CN114481939A - 一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置及补水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态补水技术领域，具体公开了一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，包括设置在河道中下游且与河道连通的水库，设置在河道上与所述水库连接的蓄水系统，设置在河道沿岸且与水库连接的再生水处理系统；所述蓄水系统包括多组均匀水平设置在河道上的蓄水单元；蓄水单元均包括固定立柱，升降架，两端分别与两个升降架下端连接横跨河道的下方拉索，与所述下方拉索平行设置的上方拉索，以及多个安装在所述上方拉索、下方拉索上且沿河道宽度方向均匀排列的取水结构；本发明能够降低生态补水成本、提高生态补水的补水质量，缓解用水矛盾以及减少水环境污染。

Description

一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置及补水方法
技术领域
本发明涉及生态补水技术领域，具体是涉及一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置及补水方法。
背景技术
河道生态补水，是随着区域经济发展、城市化逐步提高，有必要在污染源治理基础上增加的措施，通过提高水体流动性，加大水环境容量及自净能力，增强水环境改善效果。
通常河道上游存在较多生活源及农业源输入，并通过支流水系汇入主河道，河道污染负荷较重。在此情况下，河道水文受阻、河道生态严重受损，难以通过有效的治理手段实现污染物消减，河道水质达标面临巨大压力，因此需要进行生态补水。
现有技术对河道进行生态补水通常实施跨区域调水或海水倒灌回补河道；跨区域调水施工周期长，成本高；海水回补河道对河水体物化特征存在较大冲击，会干扰胁迫水体生态系统的功能和稳定性，间接影响河道水质，不能达到补水调控的目的。再生水被称为城市的第二水源，因此现有技术也会采用再生水回补河道，相对于前两者不仅具有成本低的优点，更能够缓解用水矛盾，以及减少水环境污染；但是单纯采用再生水进行生态补水，往往不能达到生态补水的需求，其补水量较小，因此需要一种成本低、便于实施且能够满足河道生态补水需求的补水系统与方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：降低生态补水成本、提高生态补水的补水质量，缓解用水矛盾以及减少水环境污染。
本发明的技术方案是：一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，包括设置在河道中下游且与河道连通的水库，设置在河道上与所述水库连接的蓄水系统，设置在河道沿岸且与水库连接的再生水处理系统；
所述蓄水系统包括多组均匀水平设置在河道上的蓄水单元；
所述蓄水单元均包括两个对应设置在河道中下游沿岸两侧的固定立柱，两个分别垂直安装在所述固定立柱上的升降架，两端分别与两个升降架下端连接横跨河道的下方拉索，两端分别与两个升降架上端连接且与所述下方拉索平行设置的上方拉索，以及多个安装在所述上方拉索、下方拉索上且沿河道宽度方向均匀排列的取水结构；
所述取水结构包括设置在上方拉索、下方拉索之间的安装架，两个设置在所述安装架上、下端分别与上方拉索、下方拉索连接的活动连接件，设置在所述安装架中部的进水件，设置在所述进水件上位于进水口处的半球形拦截网罩，以及一端设置在所述进水件出水口处、另一端连通水库的汇流管道；
所述进水件包括一端与半球形拦截网罩连接的圆腔状进水收集口，位于圆腔状进水收集口另一端且呈喇叭状的收缩管段，设置在所述收缩管段内部的单向阀，以及设置在所述圆腔状进水收集口、收缩管段上的稳流鳍；
所述再生水处理系统包括用于收集污水的沉淀拦截池，与所述沉淀拦截池连通的反硝化滤池，与所述反硝化滤池连通的超滤膜系统，以及连通所述超滤膜系统与水库的输水管道；
所述水库与河道通过补水管道连接；所述补水管道内设有电动闸门；河道内设有检测河道水面高度、水环境质量的检测装置；所述水库内设有与电动闸门、检测装置电连接的控制单元。
进一步地，所述固定立柱包括立柱本体，垂直设置在所述立柱本体上与升降架滑动连接的滑槽，安装在立柱本体上与升降架连接的滚轴丝杠，以及向所述滚轴丝杠提供动力的旋转电机。通过旋转电机、滚轴丝杠的设置能够实现对升降架的升降控制，通过调节升降架的高度能够使蓄水单元随河面高度变化进行匹配调整，确保蓄水单元能够有效进行取水。
进一步地，所述活动连接件包括与上方拉索、下方拉索连接的挂钩拉环，设置在所述挂钩拉环上与安装架活动连接的转轴。转轴、挂钩拉环的设置能够使进水件活动连接，防止进水件不能活动被水流冲坏，有效降低机械故障率。
进一步地，所述蓄水系统包括五组均匀水平设置在河道上的蓄水单元。
通过多个蓄水单元的设置能够使对水库单位时间内的蓄水量大大增加，提高水库蓄水效率，确保水库有足够的水量实施生态补水。
进一步地，所述超滤膜系统包括外部箱体，活动设置在所述外部箱体上的中心转轴，安装在所述中心转轴上的圆柱状滤膜，以及设置在所述外部箱体上端与所述圆柱状滤膜连接的滤膜清理装置；
所述外部箱体上设有与反硝化滤池连通进水口，以及与输水管道连接的出水口；
所述圆柱状滤膜中心轴线与中心转轴重合，下半部在外部箱体内部，上半部与滤膜清理装置连接；
所述滤膜清理装置包括设置在外部箱体上且位于圆柱状滤膜两侧的环形支架，均匀设置在所述环形支架之间的紫外灯管、第一清洗喷头、第二清洗喷头，与所述第一清洗喷头连通存储有化学清洗液的供液箱，以及与第二清洗喷头连通的高压气泵。
圆柱状滤膜的下半部分能够对再生水进行超滤处理，上半部分能够实现及时的清理，通过紫外线、化学清洗、气体高压清洗能够对滤膜上的污渍进行高效去除；通过转动使得上下部分切换，实现在对污水进行超滤同时对滤膜进行清理，有效提高滤膜的过滤效率。
进一步地，所述化学清洗液为H2O2溶液、HCl溶液、NaOH溶液、NaClO溶液、草酸溶液以及柠檬酸溶液中的任意一种。通过化学清洗液能够高效去除滤膜上一些附着性较强的污染物，有效防止滤膜的过滤效率下降。
进一步地，所述圆柱状滤膜采用无机陶瓷膜。
无机陶瓷膜具有耐高温、化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂、机械强度高，可反向冲洗、抗微生物能力强、可清洗性强。
进一步地，所述汇流管道还与外部箱体的进水口连接；所述汇流管道内部设置有水质检测器。
通过汇流管道内部的水质检测器能够对收集到的水源质量进行检测，如若水源质量较差可将水流通入再生水处理系统进行处理，能够使得水库得到符合补水要求的水源，确保生态补水的有效性。
采用上述水位补偿装置对河道中下游进行生态补水的水位补偿方法，包括以下步骤：
S1：水库蓄水
S1-1：蓄水系统与再生水处理系统结合向水库中补偿水源；
S1-2：在雨季河水水质较好时，蓄水系统通过蓄水单元使河水直接回流至水库；
具体是：河水穿过半球形拦截网罩进入圆腔状进水收集口，在收缩管段水流速增大后穿过单向阀进入汇流管道，输送进水库；
S1-3：再生水处理系统对城市污水进行处理，达到补水标准后，输送至水库；
具体是：将城市生活污水通入沉淀拦截池进行初步的沉淀过滤，然后依次通入反硝化滤池、超滤膜系统进行净化处理；在超滤膜系统内采用滤膜清理装置对滤膜进行清理，提高滤膜的持续净化能力；输水管道将处理完成的再生水通入水库；
S2：河道水流检测
检测装置对河道水质、水面高度进行检测，控制单元对检测数据进行分析、计算补水量；
S3：进行补水
控制单元根据步骤二计算的补水量，控制电动闸门打开时间，使水库通过补水管道按照计算的补水量向河道进行补充。
本发明的有益效果是：本发明提供的蓄水系统能够在河道中下游将对河水进行拦截收集，通过圆腔状进水收集口、收缩管段、单向阀能对河水进行拦截后，再将拦截的河水输送至水库存储；相对与跨区域调水、海水淡化的高投入、高成本、工程周期大的缺陷，本技术方案具有便于实施、且实施成本低、工程周期短的优势。
结合上述方法，对城市污水进行处理得到再生水，就地解决城市污水问题，缓解城市用水矛盾的同时，采用得到的再生水补充水库水量，实施生态补水，进一步降低整个技术方案的生态补水成本；通过对超滤膜系统的及时清理不仅能够确保再生水系统的持续运转，还能够提高处理效率，确保足够的再生水源补充进水库。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1蓄水单元的结构示意图；
图3是本发明实施例1补水管道、电动闸门的结构示意图；
图4是本发明实施例1再生水处理系统的结构示意图；
图5是本发明实施例1挂钩拉环的结构示意图；
图6是本发明实施例2超滤膜系统的结构示意图；
其中，1-水库、2-蓄水系统、3-再生水处理系统、20-固定立柱、21-升降架、22-下方拉索、23-上方拉索、24-取水结构、240-安装架、241-半球形拦截网罩、242-汇流管道、243-圆腔状进水收集口、244-收缩管段、245-单向阀、246-稳流鳍、30-沉淀拦截池、31-反硝化滤池、32-超滤膜系统、33-输水管道、10-补水管道、11-电动闸门、12-检测装置、13-控制单元、200-滑槽、201-滚轴丝杠、202-旋转电机、247-挂钩拉环、248-转轴、320-外部箱体、321-中心转轴、322-圆柱状滤膜、34-滤膜清理装置、340-环形支架、341-紫外灯管、342-第一清洗喷头、343-第二清洗喷头、344-供液箱、345-高压气泵。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，包括设置在河道中下游且与河道连通的水库1，设置在河道上与水库1连接的蓄水系统2，设置在河道沿岸且与水库1连接的再生水处理系统3；
蓄水系统2包括5组均匀水平设置在河道上的蓄水单元；
如图2所示，蓄水单元均包括两个对应设置在河道中下游沿岸两侧的固定立柱20，两个分别垂直安装在固定立柱20上的升降架21，两端分别与两个升降架21下端连接横跨河道的下方拉索22，两端分别与两个升降架21上端连接且与下方拉索22平行设置的上方拉索23，以及5个安装在上方拉索23、下方拉索22上且沿河道宽度方向均匀排列的取水结构24；
取水结构24包括设置在上方拉索23、下方拉索22之间的安装架240，两个设置在安装架240上、下端分别与上方拉索23、下方拉索22连接的活动连接件，设置在安装架240中部的进水件，设置在进水件上位于进水口处的半球形拦截网罩241，以及一端设置在进水件出水口处、另一端连通水库1的汇流管道242；
如图2所示，进水件包括一端与半球形拦截网罩241连接的圆腔状进水收集口243，位于圆腔状进水收集口243另一端且呈喇叭状的收缩管段244，设置在收缩管段244内部的单向阀245，以及设置在圆腔状进水收集口243、收缩管段244上的稳流鳍246；
如图4所示，再生水处理系统3包括用于收集污水的沉淀拦截池30，与沉淀拦截池30连通的反硝化滤池31，与反硝化滤池31连通的超滤膜系统32，以及连通超滤膜系统32与水库1的输水管道33；
如图3所示，水库1与河道通过补水管道10连接；补水管道10内设有电动闸门11；河道内设有检测河道水面高度、水环境质量的检测装置12；水库1内设有与电动闸门11、检测装置12电连接的控制单元13。
固定立柱20包括立柱本体，垂直设置在立柱本体上与升降架21滑动连接的滑槽200，安装在立柱本体上与升降架21连接的滚轴丝杠201，以及向滚轴丝杠201提供动力的旋转电机202。
活动连接件包括与上方拉索23、下方拉索22连接的挂钩拉环247，设置在挂钩拉环241上与安装架240活动连接的转轴248。
其中，超滤膜系统32采用现有市售的超滤膜处理水设备，具体的产品型号本领域内工作人员可根据需要进行选择。
采用上述水位补偿装置对河道中下游进行生态补水的水位补偿方法，包括以下步骤：
S1：水库蓄水
S1-1：蓄水系统2与再生水处理系统3结合向水库1中补偿水源；
S1-2：在雨季河水水质较好时，蓄水系统2通过蓄水单元使河水直接回流至水库1；
具体是：河水穿过半球形拦截网罩241进入圆腔状进水收集口243，在收缩管段244水流速增大后穿过单向阀245进入汇流管道242，输送进水库1；
S1-3：再生水处理系统3对城市污水进行处理，达到补水标准后，输送至水库1；
具体是：将城市生活污水通入沉淀拦截池30进行初步的沉淀过滤，然后依次通入反硝化滤池31、超滤膜系统32进行净化处理；输水管道33将处理完成的再生水通入水库1；
S2：河道水流检测
检测装置12对河道水质、水面高度进行检测，控制单元13对检测数据进行分析、计算补水量；
S3：进行补水
控制单元13根据步骤二计算的补水量，控制电动闸门11打开时间，使水库1通过补水管道10按照计算的补水量向河道进行补充。
实施例2：
与实施例1不同的是：
如图6所示，超滤膜系统32包括外部箱体320，活动设置在外部箱体32上的中心转轴321，安装在中心转轴321上的圆柱状滤膜322，以及设置在外部箱体320上端与圆柱状滤膜322连接的滤膜清理装置34；
外部箱体320上设有与反硝化滤池31连通进水口，以及与输水管道33连接的出水口；
圆柱状滤膜322中心轴线与中心转轴321重合，下半部在外部箱体320内部，上半部与滤膜清理装置34连接；
滤膜清理装置34包括设置在外部箱体32上且位于圆柱状滤膜322两侧的环形支架340，均匀设置在环形支架340之间的紫外灯管341、第一清洗喷头342、第二清洗喷头343，与第一清洗喷头342连通存储有化学清洗液的供液箱344，以及与第二清洗喷头342连通的高压气泵345。
化学清洗液为质量分数浓度为0.9％的H2O2溶液。
圆柱状滤膜322采用无机陶瓷膜。
其中，高压气泵345、紫外灯管341、第一清洗喷头342、第二清洗喷头343均采用市售组件，且具体的产品型号本领域内工作人员可根据需要进行选择。
采用上述水位补偿装置对河道中下游进行生态补水的水位补偿方法，包括以下步骤：
S1：水库蓄水
S1-1：蓄水系统2与再生水处理系统3结合向水库1中补偿水源；
S1-2：在雨季河水水质较好时，蓄水系统2通过蓄水单元使河水直接回流至水库1；
具体是：河水穿过半球形拦截网罩241进入圆腔状进水收集口243，在收缩管段244水流速增大后穿过单向阀245进入汇流管道242，输送进水库1；
S1-3：再生水处理系统3对城市污水进行处理，达到补水标准后，输送至水库1；
具体是：将城市生活污水通入沉淀拦截池30进行初步的沉淀过滤，然后依次通入反硝化滤池31、超滤膜系统32进行净化处理；在超滤膜系统32内采用滤膜清理装置34对滤膜进行清理；圆柱状滤膜322的下半部分对污水进行超滤净化，上半部分依次进行紫外灯管341照射杀菌、第一清洗喷头342喷淋化学清洗剂清洗、第二清洗喷头342喷出高压气体清洗；通过中心转轴321旋转使得上、下部分进行切换，提高滤膜的持续净化能力；输水管道33将处理完成的再生水通入水库1；
S2：河道水流检测
检测装置12对河道水质、水面高度进行检测，控制单元13对检测数据进行分析、计算补水量；
S3：进行补水
控制单元13根据步骤二计算的补水量，控制电动闸门11打开时间，使水库1通过补水管道10按照计算的补水量向河道进行补充。
实施例3：
与实施例1不同的是：
汇流管道242还与外部箱体320的进水口连接；汇流管道342内部设置有水质检测器。
所述水质检测器采用市售产品，且具体的产品型号本领域内工作人员可根据需要进行选择。
通过水质检测器检测拦截水流的水质情况，根据需要可将拦截到的水流通入再生水系统进行处理，然后对水库进行补水。

Claims (9)

1.一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，包括设置在河道中下游且与河道连通的水库(1)，设置在河道上与所述水库(1)连接的蓄水系统(2)，设置在河道沿岸且与水库(1)连接的再生水处理系统(3)；
所述蓄水系统(2)包括多组均匀水平设置在河道上的蓄水单元；
所述蓄水单元均包括两个对应设置在河道中下游沿岸两侧的固定立柱(20)，两个分别垂直安装在所述固定立柱(20)上的升降架(21)，两端分别与两个升降架(21)下端连接横跨河道的下方拉索(22)，两端分别与两个升降架(21)上端连接且与所述下方拉索(22)平行设置的上方拉索(23)，以及多个安装在所述上方拉索(23)、下方拉索(22)上且沿河道宽度方向均匀排列的取水结构(24)；
所述取水结构(24)包括设置在上方拉索(23)、下方拉索(22)之间的安装架(240)，两个设置在所述安装架(240)上、下端分别与上方拉索(23)、下方拉索(22)连接的活动连接件，设置在所述安装架(240)中部的进水件，设置在所述进水件上位于进水口处的半球形拦截网罩(241)，以及一端设置在所述进水件出水口处、另一端连通水库(1)的汇流管道(242)；
所述进水件包括一端与半球形拦截网罩(241)连接的圆腔状进水收集口(243)，位于圆腔状进水收集口(243)另一端且呈喇叭状的收缩管段(244)，设置在所述收缩管段(244)内部的单向阀(245)，以及设置在所述圆腔状进水收集口(243)、收缩管段(244)上的稳流鳍(246)；
所述再生水处理系统(3)包括用于收集污水的沉淀拦截池(30)，与所述沉淀拦截池(30)连通的反硝化滤池(31)，与所述反硝化滤池(31)连通的超滤膜系统(32)，以及连通所述超滤膜系统(32)与水库(1)的输水管道(33)；
所述水库(1)与河道通过补水管道(10)连接；所述补水管道(10)内设有电动闸门(11)；河道内设有检测河道水面高度、水环境质量的检测装置(12)；所述水库(1)内设有与电动闸门(11)、检测装置(12)电连接的控制单元(13)。
2.根据权利要求1所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述固定立柱(20)包括立柱本体，垂直设置在所述立柱本体上与升降架(21)滑动连接的滑槽(200)，安装在立柱本体上与升降架(21)连接的滚轴丝杠(201)，以及向所述滚轴丝杠(201)提供动力的旋转电机(202)。
3.根据权利要求1所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述活动连接件包括与上方拉索(23)、下方拉索(22)连接的挂钩拉环(247)，设置在所述挂钩拉环(241)上与安装架(240)活动连接的转轴(248)。
4.根据权利要求1所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述蓄水系统(2)包括五组均匀水平设置在河道上的蓄水单元。
5.根据权利要求1所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述超滤膜系统(32)包括外部箱体(320)，活动设置在所述外部箱体(32)上的中心转轴(321)，安装在所述中心转轴(321)上的圆柱状滤膜(322)，以及设置在所述外部箱体(320)上端与所述圆柱状滤膜(322)连接的滤膜清理装置(34)；
所述外部箱体(320)上设有与反硝化滤池(31)连通进水口，以及与输水管道(33)连接的出水口；
所述圆柱状滤膜(322)中心轴线与中心转轴(321)重合，下半部在外部箱体(320)内部，上半部与滤膜清理装置(34)连接；
所述滤膜清理装置(34)包括设置在外部箱体(32)上且位于圆柱状滤膜(322)两侧的环形支架(340)，均匀设置在所述环形支架(340)之间的紫外灯管(341)、第一清洗喷头(342)、第二清洗喷头(343)，与所述第一清洗喷头(342)连通存储有化学清洗液的供液箱(344)，以及与第二清洗喷头(342)连通的高压气泵(345)。
6.根据权利要求5所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述化学清洗液为H2O2溶液、HCl溶液、NaOH溶液、NaClO溶液、草酸溶液以及柠檬酸溶液中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述圆柱状滤膜(322)采用无机陶瓷膜。
8.根据权利要求5所述的一种用于河道中下游生态补水的水位补偿装置，其特征在于，所述汇流管道(242)还与外部箱体(320)的进水口连接；所述汇流管道(342)内部设置有水质检测器。
9.采用权利要求1～8所述水位补偿装置对河道中下游进行生态补水的水位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：水库蓄水
S1-1：蓄水系统(2)与再生水处理系统(3)结合向水库(1)中补偿水源；
S1-2：在雨季河水水质较好时，蓄水系统(2)通过蓄水单元使河水直接回流至水库(1)；
具体是：河水穿过半球形拦截网罩(241)进入圆腔状进水收集口(243)，在收缩管段(244)水流速增大后穿过单向阀(245)进入汇流管道(242)，输送进水库(1)；
S1-3：再生水处理系统(3)对城市污水进行处理，达到补水标准后，输送至水库(1)；
具体是：将城市生活污水通入沉淀拦截池(30)进行初步的沉淀过滤，然后依次通入反硝化滤池(31)、超滤膜系统(32)进行净化处理；在超滤膜系统(32)内采用滤膜清理装置(34)对滤膜进行清理，提高滤膜的持续净化能力；输水管道(33)将处理完成的再生水通入水库(1)；
S2：河道水流检测
检测装置(12)对河道水质、水面高度进行检测，控制单元(13)对检测数据进行分析、计算补水量；
S3：进行补水
控制单元(13)根据步骤二计算的补水量，控制电动闸门(11)打开时间，使水库(1)通过补水管道(10)按照计算的补水量向河道进行补充。
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