CN109574248B - 补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水净化技术领域，具体公开了补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：(1)打捞河道底部污泥，筛选、分离、培养土著微生物，然后进行驯化，将驯化后的土著微生物重新投加到河道中；(2)将河道改造为生态沟渠，将生态沟渠依次划设置为：微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区；(3)在曝气区中设置曝气过滤装置，每天使曝气过滤装置连续运行6‑10h；每25‑40d清理曝气区内隔绝的杂质；(4)生态沟渠中的水经过微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区的净化后最终流向次级河流、湖库。使用本发明方案的方法，在补水水系的原位对污水进行净化，确保流入次级河道、湖泊的水是干净的，不会带来二次污染。

Description

补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法

技术领域

本发明属于污水净化技术领域，尤其涉及一种补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法。

背景技术

随着城市化的进程不断加快，城镇人口急剧增多，城镇环境污染与经济发展之间的矛盾变得日益突出，其中水质污染已经成为城镇可持续发展的公害。水体污染的来源，可以分为点源污染和面源污染两大类，大、中型企业排放形成的点源污染，属于企业内部的治理范围；而城镇生活污水、小型企业排放的少量污水和农业施肥和使用农药形成的面源污染，其来源广泛，治理难度更大。目前我国绝大部分城乡正遭受不同程度的面源污水污染，包括城镇生活污水、小企业排放的污水和农田面源污水的污染等。

目前，全国天然优质水资源日益短缺，人们的生活及工业用水不断增加，城市河流、湖泊补水量不断减少，加上各种河道水体流动性差，容易使水体发生黑臭现象，以及城市污水、生活污水的排入，导致水质急剧下降，甚至有的河道里的水变成了长时间没有流动的死水，直至变黄、变黑、变质，水体失去了自净能力。

河道是农田、次级河流、湖库的重要补水水系，如河道里的水变成污染严重的黑臭水体，河道里的水流入农田、次级河流、湖库后还将对农田、次级河流、湖库造成二次污染，治理河道水质污染是迫在眉睫的事情。

原位生物修复是在不改变土壤、河流位置的情况下，通过添加微生物试剂、营养元素以及土壤改良剂等，提高土壤土著微生物或外源微生物对土壤、河流有机污染物的降解，从而使得土壤、河流得到修复的过程。但是使用现有的原位修复方法，由于需要持续的添加微生物试剂、营养元素、土壤改良剂等物质，成本高昂，初步修复完成后，一旦停止投加微生物试剂、营养元素等，水质容易出现反复，治理的可持续性需提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，以解决使用现有的原位修复方法需持续投入微生物试剂、营养元素、土壤改良剂等物质，成本高昂，且后续治理效果不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：

(1)打捞河道底部的污泥，筛选、分离、培养河道污泥中能以污泥为碳源的高效土著微生物，然后进行驯化，将驯化后的土著微生物重新投加到河道中；

(2)将河道改造为生态沟渠，将生态沟渠依次划分为：微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区；

(3)在曝气区中设置曝气过滤装置，每天使曝气过滤装置连续运行6-10h；每25-40d清理曝气区内隔绝的杂质；

(4)生态沟渠中的水经过微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区的净化后最终流向次级河流、湖库。

本基础方案的有益效果在于：

1、分离驯化土著微生物，土著微生物对河道的环境十分适应，能够迅速生长繁殖，土著微生物投入一次即可，不需持续投入；而且土著微生物以河道内的有机物为营养物质，不需额外投加营养元素，有效减低成本。将驯化后的土著微生物重新投加到河道中，土著微生物能将河道污泥内的有机物、污染物进行分解处理，极大改善河道的水体环境，对水体的污染防治起到重要作用。

2、水体缺氧是河道黑臭的根本原因，适当的曝气是黑臭河道生物修复的重要技术环节。水体中的溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光和作用，单靠自然复氧，水体自净过程非常缓慢，对河道进行曝气充氧以提高溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，改善水体水质。曝气增氧有利于改善生态沟渠中的水质，但申请人发现，并非曝气的时间越长越好，间歇性的曝气反而能够取到更好的效果。每天曝气6-10h，不但能使水质的改善得到最佳的效果，也降低了曝气过滤装置的运行费用。

3、生态沟渠中的水经过微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区的净化后，水质能够得到极大的改善，最终流向次级河流、湖库时不会带来任何的污染。

进一步，微生物修复区与曝气区之间设有挡水板，挡水板的下部开有通水口；微生物修复区从下到上依次设有焦炭层、砾石层和生物沸石层，焦炭层、砾石层和生物沸石层均投加有驯化后的土著微生物；生物沸石层上方设有漂浮在水面上的生态浮床。

进一步，1/3-3/5的生态浮床上共同种植有美人蕉、旱伞草和香蒲；余下的生态浮床上共同种植有睡莲、狐尾草和黑麦草。申请人经过长时间的研究发现，如此设置能使生态浮床去除氮、磷等元素的效果更佳。

进一步，曝气过滤装置包括粗过滤部、精过滤部和固定在生态沟渠上的机架，机架上设有用于驱使水流动的水车和驱动水车转动的动力机构，水车包括转动连接在机架上的转笼和多个固定在转笼周向上的水斗，转笼内填充有生物填料；粗过滤部和精过滤部均包括固定在生态沟渠底部并沿生态沟渠宽度方向分布的滑动槽和滑动连接在滑动槽内的筛盒，筛盒的内部中空且装有能与筛盒的内壁进行摩擦的砾石；粗过滤部的筛盒朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有第一筛孔，精过滤部的筛盒朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有孔径小于第一筛孔的第二筛孔；转笼侧壁的偏心位置上铰接有连杆，连杆远离转笼的一端铰接在粗过滤部的筛盒上；粗过滤部和精过滤部之间设有传动杆，传动杆的一端铰接在粗过滤部的筛盒上，另一端铰接在精过滤部的筛盒上，传动杆的杆身铰接在曝气区的侧壁上。

转笼、连杆、粗过滤部的筛盒(以下简称为粗筛盒)构成了曲柄滑块机构。需要曝气过滤装置工作时，启动动力机构，动力机构带动转笼往固定方向转动。转笼转动时，水斗先将生态沟渠上的水向上输送，转动一定角度后，水斗上的水从高处落下，在这个过程中，生态沟渠内的水与空气接触面积增大，增加了水体的含氧量；而且转笼使得生态沟渠内的水流动起来，流动的水能够有效预防水体富营养化以及发生黑臭现象。转笼转动时，转笼内的生物填料能够间歇性的露出水面与空气接触，有利于生物填料内微生物的生长。

水流动时，水中粒径较大的固体杂质被阻挡在粗筛盒外，然后在重力作用下沉淀；水从粗过滤部流向精过滤部的筛盒(以下简称为精筛盒)时，再生水中粒径较小的固体杂质被阻挡在精筛盒外，然后在重力作用下沉淀，最后从曝气区流向反硝化区的水基本不含固体杂质。

转笼转动时还通过连杆驱动粗筛盒不断往复运动，在这个过程中，粗筛盒内的砾石与粗筛盒内壁发生摩擦，砾石的部分边角能够伸出第一筛孔，将堵塞在第一筛孔上的杂质挤出，有效防止杂质堵塞第一筛孔导致粗过滤部的过滤失效。粗筛盒往复运动时通过传动杆驱动精筛盒一同往复运动，精筛盒内的砾石与精筛盒内壁发生摩擦，同样也能有效避免第二筛孔堵塞，防止精过滤部失效。

进一步，微生物修复区的底部设有内部中空的曝气板，曝气板的上表面开有多个通孔；粗过滤部、精过滤部的筛盒均滑动且密封连接在滑动槽内，两个滑动槽上均连接有进气管和排气管，进气管的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管的排气端与曝气板连通；进气管上设有单向进气阀，排气管上设有单向排气阀。

曝气过滤装置工作时，精筛盒、粗筛盒不断往复运动，精筛盒或粗筛盒下行时会挤压对应的滑动槽，滑动槽内的压强增大，单向排气阀打开，滑动槽内的空气通过排气管进入曝气板，最后从曝气板的通孔排出，进入微生物修复区中。空气的排入有利于土著微生物的生长和繁殖，促使土著微生物能氧化分解大量有机物并将其转化为无机物来修复受污染水体。

进一步，曝气区与反硝化区之间设有隔水板，隔水板的下部开有流水口；反硝化区内设有外加碳源，外加碳源为秸秆。外加碳源为反硝化反应提供碳源，促进脱氮，而秸秆来源广泛，价格低廉，是最为合适的选择。

进一步，植物吸收区与反硝化区之间设有间隔板，间隔板的上部开有位于外加碳源上方的进水口；植物吸收区的侧边上种植有护坡植物，底部种植有能够吸收氮、磷元素的净化植物。

进一步，护坡植物为芦苇；净化植物沿再生水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。申请人经过长时间的研究发现，选用芦苇作为护坡植物不但能够起到防止边坡受冲刷的作用，还能吸收再生水中的氮磷。净化植物的布置包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉，这样设置，净化植物吸收氮磷的效果极佳。

进一步，微生物修复区、曝气区的纵截面设置为矩形，植物吸收区的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。

进一步，生态沟渠的边坡上堆砌有混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖。如此设置能够有效防止生态沟渠的边坡受冲刷作用。

附图说明

图1为本发明实施例生态沟渠主视方向的剖视图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是图1中植物吸收区的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图1-3中的附图标记包括：微生物修复区10、曝气板11、焦炭层12、砾石层13、生物沸石层14、生态浮床15、挡水板20、通水口21、曝气区30、转笼40、生物填料41、水斗42、连杆43、滑动槽50、进气管51、单向进气阀511、排气管52、单向排气阀521、筛盒53、砾石531、传动杆54、隔水板60、流水口61、反硝化区70、外加碳源71、间隔板80、进水口81、植物吸收区90、净化植物91、护坡植物92。

本实施例提供一种补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：

(1)打捞河道底部的污泥，筛选、分离、培养河道污泥中能以污泥为碳源的高效土著微生物，然后进行驯化，将驯化后的土著微生物重新投加到河道中。

(2)将河道改造为生态沟渠，在生态沟渠的边坡上堆砌混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖；将生态沟渠依次划分为：微生物修复区10、曝气区30、反硝化区70和植物吸收区90，微生物修复区10、曝气区30的纵截面设置为矩形，植物吸收区90的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。

(3)在曝气区30中设置曝气过滤装置，每天使曝气过滤装置连续运行6-10h；每25-40d清理曝气区30内隔绝的杂质。

(4)生态沟渠中的水经过微生物修复区10、曝气区30、反硝化区70和植物吸收区90的净化后最终流向次级河流、湖库。

如图1所示，微生物修复区10与曝气区30之间固定有挡水板20，挡水板20的下部开有通水口21。微生物修复区10从下到上依次设有曝气板11、焦炭层12、砾石层13和生物沸石层14，曝气板11的内部中空并且其上表面开有多个通孔，焦炭层12、砾石层13和生物沸石层14上均投加有驯化后的土著微生物。生物沸石层14上方设有漂浮在水面上的生态浮床15，1/3-3/5的生态浮床15(在本实施中为1/2的生态浮床)上共同种植有美人蕉、旱伞草和香蒲；余下的生态浮床15上共同种植有睡莲、狐尾草和黑麦草。在微生物修复区10设有对生态浮床15进行拦截的挡板，防止生态浮床15漂浮到其他地方。

曝气区30的曝气过滤装置包括粗过滤部、精过滤部和固定在生态沟渠上的机架，机架上设有水车和驱动水车转动的动力机构，在本实施例中动力机构为电机，电机的输出轴与水车的转动中心连接。水车用于驱使水发生流动，水车包括转动连接在机架上的转笼40和多个均匀固定在转笼40周向上的水斗42，转笼40内填充有生物填料41。粗过滤部和精过滤部均包括滑动槽50和滑动且密封连接在滑动槽50内的筛盒53，滑动槽50固定在生态沟渠的底部并沿生态沟渠的宽度方向分布，滑动槽50的高度设置在0.4-0.6m之间(在本实施中为0.5m)。结合图2所示，两个滑动槽50上均连接有进气管51和排气管52，进气管51的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管52的排气端与曝气板11连通；进气管51上设有单向进气阀511，排气管52上设有单向排气阀521。

筛盒53的内部中空且装有能与筛盒53的内壁进行摩擦的砾石531，粗过滤部的筛盒53(下文简称为粗筛盒)朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有多个第一筛孔，精过滤部的筛盒53(下文简称为精筛盒)朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有多个第二筛孔，第二筛孔的孔径小于第一筛孔。转笼40侧壁的偏心位置上铰接有连杆43，连杆43远离转笼40的一端铰接在粗过滤部的筛盒53上，转笼40、连杆43、粗筛盒构成了曲柄滑块机构。粗过滤部和精过滤部之间设有两根传动杆54，两根传动杆54分别铰接在曝气区30的两个相对侧壁上，传动杆54与曝气区30侧壁之间的铰接点位于传动杆54的中部位置；传动杆54的一端铰接在粗筛盒上，另一端端铰接在精筛盒上。

曝气区30与反硝化区70之间设有隔水板60，隔水板60的下部开有流水口61；反硝化区70内设有外加碳源71，外加碳源71为秸秆。外加碳源71为反硝化反应提供碳源，促进脱氮，而秸秆来源广泛，价格低廉，是最为合适的选择。

植物吸收区90与反硝化区70之间设有间隔板80，间隔板80的上部开有位于外加碳源71上方的进水口81。结合图3所示，植物吸收区90的侧边上种植有护坡植物92，底部种植净化植物91，护坡植物92为芦苇，净化植物91沿再生水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。

未经净化处理前，测量原河道内水的COD值、总氮、总磷浓度，得到COD值＝237mg/L，总氮＝91mg/L，总磷＝27mg/L。测量经生态沟渠处理60天后水的COD值、总氮、总磷浓度，得到COD值＝40mg/L，总氮＝14mg/L，总磷＝0.028mg/L，河道的水质得到极大的改善，这些水流向次级河流、湖库也不会造成二次污染。

Claims (9)

1.补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)打捞河道底部的污泥，筛选、分离、培养河道污泥中能以污泥为碳源的高效土著微生物，然后进行驯化，将驯化后的土著微生物重新投加到河道中；

(2)将河道改造为生态沟渠，将生态沟渠依次划分为：微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区；

(3)在曝气区中设置曝气过滤装置，每天使曝气过滤装置连续运行6-10h；每25-40d清理曝气区内隔绝的杂质；曝气过滤装置包括粗过滤部、精过滤部和固定在生态沟渠上的机架，机架上设有用于驱使水流动的水车和驱动水车转动的动力机构，水车包括转动连接在机架上的转笼和多个固定在转笼周向上的水斗，转笼内填充有生物填料；粗过滤部和精过滤部均包括固定在生态沟渠底部并沿生态沟渠宽度方向分布的滑动槽和滑动连接在滑动槽内的筛盒，筛盒的内部中空且装有能与筛盒的内壁进行摩擦的砾石；粗过滤部的筛盒朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有第一筛孔，精过滤部的筛盒朝向生态沟渠长度方向的两个侧面上均开有孔径小于第一筛孔的第二筛孔；转笼侧壁的偏心位置上铰接有连杆，连杆远离转笼的一端铰接在粗过滤部的筛盒上；粗过滤部和精过滤部之间设有传动杆，传动杆的一端铰接在粗过滤部的筛盒上，另一端铰接在精过滤部的筛盒上，传动杆的杆身铰接在曝气区的侧壁上；

(4)生态沟渠中的水经过微生物修复区、曝气区、反硝化区和植物吸收区的净化后最终流向次级河流、湖库。

2.根据权利要求1所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：微生物修复区与曝气区之间设有挡水板，挡水板的下部开有通水口；微生物修复区从下到上依次设有焦炭层、砾石层和生物沸石层，焦炭层、砾石层和生物沸石层均投加有驯化后的土著微生物；生物沸石层上方设有漂浮在水面上的生态浮床。

3.根据权利要求2所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：1/3-3/5的生态浮床上共同种植有美人蕉、旱伞草和香蒲；余下的生态浮床上共同种植有睡莲、狐尾草和黑麦草。

4.根据权利要求1所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：微生物修复区的底部设有内部中空的曝气板，曝气板的上表面开有多个通孔；粗过滤部、精过滤部的筛盒均滑动且密封连接在滑动槽内，两个滑动槽上均连接有进气管和排气管，进气管的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管的排气端与曝气板连通；进气管上设有单向进气阀，排气管上设有单向排气阀。

5.根据权利要求4所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：曝气区与反硝化区之间设有隔水板，隔水板的下部开有流水口；反硝化区内设有外加碳源，外加碳源为秸秆。

6.根据权利要求5所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：植物吸收区与反硝化区之间设有间隔板，间隔板的上部开有位于外加碳源上方的进水口；植物吸收区的侧边上种植有护坡植物，底部种植有能够吸收氮、磷元素的净化植物。

7.根据权利要求6所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：护坡植物为芦苇；净化植物沿水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。

8.根据权利要求7所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：微生物修复区、曝气区的纵截面设置为矩形，植物吸收区的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。

9.根据权利要求8所述的补水水系原位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：生态沟渠的底部设置有底板，底板由混凝土浇筑而成；生态沟渠的边坡上堆砌有混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖。

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