CN111285561A - 一种城市河流型黑臭水体修复技术集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，包括‑第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段、挡水坝、第一絮凝剂加药系统、第一污泥斗、植物缓冲浮岛、石墨烯光催化网、生态浮岛、第二污泥斗、第二絮凝剂加药系统、排污管、水生植物、河堤，构建了城市黑臭水体原位处理技术体系，可实现城市黑臭水体治理中水质净化‑景观改善‑生态重建多重目标；采用原位处理修复方式治理黑臭水体，不占用土地，城市河流水质及生态景观改善效果好；有效提高水体透明度，增加溶解氧，除磷脱氮效果明显，借助本底生物构建稳定的生态链，满足城市黑臭水体治理长效保持需求；该工艺方法实施难度小，浮岛采用模块化设计，易于更换和维护。

Description

一种城市河流型黑臭水体修复技术集成系统

技术领域

本发明涉及污水净化技术领域，尤其涉及一种城市河流型黑臭水体修复技 术集成系统。

背景技术

城市水环境保护事关人民群众切身利益，然而城市黑臭水体不仅给群众带 来了极差的感官体验，也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题。

目前在城市黑臭水体治理中存在以下问题：(1)许多城区存在截流控污不 到位、生态补水不足、初期雨水直排等问题；(2)黑臭水体造成城市景观体验 差；(3)城市黑臭水体的成因主要为外源污染、内源污染、自净能力差、缺乏 长效机制；(4)外源污染主要包括城市污水直排、工业废水偷排、合流制管网 溢流污染、城市初期雨水、农业面源及沿岸乱扔的垃圾等；内源污染主要包括 河底底泥释放、水生植物腐烂等；自净能力差主要包括水动力不足，流动性差、 缺氧、水生态系统脆弱等；缺乏长效机制主要为部门职能存在冲突，管理不到 位等。

为实现城市黑臭水体治理中水质净化-景观改善-生态重建多重目标，满足 城市黑臭水体治理长效保持需求，特研发本技术。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种城市河流型黑臭水体修 复技术集成系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括-第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段、挡水坝、 第一絮凝剂加药系统、第一污泥斗、植物缓冲浮岛、石墨烯光催化网、生态浮 岛、第二污泥斗、第二絮凝剂加药系统、排污管、水生植物、河堤，所述河堤 的中部设置多个所述挡水坝形成所述第一回水段、第二回水段、第三回水段、 第四回水段，所述第一回水段中设置有地域污泥斗，所述第一回水段、第二回 水段、第三回水段、第四回水段中均设置有植物缓冲浮岛，所述第一回水段中 设置有地域絮凝剂加药系统，所述第二回水段中设置有多个石墨烯光催化网， 所述第三回水段中设置有多个生态浮岛，所述第四回水段中设置所述第二絮凝 剂加药系统和第二污泥斗，所述植物缓冲浮岛上设置有排污管。

进一步，所述植物缓冲浮岛由布水槽、框架、集水槽、模块化基质、固定 绳索、浮岛固定装置、锯齿结构组成，所述排污管设置于河堤内，所述排污管 与所述布水槽连接，所述布水槽的中部设置所述框架，所述框架中设置多个模 块化基质，所述框架的另一侧设置所述集水槽，所述河堤的侧边设置所述浮岛 固定装置，所述集水槽与所述浮岛固定装置之间连接所述固定绳索，所述集水 槽与所述布水槽上部均设置为锯齿结构，所述模块化基质上种植水生植物。

进一步，所述第一回水段的底部为倾斜的硬化河床底，所述硬化河床底的 低端设置所述第一污泥斗，所述第一污泥斗中设置排泥泵。

进一步，所述生态浮岛由浮岛框架、打孔支撑板、悬挂式玄武岩纤维填料 单元、上固定端、下固定端组成，所述浮岛框架上设置所述打孔支撑板，所述 打孔支撑板的上端设置模块化基质，所述模块化基质上种植水生植物，所述打 孔支撑板上设置多条所述悬挂式玄武岩纤维填料单元，所述悬挂式玄武岩纤维 填料单元的上下两端分别通过所述上固定端和所述下固定端固定在所述打孔支 撑板的上下两端。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，与现有技术相比， 本发明具有以下优点：

1、从工艺流程角度，构建了城市黑臭水体原位处理技术体系，从控源、截 污、增氧、生态系统恢复多方面进行技术集成，可实现城市黑臭水体治理中水 质净化-景观改善-生态重建多重目标；

2.从治理区位角度，该工艺适用于城市污染源截污难度大或不彻底、低流速、 高污染河段，采用原位处理修复方式治理黑臭水体，不占用土地，城市河流水 质及生态景观改善效果好；

3.从处理效果角度，有效提高水体透明度，增加溶解氧，除磷脱氮效果明显， 借助本底生物构建稳定的生态链，满足城市黑臭水体治理长效保持需求；

4.从操作实施角度，该工艺方法实施难度小，浮岛采用模块化设计，易于更 换和维护。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视平面图；

图2是本发明的植物缓冲浮岛俯视平面结构示意图；

图3是本发明的植物缓冲浮岛剖面结构示意图；

图4是本发明的第一缓冲段剖面结构示意图；

图5是本发明的生态浮岛结构示意图。

图中：1-第一回水段、2-第二回水段、3-第三回水段、4-第四回水段、5-挡 水坝、6-第一絮凝剂加药系统、7-第一污泥斗、8-植物缓冲浮岛、9-石墨烯光催 化网、10-生态浮岛、11-第二污泥斗、12-第二絮凝剂加药系统、13-排污管、14- 水生植物、15-河堤、81-布水槽、82-框架、83-集水槽、84-模块化基质、85-固 定绳索、86-浮岛固定装置、87-锯齿结构、101-硬化河床底、102-排泥泵、1001- 浮岛框架、1002-打孔支撑板、1003-悬挂式玄武岩纤维填料单元、1004-上固定 端、1005-下固定端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明包括-第一回水段1、第二回水段2、第三回水段3、第 四回水段4、挡水坝5、第一絮凝剂加药系统6、第一污泥斗7、植物缓冲浮岛8、 石墨烯光催化网9、生态浮岛10、第二污泥斗11、第二絮凝剂加药系统12、排 污管13、水生植物14、河堤15，所述河堤的中部设置多个所述挡水坝形成所述 第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段，所述第一回水段中设置 有地域污泥斗，所述第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段中均 设置有植物缓冲浮岛，所述第一回水段中设置有地域絮凝剂加药系统，所述第二回水段中设置有多个石墨烯光催化网，所述第三回水段中设置有多个生态浮 岛，所述第四回水段中设置所述第二絮凝剂加药系统和第二污泥斗，所述植物 缓冲浮岛上设置有排污管。

在城市河道两岸的污水排口(包括雨污合流排口)处设置植物缓冲浮岛， 植物缓冲浮岛数量及间隔视排口数量、间距而定，为保持美观需要等间距设置 时，则没有排口的地段也可设置。以一定的间隔在河道修建挡水坝(闸)，挡水 坝为4座及以上数量，挡水坝间距视河流宽度、流量等而定。挡水坝将河水拦 截形成回水段，从而形成宽阔的水面，增加城市风光，把提上形成瀑布景观， 有效改善生态人文环境。以修建4座挡水坝为例，由上游到下游形成4个回水 段(图1)。

如图2和图3所示：所述植物缓冲浮岛由布水槽81、框架82、集水槽83、 模块化基质84、固定绳索85、浮岛固定装置86、锯齿结构87组成，所述排污 管设置于河堤内，所述排污管与所述布水槽连接，所述布水槽的中部设置所述 框架，所述框架中设置多个模块化基质，所述框架的另一侧设置所述集水槽， 所述河堤的侧边设置所述浮岛固定装置，所述集水槽与所述浮岛固定装置之间 连接所述固定绳索，所述集水槽与所述布水槽上部均设置为锯齿结构，所述模 块化基质上种植水生植物。

植物缓冲浮岛由框架和水生植物模块组成，框架可根据实际需求设计成多 种形式，尺寸大小根据污水流量参照人工湿地尺寸计算方法来计算。以长方形 框架为例，框架选用轻质、强度高的框架材料制作，由于河道设置了挡水坝形 成较稳定的水位，因此可将植物缓冲浮岛利用绳索、铆钉等固定在河堤，不需 要像常规浮岛随水位变化而升降，浮岛固定高度可根据实际情况而定，以能遮 挡住排口并满足水力梯度为宜。在植物缓冲浮岛靠近河堤一侧设置布水槽，靠 近河心一侧设置收集槽，水槽出水边设计为锯齿形(图2)。在长方形框架上放 置模块化的基质填料，将基质填料模块紧密排列在浮岛框架上形成处理单元， 基质填料上方栽种植物，植物高度以超过排口高度为宜，此设计形成一个小型 表流+潜流型人工湿地(图3)。参照本人专利(公告号CN104944589B)，基质 模块可设计为正方形、正六边形柱体等形状，尺寸可根据实际情况而定，并在 在周边和底部密集打孔。以正六边形为例，则可形成蜂窝状的处理单元。将填 料填充在基质模块中，填料铺设由下到上依次为灰岩、河砂、土壤，灰岩填料 层厚度30cm，粒径范围0.5cm～1cm；河砂层厚度5cm，粒径0.035-0.05cm，土 壤，厚度5cm，此填料渗透系数在61.65m/d～267.67m/d之间，孔隙率0.25～0.40 之间，其渗透系数和孔隙率可满足布水要求。本阶段中可起到对排口来水的缓 冲作用，减少后续处理的压力。排口污水进入布水槽后，使得污水均匀进入植 物缓冲浮岛，灰岩填料配合水生植物可有效去除总磷、去除部分氨氮、COD， 降低污水浊度，最后经处理的污水经收集槽和锯齿排入河道，锯齿状设计还可 增加水体溶解氧。植物还可将排口遮挡，更加美观。基质模块化设计方便维护 和更换植物。

如图4所示：所述第一回水段的底部为倾斜的硬化河床底101，所述硬化河 床底的低端设置所述第一污泥斗7，所述第一污泥斗中设置排泥泵102。

在河岸上修建絮凝剂加药系统，絮凝加药系统视河水水质情况开启，絮凝 剂可采用聚氯化铝溶液(PAC)或者三氯化铁溶液(FeCl3)，具有高效廉价的特 点，絮凝剂投加量需根据试验确定；河床底部可参照沉淀池形式设计，底部硬 化，在靠近岸边河道内修建成污泥斗形式，河床其它部位底部倾斜设置，坡度 10°-20°，河道沉淀池用于沉淀絮凝物，可利用人工方式或排泥泵方式定期清 除污泥(图4)。本段可去除河水中的总磷，并能有效降低河水的浊度(Turbidity)、 悬浮物(SS)，提高河水透明度。

第2回水段：增加溶解氧

经过第1回水段后，河水经过挡水坝跌水，增加一定的溶解氧，但溶解氧 还存在不足，因此在第2回水段重点是增加水体溶解氧，可利用人工曝气、石 墨烯光催化等方式增氧。以石墨烯光催化网为例，在水体中央布设石墨烯光催 化网，视情况在河流水体中布置水生植物浮岛，配合河流岸边的植物缓冲浮岛， 形成生态景观效果(图5)。本段光催化网+生态景观植物协同进行，在光催化网 的作用下，分解水体的有毒有害有机物，增加水体溶解氧，使水中的好氧菌增 多、厌氧菌减少，还可根据季节的变化更换浮岛上的适宜河道生长和感观提升 的水生植物。石墨烯光催化网的布设不再赘述，可参考已有专利CN209740936U 等。

第3回水段：生态重建

经过第2回水段后，水体内溶解氧充足，在第3回水段设置生态浮岛，配 合河流岸边的植物缓冲浮岛，形成生态景观效果，并重新构建生态系统(图1、 图5)。生态浮岛由框架、模块化基质、水生植物、悬挂式填料组成。框架可根 据实际景观效果设计成长方体、立方体、圆柱体等形状，框架上方有支撑板， 用来支撑模块化基质，也可支撑悬挂式填料；支撑板根据栽种的植物及其模块 大小打孔，模块化基质放入孔中，植物根系部分可淹没在水中。框架上方的生 态浮岛基质模块和植物可参照上述植物缓冲浮岛设计，不再赘述。在基质模块 下方悬挂玄武岩纤维填料，该悬挂式填料是将改性玄武岩纤维经过编制形成特 定的结构，呈束状，每一束可达4000根，将多束填料编制成伞状，并利用不锈 钢丝串联起来形成束状结构填料单元，长度随水深而定，为保持稳定，玄武岩 填料下部固定在框架上。本段主要作用为利用人工浮岛吸附和吸收水中的氮、 磷等富营养化物质，在植物、动物、昆虫以及微生物的共同作用下使环境水质 得以净化，通过植物种植形成美妙的水上景观，达到修复和重建水体生态系统 的目的。悬挂式玄武岩纤维填料，具有高比表面积、高生物吸附量、不易板结 等特点，可作为微生物栖息的三维载体填料，能有效形成厌氧、无氧、兼氧、 好氧层，并于原后生动物等建立食物链，形成生态系统，利用该填料处理污水， 具有处理能力高，脱氮效果明显，剩余污泥量少等特点。

如图5所示：所述生态浮岛由浮岛框架1001、打孔支撑板1002、悬挂式玄 武岩纤维填料单元1003、上固定端1004、下固定端1004组成，所述浮岛框架 上设置所述打孔支撑板，所述打孔支撑板的上端设置模块化基质，所述模块化 基质上种植水生植物，所述打孔支撑板上设置多条所述悬挂式玄武岩纤维填料 单元，所述悬挂式玄武岩纤维填料单元的上下两端分别通过所述上固定端和所 述下固定端固定在所述打孔支撑板的上下两端。

第4回水段：二次沉淀，降低污染风险

经过第3回水段后，水体水质进一步得到净化，最终达到消除黑臭目的， 但第3回水段植物、浮岛、微生物等的产生物可能再次造成水体浊度增加，或 者上游和岸边的处理系统也可能出现损坏、检修等情况，因此在第4回水段参 照第1回水段，也在河岸上修建絮凝剂加药系统，絮凝加药系统视河水水质情 况开启，河床底部也设计为沉淀池形式，具体设计可参照第1回水段。本段起 到二次沉淀作用，再次提高河水透明度，进一步降低污染风险。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，其特征在于：包括-第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段、挡水坝、第一絮凝剂加药系统、第一污泥斗、植物缓冲浮岛、石墨烯光催化网、生态浮岛、第二污泥斗、第二絮凝剂加药系统、排污管、水生植物、河堤，所述河堤的中部设置多个所述挡水坝形成所述第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段，所述第一回水段中设置有地域污泥斗，所述第一回水段、第二回水段、第三回水段、第四回水段中均设置有植物缓冲浮岛，所述第一回水段中设置有地域絮凝剂加药系统，所述第二回水段中设置有多个石墨烯光催化网，所述第三回水段中设置有多个生态浮岛，所述第四回水段中设置所述第二絮凝剂加药系统和第二污泥斗，所述植物缓冲浮岛上设置有排污管。

2.根据权利要求1所述的城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，其特征在于：所述植物缓冲浮岛由布水槽、框架、集水槽、模块化基质、固定绳索、浮岛固定装置、锯齿结构组成，所述排污管设置于河堤内，所述排污管与所述布水槽连接，所述布水槽的中部设置所述框架，所述框架中设置多个模块化基质，所述框架的另一侧设置所述集水槽，所述河堤的侧边设置所述浮岛固定装置，所述集水槽与所述浮岛固定装置之间连接所述固定绳索，所述集水槽与所述布水槽上部均设置为锯齿结构，所述模块化基质上种植水生植物。

3.根据权利要求1所述的城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，其特征在于：所述第一回水段的底部为倾斜的硬化河床底，所述硬化河床底的低端设置所述第一污泥斗，所述第一污泥斗中设置排泥泵。

4.根据权利要求1所述的城市河流型黑臭水体修复技术集成系统，其特征在于：所述生态浮岛由浮岛框架、打孔支撑板、悬挂式玄武岩纤维填料单元、上固定端、下固定端组成，所述浮岛框架上设置所述打孔支撑板，所述打孔支撑板的上端设置模块化基质，所述模块化基质上种植水生植物，所述打孔支撑板上设置多条所述悬挂式玄武岩纤维填料单元，所述悬挂式玄武岩纤维填料单元的上下两端分别通过所述上固定端和所述下固定端固定在所述打孔支撑板的上下两端。

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