CN112624344A

CN112624344A - 一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统

Info

Publication number: CN112624344A
Application number: CN202011345063.2A
Authority: CN
Inventors: 宁军; 占明飞; 袁红军; 宋超鹏; 牧运洋
Original assignee: Anhui Shuiyun Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Anhui Shuiyun Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2040-11-25
Also published as: CN112624344B

Abstract

本发明涉及一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统，所述蚌螺协同净化系统包括贝床，以及附着的蚌类和螺类；其中，所述贝床包括支架结构和丝网平台，所述支架结构用于贝床的支撑和固定，所述丝网平台平铺固定在所述支架结构上；所述丝网平台至少为两层。本发明提供的蚌螺协同净化系统，不仅能提高水体透明度，还能去除水体中的有机质、氮磷等；在净化水质的同时，自身的生长繁衍可通过提取带来生态产品，是一种有效有价值的生态技术；通过蚌类和螺类的自身新陈代谢作用，吸收、利用水体中的有机质、氮磷等营养物质，能够实现污染资源化、资源产业化。

Description

一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统

技术领域

本发明涉及一种水环境的治理系统，具体涉及一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统。

背景技术

随着社会的进步与发展，大量外来污染源汇入地表水体，导致地表水环境遭到不同程度的污染，甚至出现水体发黑发臭。目前，在地表水生态修复技术中，常规技术多为在污染源得到有效控制的基础上种植水生植物，如挺水植物、沉水、浮叶植物和漂浮植物等，再投加水生动物，如鱼类、蚌类、螺类等；在城镇污水处理厂尾水净化技术中，常规技术多为在物化预处理或二次生化处理后，新建人工湿地，根据进出水水质要求和用地范围，选择表流湿地、潜流湿地等，通过均匀布水，铺设不同种类生物填料，在湿地上层种植水生植物，进而达到尾水净化的目的。

其中，水生植物受其生长特性限值，在生长期对营养物质的需求有限，难以满足地表水生态修复时对水体中营养物质的去除效果；且生长受季节影响较大，尤其在冬季无法保证其对水质净化的效果，造成水质不稳定，甚至反弹。水生植物在结束一个生长周期后，需要对枯萎的植物秸秆进行收割、处置，造成了运营维护成本高。此外，分散投撒水生动物，对于蚌类来说，其会分散在池底，为保证其生长活性，还需配套水体曝气设备，而且还只能净水地表水下层水体。再次，人工湿地建设成本高，且潜流湿地易出现填料堵塞、板结、短路等现象，使用寿命短，运营维护成本高。

发明内容

本发明主要是针对于外源污染得到有效控制的地表水，从而进行生态修复和城镇污水处理厂尾水经曝气预处理后的深度净化。本发明的目的在于提供一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统，所述蚌螺协同净化系统，包括贝床，以及附着的蚌类和螺类；

其中，所述贝床包括支架结构和丝网平台，所述支架结构用于贝床的支撑和固定，所述丝网平台平铺固定在所述支架结构上；所述丝网平台至少为两层。

本发明旨在克服常规水环境治理技术缺陷基础上，提出一种水环境治理技术，通过构建蚌类和螺类协同净化系统(简称贝床)，采用贝床的立体结构，有效保证蚌类和螺类的数量、密度和存活量；利用蚌类的滤食作用和螺类的刮食作用，通过滤水、摄食、刮食、吸收和利用等生理特性，去除水体中悬浮物、有机质、氮磷等物质，不仅能提高水体的透明度，还能将水体水质提升至《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的IV类水标准及以上，保证了水体水质持续、稳定达标，水生态健康，降低了运营维护成本。

本发明通过搭建立体空间平台，增加了蚌类的布置面积、螺类的附着面积，将蚌类、螺类分布实现立体化、空间化；利用蚌类的滤食作用和螺类的刮食作用，通过互补互助方式协同净化水体水质；所述蚌螺协同净化系统，不仅能提高水体透明度，还能去除水体中的有机质、氮磷等；在净化水质的同时，自身的生长繁衍可通过提取带来生态产品，是一种有效有价值的生态技术；通过蚌类和螺类的自身新陈代谢作用，吸收、利用水体中的有机质、氮磷等营养物质，能够实现污染资源化、资源产业化。

本发明在提供一种全新的立体结构的基础上，通过优化贝床的参数，进一步保证其净化效果。

本发明进一步提出的，所述蚌类的投放量的选择是以净化水体的水质指标和水质目标指标为基础；先检测待净化水体的水质指标(化学需氧量、氨氮、总磷等)，再根据待净化水体的水质目标(化学需氧量、氨氮、总磷等)，核算各项水质指标的去除率。

所述蚌类的投放量按如下公式计算：

1-A≤(1-B)ⁿ

即：n≥lg(1-A)/lg(1-B)

其中，A表示水质目标的去除率；B表示蚌螺协同净化系统的去除率；n表示处理级数，取整数，当n算出结果非整数时，取n为个位数+1；

M＝Q*n/0.06

其中，M表示蚌类的投放量(只)；Q表示目标处理水量(m³/d)。

其中，所述水质目标的选取指标选自化学需氧量、氨氮、总磷中的一个或多个。

以下表所示的V类水和IV类水的水质为计算参考

表1

本发明在选取对象指标选取原则如下：

1、当B值均大于A值时，以B-A的最大值所属指标为计算对象，进行下一步投放量计算。

2、当有1个A值大于其相对应的B值时，以该A值所属指标为计算对象，进行下一步投放量计算。

3、当有2个及以上A值大于其相对应的B值时，以A-B的最大值所属指标为计算对象，进行下一步投放量计算。

优选选取指标为氨氮。

优选的，根据蚌类和螺类的不同投加量配比对水体净化效果的影响试验结果可知，所述蚌类和螺类的投放比例为2:5～7(只：kg)；最佳投加量比为蚌类：螺类(只：kg)＝2:6。

本发明进一步提出的，所述螺类的投放密度为0.1～0.2kg/m²，所述蚌类的投放密度为40～60只/m²；

本发明进一步提出的，在实际应用中，丝网铺设前，将螺类均匀投撒至河底；丝网铺设完成后，将蚌类均匀投撒至丝网平台上。根据螺类的生长特性，螺类可在池底游动，也可附着在水中钢管上、钢丝网上、池壁上游动，利用其齿舌刮食附着物上的有机质、氮磷等；根据蚌类的生长特性，蚌类活动范围很小，基本在很长时间内仍在原处活动，通过其“吸水-吐水”方式滤食水体中的悬浮物、有机质、氮磷等。

其中，所述螺类的投放密度为0.1～0.2kg/m²，所述蚌类的投放密度为40～60只/m²。

所述螺类的规格为2～5g/只；

优选的，所述螺类为单壳淡水螺类；

更优选的，所述螺类选自环棱螺、田螺中的一种或多种。环棱螺、田螺耐污能力强、生长活跃。

所述蚌类的规格为5～10cm/只；

优选的，所述蚌类为双壳淡水蚌类；

更优选的，所述蚌类选自三角帆蚌、褶纹冠蚌中的一种或多种。三角帆蚌、褶纹冠蚌去污能力强、生命力旺盛。

通过上述方式，即形成了蚌类和螺类立体空间分布系统，实现了水环境上中下层水体的协同净化。

根据蚌类和螺类的不同布置密度对水体净化效果的影响试验结果可知，当蚌类的投放密度为40～60只/m²，相对应的蚌类规格为5～10cm/只；螺类的投放密度为0.1～0.2kg/m²，相对应的螺类规格为2～5g/只时，蚌类和螺类共生系统对水体净化效果最佳。

本发明进一步提出的，该净化系统根据贝床中蚌类和螺类的布置密度，在核算出所需贝床的面积；

其中，贝床的宽度一般与其所处水体过水断面宽度一致，层级一般根据最上层离水面不小于50cm，最下层离水底30-50cm；

优选的，所述丝网平台的层间距为40～60cm；

最后，计算所述贝床的长度。

其中，所述支架结构由耐腐蚀性的直管搭建；例如钢管、木桩、毛竹。

优选的，所述支架结构的搭建材料为钢管，尤其是镀锌钢管。优选采用φ50镀锌钢管。

其中，所述支架结构的竖立直管间的间距为1.5～2.5m，所述竖立直管插入河床的深度不小于1.5m。采用该间距和深度的插入，能有效保证直管不易被水流冲散，进一步保证贝床的稳定性，尤其是间距为1.8～2.2m时，可合理结构直管的用量，又能保证贝床的稳定。

其中，所述竖立直管的管顶标高与水面的间距为40～45cm。

其中，所述丝网平台的层间距为40～60cm，尤其是层间距为50cm左右。

优选的，所述丝网平台的数量为三层；

优选的，所述丝网平台的最上层与水面的间距不少于50cm；

具体而言：当丝网平台的层间距为50cm，最上层与水面的间距为50cm左右，采用三层丝网平台的贝床时；最上层丝网平台在水面50cm左右，竖立直管的管顶标高控制在水面以下40～45cm；中间层丝网平台在水面100cm左右，最下层丝网平台在150cm左右。

在实际应用中，竖立直管插入河床中，横向直管与竖立直管通过配套扣件连接，丝网平台铺设固定在横向直管上。每层横向钢管上满铺丝网(丝网平台)，并压边处理，压边重合宽度优选为5cm，且每层丝网四周进行竖立卷边处理，卷边宽度优选为10cm，丝网与直管之间采用钢丝绑扎固定，形成钢丝网平台。

优选的，所述丝网平台采用钢丝网，钢丝网的孔径为0.5～5cm。

优选的，所述钢丝网为镀锌钢丝网。

由于城镇污水处理厂尾水需要消毒处理，且消毒剂一般用含氯化合物，为保证消毒效果，消毒剂在使用中会有所余量未反应而留在水中。少量余氯对蚌类和螺类的生长有抑制作用，余氯含量高会对蚌类和螺类有毒害作用。本发明所述蚌螺协同净化系统还包括前置强曝气装置，用于分解、扩散尾水中余氯。通过前置强曝气装置会缓解余氯对蚌类和螺类生长的抑制作用和毒害作用。

本发明能治理的水环境的边界条件水质为劣Ⅴ类，表现为化学需氧量≤50mg/L，氨氮≤3mg/L，总磷≤0.5mg/L。

本发明提供的蚌螺协同净化系统至少具有以上有益效果：

1、本发明所述的蚌螺协同净化系统对水体中亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、总氮、总磷和化学需氧量的平均去除率分别可达到25％、29％、35％、28％、34％和42％以上，同时对水体中固体悬浮物去除率在77％-89％之间；

2、本发明通过构建蚌螺协同净化系统，能将水体透明度由30cm提高至100cm以上，还能将水体水质由《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的V类水提升至IV类水标准及以上。

3、本发明利用蚌类和螺类的生命周期长和生长活动受季节影响小的特性，采用蚌类和螺类协同净化系统无需短期内进行提取，较常规水生态修复技术，运维成本降低20％；

4、本发明利用蚌类和螺类的生长活动受季节影响小的特性，采用蚌类和螺类协同净化系统可大大提高水体水质稳定性，较常规水生态修复技术，水质整体达标率提高了30％，并实现水体水质100％达标；

5、所述蚌螺协同净化系统稳定运行中，通过提取成体蚌类、螺类，其肉体可用于食用，壳体可用于药用；

6、所述蚌螺协同净化系统抗冲击能力强，不仅能承受一定的水力负荷冲击，还能耐受一定的污染负荷。

附图说明

图1为所述蚌螺协同净化系统的结构图；

图2为所述蚌螺协同净化系统的剖面图；

图中：1、支架结构；2、丝网平台；3、钢丝网；4、蚌类；5、螺类；6、贝床；7、竖立直管；8、横向直管；9、钢管扣件。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统，包括贝床(1)，以及附着的蚌类(4)和螺类(5)，如图1和图2所示；

其中，所述螺类(5)均匀投撒至河底，所述蚌类(4)均匀投撒在贝床上；

所述蚌类的投放量按如下公式计算：

1-A≤(1-B)ⁿ

即：n≥lg(1-A)/lg(1-B)

M＝Q*n/0.06

其中，M表示蚌类的投放量(只)；Q表示目标处理水量(m³/d)；

所述蚌类和螺类的投放比例为蚌类：螺类(只：kg)＝2:6左右；

所述螺类的投放密度为0.1～0.2kg/m²，所述蚌类的投放密度为40～60只/m²。所述螺类的规格为2～5g/只；所述蚌类的规格为5～10cm/只；

优选的，所述螺类为单壳淡水螺类；所述蚌类为双壳淡水蚌类。

再根据蚌类和螺类的投放量和投放密度计算贝床的面积(包括长度、宽度和高度)

其中，所述贝床的宽度一般与其所处水体过水断面宽度一致，层级一般根据最上层离水面不小于50cm，层与层垂直距离为50cm左右，最下层离水底30-50cm，进行确定，进而算出贝床长度。

其中，所述贝床(6)包括支架结构(1)和丝网平台(2)，所述支架结构用于贝床的支撑和固定；所述支架结构(1)由竖立直管(7)和横向直管(8)搭建，通过钢管扣件(9)连接；所述丝网平台(2)平铺固定在所述支架结构(1)上，即平铺在横向直管(8)上；

所述支架结构(1)的竖立直管(7)间的间距为2m，插入河床的深度不小于1.5m；竖立直管(7)的管顶标高与水面的间距为40cm左右；

所述丝网平台(2)为三层；所述丝网平台(2)的层间距为50cm左右；所述丝网平台的最上层与水面的间距不少于50cm；所述丝网平台采用钢丝网(3)，钢丝网的孔径为0.5～5cm；

实施例1

本实施例提供一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统；

芜湖市某河段全长1.6km，水面宽度10～20m，平均水深1.5～2m，水域面积约20000m²。该河段已实施了截污纳管、底泥疏浚、曝气增氧、活水循环、水生植物种植和水生动物投放等常规水环境治理措施，将之前的黑臭水体治理到准V类水体，其水质指标如下：透明度为30～40cm，溶解氧为5～6mg/L，化学需氧量为40～50mg/L,总氮为1.5～2.5mg/L，总磷在0.4～0.5mg/L。

在上述常规水环境治理措施基础上，在该河段上游活水循环出口处，设置一套蚌类和螺类协同净化系统。活水循环出口处水深在2m左右，将管径为

长度为3.1m的镀锌钢管插入河底以下1.5m深，竖向垂直，作为竖向支撑。竖向支撑间距2m。横向支撑为长度为4m的镀锌钢管，通过配套扣件与竖向支撑连接。横向支撑上铺设孔眼为3cmX3cm的镀锌钢丝网，并压边处理，压边重合宽度为5cm，且每层钢丝网四周进行竖立卷边处理，卷边宽度为10cm，钢丝网与钢管之间采用钢丝绑扎固定，形成钢丝网平台。该系统外形尺寸：长度为20m、宽度为16m、高度为1.6m，钢丝网平台分三层，上层钢丝网平台位于水面以下50cm处，中层钢丝网平台位于水面以下100cm处，下层钢丝网平台位于水面以下150cm处。

河底均匀投撒环棱螺、田螺，规格为2～5g/只，投撒量为48Kg，环棱螺、田螺比例按照质量比1:1投撒；上、中、下三层钢丝网平台分别投撒三角帆蚌、褶纹冠蚌，规格为5～10cm/只，投撒量均为16000只，三角帆蚌、褶纹冠蚌比例按照数量比1:1投撒。

通过构建上述净化系统，该河段水质得到有效提升，具体水质指标如下：透明度为100～120cm，溶解氧为5～6mg/L，化学需氧量为20～30mg/L,总氮为1.0～1.5mg/L，总磷在0.1～0.2mg/L。

实施例2

本实施例提供一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统；

滁州市某污水处理厂尾水净化湿地，湿地占地面积为40000m²，处理规模为35000吨/天，该湿地采用水下森林人工表流湿地工艺，共设有9处水池，现状已实施水生植物种植和水生动物投放，现状污水处理厂尾水水质优于一级A标准，具体水质指标如下：溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为45～50mg/L,总氮为2.0～2.5mg/L，总磷在0.3～0.4mg/L，现状湿地出水水质为IV-V类水，具体水质指标如下：透明度为60～80cm，溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为30～35mg/L,总氮为1.5～2.0mg/L，总磷在0.2～0.3mg/L。

在上述常规污水处理厂尾水净化湿地净化措施基础上，在第1处水池增加强曝气系统，消除污水处理厂尾水中余氯，在其余8处水池的上游分别设置8套蚌类和螺类协同净化系统。水池水深均为1.8m左右，将管径为

长度为2.9m的镀锌钢管插入河底以下1.5m深，竖向垂直，作为竖向支撑。竖向支撑间距2m。横向支撑为长度为4m的镀锌钢管，通过配套扣件与竖向支撑连接。横向支撑上铺设孔眼为3cmX3cm的镀锌钢丝网，并压边处理，压边重合宽度为5cm，且每层钢丝网四周进行竖立卷边处理，卷边宽度为10cm，钢丝网与钢管之间采用钢丝绑扎固定，形成钢丝网平台。该系统外形尺寸：长度为20m、宽度为15～30m、高度为1.4m，钢丝网平台分两层，上层钢丝网平台位于水面以下50cm处，下层钢丝网平台位于水面以下100cm处。

河底均匀投撒环棱螺、田螺，规格为2～5g/只，投撒量为45～90Kg，环棱螺、田螺比例按照质量比1:1投撒；上、下两层钢丝网平台均投撒三角帆蚌、褶纹冠蚌，规格为5～10cm/只，投撒量均为15000～30000只，三角帆蚌、褶纹冠蚌比例按照数量比1:1投撒。

通过构建上述8套净化系统，该湿地出水水质得到有效提升，具体水质指标如下：透明度为150～180cm，溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为20～25mg/L,总氮为1.0～1.5mg/L，总磷在0.1～0.2mg/L。

对比例1

本对比例主要与实施例1进行对比

两种方式对比的统一条件：芜湖市某河段全长1.6km，水面宽度10～20m，平均水深1.5～2m，水域面积约20000m²。该河段已实施了截污纳管、底泥疏浚、曝气增氧、活水循环、水生植物种植和水生动物投放等常规水环境治理措施，将之前的黑臭水体治理到准V类水体，其水质指标如下：透明度为30～40cm，溶解氧为5～6mg/L，化学需氧量为40～50mg/L,总氮为1.5～2.5mg/L，总磷在0.4～0.5mg/L。

不同点：

方式一：河底均匀投撒环棱螺、田螺，规格为2～5g/只，投撒量为48Kg，环棱螺、田螺比例按照质量比1:1投撒；河底均匀直接投撒三角帆蚌、褶纹冠蚌，规格为5～10cm/只，投撒量均为16000只，三角帆蚌、褶纹冠蚌比例按照数量比1:1投撒。

通过上述工艺实施，该河段水质得到一定提升，具体水质指标如下：透明度为50～60cm，溶解氧为5～6mg/L，化学需氧量为35～45mg/L,总氮为1.5～2.0mg/L，总磷在0.3～0.4mg/L。

方式二：河底均匀投撒环棱螺、田螺，规格为2～5g/只，投撒量为48Kg，环棱螺、田螺比例按照质量比1:1投撒；上、中、下三层钢丝网平台分别投撒三角帆蚌、褶纹冠蚌，规格为5～10cm/只，投撒量均为16000只，三角帆蚌、褶纹冠蚌比例按照数量比1:1投撒。

对比例2

本对比例主要与实施例2进行对比

两种方式对比的统一条件：滁州市某污水处理厂尾水净化湿地，湿地占地面积为40000m²，处理规模为35000吨/天，共设有9处水池。

现状污水处理厂尾水水质优于一级A标准，具体水质指标如下：溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为45～50mg/L,总氮为2.0～2.5mg/L，总磷在0.3～0.4mg/L。

不同点：

原有工艺及效果：采用水下森林人工表流湿地工艺，即实施水生植物种植和水生动物投放。

湿地出水水质为IV-V类水，具体水质指标如下：透明度为60～80cm，溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为30～35mg/L,总氮为1.5～2.0mg/L，总磷在0.2～0.3mg/L。

贝床工艺：在第1处水池增加强曝气系统，消除污水处理厂尾水中余氯，在其余8处水池的上游分别设置8套蚌类和螺类协同净化系统。

湿地出水水质得到有效提升，具体水质指标如下：透明度为150～180cm，溶解氧为7～8mg/L，化学需氧量为20～25mg/L,总氮为1.0～1.5mg/L，总磷在0.1～0.2mg/L。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种用于水环境治理的蚌螺协同净化系统，其特征在于，包括贝床，以及附着的蚌类和螺类；

2.根据权利要求1所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述蚌类的投放量按如下公式计算：

1-A≤(1-B)ⁿ

M＝Q*n/0.06

其中，M表示蚌类的投放量；Q表示目标处理水量；

优选的，所述蚌类和螺类的投放比例为2:5～7。

3.根据权利要求2所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述水质目标的选取指标选自化学需氧量、氨氮、总磷中的一个或多个。

4.根据权利要求1～3任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述螺类的投放密度为0.1～0.2kg/m²，所述蚌类的投放密度为40～60只/m²。

5.根据权利要求1～4任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述贝床的宽度与所处理水体的过水断面宽度一致；所述贝床的最上层的丝网平台离水面不小于50cm，最下层的丝网平台与水底的距离为30～50cm；

优选的，所述丝网平台的层间距为40～60cm；

更优选的，所述丝网平台采用钢丝网，钢丝网的孔径为0.5～5cm。

6.根据权利要求1～5任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述支架结构由耐腐蚀性的直管搭建；

优选的，所述支架结构的搭建材料为钢管；

更优选的，所述支架结构的竖立直管间的间距为1.5～2.5m，插入河床的深度不小于1.5m。

7.根据权利要求1～6任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述螺类的规格为2～5g/只；

优选的，所述螺类为单壳淡水螺类；

更优选的，所述螺类选自环棱螺、田螺中的一种或多种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，所述蚌类的规格为5～10cm/只；

优选的，所述蚌类为双壳淡水蚌类；

更优选的，所述蚌类选自三角帆蚌、褶纹冠蚌中的一种或多种。

9.根据权利要求1～8任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，还包括前置强曝气装置，用于分解、扩散尾水中余氯。

10.根据权利要求1～9任一项所述的蚌螺协同净化系统，其特征在于，水环境的边界条件水质为劣Ⅴ类。