作用净化水质，改善了小坡降城市内河的黑臭水体现象。

所以本发明具有如下的优点：利用V型锯齿口的堰板增强水体的紊动，增强液面的搅动，加速了气、液界面的更新；阶梯式多级堰板可加强复氧效果，每级跌水深度不高，有利于提高氧总转移系数；每个堰板还可兼顾枯水季与丰水季的流量变化情况；砾石生物接触氧化区的砾石取自天然河道，几乎不会造成对环境的二次污染，成本低廉，对水质水量的适应性强，持续效果好，实现了低成本下的河流复氧，解决了城市内河由于溶解氧含量低引起的黑臭水体问题。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明实施例的俯视图；

图2为本实施例为枯水位的水流状态图；

图3为本实施例为正常水位的水流状态图；

图4为堰板的结构示意图。

图中，1、堰板；2、V型锯齿口，3、砾石生物接触氧化区，4、河道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例包括河道4，在河道4内沿水流方向安装有三级堰板1，堰板1由上、下两层组成，每层堰板顶边各设有一排V型锯齿口；2，下层堰板高度对应河流枯水位，上层堰板高度对应河流正常水位。图2为本实施例为河流处于枯水位状态；图3为本实施例为河流处于正常水位状态。

在最后一级堰板1跌水下方还设置有砾石生物接触氧化区3，一般可直接选取天然河道中的砾石，砾石直径范围在20~150mm，填充孔隙率约为30%~40%。

堰板拟采用UPVC板材，厚度为10mm；V型锯齿口深50mm，齿顶角为直角，齿间距200mm；堰板沿河流横断面用螺栓与角钢固定于河流壁上，水位控制在V型锯齿口的中部位置为宜。在角钢与河流壁的缝隙中嵌入橡胶垫板，防止水流自缝隙处泄露。

本发明的实施过程是：

1、根据城市内河枯水位与常水位确定上、下两层堰板的锯齿底高度；

2、在河流两边分别用螺栓和角钢将堰板固定，在角钢与河流壁之间装入橡胶垫板，防止水流自缝隙处泄露；

3、在多级堰板的最后一级下方后设置砾石生物接触氧化区，一般可直接选取天然河道中的砾石，砾石直径范围在20~150mm，填充孔隙率约为30%~40%。

溶解氧的过堰负荷指河流某一断面单位长度内通过的溶解氧含量，对河流断面来说，溶解氧的过堰负荷在设置锯齿状堰板前后基本相同，但水流在经过V型锯齿堰板时周长明显增大，因此溶解氧含量也相应增加。V型锯齿堰板可有效增强水体的紊动，水体紊动越强，溶解氧浓度在水体中的纵向梯度越小，水体中溶解氧浓度增长越快。水流经V型锯齿口的堰板跌水后，既能在齿尖形成水幕，又能沿着齿缝的方向均匀分布，形成较薄的水膜，经过堰板后在水的张力作用下分散成水幕状跌落，同时增强液面的搅动，使混合液连续地上下循环流动，气液接触面不断地更新，空气中的氧不断向水体中转移，复氧效果良好。用于城市内河的V型锯齿堰板形成的跌水深度也较小，有利于提高氧总转移系数。一般间隔1m沿河流方向分阶梯设置多个V型锯齿堰板，使河流上下游形成阶梯状跌水系统，经第一级跌水后含溶解氧的水流可对水体造成扰动，带动河流中本身扰动较小的那部分水流，并使其通过下一级继续进行跌水复氧，多级系统强化了水流的复氧效果，使其优于一级跌水复氧系统。在多级堰板后设置砾石生物接触氧化区，砾间接触氧化法的砾间孔隙小，沉降距离短，砾石间形成连续的水流通道，当河水通过时，水中的悬浮固体因沉淀、物理拦截、水动力等原因运动至砾石表面而接触沉淀。水中有机物质与砾石表面接触，因砾石表面带电性的缘故，导致水中有机物质吸附于砾石表面生物膜，砾石比表面积大，可附着大量微生物，因此对污染物的降解能力很强，可使河流的自净能力成倍增长。同时，生长在砾石表面上的微生物或藻类，会氧化分解其所吸附的污染物，并通过在生物膜表面和内部分别形成的好氧和厌氧环境进行硝化反硝化作用对氮进行去除，而磷的去除主要靠土壤及砾石的吸附作用。砾石表层形成的生物膜能迅速利用跌水复氧获得的高溶解氧形成好氧区对污染物进行降解，解决了城市内河由于溶解氧量不足无法进行有机物好氧分解的难题。

由于本发明没有引入外来菌种，不会改变地表水体原有的生态系统，有利于污染水体的自我恢复。且砾石取自天然河道，满足一定粒径及孔隙大小即可，获取方便，成本低廉。

Claims (3)

1.一种河道阶梯式零动力复氧系统，包括河道（4），其特征是：在河道（4）内沿水流方向安装有至少一级堰板（1），堰板（1）由上、下两层组成，每层堰板顶边各设有一排V型锯齿口（2），下层堰板高度对应河流枯水位，上层堰板高度对应河流正常水位。

2.根据权利要求1所述的河道阶梯式零动力复氧系统，其特征是：在最后一级堰板（1）跌水下方设置砾石生物接触氧化区（3）。

3.根据权利要求1或2所述的河道阶梯式零动力复氧系统，其特征是：堰板（1）采用UPVC板材，堰板（1）沿河流横断面用螺栓与角钢固定于河流壁上，在角钢与河流壁的缝隙中嵌入橡胶垫板。