CN113816491A - 一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，该方法包括：利用生态草帘修复对河道两侧进行岸带修复；利用雨水径流生态花坛对地表径流的氮磷进行拦截；在硬质河床上铺设卵石、砂石；在黑臭河道硬质化的基底，采用种植垫来定植水生植物；利用曝气机提高河道水体溶解氧；采用生态浮床持续净化河道水质。本发明采用综合整治方法，河道两侧岸带修复、黑臭河道基底改善、及水质净化等，削减水体中的污染物含量，提高水体透明度，最终消除硬质化基底城市河道黑臭现象。本发明克服了硬质化基底黑臭河道难以进行生态治理的技术难题，通过环境工程技术及生态修复技术有机结合，形成健康的水生态系统，大幅提高水体的自我修复能力和自我净化能力。
Description
技术领域
本发明属于河道水体污染治理技术领域，具体涉及一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法。
背景技术
随着城市化、工业化进程加快，城市支浜河道河水逐渐变浅且较封闭，环境容量有限，自净能力不强，生态系统越来越脆弱。由于部分老城区污水收集管网老旧，雨污改造等治污工程不合理，造成城市河道污染严重。当氮磷及有机物等污染物大量涌入水体时会造成水体溶解氧下降，在厌氧微生物的作用下与有机物降解过程产生的物质结合，导致水体中产生大量的致嗅物质产生。同时，进入河道支浜中的污染物改变了水体的理化环境，透明度降低，造成水体水质恶化及生态退化，严重影响了城市整体水环境。因此，通过成套技术消除河道黑臭、提升支浜河道水体透明度及水体水质，对改善水环境质量，恢复并保持河道生态景观有重要意义。
尽管通过使用化学药剂、底泥疏浚、或换水作业可以缓解河道黑臭情况，但是这些方法难以长效保持，且花费巨大。针对河道岸带陆源污染，主要表现为居民区初期雨水径流、河道直立式硬质驳岸生态景观与生态拦截功能缺失等问题。传统岸带尽管能够保证岸带植物的生长，形成较好的植被护坡效果。但随着时间的推移，养分将逐渐流失，各种杂草伴随生长，植物生长和景观受到很大影响，同时加上雨水的冲刷，边坡养护非常困难，大多数植被难适应，护坡效果难持久。而针对硬质化基底，因为由于黑臭河道长期的沉淀，许多的污染物沉积到了水底的基底中，而这部分物质在日常处理中难以被完全处理，易导致水质污染反复，尽管可直接通过覆土作业促进植物固定生长，也也会带来大量外源污染，甚至造成水质的恶化。因此，需要因地制宜地创造适宜多种生物生息繁衍的环境，重建并恢复水生态系统，恢复水体生物多样性，并充分利用生态系统的循环再生、自我修复等特点，实现水生态系统的良性循环。对于河道水体，水体发生黑臭的根本原因为缺氧，可以通过多种物化和生态技术可以快速提高水中溶解氧，降低悬浮物、有机物、氨氮、总磷等污染物浓度，实现河道水体透明度和水质快速提升。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，可以解决城市硬质化基底河道黑臭的问题。本发明通过采用综合整治方法，即岸带修复、黑臭河道基底改善、水质净化等，削减水体中的污染物含量，提高水体透明度，形成健康的河道水生态系统，大幅提高水体的自我修复能力和自我净化能力，实现水质持续达标，并提高景河道景观效应。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，包括以下步骤：
(1)利用岸坡的生态草帘修复对河道两侧进行岸带修复，在岸坡的斜坡上使用覆土塑料盘为承托体，底部钻数个小孔用于排水，盘内平铺火山石作为基质材料播撒藤本植物或草本植物草种；
(2)利用岸上的雨水径流生态花坛对地表径流的氮磷进行拦截：雨水径流生态花坛分为两层，第一层为石英砂过滤层，用于固定挺水植物，发挥对径流的初级净化作用；第二层为砾石过滤层，植物根系可通过砾石间的大缝隙向下生长，实现对径流的深度净化。砾石过滤层与海绵条相连，通过毛细作用实现花坛底部水体上渗，保证植物在旱季可以存活，底部添加生物炭以加强水体净化作用；雨水径流生态花坛水力停留时间为1～5d；
(3)在黑臭河道硬质化的基底铺设卵石、砂石，为微生物提供挂膜载体，增加水体与生物膜的接触面积，同时可为水生动物提供繁殖休憩的场所，回填厚度为10～100cm；
(4)在黑臭河道硬质化的基底，采用种植垫来定植水生植物，将水生植物放入种植垫挖出的小孔中，将水生植物的根部在小孔中进行固定，等植物生长成熟后，将种植垫投入河道底部，提供水生植物生长的基质；
(5)利用推流曝气机提高河道水体溶解氧，促进水体水平流动，使河道无污染死区；
(6)采用生态浮床持续净化河道水质：利用生态浮床上种植的不同沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物生态位和生长季节的差异，配置人工湿地中的水生植物，实现了生态浮床一年四季的稳定运行，达到生态浮床三季有花、四季有草，实现净化水质。
其中，步骤(1)中岸带修复使用覆土塑料盘为承托体，底部钻数个小孔用于排水，盘内平铺1～5cm厚度的火山石作为基质材料，使用尼龙网缝合。
其中，步骤(1)中以2～10g/m2的密度平均播撒藤本植物或草本植物草种，所述藤本植物包括常青藤、络石、爬山虎、紫藤、凌霄、金银花中的一种或几种，在撒种后，使草帘保持湿润，待植物长至10～20cm左右时，便可以投入使用。
其中，步骤(2)中第一层为石英砂过滤层用于固定挺水植物，挺水植物为再力花和美人蕉中的一种或两种。
其中，步骤(2)中第二层为砾石过滤层，植物根系可通过砾石间的大缝隙向下生长，实现对径流的深度净化。
其中，步骤(4)中所述种植垫为丝圈垫，水生植物为狐尾藻，丝圈垫厚度2～10cm，大小0.2～5m2。丝圈垫的主要作用是促进根系扎根在基质上。
其中，步骤(4)中将狐尾藻放入丝圈垫挖出的小孔中，同时利用铁丝将狐尾藻的根部固定于小孔中，等植物生长成熟后，可将种植垫投入河道底部，提供水生植物生长的基质。
其中，步骤(5)中所述曝气机为推流式微纳米曝气机，促进水体水平流动，使河道无污染死区，同时保障整个河道水体溶解氧浓度高于2mg/L，每套推流曝气系统服务半径为30～60m，两套曝气设备间隔80～160m设置。
作为优选，每套推流曝气系统服务半径为50m，两套曝气设备间隔150m设置。
其中，步骤(6)中冬春季选择生长旺盛的西伯利亚鸢尾、水芹中的一种或两种，夏秋季可选择生长旺盛的粉绿狐尾藻、西伯利亚鸢尾、黄菖蒲、香根草中的一种或几种。
进一步地，步骤(6)中生态浮床种植的植物中，西伯利亚鸢尾、水芹和黄菖蒲不需底土，可以直接在河水里生长繁殖，可吸收氮磷营养物质和重金属；水芹和鸢尾四季常绿，根系较为发达，可以附着生长大量微生物膜有效去除水体中的污染物质。
本发明针对硬质化基底城市黑臭河道，其河道自净能力极难恢复，需要综合岸带修复、基底改善、水质净化等多项措施进行治理，遴选、优化和集成城市雨水径流污染拦截与净化技术、城市河道硬质化岸带生态修复技术。由于黑臭河道长期的沉淀，许多的污染物沉积到了水底的基底中，而这部分物质在日常处理中难以被完全处理，易导致水质污染反复，基底改善的首要目标是构建新的水生态微循环，本发明通过底部曝气改良技术、河道基底塑形技术等可明显改善黑臭河道基底，此外也可以使用种植垫技术对河道基底进行改善。对于河道水体，水体发生黑臭的根本原因为缺氧，通过物化技术可以快速提高水中溶解氧，降低悬浮物、有机物、氨氮、总磷等污染物浓度，从而实现河道水体透明度和水质快速提升。进一步地，通过生态浮床净化系统，通过植物根系对污水中营养元素的吸收、对悬浮颗粒的吸附和微生物的分解等作用，可降低水中氮磷负荷并降解污染有机物，从而显著净化水体。
本发明根据研究对象硬质化基底黑臭河道的典型性，通过综合岸带修复、基底改善、水质净化等多项措施进行治理，其中硬质化基底改善为本发明所特有。本发明中1.针对陆源污染，进行岸带修复。集成雨水径流污染拦截与净化技术(雨水径流花坛)和城市河道硬质化岸带生态修复技术(生态草帘)进行处理。2.针对硬质化河道基底，进行基底改善，并利用微生物挂膜和种植垫技术促进水生态系统恢复。3.针对水质黑臭，进行水质净化，如推流曝气、生态浮床等。本发明的一大特点是进行综合考虑，全面考察陆源污染、基底污染、水质污染，并分别制定策略岸带修复、基底改善、水质净化。以上三个方面缺一不可。
本发明通过采用综合整治方法进行整治，即河道两侧岸带修复、黑臭河道基底改善、及水质净化等，削减水体中的污染物含量，提高水体透明度，最终消除硬质化基底城市河道黑臭现象。创新点首先在于研究对象特殊，针对城市硬质化基底城市黑臭河道，目前鲜有相关研究；其次是综合考虑污染源，分别针对岸坡、岸带的面源污染，基底污染，以及水质污染，其中针对基底修复的步骤(3)和(4)为本发明特有，通过重新构建水生态微环境，以生物修复为基础，实现黑臭河道硬质化基底改善，其中岸带修复和水质净化是本发明根据硬质化基底城市黑臭河道特点遴选的最佳方案。本发明中步骤(1)和(2)为岸上修复，(3)和(4)为河道底部修复，(5)和(6)为河面及水体部分修复。
本发明根据研究对象的典型性，即硬质化基底黑臭河道，对现有技术进行遴选后选定的方案，其中硬质化基底改善为本发明特有，综合岸带修复、基底改善、水质净化等多项措施进行治理。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，综合了河道两侧岸带修复、河道基底改善、及水质净化技术等进行治理。本发明克服了硬质化基底黑臭河道难以进行生态治理的技术难题，通过环境工程技术及生态修复技术有机结合，采用本发明的方法稳定三个月内，水体黑臭和异味得到有效去除，透明度稳定维持在0.80～1.2m，DO浓度2～8mg/L，COD和BOD的削减达50％以上，水体景观功能恢复。同时，河道的自净能力明显提升，因污染遭到破坏的生态食物链逐渐恢复。
附图说明
图1是本发明硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法中生态草帘装置示意图。
图2是本发明硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法中生态浮床示意图。
图3是本发明硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法实际应用示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂家建议的条件。
实施例1
某城市断头硬质化基底城市黑臭河道，实验地点为长度约为750m，平均宽度为16m，水深1.7～2.2m，平均深度为1.95m，水位最大变幅为0.5m，河道主要污染物及浓度如下表1所示。水质污染特征为氮营养元素和有机污染物，主要污染因子排序为：氨氮＞DO＞BOD5＞石油类＞COD，水色黑臭，水质类别为劣五类。污染物来源为生活污水和雨污。各污染指标近五年的平均值见下表1：
表1
硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，包括河道两侧岸带修复技术、河道基底改善技术、及水质净化技术。河道两侧岸带修复包括生态草帘(图1)及雨水径流生态花坛；河道基底改善包括使用种植垫培育并固定水生植物；水质净化包括河道推流式曝气及生态浮床(图2)。
硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，按以下步骤进行：
(1)利用岸坡的生态草帘修复对河道两侧进行岸带修复：在岸坡上使用覆土塑料盘为承托体，底部钻数个小孔用于排水，盘内平铺3cm厚度的火山石作为基质材料，使用尼龙网缝合，以5g/m2的密度平均播撒草种。藤本植物选择种植常春藤，草帘植物选择黑麦草。在撒种后，使草帘保持湿润，待植物长至15cm左右时，便可以投入使用。
(2)利用岸上的建造的雨水径流生态花坛可对地表径流的氮磷进行拦截，防止雨水快速进入河道，雨水径流生态花坛分为两层：第一层为石英砂过滤层，厚度5cm，用于固定挺水植物，挺水植物为再力花，密度为4g/m2，发挥对径流的初级净化作用；第二层为砾石过滤层，厚度10cm，植物根系可通过砾石间的大缝隙向下生长，实现对径流的深度净化。砾石过滤层与海绵条相连，通过毛细作用实现花坛底部水体上渗，保证植物在旱季可以存活，底部添加生物炭以加强水体净化作用；雨水径流生态花坛水力停留时间为4d。
(3)在整个黑臭河道硬质化的基底上铺设卵石、砂石，为微生物提供挂膜载体，增加水体与生物膜的接触面积，同时可为水生动物提供繁殖休憩的场所，回填厚度为50cm。
(4)在黑臭河道硬质化的基底，采用丝圈种植垫来定植狐尾藻。将狐尾藻放入丝圈垫挖出的小孔中，同时利用铁丝将狐尾藻的根部固定于小孔中进行固定，使其可长满丝圈垫，等植物生长成熟后，可将种植垫投入河道底部，提供水生植物生长的基质；丝圈垫仅延河道中线铺设，铺设长度约750m，其中每个丝圈垫厚度6cm，大小5m2(长2.5m，宽2m)。
(5)在河道中央较开阔水域放置推流式微纳米曝气机，利用推流式微纳米曝气机快速提高水体溶解氧，促进水体水平流动，使河道无污染死区，同时保障整个河道水体溶解氧浓度处于较高水平，一般需要高于2mg/L，且水体透明度显著提高。每套高效曝气系统服务半径为50m，两套曝气设备间隔150m设置。
(6)分别在河道上、中、下游放置生态浮床，铺设面积占整个河道面积的10％，采用生态浮床持续净化河道水质：利用不同沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物生态位和生长季节的差异，合理选取配置人工湿地中的水生植物，实现了生态浮床一年四季的稳定运行，维持了生态净化效果的长期稳定，且达到了生态浮床三季有花、四季有草的效果。其中冬春选择生长旺盛的西伯利亚鸢尾，夏秋季选择生长旺盛的粉绿狐尾藻。生态浮床种植的植物中如西伯利亚鸢尾、水芹和黄菖蒲不需底土，可以直接在河水里生长繁殖，可吸收氮磷营养物质和重金属；水芹和鸢尾四季常绿，根系较为发达，可以附着生长大量微生物膜有效去除水体中的污染物质。
如图3所示整个硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法建成后稳定一个月后，监测河道水质，COD浓度下降至15～20mg/L，氨氮浓度0.1～0.4mg/L，BOD浓度7～10mg/L，石油类浓度0.1～0.2mg/L，DO浓度2～6mg/L，透明度稳定维持在0.80～1.2m，治理后水体水质得到有效改善，水体黑臭和异味得到有效去除，水体景观功能恢复。同时，河道的自净能力明显提升，因污染遭到破坏的生态食物链逐渐恢复。
实施例2
实施例2与实施例1方法相同，不同之处在于：步骤(1)中盘内平铺1cm厚度的火山石作为基质材料，使用尼龙网缝合，以2g/m2的密度平均播撒草种。藤本植物选择种植紫藤，草帘植物选择黑麦草。步骤(2)中挺水植物为美人蕉，雨水径流生态花坛水力停留时间为3d。。步骤(3)中回填厚度为10cm。步骤(4)中丝圈垫厚度2cm，大小0.2m2。步骤(5)中每套推流曝气系统服务半径为30m，两套曝气设备间隔80m设置。步骤(6)冬春选择生长旺盛的水芹；夏秋季选择生长旺盛的黄菖蒲。
实施例3
实施例3与实施例1方法相同，不同之处在于：步骤(1)中盘内平铺5cm厚度的火山石作为基质材料，使用尼龙网缝合，以10g/m2的密度平均播撒草种。藤本植物选择种植络石，草帘植物选择黑麦草。步骤(3)中回填厚度为100cm。步骤(4)中丝圈垫厚度10cm，大小5m2。步骤(5)中每套推流曝气系统服务半径为60m，两套曝气设备间隔160m设置。步骤(6)中冬春选择生长旺盛的西伯利亚鸢尾，夏秋季选择生长旺盛的香根草。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用岸坡的生态草帘修复对河道两侧进行岸带修复：使用覆土塑料盘为承托体，底部钻数个小孔用于排水，盘内平铺火山石作为基质材料播撒藤本植物或草本植物草种；
(2)利用岸上的雨水径流生态花坛对地表径流的氮磷进行拦截：雨水径流生态花坛分为两层，第一层为石英砂过滤层；第二层为砾石过滤层，砾石过滤层与海绵条相连，底部添加生物炭以加强水体净化作用；
(3)在黑臭河道硬质化的基底铺设卵石、砂石为微生物提供挂膜载体；
(4)在黑臭河道硬质化的基底，采用种植垫来定植水生植物，将水生植物放入种植垫挖出的小孔中，将水生植物的根部在小孔中进行固定，等植物生长成熟后，将种植垫投入河道底部，提供水生植物生长的基质；
(5)利用推流曝气机提高河道水体溶解氧，促进水体水平流动，使河道无污染死区；
(6)采用生态浮床持续净化河道水质：利用不同沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物生态位和生长季节的差异，配置人工湿地中的水生植物，实现了生态浮床一年四季的稳定运行，达到生态浮床三季有花、四季有草。
2.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(1)中岸带修复使用覆土塑料盘为承托体，底部钻数个小孔用于排水，盘内平铺1～5cm厚度的火山石作为基质材料，使用尼龙网缝合。
3.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(1)中优选以2～10g/m2的密度平均播撒藤本植物或草本植物草种，所述藤本植物包括常青藤、络石、爬山虎、紫藤、凌霄、金银花中的一种或几种，在撒种后，使草帘保持湿润，待植物长至10～20cm时，便可以投入使用。
4.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(2)中第一层为石英砂过滤层用于固定挺水植物，挺水植物为再力花和美人蕉中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(2)中第二层为砾石过滤层，植物根系可通过砾石间的大缝隙向下生长，实现对径流的深度净化，雨水径流生态花坛水力停留时间为1～5d。
6.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(4)中所述种植垫为丝圈垫，水生植物为狐尾藻，丝圈垫厚度2～10cm，大小0.2～5m2。
7.根据权利要求6所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(4)中将狐尾藻放入丝圈垫挖出的小孔中，同时利用铁丝将狐尾藻的根部固定于小孔中，等植物生长成熟后，可将种植垫投入河道底部，提供水生植物生长的基质。
8.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(5)中所述曝气机为推流式微纳米曝气机，促进水体水平流动，使河道无污染死区，同时保障整个河道水体溶解氧浓度高于2mg/L，每套推流曝气系统服务半径为30～60m，两套曝气设备间隔80～160m设置。
9.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(6)中冬春季选择生长旺盛的西伯利亚鸢尾、水芹中的一种或两种，夏秋季可选择生长旺盛的粉绿狐尾藻、西伯利亚鸢尾、黄菖蒲、香根草中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的硬质化基底城市黑臭河道综合整治方法，其特征在于，步骤(6)中生态浮床种植的植物中，西伯利亚鸢尾、水芹和黄菖蒲不需底土，可以直接在河水里生长繁殖，可吸收氮磷营养物质和重金属；水芹和鸢尾四季常绿，根系较为发达，可以附着生长大量微生物膜有效去除水体中的污染物质。
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