CN108545832A

CN108545832A - 一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统

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Publication number: CN108545832A
Application number: CN201810363473.6A
Authority: CN
Inventors: 朱光灿; 刘连清; 杨忠莲; 孙丽伟; 陆勇泽
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2018-04-21
Filing date: 2018-04-21
Publication date: 2018-09-18

Abstract

本发明涉及一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，所述系统依次由表流湿地、沉水植物塘和生态塘组成，所述表流湿地、沉水植物塘和生态塘之间依次通过管道连通；所述表流湿地包括布水区以及湿地区，所述湿地区纵向上依次包括黄沙基质和挺水植物；所述沉水植物塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物；所述生态塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，所述生态塘内投放滤食性鱼类；本发明提供了一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统该系统能够解决饮用水原水浊度高以及氨氮、耗氧量超标问题，可有效改善微污染原水水质，具有工艺简单、成本低、易维护的优点，并可产生良好的社会效益、经济效益和生态效益。

Description

一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统

技术领域

本发明属于饮用水源水预处理技术领域，涉及一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统。

背景技术

伴随着经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，大量生活污水和工业废水随之产生，江河湖泊等水体均受到不同程度的污染。2016年《中国环境状况公报》显示，全国地表水1940个评价、考核、排名断面（点位）中，Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类分别占16.8%、6.9%和8.6%。6124 个地下水水质监测点中，水质为较差级和极差级的监测点分别占45.4% 和14.7%。地级及以上城市 897 个在用集中式生活饮用水水源监测断面（点位）中，有86个未满足全年水质均达标的要求。污水中携带的氮、磷等营养盐及有机物进入水体后，易造成水体富营养化，导致蓝藻暴发，藻类及其代谢物不仅对净水处理造成不利影响，还会威胁饮用水安全。

近年来，通过在水源地建设生态工程改善微污染水源水质成为热点，如盐城市盐龙湖生态工程、嘉兴市石臼漾水源生态湿地、上海青草沙水库和金泽水库等。水源地生态工程通常采用增氧曝气、人工介质强化净化、水生植物净化、水生生物操纵等技术，在保证蓄水量的同时，通过人工强化生态系统的净化作用，较为有效地改善了原水水质，为保障饮用水安全提供了基础。

水源地生态工程属于原位净化技术，具有水质净化效果好、运行费用低、对环境影响小等优点，可产生良好的社会效益和生态效益。社会效益：水源地生态工程的实施与应用可有效提高原水水质，为饮用水安全提供了基础和保障。环境效益：水源地生态工程提高了区域内的植被覆盖率，可以发挥净化空气、调节气温与湿度的作用，改善了周边区域的生态环境。生态工程建成后能吸引鸟类和其他动物来此栖息，增加了生物多样性。

发明内容

本发明从改善水源地原水水质出发，寻求设计一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，解决微污染原水部分指标（如氨氮、耗氧量等）超标的问题，为保障饮用水安全提供技术支持。

一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，包括表流湿地、沉水植物塘和生态塘，所述表流湿地、沉水植物塘和生态塘之间依次通过管道连通，所述表流湿地包括布水区以及湿地区，所述湿地区纵向上依次包括黄沙基质和挺水植物，布水区可保证配水的均匀性；挺水植物种植在黄沙基质上，是去除原水中氮磷元素和有机物的主要单元，出水自流进入沉水植物塘；所述沉水植物塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，通过沉水植物的作用进一步削减营养盐和有机物，沉水植物塘通过管道与生态塘相连接；所述生态塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，所述生态塘内投放滤食性鱼类，沉水植物种植在土壤基质上，滤食性鱼类投放于池体中，通过滤食性鱼类控制水中藻类的数量。生态塘具有储水和净化的双重作用，生态塘出水可作为饮用水源。

所述表流湿地、沉水植物塘、生态塘为沿水流方向逐渐降低的台阶状。

为了提高表流湿地的处理效率，采用粒径直径小于2 mm的黄沙作为基质，强化表流湿地对污染物的去除效果，黄沙基质的厚度不小于20 cm；为了保证表流湿地一年四季均具有相对稳定的净化效果，夏秋季节种植狭叶香蒲、茭草、芦苇中的一种或多种，冬春季节种植水芹、耐寒鸢尾的一种或多种，种植密度为20 ~ 30株/m²；为了保证表流湿地配水的均匀性，湿地区前端设置布水区和三角堰板；湿地区水位控制在0.3 ~ 0.6 m，水力停留时间不少于0.5 天，在保证出水水质的基础上，可根据原水水质和季节特征进行调节。

为了保证沉水植物塘一年四季均具有相对稳定的净化效果，根据沉水植物的生长周期、对水温的适应能力等方面，选择性种植菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m²。菹草作为耐寒的冷水性植物，是冬季保证沉水植物塘净化效果的主体。通过不同沉水植物的搭配，建立起暖季和寒季交替的全面净化植物生态系统，可有效解决年内植物生长茬口衔接问题，保障冬季原水净化的有效性与稳定性。沉水植物塘的基质为土壤，厚度不小于20 cm。沉水植物塘水位控制在1.0 ~ 2.0 m，水力停留时间不少于2天，可根据实际运行情况进行调节。

为了保证生态塘的处理效果，采用沉水植物与滤食性鱼类进行搭配。沉水植物为菹草、黑藻、金鱼藻、苦草的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m²，耐寒性植物菹草可保证生态塘冬季对水质的净化效果，进而保证生态塘一年四季均具有相对稳定的净化效果。投放滤食性鱼类控藻属于非经典生物操纵技术，投放的滤食性鱼类为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m³。沉水植物和藻类都是初级生产者，沉水植物在生长过程中需要吸收大量营养盐，是藻类生存的竞争者，可以抑制藻类的生长，另外，沉水植物通过光合作用增加水体溶解氧密度，为滤食性鱼类提供良好的生存条件。滤食性鱼类通过腮的特殊结构滤取水体中的藻类，也可控制藻类数量，而滤食性鱼类的排泄物可作为沉水植物的养料，促进沉水植物的生长。通过沉水植物与滤食性鱼类的共同作用，构建完整的食物链，强化水生生态系统，降低水体营养盐浓度，控制藻类数量，避免水体富营养化和蓝藻暴发，保证出水水质的稳定。生态塘基质为土壤，厚度不小于20 cm，水位控制在2.0 ~ 5.0 m，水力停留时间不小于5 天，可根据实际运行情况进行调节。

表流湿地充分利用黄沙基质、挺水植物以及微生物的作用，是去除微污染水体中污染物的重要单元，微污染水源水经过表流湿地后，部分浊度、营养盐和有机物被削减，水质得到初步净化；沉水植物塘是进一步去除营养盐和有机物的处理单元，经过土壤基质、沉水植物和微生物的作用进一步去除水体中的污染物，水质再次得到净化。而生态塘是水质保障单元，来自沉水植物塘的水体在生态塘中再次得到净化，浊度、营养盐和有机物进一步被削减，且生态塘水力停留时间较长，可以起到储水和应急保障作用。

由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：

1、本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统水力停留时间较长，在原水供应方面可发挥应急保障作用。当水源地突发污染事故时，可切断受污染水源水，避免影响自来水厂的正常生产。由于系统的水力停留时间较长，库容较大，可在一段时间内保证合格原水的供应，避免突发性水污染事故对供水造成不利影响，发挥了良好的社会效益。

2、本发明有机地结合了人工湿地、沉水植物塘和生态塘等常见的生态工程技术单元，充分发挥各技术单元的优势，可有效削减微污染原水中的浊度、氮磷元素和有机物，并改善溶解氧。

3、本发明降低了微污染水源水中污染物质的浓度，从而减少了自来水厂药剂消耗，具有一定的经济效益；本发明属于生态修复类方法，通过种植水生植物在发挥净水功能的同时，还可改善周边的生态环境，因此具有一定的生态效益。

附图说明

图1为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统的工艺流程图；

图2为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统的结构示意图。

图中：1、表流湿地，2、沉水植物塘，3、生态塘，4、布水区，5、黄沙基质，6、挺水植物，7、土壤基质，8、沉水植物，9、滤食性鱼类，10、湿地区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1

图1为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统的工艺流程图，图2为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统的结构示意图。如图1和图2所示，所述一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，设有表流湿地1、沉水植物塘2和生态塘3。所述表流湿地1、沉水植物塘2和生态塘3之间通过管道相连接，三个单元的水位依次降低。

首先，微污染水源水由泵提升或自流至表流湿地1前端的布水区4，进入布水区4的原水流入湿地区10内，布水区4的作用是保证系统配水的均匀性。湿地区10由黄沙基质5和挺水植物6组成。黄沙基质5厚度不小于20 cm，黄沙粒径小于2 mm。挺水植物6由香蒲、茭草、芦苇、水芹、耐寒鸢尾的一种或多种组成，其中春、夏、秋三季种植香蒲、茭草、芦苇的一种或多种，冬季的植物由水芹、耐寒鸢尾的一种或多种组成，可保证表流湿地1冬季低温条件下对微污染水源水的净化效果。微污染水源水中的浊度、氮磷等营养盐和有机物经过黄沙基质5、挺水植物6和微生物的吸收、转化和利用得到削减，水质得到初步净化。

表流湿地1出水自流进入沉水植物塘2，沉水植物塘2包括土壤基质7和沉水植物8，沉水植物8由菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种组成，种植密度10 ~ 20株/m²，土壤基质7厚度不小于20 cm。沉水植物塘2的水深为1.0 ~ 2.0 m，停留时间不少于2 天。经过土壤基质7、沉水植物8和微生物的作用进一步去除水体中的污染物，水质再次得到净化。

沉水植物塘2出水经自流进入生态塘3，生态塘3具有储水和水质净化的双重作用。通过生态塘3中的沉水植物8的作用，进一步净化水质，并保证出水水质的稳定性。生态塘3纵向上依次包括土壤基质7、沉水植物8，沉水植物8为菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种混合种植，种植密度为10~20株/m²；土壤基质7厚度不小于20 cm。生态塘3水深为2.0 ~5.0 m，水力停留时间不少于5 天。由于生态塘3水力停留时间较长，为了抑制藻类的生长，控制水中藻类数量，采用非经典生物操纵法，在生态塘3中投放滤食性鱼类9，滤食性鱼类9为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼中的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m³。通过投放滤食性鱼类9，一方面可以控制藻类数量，避免蓝藻暴发，另一方面构建完整的生态系统，保证出水水质。

实施例2

某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度35 ~ 70 NTU，耗氧量6 ~ 7 mg/L，氨氮0.5 ~ 1.0 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统进行处理：

微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，前二分之一区域种植茭草，后二分之一区域种植狭叶香蒲，种植密度均为20株/m²；表流湿地1水深是0.3m，水力停留时间1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻，种植密度10株/m²；沉水植物塘2的水深是1.0m，水力停留时间是2天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是20株/m²；生态塘3内投放鲢鱼、鳙鱼苗，投放密度为30 g/m³；生态塘3水深为2.0m，水力停留时间是6天。

微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程系统处理后，浊度降为5 ~ 10 NTU，耗氧量降为4 ~ 5 mg/L，氨氮降为0.2 ~ 0.5 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。

实施例3

某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度40 ~ 80 NTU，耗氧量5 ~ 6 mg/L，氨氮0.6 ~ 0.9 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统进行处理：

微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，种植水芹和耐寒鸢尾，种植密度均为25株/m²；表流湿地1水深是0.4m，水力停留时间是1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植菹草和黑藻，种植密度15株/m²；沉水植物塘2水深是1.5m，水力停留时间是2.25天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是15株/m²；生态塘3内投放鲢鱼、鲴鱼苗，投放密度为40g/m3；生态塘3水深为3.5 m，水力停留时间是7.9天。

微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程系统处理后，浊度降为5 ~ 15 NTU，耗氧量降为3 ~ 4 mg/L，氨氮降为0.3 ~ 0.4 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。

实施例4

某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度40 ~ 80 NTU，耗氧量5 ~ 7 mg/L，氨氮0.5 ~ 0.7 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统进行处理：

微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，种植狭叶香蒲、茭草和芦苇，种植密度均为30株/m²；表流湿地1水深是0.5m，水力停留时间是1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻，种植密度20株/m²；沉水植物塘2水深是2.0m，水力停留时间是2.4天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是10株/m²；生态塘3内投放鳙鱼、鲴鱼苗，投放密度为50 g/m³；生态塘3水深为5.0 m，水力停留时间是9天。

微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程系统处理后，浊度降为5 ~ 15 NTU，耗氧量降为3 ~ 5 mg/L，氨氮降为0.1 ~ 0.3 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。

Claims

1.一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述系统依次由表流湿地（1）、沉水植物塘（2）和生态塘（3）组成，所述表流湿地（1）、沉水植物塘（2）和生态塘（3）之间依次通过管道连通；所述表流湿地（1）包括布水区（4）以及湿地区（10），所述湿地区（10）纵向上依次包括黄沙基质（5）和挺水植物（6）；所述沉水植物塘（2）纵向上依次包括土壤基质（7）和沉水植物（8）；所述生态塘（3）纵向上依次包括土壤基质（7）和沉水植物（8），所述生态塘（3）内投放滤食性鱼类（9）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述表流湿地（1）、沉水植物塘（2）、生态塘（3）为沿水流方向逐渐降低的台阶状。

3.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述黄沙基质（5）厚度不小于20 cm，黄沙粒径小于2 mm；土壤基质（7）厚度不小于20 cm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述挺水植物（6）为狭叶香蒲、茭草、芦苇、水芹、耐寒鸢尾中的一种或多种，种植密度为20~ 30株/m²。

5.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述沉水植物（8）为菹草、金鱼藻、黑藻、苦草中的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m²。

6.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述滤食性鱼类（9）为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼中的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m³。

7.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述表流湿地（1）水深为0.3 ~ 0.6 m，所述沉水植物塘（2）水深为1.0 ~ 2.0 m，所述生态塘（3）水深为2.0 ~ 5.0 m。

8.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，其特征在于：所述表流湿地（1）的水力停留时间不少于0.5天，所述沉水植物塘（2）的水力停留时间不少于2天，所述生态塘（3）的水力停留时间不少于5天。