CN108658324A - 基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统及黑臭河流治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统及黑臭河流治理方法。本发明所提供的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统包括：沉淀系统，可渗透反应墙系统，以及污泥脱水系统；其中，所述沉淀系统分别与可渗透反应墙系统和污泥脱水系统相连接；所述沉淀系统与可渗透墙反应系统为一体式结构。本发明黑臭河流净化系统是一种集混凝沉淀、PRB系统、污泥脱水于一体的组合式净化装置，特别是沉淀系统的设置，能够解决PRB系统的堵塞问题，并与PRB系统相互协同配合，相互促进，使得单一系统不能达到的效果得以实现。

Description

基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统及黑臭河流治理方法

技术领域

本发明涉及黑臭河流治理领域，具体而言，涉及基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统及黑臭河流治理方法。

背景技术

城市依水而生，因水而兴，城市河道中的水质状况会直接影响到人们的生存环境和生活质量。但由于我国城市水环境污染严重，城市河道中的水体多被有机污染物和氮、磷等污染物污染，我国许多城市河道有机污染普遍存在且日益突出，城市污水直排河道，流经城镇河段污染严重，水体出现季节性或终年黑臭，这些都已成为我国目前城市河道污染问题中亟待解决的水环境问题。

自2015年“水十条”发布以来，城市黑臭河流治理一直引人关注。水十条要求“到2020年地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内，到2030年城市黑臭水体得到消除。”

黑臭河流是水体有机物污染的一种极端表现，它是由于水体缺氧，有机物腐败而造成的。当大量的有机污染物进入河流，在好氧微生物的生化作用下，消耗了水体中大量的氧气，使水体转化成缺氧状态，致使厌氧细菌大量繁殖，有机物腐败、分解、发酵使水体变黑、变臭。

目前常用的治理方法就是人工曝气、底泥疏浚和调水等，但是这些方法存在净化周期长，治理效果差，基本上治标不治本，治理费用比较高，难以长期持续应用。

可渗透反应墙(简称“PRB”)技术是欧美发达国家普遍研究并已开始商业化应用的一项污染修复技术。我国对PRB技术的研究起步较晚，目前还处于实验室研究阶段。该技术主要用于地下水污染的防治及修复，但随着研究和应用的不断深入，这一技术逐渐应用于地表污染水体的修复，国内则还未见这方面的报道。由于城市河流中悬浮物较多，PRB技术应用于河流治理时极易堵塞，导致应用起来很难。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，所述的黑臭河流净化系统具有工艺流程短、运行成本低、对水质的适应性强、持续效果好等优点，能够克服现有技术存在的净化周期长、效果欠佳的缺陷，实现城市河流的健康可持续发展。

本发明的第二目的在于提供一种应用本发明基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统的黑臭河流治理方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统包括：沉淀系统，可渗透反应墙系统，以及污泥脱水系统；其中，所述沉淀系统分别与可渗透反应墙系统和污泥脱水系统相连接；优选的，所述沉淀系统与可渗透墙反应系统为一体式结构。

优选的，本发明所述的黑臭河流净化系统中，所述沉淀系统包括沉淀池；其中，沉淀池的下部设置有集泥斗，集泥斗中收集的污泥经由排泥管运送至污泥脱水系统；更优选的，所述沉淀池为斜板沉淀池。

优选的，本发明所述的黑臭河流净化系统中，所述黑臭河流净化系统还包括用于装载絮凝剂和/或助凝剂的加药装置；和/或，所述黑臭河流净化系统还包括混凝沉淀池，所述混凝沉淀池设置于沉淀系统沿水流方向的前方。

优选的，本发明所述的黑臭河流净化系统中，所述可渗透反应墙系统包括：可渗透反应墙，一体式活性材料箱，以及出水槽；更优选的，所述可渗透反应墙的迎水面和背水面设置有透水孔；所述透水孔的直径为1～10mm；更优选的，所述一体式活性材料箱的迎水面和背水面设置有螺纹缝隙；所述螺纹缝隙的宽度为0.1～1mm；更优选的，所述一体式活性材料箱的上部设置有吊环。

优选的，本发明所述的黑臭河流净化系统中，所述一体式活性材料箱内装载有活性材料；其中，所述活性材料包括：铁屑、焦炭，以及沸石；更优选的，活性材料的孔隙率为0.3～0.8；更优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～5)：(1～5)：(1～5)；进一步优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～3)：(1～3)：(1～3)；更进一步优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(2～3)：(1～3)：(1～3)。

同时，本发明还提供了一种黑臭河流治理方法所述黑臭河流治理方法中，使用本发明所述的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统。

优选的，本发明所述的黑臭河流治理方法包括如下步骤：在待治理的黑臭河流中，设置一个或多个基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，并使得黑臭水体通过溢流进入基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统内；溢流至沉淀系统的黑臭水体经沉淀后，上清液进入可渗透反应墙系统中反应吸附净化后，排入河流中；沉淀系统底部沉积的污泥送入污泥脱水系统中，脱水形成泥块。

优选的，本发明所述的黑臭河流治理方法中，所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统可横跨河流宽度方向设置，并在沿河流长度方向上，间隔设置一个以上的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统；或者，在河流中分散设置一个以上的所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统。

优选的，本发明所述的黑臭河流治理方法中，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括向沉淀系统中加入絮凝剂和/或助凝剂的步骤。

优选的，本发明所述的黑臭河流治理方法中，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括将污泥脱水所得滤液重新送入基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统的步骤；和/或，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括将污泥脱水所得泥块进一步处理的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的黑臭河流净化系统是一种集混凝沉淀、PRB系统、污泥脱水于一体的组合式净化装置，特别是沉淀系统的设置，能够解决PRB系统的堵塞问题，并与PRB系统相互协同配合，相互促进，使得单一系统不能达到的效果得以实现。

具体而言，一方面，混凝沉淀系统利用絮凝剂及助凝剂的强絮凝能力及斜板沉淀的高效沉淀功能，将水体中的悬浮颗粒及胶体等污染物沉淀到底部，使得进入PRB系统的污染物不易堵塞孔隙，上清液进入PRB系统后，利用活性材料中铁屑的内电解及其它材料的吸附作用将不能形成沉淀的污染物去除，最终水体污染程度大幅降低，黑臭水体经过3～5道系统后变成澄清水体，定期对活性材料进行检测，失效后进行更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明具体实施方式中黑臭水体处理的流程图；

图2为本发明具体实施方式中黑臭河流净化系统结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中黑臭河流净化系统结构俯视图。

其中，1-斜板沉淀系统，2-可渗透反应墙系统；

110-斜板沉淀池；111-进水槽；112-集泥斗；113-排泥管；114-盖板；221-活性材料；230-出水槽；310-脱水机；320-污泥箱；311-出水管。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

有鉴于现有可渗透反应墙技术在河流治理的实际应用中所存在的不足之处，本发明特提供了一种新型基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，通过将可渗透反应墙与沉淀系统结合使用，能够实现对于黑臭水体的有效净化和处理。

具体的，本发明所提供的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，包括：沉淀系统，可渗透反应墙系统，以及污泥脱水系统；

其中，沉淀系统与可渗透反应墙系统为一体式组装系统，沉淀系统设置于沿水流方向的前方，可渗透反应墙系统设置于沿水流方向的后方；即，待处理水体经由沉淀池将大颗粒污染物沉淀处理后，再进入可渗透墙反应系统中进行进一步的净化；

同时，在实际使用过程中，由沉淀系统和可渗透墙系统形成的一体式组装系统直接置于待净化处理的水体(例如河流)中；

而所述沉淀系统与污泥脱水系统也直接相连接，沉淀处理后产生的污泥则经由排泥管运送至污泥脱水系统中，并在污泥脱水系统脱水处理；

进一步的，污泥脱水系统则设置于岸边；

当待处理水体中设置有多组黑臭河流净化系统时，可以每组黑臭河流净化系统分别配置一套污泥脱水系统；或者，也可以多组黑臭河流净化系统共用一套污泥脱水系统。

更具体的，所述沉淀系统则主要包括沉淀池，所述沉淀池可以为斜板沉淀池或者其他高效沉淀池的一种；优选的，所述沉淀池为斜板沉淀池；

沉淀系统优选的包括3～5个斜板沉淀池，通过多级沉淀，能够确保将水体中的悬浮物除去；

同时，为了进一步降低可渗透反应墙系统的净化压力，沉淀系统中还进一步设置有用于装载絮凝剂和/或助凝剂的加药装置，通过向黑臭水体中加入絮凝剂和/或助凝剂，能够使得无法通过斜板沉淀的小颗粒悬浮物、固化为形成絮体(矾花)，与沉积的悬浮物在斜板底侧表面形成薄泥层，继而进入集泥斗中，然后经由排泥管运送至污泥脱水系统；

沉淀池的前部还可以设置进水槽，从而使得待处理的黑臭水体能够通过溢流进入沉淀池中。

同时，所述可渗透反应墙系统包括：可渗透反应墙，一体式活性材料箱，以及出水槽；

不同于常规的可渗透反应墙系统，本发明中，可渗透反应墙中并不进行活性材料的直接填充，反应和净化的功能是由设置于可渗透反应墙内的一体式活性材料箱来实现，这样，就能够更为便捷的进行活性材料的替换，同时实现长时间的水体处理和净化；

进一步的，可渗透反应墙的墙体材料为防腐蚀材料，同时其迎水面和背水面设置有透水孔，透水孔的直径为1～10mm，例如可以为，但不限于2、3、4、5、6、7、8，或者9mm等；透水孔的设置可以起到一定的过滤作用，可以将经沉淀处理后的水体进行再次滤过，从而进一步降低活性材料处理的压力；

可渗透反应墙沿水流方向的厚度为0.5～1m。

同样的，一体式活性材料箱也由防腐材料制备而成，其迎水面和背水面设置有螺纹缝隙，螺纹缝隙的宽度为0.1～1mm，例如可以为，但不限于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8，或者0.9mm；螺纹缝隙结构的设置同样能够起到一定的过滤作用，可以将粒径更为细小的悬浮物过滤除去，从而避免将一体式活性材料箱堵塞，提高处理效率；

一体式活性材料箱可承重10～50t，其上部还设置有吊环，能够由吊车直接从墙体内吊处理和进行更换；

同时，所述一体式活性材料箱内装载有活性材料，所述活性材料主要由铁屑、焦炭，以及沸石混合而成，孔隙率为0.3～0.8，例如可以为，但不限于0.4、0.5、0.6，或者0.7等；活性材料能够将水体中的有机物、总磷、氨氮等污染物进行吸附，实现水体的最终净化；

活性材料中，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～5)：(1～5)：(1～5)；优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～3)：(1～3)：(1～3)；更优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(2～3)：(1～3)：(1～3)；更进一步优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：2：(1～3)：(1～3)；

经由一体式活性材料箱处理后的水体，则通过出水槽进入河流中。

污泥脱水系统则由污泥泵和脱水机组成，沉淀系统中所沉积的污泥在污泥泵的作用下，由排泥管进入脱水机中进行脱水处理，分离成滤液和泥块；

滤液再次通入系统中，而所形成的泥块则进入储泥箱中，定期运送至污水处理厂，与污水处理厂中的污泥一起进行处理。

本发明的黑臭河流净化系统可以根据水体(主要为河流)的流速以及宽度等的不同，而采用不同的方法进行设置，可以将整个河道的水体进行截留，使河流的水体进入黑臭河流净化系统中进行修复；同时，也可以在河流中分散的布置多个小型结构的黑臭河流净化系统，对河流进行多点位修复，逐步改善和提升水质。

而利用如上的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统进行黑臭河流治理的方法步骤可具体参考如下：

(1)截污纳流：当河流宽度小于10m时，可以将黑臭河流净化系统制作成横跨整个河流的宽度的结构，系统的底部嵌入河流将整个河流截断，使得黑臭水体整体溢流至装置内，可以每隔数十米安装1个装置，根据水质情况安装3～5个；

当河流宽度大于10m时，可以将3～5个小型装置分散的布置于河流中，通过每个装置的净化能力，整体上提升河流水质；

(2)斜板沉淀：经步骤(1)溢流至沉淀池内的黑臭水体及大的颗粒物，通过加药装置加入絮凝剂及助凝剂，使水中的悬浮物、固化物形成絮体矾花，在斜管底侧表面积聚成薄泥层，依靠重力作用滑回泥渣悬浮层，继而沉入集泥斗，由排泥管排入污泥脱水系统，上清液则进入可渗透反应墙系统，避免了可渗透反应墙系统的堵塞，延长了可渗透反应墙系统的寿命；

(3)可渗透反应墙系统：可渗透反应墙系统包括可渗透反应墙(更准确的，是内部设置有一体式活性材料箱的承载墙体)、一体式活性材料箱及出水槽，墙体内的活性材料铁屑、焦炭和沸石组成，其体积比为2:1～3:1～3，孔隙率为0.3～0.8，渗透反应墙墙的厚度为0.5～1m；

上清液由可渗透反应墙的迎水面进入可渗透反应墙系统中，然后经由可渗透反应墙的背水面，进入一体式活性材料箱的迎水面，然后在流经一体式活性材料箱的过程中，与活性材料接触，利用铁屑的内电解和其他材料的吸附作用去除其他难沉淀的污染物，黑臭水体变成澄清液体，处理后的水体经由一体式活性材料箱的背水面进入出水槽中，然后重新进入河流；

(4)污泥脱水：经步骤(2)混凝沉淀的泥浆由污泥泵泵入位于地面的脱水机脱水分离成滤液和泥块，滤液重新进入系统，泥块进入储泥箱，定期运至污水处理厂与污水处理厂污泥一起处置。

如上的处理流程可参考图1。

实施例1

请参考图2，本发明所提供的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统中，包括设置于水体中的一体式组装系统，该一体式组装系统能够包括斜板沉淀系统和可渗透反应墙系统2；

所述斜板沉淀系统包括3～5个斜板沉淀池110，通过多级沉淀，确保能够将悬浮物去除；

斜板沉淀池110的上部设置有盖板114，斜板沉淀池110的下部设置有排泥管113，底部设置有集泥斗112，集泥斗112中收集的污泥可以由排泥管113运送至污泥脱水系统中进行处理；

可渗透反应墙系统2包括承载墙体及活性材料箱，活性材料箱上部有吊环，在活性材料失效时可以轻松完成更换，活性材料221主要为铁屑、焦炭及沸石，其体积比为2:1～3:1～3；

可渗透反应墙系统2利用活性材料221中铁屑的内电解及其它材料的吸附作用将不能形成沉淀的污染物去除，净化后的水体由出水槽230排入河流中；

根据黑臭河流的污染程度设置3～5道系统，最终达到彻底修复黑臭河流的效果。

请参考图3，本发明基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统中，在斜板沉淀系统1中产生的沉淀污泥通过污泥泵，并经由排泥管113泵入岸边的脱水机310中进行脱水，脱水后的污泥进入污泥箱320，箱体装满后运走进行更换；

过滤后产生的滤液经由出水管311经由进水槽111重新进入黑臭河流净化系统中，进行再次处理。

实验例1

以参照图2、图3所示的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，对某黑臭河流的治理；

黑臭水体的净化系统依次由斜板沉淀池、PRB系统及污泥脱水系统组成，河道宽3m，深1.5m，水深0.8m，系统宽度设计为3.5m，高1.2m，嵌入底泥0.3m，其中斜板沉淀池的沉淀槽为3道，PRB系统的墙体厚度为0.5m，每隔10m安装一套系统，共计安装3套系统，三套系统共用一套污泥脱水设备。

经过三套系统处理后，水质得到显著改善，黑臭消除，水生态逐步恢复。所述治理前后黑臭水体水质指标如表1。

表1某黑臭河流治理前后的水质指标

项目	黑臭河流	过一道系统	过两道系统	过三道系统
					感观	发黑发臭	色度降低略臭	无臭无味，略浑浊	无臭无味澄清
pH	7.3	7.1	7.2	7.2
					氨氮(mg/L)	3.2	1.4	0.8	0.21
总磷(mg/L)	8.3	4.6	1.4	0.5
					色度(倍)	510	320	50	20

由如上的实验结果可知，本发明基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统能够有效的除去黑臭水体中的氨氮、磷等有机物，同时还能够使得水体恢复无臭澄清。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，其特征在于，所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统包括：

沉淀系统，可渗透反应墙系统，以及污泥脱水系统；

其中，所述沉淀系统分别与可渗透反应墙系统和污泥脱水系统相连接；

优选的，所述沉淀系统与可渗透墙反应系统为一体式结构。

2.根据权利要求1所述的黑臭河流净化系统，其特征在于，所述沉淀系统包括沉淀池；

其中，沉淀池的下部设置有集泥斗，集泥斗中收集的污泥经由排泥管运送至污泥脱水系统；

优选的，所述沉淀池为斜板沉淀池。

3.根据权利要求1所述的黑臭河流净化系统，其特征在于，所述黑臭河流净化系统还包括用于装载絮凝剂和/或助凝剂的加药装置；

和/或，所述黑臭河流净化系统还包括混凝沉淀池，所述混凝沉淀池设置于沉淀系统沿水流方向的前方。

4.根据权利要求1所述的黑臭河流净化系统，其特征在于，所述可渗透反应墙系统包括：可渗透反应墙，一体式活性材料箱，以及出水槽；

优选的，所述可渗透反应墙的迎水面和背水面设置有透水孔；所述透水孔的直径为1～10mm；

优选的，所述一体式活性材料箱的迎水面和背水面设置有螺纹缝隙；所述螺纹缝隙的宽度为0.1～1mm；

优选的，所述一体式活性材料箱的上部设置有吊环。

5.根据权利要求4所述的黑臭河流净化系统，其特征在于，所述一体式活性材料箱内装载有活性材料；

其中，所述活性材料包括：铁屑、焦炭，以及沸石；

优选的，活性材料的孔隙率为0.3～0.8；

优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～5)：(1～5)：(1～5)；更优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(1～3)：(1～3)：(1～3)；进一步优选的，铁屑、焦炭，以及沸石的质量比为：(2～3)：(1～3)：(1～3)。

6.一种黑臭河流治理方法，其特征在于，所述黑臭河流治理方法中，使用权利要求1-5中任一项所述的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统。

7.根据权利要求6所述的黑臭河流治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

在待治理的黑臭河流中，设置一个或多个基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统，并使得黑臭水体通过溢流进入基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统内；

溢流至沉淀系统的黑臭水体经沉淀后，上清液进入可渗透反应墙系统中净化后，排入河流中；

沉淀系统底部沉积的污泥送入污泥脱水系统中，脱水形成泥块。

8.根据权利要求7所述的黑臭河流治理方法，其特征在于，所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统可横跨河流宽度方向设置，并在沿河流长度方向上，间隔设置一个以上的基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统；

或者，在河流中分散设置一个以上的所述基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统。

9.根据权利要求7所述的黑臭河流治理方法，其特征在于，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括向沉淀系统中加入絮凝剂和/或助凝剂的步骤。

10.根据权利要求7所述的黑臭河流治理方法，其特征在于，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括将污泥脱水所得滤液重新送入基于可渗透反应墙的黑臭河流净化系统的步骤；

和/或，所述黑臭河流治理方法中还进一步包括将污泥脱水所得泥块进一步处理的步骤。