CN111087076B - 一种化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法，河道治理系统包括河岸以及由两侧壁和底部组成的三面光河道，位于所述三面光河道两河岸沿水流方向设置若干个渗水井，所述渗水井包括通过若干个收集管依次连通的多级渗水井，位于起始端的渗水井为一级渗水井，位于末端的渗水井为末端渗水井；还包括与末端渗水井通过收集管连通的集水井；所述收集管的标高沿水流方向依次降低，用于将渗水井中的水逐级排至集水井。该河道治理系统保障了下游水质安全，同时避免了由于阻隔带来的地下水压力，并可以进一步通过在河道中栽种沉水植物和挺水植物，构建生境，能够有效地实现河道生态修复。

Description

一种化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法

技术领域

本发明属于河道治理领域，更具体地说，是一种化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法。

背景技术

地下水与河水的相互作用是自然界中普遍存在的一种自然现象，也是陆地水文循环的一个重要组成部分。二者在水量交换的同时水质也发生交换，在水力梯度作用下运动，携带的污染物质也随着水流迁移。近年来，生态环境问题日益受到广大群众的关注，尤其是化工园区，因其产业性质园区内乃至周边区域河道、土壤、大气环境更是环境保护的重点对象。然而，受污染的土壤、地下水存在的问题难以在短时间内得到彻底解决，它是一个复杂的系统性问题。对于地下水或土壤受污染程度严重区域的河道，其水质受地下水或土壤污染物的影响，河道水体中污染物种类复杂且含有毒有害成分，严重影响其汇入河道的水质安全。因此，在地下水或土壤短期内得不到彻底治理的情况下，在地下水修复或土壤修复期间，针对这类河道应进行合理的应急修复，以确保河道正常的生态功能。

正常河道的生态修复包括底质的修复、滨岸带的修复、水质提升以及水生植物的恢复。如中国专利申请公开号为CN106946339A，公开日为2017年2月8日的专利申请文件公开了一种河道原位净化及生态修复方法，该现有技术采用将河水抽干、曝晒底泥，通过自然氧化消除内源污染物，再进行翻耕等削减内源污染。但是这种方法只能适用于城市重污染河道，而针对化工园区重污染河道，其底泥中污染物含量高且复杂，应该采用土壤修复的手段进行底泥修复。中国专利申请公开号为CN105461072A，公开日为2015年12月29日的专利申请文件公开了一种生态护岸净化系统，主要通过在岸边设计防护桩和石笼，形成反应池对水体进行净化，但是这种滨岸带修复方法主要是为了对河水起到初步净化的效果，不适用于重污染河道，尤其是化工园区内重污染河道。

经检索，目前还未有针对化工园区重污染河道，尤其是受地下水或土壤污染河道的生态修复方法相关现有技术，因此，本发明在实际工程需要的基础上，提出了一种基于化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对化工园区受污染的地下水污染河道水体的问题，本发明的目的是提供一种化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复方法，通过设置三面光河道阻隔地下水的同时，建设多级渗水井和集水井缓解地下水压力，并通过引水、蓄水、生境构建、岸坡绿化等手段，构建生境，丰富河道生物多样性，提高其自净能力，最终实现化工园区重污染河道向生态型河道的转型。

2.技术方案

本发明提供的一种基于化工园区重污染河道治理系统及河道生态修复的方法，能够在短期内实现源头上消除污染，同时构建适用于化工园区的生态型河道。本发明的技术方案如下：

一种化工园区重污染河道治理系统，包括河岸以及由两侧壁和底部组成的三面光河道，

位于所述三面光河道两河岸沿水流方向设置若干个渗水井，所述渗水井包括通过若干个收集管依次连通的多级渗水井，位于起始端的渗水井为一级渗水井，位于末端的渗水井为末端渗水井；还包括与末端渗水井通过收集管连通的集水井；所述收集管的标高沿水流方向依次降低，用于将渗水井中的水逐级排至集水井。

将河道建为三面光河道后，彻底阻隔了受污染地下水流入河道内。但地下水与河水补给通道被隔断，长期运行中地下水压变大，会对河道的三面光硬化结构产生影响，因此建设渗水井，保证地下水位较高时缓解地下水压。同时，渗水井的设置还可以将受污染的地下水收集统一处理。

优选地，所述收集管沿水流方向逐级向下倾斜。由于渗水井沿水流方向逐级设置，其间起连通作用的收集管沿水流方向逐级向下倾斜，使渗水井中的地下水逐级流入集水井。

优选地，所述用于连通渗水井的收集管标高要低于地下水位线，更加有利于收集地下水通过重力自流进入集水井。

优选地，若干个所述渗水井底部铺设15～30cm厚的井底碎石层，用于截流泥沙，减少进入渗水井的淤泥沉积。

优选地，所述三面光河道内建设梯级跌水堰以蓄水。

优选地，所述蓄水主要通过在河道内建设梯级跌水堰实现，梯级生态跌水堰至少由3组跌水堰组成，相邻两级跌水堰的水位差在0.2m～0.5m之间，跌水堰可采用砖砌混凝土结构，迎水面坡度为1:1.5，背水面为垂直断面。跌水堰上设置0.3～0.5m宽的汀步，可走人，汀步与汀步之间预留0.3～0.5m宽的缺口，供上游来水溢流到下游。

优选地，所述河道底部由下至上依次设置粘土层、种植土层和碎石层，营造沉水植物生长基质。

优选地，按照所述河道水面面积的10％～30％配置生态浮床，在所述生态浮床上种植挺水植物。

优选地，所述三面光河道建设过程包括以下步骤：河道底部采用粘土分层夯实，河道侧坡比为1:2～1:3，侧坡用粘土分层夯实，之后进行找平、水泥砂浆铺设、砼预制块铺设。

一种化工园区重污染河道生态修复方法，主要步骤为：

1)将现有河道的底部和两侧壁全部硬化，建成三面光河道；

2)位于所述三面光河道两河岸沿水流方向建如前所述的若干个渗水井和集水井；

3)向所述三面光河道中引入外来水源，保证河道的正常蓄水同时可以增加对河床的压力，部分抵抗地下水压；

4)在所述三面光河道中蓄水并设置梯级跌水堰使河道内保持一定的水位，为水生植物的生长创造条件。

优选地，还包括以下步骤：5)在所述种植土层栽种沉水植物和挺水植物，构建生境。

优选地，所述生境构建工程主要是在河道底部填0.3～1.0m厚粘土，分层夯实，然后分别铺设30mm种植土和0.05～0.2m厚碎石，营造沉水植物和挺水植物生长基质。同时，按照河道水面面积的10％～30％配置生态浮床，在浮床上种植挺水植物。

优选地，所述步骤2)中向河道引水主要通过提升泵将外来水源引至河道内。正常情况下，河道内水位应达到1m～1.5m，水体流速约0.1m/s～0.5m/s。

优选地，在所述河岸种植藤蔓类植物。利用藤蔓植物“垂挂”特性，绿化岸坡，实现光秃岸坡的生态化改造，同时覆盖植物后的岸坡可以对地表径流有一个初步的截流、净化效果。优选地，所述水生植物主要为当地土著植物，建议选择的沉水植物种类有苦草、菹草、黑藻、狐尾藻，挺水植物有菖蒲、再力花、千屈菜、香蒲、水葱、芦竹等。

优选地，所述岸坡绿化是在沿河道边坡上边缘0.5m范围种植藤蔓植物，利用植物容易“垂挂”的特性，对硬质化边坡进行绿化，实现河道“无水泥”。

优选地，所述藤蔓植物主要为适应能力较强的黄馨、常春藤、络石、葛藤、爬山虎等，优先选用当地土著植物。

3.有益效果

相比于现有河道修复技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过将河道建成由两侧壁和底部组成的三面光河道，用于阻隔地下水中的污染物进入河道，保障下游河道水质安全；在此情况下长期运行中地下水压变大，会对河道的三面光硬化结构产生影响，因此建设沿水流方向设置的多级渗水井，保证地下水位较高时缓解地下水压，且能够使进入深水井的污染水体通过标高逐渐降低的收集管流入集水井进行集中处理；

(2)本发明的渗水井连通的收集管标高低于地下水位线，更加有利于收集地下水通过重力自流进入集水井；

(3)本发明的多级渗水井底部铺设15～30cm厚的井底碎石层，用于截流泥沙，减少淤泥沉积；

(4)本发明的一种化工园区重污染河道生态修复方法，首先建立三面光河道阻隔地下水中的污染物，设置渗水井用于平衡地下水压保护河道，再向河道中引入外来水源增加对河床的压力，使污染物被阻隔而不进入河道，保障了下游水质安全，同时避免了由于阻隔带来的地下水压力，并通过进一步在河道中栽种沉水植物和挺水植物，构建生境，能够有效地实现河道生态修复。

附图说明

图1为本发明河道的截断面示意图；

图2为本发明河道渗水井示意图；

图中：100、河岸；110、一级渗水井；111、第一收集管；112、井底碎石层；120、二级渗水井；121、第二收集管；130、三级渗水井；131、第三收集管；140、末端渗水井；141、第四收集管；150、集水井；

200、侧壁；

300、底部；310、粘土层；320、种植土层；330、碎石层；340、水生植物；

400、生态浮床；410、挺水植物；420、跌水堰。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

面积、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就好像每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。

一种基于化工园区重污染河道水体的修复方法，本实施例选取某化工园区内的一条河道，由于受园区工业废水的污染，该河道地下水COD高达15000mg/L。修复前河道黑臭明显，底泥上浮，且水量较小。为保障下游河道水质安全，对河道进行了修复。主要包括：

首先，将现有河道受污染水体抽干收集并处理，构建如图1所示的三面光河道：河道底部依次进行清淤疏浚、换填1m厚粘土分层夯实，然后用5cm厚M10水泥砂浆找平，最后用C25砼铺盖河道底部300和两侧壁200形成三面光河道，其中，砼预制块间采用M10水泥砂浆勾缝密实。河道两侧壁依次换填5m厚粘土进行分层夯实后用4cm厚粗石粉找平，接着铺设2cm厚M10水泥砂浆，最后铺盖60cm×60cm×8cm砼预制块，同样，砼预制块间采用M10水泥砂浆勾缝密实，形成侧坡比为1:2～1:3的河道侧壁。

如图2所示，在河道两河岸100各建设一个地下水渗水导排系统，该系统是由四个渗水井、四个连通渗水井的收集管和一个集水井150组成。具体地，地下水渗水导排系统包括位于所述三面光河道两河岸沿水流方向设置的渗水井，渗水井包括通过收集管依次连通的四个渗水井，位于起始端的渗水井为一级渗水井110，其通过第一收集管111连接二级渗水井120，二级渗水井120通过第二收集管121连接第三渗水井130，三级渗水井130通过第三收集管131连接位于末端的渗水井即末端渗水井140；末端渗水井140通过第四收集管与集水井150连通；全部的收集管与河道平行布置，收集管的标高沿水流方向依次降低，本实施例中四个收集管总体坡度为8.23％，用于将渗水井中的水逐级排至集水井150。其中，渗水井底部低于河道底高程50cm，顶部高出地面20cm，渗水井中水顺收集管自流进地势最低的集水井150中，达到设计液位通过移动设备运至园区污水处理厂进行处理或在集水井150内处理。

根据河道生态需水量计算，每天向河道内引调50000m³优质水源(此处所称的优质水源是指水质不低于地表水Ⅳ类的水体，控制水体流速为0.1m/s～0.5m/s；同时在河道内修建3级跌水堰420，相邻两级跌水堰420高差为50cm，跌水堰420分为挡水部分和过水部分，挡水部分留有人行汀步长80cm×宽30cm×高33cm，每相邻两个汀步之间为过水通道，长80cm×宽40cm×高33cm。跌水堰420结构采用C20砼。跌水堰420建成后，河道内可蓄水位1.05m。

如图1所示，待河道底部和两侧壁硬化后底部回填30cm厚粘土形成粘土层310，然后回填了30cm种植土形成种植土层320，最后在种植土层320上铺上了一层粒径为8mm～20mm的砾石层330，在进水初期通过人工栽植的方法在河床中间种植苦草、菹草和黑藻，种植密度分别为16-25丛/平米、25-30丛/平米和10-12丛/平米。

另外，通过生态浮床400种植了凤眼莲固定于河床两侧，凤眼莲又称水葫芦，其对水体中的污染物质吸附能力极强，同时又能适应较恶劣的水环境。生态浮床的覆盖面积占水面面积的10％，浮床单体尺寸为长200cm×宽100cm。

最后，在河道上边缘50cm范围内种植了云南黄馨，利用其常绿、垂挂的特性装饰河道两侧硬质材料。同时，可以对地表径流进行初步截流和净化。

本发明的一种重污染河道水体的生态修复方法是基于河道受地下水污染或土壤污染情况下提出的，该方法将地下水阻隔技术和河道修复技术进行充分结合，使河道在不受外源污染的情况仍能正常发挥其生态功能，同时有效保障了河道下游的水质安全。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，如可以根据河道长度及地下水压力设计渗水井的个数，也可以为除四个以外的其它数量的渗水井。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和变型，这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种化工园区重污染河道治理系统，其特征在于：

包括河岸（100）以及由两侧壁（200）和底部（300）组成的三面光河道，所述底部（300）由下至上依次设置粘土层（310）、种植土层（320）和碎石层（330），营造沉水植物生长基质；

位于所述三面光河道两河岸（100）沿水流方向设置若干个渗水井，所述渗水井包括通过若干个收集管依次连通的多级渗水井，位于起始端的渗水井为一级渗水井（110），位于末端的渗水井为末端渗水井（140）；

还包括与末端渗水井（140）通过收集管连通的集水井（150）；

所述收集管的标高沿水流方向依次降低，用于将渗水井中的水逐级排至集水井（150）；

所述用于连通渗水井的收集管标高低于地下水位线。

2.根据权利要求1所述的化工园区重污染河道治理系统，其特征在于，所述收集管沿水流方向逐级向下倾斜。

3.根据权利要求1所述的化工园区重污染河道治理系统，其特征在于，若干个所述渗水井底部铺设井底碎石层（112）。

4.根据权利要求1所述的化工园区重污染河道治理系统，其特征在于，所述河道内建设梯级跌水堰（420）。

5.根据权利要求1所述的化工园区重污染河道治理系统，其特征在于，按照所述河道水面面积的10%~30%配置生态浮床（400），在所述生态浮床上种植挺水植物（410）。

6.一种化工园区重污染河道生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将现有河道的底部和两侧壁全部硬化，建成三面光河道；

2）位于所述三面光河道两河岸（100）沿水流方向建如权利要求1~5中任意一项所述的若干个渗水井和集水井（150）；

3）向所述三面光河道中引入外来水源，保证河道的正常蓄水同时可以增加对河床的压力，部分抵抗地下水压；

4）在所述三面光河道中蓄水并设置梯级跌水堰（420）使河道内保持一定的水位，为水生植物的生长创造条件。

7.根据权利要求6所述的化工园区重污染河道生态修复方法，其特征在于，还包括以下步骤：5）在所述种植土层栽种沉水植物和挺水植物，构建生境。

8.根据权利要求6所述的化工园区重污染河道生态修复方法，其特征在于，所述步骤3）中引入外来水源使河道内水位达到1m~1.5m，水体流速0.1m/s~0.5m/s。

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