CN109231683A - 一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，包括阶梯式底部基础，阶梯式底部基础包括第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部，第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部的高度依次降低。第一阶底部上设置有污染物强化截留降解区，第二阶底部上设置有生态涵养区，第三阶底部上设置有立体生态修复区，污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区均灌注有水体，污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区依次通过低溢流坝连接。污染物强化截留降解区连通污水处理厂的排水口，立体生态修复区连通河湖。整个生态修复系统分阶梯进行生态养护，针对不同阶梯不同环境的特点，有各自不同的解决方案。

Description

一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统

技术领域

本发明涉及污水处理和生态工程修复学科，具体涉及一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统。

背景技术

再生水水质介于污水和自来水之间，是城市污水、废水经净化处理后达到国家标准，能在一定范围内使用的非饮用水，被称作是城市的第二水源。在我国人口众多而水资源短缺的基本国情面前，城市污水再生利用是提高水资源综合利用率，减轻水体污染的有效途径之一。缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施。而且再生水回用与其他的水资源开发如海水淡化、跨流域调水相比，具有明显的优势，具有可再生性、成本低、稳定可靠等特点，因此广泛推广城镇污水再生利用，主要用于附近居民小区的景观用水、绿化灌溉，厂自身的非生活用水等，或者作为河道、湖泊的补给用水。当再生水回灌河道湖泊时，不仅能改善水质，促进受纳河网水系的流动，还能全面补充河道湖泊生态水资源。

但是经大量实验研究证明，再生水中高浓度的碳氮含量会导致补水口处细菌群落多样性显著升高，另外，再生水中携带的痕量病原菌和抗生素以及深化处理工艺中的氯等，一定程度上也会对河道或湖泊内微生物群落产生较大影响。所以如何安全高效的利用这部分非常规水资源是目前迫切需要研究的内容。

而人工湿地、生态修复工程等对碳氮磷浓度有较高的降低效率，经过这些生态修复净化后河道湖泊内底泥细菌群落逐步恢复，表现出上下游相似的细菌群落多样性和结构组成。所以我们选择将生态修复型河道运用于城市中水回灌于河道湖泊的过程中，以此改善再生水水质，加速修复河道湖泊内底泥细菌群落，恢复河道湖泊内良好的生态环境。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，包括阶梯式底部基础，所述阶梯式底部基础包括第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部，所述第二阶底部处于第一阶底部和第三阶底部之间，所述第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部的高度依次降低；

所述第一阶底部上设置有污染物强化截留降解区，所述第二阶底部上设置有生态涵养区，所述第三阶底部上设置有立体生态修复区，所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区均灌注有水体，所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区依次通过低溢流坝连接；

所述污染物强化截留降解区连通污水处理厂的排水口，所述污染物强化截留降解区中设置有浮叶植物、水下生物滤床和微纳米气泡发生装置；

所述生态涵养区种植有沉水植物，且所述生态涵养区中也设置有生态浮床；

所述立体生态修复区中养育有环境指示生物，且所述立体生态修复区中还种植有水生植物，所述立体生态修复区连通河湖。

进一步的，所述阶梯式底部基础由填充有河道底泥的编织袋堆叠而成。

进一步的，所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区的长度比例为1:4:1。

进一步的，所述水下生物滤床设于污染物强化截留降解区底部，所述水下生物滤床为镀锌铁丝绕制成具有网孔的立方体结构，所述网孔中均围隔有铁网，所述水下生物滤床中设置有滤料，所述滤料包括陶粒、砂砾和碳源补充物质。

进一步的，所述水下生物滤床呈行列式排列在污染物强化截留降解区中，且所述每列水下生物滤床的间隔为1～1.5m。

进一步的，所述立体生态修复区中的环境指示生物包括鲫鱼和田螺。

本发明的有益效果为：

1、有效解决再生水回灌河道湖泊可能产生污染的问题。本发明选择利用生态修复工程，不仅对碳氮磷降解效率高，而且还可使受纳再生水的河湖回归自然环境，使水恢复到自然水性状。经过这些生态修复净化后受纳河湖内底泥细菌群落能逐步恢复，表现出上下游相似的细菌群落多样性和结构组成。

2、整个生态修复工程分阶梯进行生态养护，针对不同阶梯不同环境的特点，有各自不同的解决方案。①对于污染物强化截留降解区，再生水刚刚进入，混合扩散作用较弱，排水口流量大，出水水质、水量都不稳定。此时选择在河道内布置水下生物滤床，内含功能性微生物群落，过滤悬浮物、有机质的同时利用微生物形成的生物膜强化降解碳氮磷等营养物质。佐以微纳米气泡发生装置增加水体溶解氧，进一步完成对水质的净化。种植浮叶植物，利用植物光合作用、化感作用使水中溶解氧增加，氧化还原电位提高，便于有机物的快速氧化分解。各装置之间相互促进，最大效率地完成对悬浮物质和有机质的吸附和降解。②对于生态涵养区，水体中大部分悬浮物、有机质已经被去除，还剩下少部分氮、磷等营养物质，此时选择在河道内种植沉水植物、布置生态浮床对氮、磷物质进行针对性去除。沉水植物茎叶生长在水面以下，与水体密切接触，对下部水体中悬浮颗粒物吸附作用更强，对氮、磷等营养物质吸收更强，净化作用更佳；生态浮床上种植的浮叶植物利用根系吸收上部水体中氮、磷等营养物质，进一步加强净化作用。③对于立体生态修复区，经过强化截留降解区和生态涵养区，水质已经接近于自然水体水质，水中几乎不含污染物质。此时在立体生态修复区内投放鲫鱼和田螺等指示生物，补充种植水生植物，构建良好的水生态景观。以“生境修复(溶解氧和底质条件)→生物修复(植物、微生物)→生态修复”这样一个循序渐进的过程，实现“污染控制→生态修复→人与自然关系修复”的目标。

3、结构简单，管理方便。整个处理目标工程分为三个阶梯，阶梯处理区域底部结构如附图二、三所示。生物滤床直接安装于处理目标工程内底基条件较为坚固的地段，稳定可靠。微纳米气泡发生装置浮于水面，用尼龙绳连接固定锚固定，不受水位变化影响。生态浮床上种植浮叶植物和挺水植物，用尼龙绳下接插入河道或湖泊底泥内1.5米的木桩固定。整个生物修复工程结构简单，水下施工难度低且稳定性高，管理方便。

4、对环境友好，无任何负面影响。完全运用生物修复工程，不额外添加化学试剂，不产生二次污染。

附图说明

图1是本发明系统中污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区的分布示意图；

图2是本发明系统中污染物强化截留降解区的内部结构示意图；

图3是本发明系统中生态涵养区的内部结构示意图；

图4是本发明系统中水下生物滤床的结构示意图。

附图标记说明：

1-浮叶植物、2-水下生物滤床、3-滤料、4-微纳米气泡发生装置、5-沉水植物、6-生态浮床、7-镀锌铁丝、8-网孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

在设计生态修复系统前，对再生水水质和河道、湖泊的水质做具体了解，对比水质指标，特别注意有机质、氮、磷等对河道、湖泊底泥微生物群落影响巨大的营养物质。了解河道、湖泊水体几何形状、面积、深度、底部基础、温度变化、水流方向等水文特性。在整个生态修复工程布置之前先勘测地基，避免布置在地质条件不好的地基上，勘测过后，若地基符合条件，处理基层，清除底泥中杂物。

一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，包括由填充有河道底泥的编织袋堆叠而成的阶梯式底部基础，阶梯式底部基础包括第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部，第二阶底部处于第一阶底部和第三阶底部之间，第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部的高度依次降低构成阶梯型河道。将填充好的编织袋进行堆积在不同阶段的底部，构建基础高差，确保装置安装稳定。

第一阶底部上设置有污染物强化截留降解区，第二阶底部上设置有生态涵养区，第三阶底部上设置有立体生态修复区，污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区均设置成灌注有水体的河道形式。污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区依次通过低溢流坝连接，低溢流坝的坝面过水流速小于40cm·s^-1。本发明设计水力停留在系统的时间为48h，即要求再生水48h内要将整个处理目标工程区域的水替换一遍，根据再生水回用量和河湖容量确定整个生态修复工程的设计长度，按1：4：1的比例确定污染物强化截留降解区、生态涵养区、立体生态修复区的长度。结合实例具体说明：浙江某地某河道再生水回用量为1.5万吨/天，水力停留时间48h，则对于受纳再生水的河湖设计容量为3万吨，拟定整个生态修复工程为3km，其中强化截留降解区、生态涵养区、立体生态修复区三个阶段的长度分别为500m、2000m、500m，各阶段之间采用低溢流坝连接。

污染物强化截留降解区连通污水处理厂的排水口，污染物强化截留降解区中设置有浮叶植物1、水下生物滤床2和微纳米气泡发生装置4。在强化拦截降解区种植浮叶植物1，利用其吸收作用去除水体悬浮颗粒物增加透明度，吸收转化氮、磷等营养物质，实现污染物质的去除。水下生物滤床2设于污染物强化截留降解区底部，水下生物滤床2为镀锌铁丝7绕制成具有网孔8的立方体结构，本发明水下生物滤床2可采用500×1000×1000mm的尺寸，网孔8中均围隔有铁网，铁网的尺寸可选择50×50mm。水下生物滤床2中设置有滤料3，滤料3包括陶粒、砂砾和碳源补充物质，陶粒和砂砾的粒径为15～45mm。并在水下生物滤床2中添加功能性微生物，功能性微生物以人工投加的碳源补充物质和水中的氮、磷物质为营养补给，不断生长繁殖形成生物膜，利用生物作用吸收转化再生水中有机质、氮、磷等营养物质，完成水中污染物质的去除。水下生物滤床2呈行列式排列在污染物强化截留降解区中，且每列水下生物滤床2的间隔为1～1.5m。水下生物滤床2抗冲击负荷能力强，加之发生的是一个自然的过程，无需化学药剂，费用低，操作简单，管理方便。微纳米气泡发生装置4产生气泡粒径小，在水中上升速度慢，停留时间长，产生大量具有强氧化性的自由基，增加水中溶解氧和氧化还原电位，有利于有机质的氧化。加之气水混合物和液体之间的不平衡，能产生垂直向上的浮力，将固体悬浮物带到水面，从另一方面实现整个系统内污染物质的去除。微纳米气泡发生装置4采用浮式安装，安装方式视实际情况而定，可将浮体130mm在水面之上，200mm在水面之下，装置由尼龙绳连接固定锚，且尼龙绳长度大于河道内水位变化高度。设备漂浮水面，无特殊基础要求，不受水位变化影响，无需机房、任何管道、泵或者阀，不存在堵塞现象。相邻微纳米气泡发生装置4之间距离为50m左右。

生态涵养区种植有沉水植物5，沉水植物5根系发达，可固定第二阶底部的底泥，减少底质再悬浮引起的水环境污染。沉水植物5茎叶生长在水面以下，与水体密切接触，对水体中悬浮颗粒物吸附作用更强，对水体中氮磷等营养物质吸收更强，并且沉水植物5的植物化感、光合等作用会使水体中的氧化还原电位(ORP)、溶解氧(DO)升高，有利于有机物的氧化，降低水体中的有机质含量。此外，还可为水生动物提供栖息场所和饵料。沉水植物5选用的均为多年草本植物，可以是自然越冬的苦草、马来眼子菜、黑叶轮藻、菹草。种植时间必须在当地气候条件下选择适宜的时间，建议春节或者夏初种植或移植。沉水植物种植于生态涵养区的底泥上，各种植物的种植密度可为6株/m²。生态涵养区中设置有生态浮床6，活化水体。聚草种植于生态浮床6上，生态浮床6形状为矩形，尺寸可为1000×1000mm，原料可为HDPE，生态浮床6通过尼龙绳围成的框架围拦连接打入底部的木桩进行固定，目的是防止生态浮床6在水流作用下产生较大位移。种植之后观察植物长势，对植物定期修剪并回收，防止植物老化后进入水体产生二次污染。

立体生态修复区处于系统末端，立体生态修复区连通河湖。在立体生态修复区中心布置有渔网，渔网中养育有环境指示生物，环境指示生物包括鲫鱼和田螺，渔网的作用是为防止鲫鱼上游游动，干扰上游生态修复工程进程。立体生态修复区中还种植有水生植物，生态养护，活化水环境。立体生态修复区要求实时在线水样监测报告水质变化，定期观测鲫鱼和田螺生长情况，利用生态修复养护受纳再生水的河湖，构建良好的水生态景观。

在日常运行及管理时，①对不定期对排放于河道、湖泊内的再生水进行水质抽查，确保水质满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准，特别注意氮、磷指标标准，若中水的氮、磷含量过高，可以在再生水排入本系统之前增加高效脱氮脱磷工艺，降低中水的氮磷含量，防止因再生水水质过差导致超过受纳再生水的河湖水体自净能力和阶梯式生态修复养护工程的工作负荷，进而造成受纳再生水的河湖水体发生富营养化现象。避免使用氯消毒，消毒完成后中水中的余氯抑制微生物生长繁殖，会对受纳再生水的河湖水体中原有的细菌菌落产生不同程度的影响，也使污染物强化截留降解区内生物滤床功能微生物生物膜不能完全成型，大大降低生物膜对有机质、氮磷物质吸附吸收，去除的作用；②种植的沉水植物和种植于生态浮床的浮叶植物，定期修剪并回收，防止植物老化后进入水体产生二次污染，降低水体内有机质含量。③对于水下生物滤床2的管理，工程处理前期根据再生水水质确定滤床工作负荷。之后定期查看工作状态确保正常工作，待滤床运行一段时期后，水下生物滤床2内微生物群落可能发生老化的现象，需要往水下生物滤床2内注射营养剂或者添加新的菌种。④对于微纳米气泡发生装置4，安排管理人员定时检查设备，确定其处于正常工作状态；发生异常情况时，及时检修或更换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：包括阶梯式底部基础，所述阶梯式底部基础包括第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部，所述第二阶底部处于第一阶底部和第三阶底部之间，所述第一阶底部、第二阶底部和第三阶底部的高度依次降低；

所述第一阶底部上设置有污染物强化截留降解区，所述第二阶底部上设置有生态涵养区，所述第三阶底部上设置有立体生态修复区，所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区均灌注有水体，所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区依次通过低溢流坝连接；

所述污染物强化截留降解区连通污水处理厂的排水口，所述污染物强化截留降解区中设置有浮叶植物(1)、水下生物滤床(2)和微纳米气泡发生装置(4)；

所述生态涵养区种植有沉水植物(5)，且所述生态涵养区中也设置有生态浮床(6)；

所述立体生态修复区中养育有环境指示生物，且所述立体生态修复区中还种植有水生植物，所述立体生态修复区连通河湖。

2.如权利要求1所述的一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：所述阶梯式底部基础由填充有河道底泥的编织袋堆叠而成。

3.如权利要求1所述的一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：所述污染物强化截留降解区、生态涵养区和立体生态修复区的长度比例为1:4:1。

4.如权利要求1所述的一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：所述水下生物滤床(2)设于污染物强化截留降解区底部，所述水下生物滤床(2)为镀锌铁丝(7)绕制成具有网孔(8)的立方体结构，所述网孔(8)中均围隔有铁网，所述水下生物滤床(2)中设置有滤料(3)，所述滤料(3)包括陶粒、砂砾和碳源补充物质。

5.如权利要求4所述的一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：所述水下生物滤床(2)呈行列式排列在污染物强化截留降解区中，且所述每列水下生物滤床(2)的间隔为1～1.5m。

6.如权利要求1所述的一种用于河湖生态补水的污水处理厂再生水的生态修复系统，其特征在于：所述立体生态修复区中的环境指示生物包括鲫鱼和田螺。