CN116282764B - 用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，包括沿水流方向依次布设的粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块、缓释氧模块和堰体模块；粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块和堰体模块的下部深入河床以下设置；铁碳微电解模块和缓释氧模块分别位于堰体模块上的堰身前侧过水通道和堰身后侧的过水通道内；铁碳微电解模块的出水端与斜板沉淀模块进水通道的连通，斜板沉淀模块的出水泵至缓释氧模块内。本发明采用多种技术手段的结合对城市景观水体进行系统净化，通过用透水堰及生态鱼道可以维持河道水系连通性，采用侧向冲洗设计，减少维护次数，基本实现免维护。
Description
技术领域
本发明属于河流环境保护的技术领域，具体涉及一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统。
背景技术
景观水体主要指的是人工建造形成的或者通过自然环境形成的，主要是作为旅游景点水体或者城市水体的进化系统。由于筑堤和建坝等活动，城市景观水体具有封闭性较强、水体流动性差、水体浑浊、自净能力小等特点。同时，我国的酸雨污染日益严重，我国环境保护部公布的《2011年中国环境状况公报》显示，在全国468个进行酸雨监测的县市中出现酸雨的县市占48.5％。酸雨进入相对封闭的城市景观水体之中，加之化工、采矿等企业的酸性排水，导致城市景观水体环境常常受到酸性污染。
作为景观功能水体，良好的表观效果是其应具有的最基本特性，然而水体表观指标恶化，水体浑浊、颜色异常现象在城市中屡见不鲜。景观水体既对城市景观环境的好坏起到重要的作用，又能为人们的生活健康提供适宜的环境。这也对其水质特别是浊度、悬浮物浓度、透明度等表观指标的控制提出更高的要求。
透水坝技术是一种应用于河流水体原位的面源污染控制技术。在让部分水流通过的同时，基于人工湿地和快速渗滤的相关理论，通过坝体渗流的方式，拦蓄、吸附水体中的污染物质。但是在目前的研究中，其仍存在着坝体淤堵，水体污染物拦截效果不高，透水材料更换难的问题，在净水功能上也有丰富和进一步改进的空间。
斜管沉淀池是一种在沉淀池内放置许多相互平行的倾斜管的沉淀设施，它大幅度提高了沉淀效率，改善了沉淀池的出水水质，同时也减少了沉淀池的占地面积。目前，关于斜板沉淀池的的研究与应用场景大多为针对水处理厂之中，在原位河道上关于斜板沉淀池的研究及应用有限。
铁碳微电解技术是将铁和碳淹没于废水中，由于铁和碳之间存在较大电极电位差，在酸性条件下，废水中便会形成无数个微原电池，铁失去电子，在废水溶液中发生电化学反应。在微原电池作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的亚铁离子(Fe2+)并进入废水，进而氧化成铁离子(Fe3+)，形成具有比较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，能与废水中的许多成分发生氧化还原反应，使有机大分子断链成易降解小分子物质。
缓释氧材料是指投加到水里可以缓慢释放氧气的一种材料，一般使以过氧化钙为主要成分。它主要利用了CaO2与水在常温常压环境下可以生成O2的原理，通过包埋剂将CaO2包埋，减少CaO2与水的接触，稳定其释氧速率。同时，CaO2与水反应还会生成Ca(OH)2,在酸性水体中可以进一步中和酸性。如果水体酸性过高，过氧化钙可以直接与氢离子反应，生成具有氧化能力的过氧化氢降解污染物质。在河道的生态修复领域，缓释氧材料在提升水体溶解氧水平、抑制底泥内源性污染物释放的方面已有应用，但与透水堰坝相结合的研究有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，以解决河道水体原位净化的技术大多针对单一指标，缺乏对多项水体指标进行系统化净化的非水生态学的净化技术的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其包括沿水流方向依次布设的粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块、缓释氧模块和堰体模块；
粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块和堰体模块的下部深入河床以下设置；铁碳微电解模块和缓释氧模块分别位于堰体模块上的堰身前侧过水通道和堰身后侧的过水通道内；铁碳微电解模块的出水端与斜板沉淀模块进水通道的连通，斜板沉淀模块的出水泵至缓释氧模块内。
进一步地，粗过滤模块包括底泥拦截壁和粗格栅；底泥拦截壁横截面呈匚型，并横跨于河床之上，粗格栅竖直放置于底泥拦截壁之上。
进一步地，堰体模块包括堰身和生态鱼道；堰身上分别开设有堰身前侧过水通道和堰身后侧的过水通道；生态鱼道包括开设于透水堰体上侧的第一生态鱼道和透水堰体后侧的第二生态鱼道，且第一生态鱼道与第二生态鱼道连通。
进一步地，堰身后侧过水通道包括混凝土壁构成的空间通道，堰身后侧过水通道内的两侧设有若干根用于固定缓释氧模块的固定钢筋；堰身后侧过水通道的后侧设有密闭门，堰身后侧过水通道的下部开设有侧向冲洗进水管，侧向冲洗进水管通过水泵与下游水连通，堰身后侧过水通道的上部开设有侧向冲洗出水管。
进一步地，侧向冲洗进水管的自由端延伸至下游，并将位于下游的斜板沉淀模块的出水泵升至侧向冲洗进水管的出水端；侧向冲洗进水管的出水端包括若干个设置于混凝土壁内侧的出水板，出水板对称设置于混凝土壁内的两侧壁上，且出水板沿竖直方向均匀间隔分布；出水板上开设有若干个出水口，若干个出水口正对缓释氧模块设置。
进一步地，铁碳微电解模块包括位于堰身前侧过水通道的截留单元和铁碳微电解单元；截留单元位于铁碳微电解单元上侧，截留单元内部装填若干卵石和碎石石料，其外侧采用格宾网固定；铁碳微电解单元外侧为格宾网，内侧装有若干网兜，网兜中装填有若干废铁屑及活性炭填料。
进一步地，截留单元内填充粒径为1-10cm的卵石；铁碳微电解单元中废铁屑和活性炭填料粒径为5-20mm，且废铁屑和活性炭填料两者的组份比例为1:1。
进一步地，斜板沉淀模块位于混凝土地基和混凝土墙构成的空间内；斜板沉淀模块包括进水通道、排泥区和斜板区；进水通道位于斜板沉淀模块前部，排泥区包括由集泥斗和穿孔排泥管，斜板区包括斜板支架、若干块斜板和固定钢索；若干块斜板平行设置，并位于斜板支架和固定钢索之间。
进一步地，缓释氧模块位于堰身后侧过水通道内，缓释氧模块内部装有缓释氧填料，外侧采用格宾网箱固定。
进一步地，缓释氧模块内缓释氧材料包括缓释型过氧化钙，缓释型过氧化钙包括CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂，其质量比为9:5:3:4；将CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂充分混匀，喷洒去离子水进行材料的粘结，然后经造粒机滚球，制备成粒径为10mm的颗粒。
本发明提供的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，具有以下有益效果：
本发明采用多种技术手段的结合对酸性城市景观水体进行系统净化，通过用透水堰及生态鱼道可以维持河道水系连通性，采用侧向冲洗设计，减少维护次数，基本实现免维护。
本发明铁碳微电解模块、斜板沉淀模块及缓释氧模块功能上相辅相成；铁碳微电解模块的设立可以将水体中的难降解有机物进行降解和转化，同时释放的铁离子和亚铁离子有絮凝作用，配合缓释氧模块可以为后续水体对污染物的进一步降解提供便利，同时铁碳微电极模块还可以释放铁离子和亚铁离子，具有絮凝作用，有利于协办沉淀模块对浊度的净化。
本发明缓释氧模块设计有侧向冲洗结构，两侧透水堰体侧向冲洗过程交替进行，可以维持水系连通性的同时避免模块堵塞。
本发明生态鱼道设计可以使鱼类更容易越过堰体，中高水位时可以使小部分水流流过，维系河流水系连通性。
本发明粗过滤模块可以截留水中的漂浮物，同时阻止底泥随水流代入后续结构，为后续处理提供便利。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的总体结构俯视图；
图3为本发明粗过滤模块结构示意图；
图4为本发明斜板沉淀模块结构示意图；
图5为本发明堰体模块后侧结构示意图；
图6为本发明透水堰体侧向冲洗进水管结构示意图；
图7为本发明铁碳微电解模块示意图。
其中：
1、粗过滤模块；110、底泥拦截壁；120、粗格栅；
2、铁碳微电解模块；210、截留单元；220、铁碳微电解单元；
3、斜板沉淀模块；4、缓释氧模块；
5、堰体模块；510、堰身；511、堰身前侧过水通道；512、堰身后侧过水通道；520、第一生态鱼道；
6、进水通道；7、排泥区；710、穿孔排泥管；720、集泥斗；8、斜板区；810、斜板支架；820、斜板；830、固定钢索；9、混凝土地基；10、混凝土墙；11、透水堰体；12、第二生态鱼道；13、混凝土壁；14、固定钢筋；15、格宾网箱；16、侧向冲洗进水管；17、侧向冲洗出水管；18、密闭门。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
参考图1，提供一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，本实施例将透水堰坝技术、斜板820沉淀技术、铁碳微电解技术和缓释氧材料相结合，并在其上构建生态鱼道，实现针对面源污染的河流水体，达到改善水质、降低浊度、提高含氧量、维系水系连通性的目的，其具体包括：
沿水流方向依次布设的粗过滤模块1、铁碳微电解模块2、斜板820沉淀模块3、缓释氧模块4和堰体模块5。
其中，粗过滤模块1、铁碳微电解模块2、斜板820沉淀模块3和堰体模块5的下部深入河床以下设置；铁碳微电解模块2和缓释氧模块4分别位于堰体模块5上的堰身前侧过水通道511和堰身510后侧的过水通道内；铁碳微电解模块2的出水端与斜板820沉淀模块3进水通道6的连通，斜板820沉淀模块3的出水泵至缓释氧模块4内。
具体的，参考图3，粗过滤模块1包括底泥拦截壁110和粗格栅120，底泥拦截壁110横截面呈匚型，并横跨于河床之上，粗格栅120竖直放置于底泥拦截壁110之上。
作为本实施例的一种优选，粗格栅120可选用栅条净间距50至100mm的粗格栅120，底泥拦截壁110可取20至40cm，高度可采取30-40m，沿河道横向长度可视河道宽度而定；粗格栅120可有效截留水体中的大型漂浮物，底泥拦截壁110可防止河床上的底泥被冲刷至后续结构造成堵塞。
参考图1、图2、图5和图6，堰体模块5包括堰身510和生态鱼道，堰身510上分别开设有堰身前侧过水通道511和堰身510后侧的过水通道，生态鱼道包括开设于透水堰体11上侧的第一生态鱼道520和透水堰体11后侧的第二生态鱼道12，且第一生态鱼道520与第二生态鱼道12连通，透水堰体11属于堰身510的部分结构。
堰身后侧过水通道512包括混凝土壁13构成的空间通道，堰身后侧过水通道512内的两侧设有若干根用于固定缓释氧模块4的固定钢筋14；堰身后侧过水通道512的后侧设有密闭门18，堰身后侧过水通道512的下部开设有侧向冲洗进水管16，侧向冲洗进水管16通过水泵与下游水连通，堰身后侧过水通道512的上部开设有侧向冲洗出水管17。
侧向冲洗进水管16的自由端延伸至下游，并将位于下游的斜板820沉淀模块3的出水泵升至侧向冲洗进水管16的出水端；侧向冲洗进水管16的出水端包括若干个设置于混凝土壁13内侧的出水板，出水板对称设置于混凝土壁13内的两侧壁上，且出水板沿竖直方向均匀间隔分布；出水板上开设有若干个出水口，若干个出水口正对缓释氧模块4设置。
实施例2
本实施例提供一种铁碳微电解模块2的具体方案；
参考图1，铁碳微电解模块2包括位于堰身前侧过水通道511的截留单元210和铁碳微电解单元220；截留单元210位于铁碳微电解单元220上侧，截留单元210内部装填若干卵石和碎石石料，其外侧采用格宾网固定，用于初步截留来水中的大粒径悬浮物；铁碳微电解单元220外侧为格宾网，内侧装有若干网兜，网兜中装填有若干废铁屑及活性炭填料。
作为本实施例的一种优选，截留单元210内填充粒径为1-10cm的卵石；铁碳微电解单元220中废铁屑和活性炭填料粒径为5-20mm，且废铁屑和活性炭填料两者的组份比例为1:1。
实施例3
本实施例提供一种斜板820沉淀模块3的具体方案；
参考图4，斜板820沉淀模块3位于混凝土地基9和混凝土墙10构成的空间内；斜板820沉淀模块3包括进水通道6、排泥区7和斜板区8；进水通道6位于斜板820沉淀模块3前部，排泥区7包括由集泥斗720和穿孔排泥管710，斜板区8包括斜板支架810、若干块斜板820和固定钢索830；若干块斜板820平行设置，并位于斜板支架810和固定钢索830之间，斜板820在河道水流中可以通过斜板支架810和固定钢索830保持固定。
作为本实施例的一种优选，穿孔排泥管710由不锈钢材料制成，管壁厚可采取5至10mm，穿孔孔径可采取30-40mm，穿孔密度及管长可视河道宽度而定。
斜板区8中，斜板支架810可采取型钢制作，支架间隙可取30-50cm。斜板820可由聚丙烯、聚氯乙烯、玻璃钢等制成，沿水流的方向向下倾斜，与水平面呈60°夹角。
实施例4
本实施例提供一种缓释氧模块4的具体方案；
参考图6和图7，缓释氧模块4位于堰身后侧过水通道512内，缓释氧模块4内部装有缓释氧填料，外侧采用格宾网箱15固定。
作为本实施例的一种优选，缓释氧模块4内缓释氧材料包括缓释型过氧化钙，缓释型过氧化钙包括CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂，其质量比为9:5:3:4；将CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂充分混匀，喷洒去离子水进行材料的粘结，然后经造粒机滚球，制备成粒径为10mm的颗粒。
本方案一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其工作原理为：
水体依次经过粗过滤模块1、铁碳微电解模块2、斜板820沉淀模块3、缓释氧模块4。其中，粗过滤模块1中粗格栅120可有效截留水体中的大型漂浮物，底泥拦截壁110可防止河床上的底泥被冲刷至后续结构造成堵塞；
铁碳微电解模块2中截留单元210可截留水体中大粒径的悬浮物，铁碳微电解单元220可通过铁屑和活性炭之间的微电解作用降解酸性水体中的难降解有机物，减少酸性物质，同时释放铁离子。
斜板820沉淀模块3结合铁碳微电解模块2释放铁离子的促进絮凝作用，可以很好的对水体中的悬浮颗粒物进行沉淀去除。之后缓释氧模块4中可以增强水体中的溶解氧，生成Ca(OH)2在酸性水体中可以进一步中和酸性。如果水体酸性过高，缓释氧模块4中过氧化钙可以直接与氢离子反应，生成具有氧化能力的过氧化氢降解污染物质。缓释氧模块4配合铁碳微电解模块2对有机物的初步降解作用，可以为后续水体中的水生生物进一步降解溶解性有机物，提供有利条件，提升水体的净化能力。同时生态鱼道结合复合生态透水堰系统的透水特性可以很好的维系保持河流水系的连通性。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：包括沿水流方向依次布设的粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块、缓释氧模块和堰体模块；
所述粗过滤模块、铁碳微电解模块、斜板沉淀模块和堰体模块的下部深入河床以下设置；所述铁碳微电解模块和缓释氧模块分别位于堰体模块上的堰身前侧过水通道和堰身后侧的过水通道内；所述铁碳微电解模块的出水端与斜板沉淀模块进水通道的连通，所述斜板沉淀模块的出水泵至缓释氧模块内；
所述堰体模块包括堰身和生态鱼道；所述堰身上分别开设有堰身前侧过水通道和堰身后侧的过水通道；所述生态鱼道包括开设于透水堰体上侧的第一生态鱼道和透水堰体后侧的第二生态鱼道，且所述第一生态鱼道与第二生态鱼道连通；
所述堰身后侧过水通道包括混凝土壁构成的空间通道，堰身后侧过水通道内的两侧设有若干根用于固定缓释氧模块的固定钢筋；所述堰身后侧过水通道的后侧设有密闭门，堰身后侧过水通道的下部开设有侧向冲洗进水管，所述侧向冲洗进水管通过水泵与下游水连通，堰身后侧过水通道的上部开设有侧向冲洗出水管；
所述侧向冲洗进水管的自由端延伸至下游，并将位于下游的斜板沉淀模块的出水泵升至侧向冲洗进水管的出水端；所述侧向冲洗进水管的出水端包括若干个设置于混凝土壁内侧的出水板，所述出水板对称设置于混凝土壁内的两侧壁上，且出水板沿竖直方向均匀间隔分布；所述出水板上开设有若干个出水口，若干个出水口正对缓释氧模块设置；
所述斜板沉淀模块位于混凝土地基和混凝土墙构成的空间内；所述斜板沉淀模块包括进水通道、排泥区和斜板区；所述进水通道位于斜板沉淀模块前部，所述排泥区包括由集泥斗和穿孔排泥管，所述斜板区包括斜板支架、若干块斜板和固定钢索；若干块所述斜板平行设置，并位于斜板支架和固定钢索之间。
2.根据权利要求1所述的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：所述粗过滤模块包括底泥拦截壁和粗格栅；所述底泥拦截壁横截面呈匚型，并横跨于河床之上，所述粗格栅竖直放置于底泥拦截壁之上。
3.根据权利要求1所述的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：所述铁碳微电解模块包括位于堰身前侧过水通道的截留单元和铁碳微电解单元；所述截留单元位于铁碳微电解单元上侧，截留单元内部装填若干卵石和碎石石料，其外侧采用格宾网固定；所述铁碳微电解单元外侧为格宾网，内侧装有若干网兜，网兜中装填有若干废铁屑及活性炭填料。
4.根据权利要求3所述的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：所述截留单元内填充粒径为1-10cm的卵石；所述铁碳微电解单元中废铁屑和活性炭填料粒径为5-20mm，且废铁屑和活性炭填料两者的组份比例为1:1。
5.根据权利要求1所述的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：所述缓释氧模块位于堰身后侧过水通道内，缓释氧模块内部装有缓释氧填料，外侧采用格宾网箱固定。
6.根据权利要求5所述的用于城市景观水体原位净化的复合生态净水堰系统，其特征在于：所述缓释氧模块内缓释氧材料包括缓释型过氧化钙，缓释型过氧化钙包括CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂，其质量比为9:5:3:4；将CaO2、水泥、粉煤灰和石英砂充分混匀，喷洒去离子水进行材料的粘结，然后经造粒机滚球，制备成粒径为10mm的颗粒。
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