CN113501580B - 一种景观湖水原位循环处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种景观湖水原位循环处理系统，属于景观水净化技术领域。所述系统由地面径流收集槽、生态渗滤槽、增强净化单元、循环动力系统以及景观湖水主体水域组成。其中增强净化单元由底部曝气装置和生物净化单元组成；循环动力系统由循环动力泵和循环管道组成；景观湖水主体水域设置有生态箱和多级曝气装置。地面径流收集槽位于景观湖岸地势最低处，与生态渗滤槽相连通；生态渗滤槽沿景观湖岸内侧设置；地面径流收集槽与生态渗滤槽连通处附近设置增强净化单元；循环动力系统位于景观湖水主体水域的中心。生态渗滤槽、生物浮床和生态箱都由海绵混凝土制成，具有良好的透水、透气和持水性。本发明适用于各类城市景观湖，针对景观湖湖水的水质特点，秉承着绿色、生态的设计理念，实现了景观湖湖水的原位处理，改善了景观湖湖水水质，提高了居民的生活幸福指数，具有结运行成本低、易于控制、环境友好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种景观湖水原位循环处理系统，属于景观水净化技术领域。
背景技术
随着我国生活水平的不断提高，各地为了满足人们的生活需要，加强城市的生态建设，增设了大量景观湖。而景观湖作为城市地表径流的受纳体，水中有机物、氮和磷等污染物质不断积累，同时景观湖的湖水并不流动，水体自净能力差，水体中溶解氧含量低。因此极易产生水体富营养化以及水体黑臭现象，严重影响了人们的生活质量和城市水生态景观。而为了改善景观湖水质，目前国内常采用中水或自来水作为补水，若采用中水补水，中水中氮、磷浓度过高，会成为关键的点源污染；若采用自来水补水，不仅成本较高，而且会造成很大的浪费。
因此无论是从水环境修复还是节约用水成本的角度出发，景观湖水的治理都显得十分必要。目前景观水体水处理技术主要有物理方法、化学方法、微生物方法和生态水系等。但由于上述方法能耗较大，会造成二次污染且难以控制，所以这几种景观水处理技术在实际应用中的使用效果还不够理想。
因此开发一种适合景观水体的污染处理技术对提高城市环境质量和减少城市污水具有十分重要的意义。本发明针对景观湖水体的特点，设计了一种景观湖水原位循环处理系统，在不破坏原有湖水生态系统的前提下有效去除湖水中的有机物、氮磷等污染物来净化水体，实现景观湖水的循环处理。
发明内容
针对景观湖湖水有机物、氮和磷等污染物质浓度较高，极易产生水体富营养化以及水体黑臭现象等问题，本发明提供了一种运行成本低、绿色环保、易于控制的景观湖水原位循环处理系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于，所述系统由地面径流收集槽（1）、生态渗滤槽（2）、增强净化单元（3）、循环动力系统（4）以及景观湖水主体水域（5）组成；地面径流收集槽（1）位于景观湖岸地势最低处，与生态渗滤槽（2）相连通；生态渗滤槽（2）沿景观湖岸内侧设置；地面径流收集槽（1）与生态渗滤槽（2）连通处附近设置增强净化单元（3）；循环动力系统（4）位于景观湖水主体水域（5）的中心。
在上述的景观湖原位水处理系统中，所述生态渗滤槽（2）由海绵混凝土制成，其渗透系数为1-2mm/s；所述生态渗滤槽底部设置有防渗土工布（2-1），并在槽内安装有智能清污装置（2-2）。
在上述的景观湖原位水处理系统中，所述增强净化单元（3）所占面积为景观湖整体面积的10%—20%；所述增强净化单元（3）与景观湖水主体水域（5）间设置有海绵混凝土制成的隔墙（3-6），其渗透系数为1—2mm/s，进水在增强净化单元（3）中的水力停留时间为1—2天。所述生物净化单元（3-1）由生态浮床（3-2）和生物填料（3-4）组成；所述生态浮床（3-2）浮于水面上，其框体由海绵混凝土制成，形状为圆形或正方形，直径或边长为50—100cm；所述生态浮床（3-2）内部设有含拦网的圆形孔洞，孔洞内种植有挺水植物（3-3）；所述挺水植物为菖蒲、鸢尾和芦苇中的一种，其根系位于水面以下；所述生物填料（3-4）的填充率为20%—40%，形状为条状，由碳素纤维制成，垂直悬挂于所述生态浮床（3-2）下方，每座生态浮床（3-2）下方悬挂有1-2条生物填料（3-4）。
在上述的景观湖原位水处理系统中，所述循环动力系统（4）由循环动力泵（4-1）和循环管道（4-2）组成；所述循环动力系统循环周期为12—48小时；所述循环动力泵（4-1）设置在景观湖湖心，所述循环管道（4-2）铺设在景观湖湖底；所述循环动力泵（4-1）将景观湖水通过循环管道（4-2）输送至地面径流收集槽（1）进行循环处理。
在上述的景观湖原位水处理系统中，所述景观湖水主体水域（5）设置有生态箱（5-1）和多级曝气装置（5-2）；所述生态箱（5-1）的框体由海绵混凝土制成，渗透系数为3—5mm/s，为长方体形状，其尺寸按长宽高比1:0.6:1设计，长度为150-300cm，沿着景观湖水主体水域（5）边缘底部设置，共设置6-10个；所述生态箱（5-1）的框内生长有水藻和底栖动物（5-3），填充有固定化多层复合菌群材料（5-4）；所述固定化多层复合菌群材料（5-4）的填充率为生态箱（5-1）总体积的10%—30%；；所述多级曝气装置（5-2）设置在景观湖水主体水域（5）底部；所述景观湖水主体水域（5）的外围曝气量为5—10m³/min，湖心曝气量为0.5—1m³/min。
作为本技术方案的进一步优化，所述固定化多层复合菌群材料（5-4）由厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）、反硝化颗粒污泥（5-6）、好氧硝化颗粒污泥（5-7）和包埋剂（5-8）组成；所述厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）为内核，粒径为3—8mm；所述反硝化颗粒污泥（5-6）和好氧硝化颗粒污泥（5-7）为外层包埋物，反硝化颗粒污泥（5-6）：好氧硝化颗粒污泥（5-7）质量比为1：1；所述包埋剂（5-8）由聚乙烯醇、海藻酸钠和水按照6—12：0.5—2：100的质量比调制而成。
作为本技术方案的进一步优化，所述海绵混凝土的制备原料及其重量分数包括骨料为100—150g质量份、水泥为10—20g质量份、粘结剂为3—8g质量份、发泡剂为0.5—2g质量份、抗裂剂为0.2—1g质量份、微生物菌剂为0.1—1g质量份、水为2—20g质量份；所述骨料为沸石、石灰石、蛭石、炉渣、石英石或砂砾；所述水泥为菱镁材料和硅钙质材料水泥中的一种或多种；所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂、不饱和聚酯树脂胶粘剂、丁苯胶、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述发泡剂为物理发泡剂包括复合型发泡剂和生物表面活性剂或者是化学发泡剂包括双氧水、电石和铵盐中的两种及以上；所述抗裂剂为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、玻璃纤维和油棕纤维中的一种或多种；所述微生物菌剂由芽孢杆菌、硅酸盐细菌、放线菌、氨氧化菌、硫酸盐还原菌、硝酸盐还原菌、产酸杆菌和厌氧氨氧化菌组成；所述海绵混凝土的制备步骤为骨料筛选与级配——初次混合与搅拌——二次混合、曝气与搅拌——三次混合与搅拌——浇注成型——养护；所述海绵混凝土的回用步骤为机械破碎——超声剥离——骨料分选与再生——余料粉碎与再生；所述海绵混凝土的孔隙率大于40%，其中直径为0.4—2mm的孔隙体积占比超过60%，最大持水率超过50%。
与现有处理技术相比，本发明的优点在于：
①本发明对城市景观湖湖水以及流入景观湖的地表径流分别通过生态渗滤槽、增强净化单元和景观湖水主体水域进行原位多级处理，水体净化效果得到显著提高。生态渗滤槽通过海绵混凝土对景观湖进水进行过滤和初步生物处理，增强净化单元采用生物净化作用对污染物浓度较高的景观湖进水进行进一步处理，最后景观湖水主体水域的多级曝气单元和生态箱将会将景观湖湖水中的污染物质维持在较低水平，显著改善湖水水质，实现生态修复；同时循环动力系统会将景观湖水主体水域中的湖水循环至地面径流收集槽，进行循环处理。
②本发明所采用的海绵混凝土中细微孔多，具有良好的透水、透气和持水性，能净化水体、吸声降噪，其作为生态渗滤槽、隔墙、生态浮床以及生态箱的建筑材料，不仅透水性强，同时起到了良好的过滤作用，其中的微生物菌剂能对水中污染物初步去除，其多孔结构在废弃混凝土回收利用时更方便，可二次利用，节能环保、经济高效。
③本发明所采用的生态箱中填充有固定化多层复合菌群材料，实现了所述厌氧氨氧化颗粒污泥、所述好氧硝化颗粒污泥和所述反硝化颗粒污泥在包埋载体中的共固定化培养，使得两种颗粒污泥的生物效能协调发挥，实现好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和厌氧反硝化反应的协调运行；制备所述固定化多层复合菌群材料的方法简便，制作过程易于控制，得到的固定化多层复合菌群材料含水率高、机械强度高、可重复利用；同时利用了固定化微生物技术生物浓度高、环境适应性强的特点，具有低成本、高效率、生态化等优点。
综上所述，本发明针对景观湖湖水的水质特点，秉承着绿色、生态的设计理念，实现了景观湖水的原位处理，改善了景观湖水水质，提高了居民的生活幸福指数；本系统具有运行成本低、易于控制、环境友好等优点。
附图说明
图1是一种景观湖水原位循环处理系统平面布置图。
图2是一种景观湖水原位循环处理系统结构示意图。
图3是固定化多层复合菌群材料结构示意图。
图例说明：
具体实施方式
下面以具体实施例的方式来对本发明进行详细阐述。
一种景观湖水原位循环处理系统由地面径流收集槽（1）、生态渗滤槽（2）、增强净化单元（3）、循环动力系统（4）以及景观湖水主体水域（5）组成；地面径流收集槽（1）位于景观湖岸地势最低处，其槽底海拔高度为248.5m，与生态渗滤槽（2）相连通；生态渗滤槽（2）沿景观湖岸内侧设置；地面径流收集槽（1）与生态渗滤槽（2）连通处附近设置增强净化单元（3）；循环动力系统（4）位于景观湖水主体水域（5）的中心，景观湖湖面海拔高度与地面径流收集槽（1）槽底高度齐平。
所述生态渗滤槽（2）由海绵混凝土制成，其渗透系数为1mm/s；所述生态渗滤槽底部设置有防渗土工布（2-1），并在槽内安装有智能清污装置（2-2）。
所述增强净化单元（3）所占面积为景观湖整体面积的13.8%；所述增强净化单元（3）与景观湖水主体水域（5）间设置有海绵混凝土制成的隔墙（3-6），其渗透系数为2mm/s，进水在增强净化单元（3）中的水力停留时间为1天。所述生物净化单元（3-1）由生态浮床（3-2）和生物填料（3-4）组成；所述生态浮床（3-2）浮于水面上，其框体由海绵混凝土制成，形状为圆形，直径长度为80cm；所述生态浮床（3-2）内部设有3个含拦网的半径为5cm的圆形孔洞，孔洞内种植有挺水植物（3-3）；所述挺水植物为菖蒲、鸢尾和芦苇中的一种，其根系位于水面以下；所述生物填料（3-4）的填充率为30%，形状为条状，由碳素纤维制成，垂直悬挂于所述生态浮床（3-2）下方，每座生态浮床（3-2）下方悬挂有1条生物填料（3-4）。
所述循环动力系统（4）由循环动力泵（4-1）和循环管道（4-2）组成；所述循环动力系统循环周期为24小时；所述循环动力泵（4-1）设置在景观湖湖心，所述循环管道（4-2）铺设在景观湖湖底；所述循环动力泵（4-1）将景观湖水通过循环管道（4-2）输送至地面径流收集槽（1）进行循环处理。
所述景观湖水主体水域（5）设置有生态箱（5-1）和多级曝气装置（5-2）；所述生态箱（5-1）的框体由海绵混凝土制成，渗透系数为5mm/s，为长方体形状，其尺寸按长宽高比1:0.6:1设计，长度为200cm，沿着景观湖水主体水域（5）边缘底部设置，共设置7个；所述生态箱（5-1）的框内生长有水藻和底栖动物（5-3），填充有固定化多层复合菌群材料（5-4）；所述固定化多层复合菌群材料（5-4）的填充率为生态箱（5-1）总体积的30%；；所述多级曝气装置（5-2）设置在景观湖水主体水域（5）底部；所述景观湖水主体水域（5）的外围曝气量为7.5m³/min，湖心曝气量为0.75m³/min。。
所述固定化多层复合菌群材料（5-4）由厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）、反硝化颗粒污泥（5-6）、好氧硝化颗粒污泥（5-7）和包埋剂（5-8）组成；所述厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）为内核，粒径为5mm；所述反硝化颗粒污泥（5-6）和好氧硝化颗粒污泥（5-7）为外层包埋物，反硝化颗粒污泥（5-6）：好氧硝化颗粒污泥（5-7）质量比为1：1；所述包埋剂（5-8）由聚乙烯醇、海藻酸钠和水按照12：2：100的质量比调制而成。
所述海绵混凝土的制备原料及其重量分数包括骨料为100g质量份、水泥为10g质量份、粘结剂为3g质量份、发泡剂为0.5g质量份、抗裂剂为1g质量份、微生物菌剂为1g质量份、水为10g质量份；所述骨料为沸石、石灰石、蛭石、炉渣、石英石或砂砾；所述水泥为菱镁材料和硅钙质材料水泥中的一种或多种；所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂、不饱和聚酯树脂胶粘剂、丁苯胶、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述发泡剂为物理发泡剂包括复合型发泡剂和生物表面活性剂或者是化学发泡剂包括双氧水、电石和铵盐中的两种及以上；所述抗裂剂为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、玻璃纤维和油棕纤维中的一种或多种；所述微生物菌剂由芽孢杆菌、硅酸盐细菌、放线菌、氨氧化菌、硫酸盐还原菌、硝酸盐还原菌、产酸杆菌和厌氧氨氧化菌组成；所述海绵混凝土的制备步骤为骨料筛选与级配——初次混合与搅拌——二次混合、曝气与搅拌——三次混合与搅拌——浇注成型——养护；所述海绵混凝土的回用步骤为机械破碎——超声剥离——骨料分选与再生——余料粉碎与再生；所述海绵混凝土的孔隙率大于40%，其中直径为0.4—2mm的孔隙体积占比超过60%，最大持水率超过50%。
Claims (7)
1.一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于，所述系统由地面径流收集槽（1）、生态渗滤槽（2）、增强净化单元（3）、循环动力系统（4）以及景观湖水主体水域（5）组成；地面径流收集槽（1）位于景观湖岸地势最低处，与生态渗滤槽（2）相连通；所述生态渗滤槽（2）由海绵混凝土制成，渗透系数为1—2mm/s；生态渗滤槽（2）沿景观湖岸内侧设置，底部设置有防渗土工布（2-1），并在槽内安装有智能清污装置（2-2）；地面径流收集槽（1）与生态渗滤槽（2）连通处附近设置增强净化单元（3）；循环动力系统（4）位于景观湖水主体水域（5）的中心；所述增强净化单元（3）由底部曝气装置（3-5）和生物净化单元（3-1）组成；所述景观湖水主体水域（5）设置有生态箱（5-1）和多级曝气装置（5-2）。
2.根据权利要求1所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述增强净化单元（3）所占面积为景观湖整体面积的10%—20%；所述增强净化单元（3）与景观湖水主体水域（5）间设置有海绵混凝土制成的隔墙（3-6），渗透系数为1—2mm/s，进水在增强净化单元（3）中的水力停留时间为1—2天。
3.根据权利要求1所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述生物净化单元（3-1）由生态浮床（3-2）和生物填料（3-4）组成；所述生态浮床（3-2）浮于水面上，框体由海绵混凝土制成，形状为圆形或正方形，直径或边长为50—100cm；所述生态浮床（3-2）内部设有含拦网的圆形孔洞，孔洞内种植有挺水植物（3-3）；所述挺水植物为菖蒲、鸢尾和芦苇中的一种；所述生物填料（3-4）的填充率为20%—40%，形状为条状，由碳素纤维制成，垂直悬挂于所述生态浮床（3-2）下方，每座生态浮床（3-2）下方悬挂有1-2条生物填料（3-4）。
4.根据权利要求1所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述循环动力系统（4）由循环动力泵（4-1）和循环管道（4-2）组成；所述循环动力系统循环周期为12—48小时；所述循环动力泵（4-1）设置在景观湖湖心，所述循环管道（4-2）铺设在景观湖湖底；所述循环动力泵（4-1）将景观湖水通过循环管道（4-2）输送至地面径流收集槽（1）进行循环处理。
5.根据权利要求1所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述生态箱（5-1）的框体由海绵混凝土制成，渗透系数为3—5mm/s，为长方体形状，尺寸按长宽高比1:0.6:1设计，长度为150-300cm，沿着景观湖水主体水域（5）边缘底部设置，共设置6-10个；所述生态箱（5-1）的框内生长有水藻和底栖动物（5-3），填充有固定化多层复合菌群材料（5-4）；所述固定化多层复合菌群材料（5-4）的填充率为生态箱（5-1）总体积的10%—30%；所述固定化多层复合菌群材料（5-4）由厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）、反硝化颗粒污泥（5-6）、好氧硝化颗粒污泥（5-7）和包埋剂（5-8）组成；所述厌氧氨氧化颗粒污泥（5-5）为内核，粒径为3—8mm；所述反硝化颗粒污泥（5-6）和好氧硝化颗粒污泥（5-7）为外层包埋物，反硝化颗粒污泥（5-6）：好氧硝化颗粒污泥（5-7）质量比为1：1；所述包埋剂（5-8）由聚乙烯醇、海藻酸钠和水按照6—12：0.5—2：100的质量比调制而成。
6.根据权利要求1所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述多级曝气装置（5-2）设置在景观湖水主体水域（5）底部；所述景观湖水主体水域（5）的外围曝气量为5—10m³/min，湖心曝气量为0.5—1m³/min。
7.根据权利要求1—3任一所述一种景观湖水原位循环处理系统，其特征在于：所述海绵混凝土的制备原料及其重量分数包括骨料为100—150g质量份、水泥为10—20g质量份、粘结剂为3—8g质量份、发泡剂为0.5—2g质量份、抗裂剂为0.2—1g质量份、微生物菌剂为0.1—1g质量份、水为2—20g质量份；所述微生物菌剂由芽孢杆菌、硅酸盐细菌、放线菌、氨氧化菌、硫酸盐还原菌、硝酸盐还原菌、产酸杆菌和厌氧氨氧化菌组成；所述海绵混凝土的制备步骤为骨料筛选与级配——初次混合与搅拌——二次混合、曝气与搅拌——三次混合与搅拌——浇注成型——养护；所述海绵混凝土的回用步骤为机械破碎——超声剥离——骨料分选与再生——余料粉碎与再生；所述海绵混凝土的孔隙率大于40%，其中直径为0.4—2mm的孔隙体积占比超过60%，最大持水率超过50%。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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