CN212102457U - 一种城市重污染河流水生态修复模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，属于河流治理技术领域。本发明采用多种方案实现污染河流的治理，其一城市废水通过人工湿地系统、过滤坝及人工强化生态滤床依次流入到河道；其二城市废水通过止水坝、生态浮岛、风光互补充氧系统、过滤坝及人工强化生态滤床流入到河道；其三城市废水通过生态护坡和生态石笼坝流入到河道，其四城市废水通过自动加药装置处理后流入到河道。本发明整合了河流治理的各种技术，通过合理布置和系统设计，完成重污染河流的系统治理，有效地降低底泥污染释放速率,阻断内源污染，从面源阻控到内源治理，从而保证水体治理效果的长效性和稳定性，为重污染河流生态系统的修复研究提供理论基础。

Description

一种城市重污染河流水生态修复模拟装置

技术领域

本实用新型属于河流治理技术领域，特别是涉及一种城市重污染河流水生态修复模拟装置。

背景技术

我国的工业化和城市化进程虽较西方国家滞后,但仍重蹈西方国家的“先污染后治理”的覆辙,城镇河流水体污染已相当严重,成为城镇经济发展的制约因素,污染治理刻不容缓。我国城镇河流污染主要特征是污染物类型齐全、生态系统复杂、污染源数量多、污染危害严重,针对我国国情,总结国内外河流治理的技术和经验,单靠一种技术很难将河流彻底治理好。

根据城市重污染河流治理的生态系统原理，选择适当的工程措施、生物措施和管理措施，使当前的河流生态状况有所改善并向良性方向演进，部分的恢复到干扰前某种状态下的结构和功能。基于“水十条”流域治理目标和技术需求，针对辽河流域典型优控单元的水质维护技术需要，开展城市重污染河流治理技术集成，构建城市重污染河流治理集成技术模式，该技术模式有望成为符合我国国情的一种全新的河流治理模式，有着较大的发展潜力和应用前景。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种城市重污染河流水生态修复模拟装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型采用多种方案，其一：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括人工湿地系统、过滤坝及人工强化生态滤床，城市尾水经排水管道进入人工湿地系统，所述人工湿地系统包括防渗槽，沿防渗槽由槽底至槽口依次设置排水层、过渡层、填料层及覆盖层，在所述覆盖层表面设置植物种植层，所述排水层底部设置伸出防渗槽的集水干管，在所述覆盖层表面设置配水干管，在集水干管上均匀间隔连接多个集水支管，在配水干管上均匀间隔连接多个配水支管；经人工湿地系统的湿地出水依靠重力流依次流入到河道，再通过过滤坝、人工强化生态滤床处理后进入河道下游。

优选地，所述集水支管在防渗槽底部呈网状分布。

优选地，在所述防渗槽内还均布有多个通气管，所述通气管一端置于覆盖层外连通空气，另一端穿过覆盖层、填料层及过渡层与集水干管相通。

优选地，所述覆盖层为种植土，其厚度为10-20cm；所述填料层的填料为卵石和/或砾石，厚度为60cm-90cm，粒径2-6mm；所述过渡层的填料砾石，厚度为10-20cm，粒径5-10mm。

其二：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括止水坝、生态浮岛、风光互补充氧系统、过滤坝及人工强化生态滤床，城市尾水经排水管道进入河道，依次通过止水坝、生态浮岛、风光互补充氧系统、过滤坝，出水依靠重力流进入人工强化生态滤床，最后返回至河道下游进行河流自净处理。

优选地，所述止水坝底部水流通过处设置有翻板闸，通过上游来水对闸门的作用力控制水量；

所述生态浮岛包括多个单元主体、锁固件和镂空篮筐，多个单元主体的相邻边连接，且相邻的单元主体之间通过锁固件固定，所述镂空蓝筐分别与单元主体相配合置于单元主体内；在镂空篮筐内种植植物。

其三：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括生态护坡和生态石笼坝，大气降水和面源污染物依次通过面源生态阻控区的生态护坡和生态石笼坝进入河道进行处理；所述护坡包括坡体、保护层和绿化层，所述保护层包括水土保护毯、混合养护层和土壤层，水土保护毯铺设在坡体表面，混合养护层铺设在水土保护毯表面，土壤层铺设在混合养护层表面，绿化层铺设在土壤层表面。

优选地，所述混合养护层包括碎木屑、植物养料和樟脑丸按2：1：1混合而成；所述生态石笼坝由不锈钢丝焊接而成笼体结构，在笼体内填充有碎石构成。

优选地，所述过滤坝是由砾石、火山岩及碎石垒筑的坝体，其比例为3：1：2。

优选地，所述人工强化生态滤床为两侧带有凹槽的有机玻璃槽体结构，在所述两侧凹槽内填充直径为8-16cm的砾石填料，形成砾石床，在中间槽体内填充直径为10-20cm的火山岩，一侧凹槽壁开有城市尾水入口，另一侧凹槽壁连接有水位调节管，所述水位调节管上设有不同高度的阀门，通过开闭不同高度阀门控制滤床内水位高度，在中间槽体内的火山岩填料区底部设有连通空气管路的通气管，在所述通气管上开有多个曝气口。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型处理装置通过设置人工湿地系统、过滤坝及人工强化生态滤床，或者通过设置止水坝、生态浮岛、风光互补充氧系统、过滤坝及人工强化生态滤床；或者通过设置生态护坡和生态石笼坝；或者通过设置自动加药装置完成污染河流的治理，有效地降低底泥污染释放速率,阻断内源污染，从面源阻控到内源治理，从而保证水体治理效果的长效性和稳定性。

2.本实用新型人工湿地系统通过设置植物种植层、基质填料层、过渡层及排水层，通过植物-土壤-微生物的综合作用实现对污染物去除,其中微生物是对污染物进行吸收和降解的主要生物群体和承担者,微生物在湿地基质填料层中与其他动物和植物共生体的相互关系往往起着核心作用。人工湿地中存在大量的厌氧、好氧和兼性菌群,这些微生物存在于湿地的土壤或砾石填料的表面和植物的根系表面,通过参与营养物的循环和改善填料氧化还原条件,以实现湿地处理污水的功能。基质上层微生物群落丰度、均匀性和多样性指标均高于下层,前部下层微生物群落的均匀性指数显著低于其他取样点,存在较强的优势种；后部下层的丰度指数则明显低于其他采样部位(这里是一个定性和定量描述)。在进行反硝化作用时由于菌群生长需要碳源从而降低了COD,有利于TN和COD的去除；反硝化作用主要在系统的1/3至1/2进行,末端强于前端,符合微生物脱氮反应的基本过程。在保证碳源供给的条件下,能充分发挥系统反硝化脱氮作用,有利于TN的去除。

3.本实用新型适用于大气降水、农业面源农田退水、城市污水处理厂尾水等的处理，其中城市污水处理厂尾水进水COD浓度允许达到50-100mg/L，氨氮浓度允许达到5-15mg/L，TN浓度允许达到15-20mg/L，TP浓度允许达到1-3mg/L。最终使受治理水体达到地表水环境质量V类标准。

4.本实用新型处理装置采用自动投加菌剂系统对水体底泥COD、TN及TP的去除率分别达到75.7％、90.5％及91.3％

附图说明

图1是本实用新型人工湿地装置图。

图2是本实用新型人工强化生态滤床装置图。

图3是本实用生态护坡装置图。

图4是本实用新型生态浮岛装置图。

图5是本实用新型处理装置流程图。

图中：1.人工湿地系统，101.通气管，102.配水干管，103.配水支管，104.集水支管，105.集水干管，106.覆盖层，107.填料层，108.过渡层，109.排水层，110.防渗槽；

2.过滤坝，

3.生态滤床，31.槽体，32.凹槽，33.空气管路，34.砾石，35.火山岩，36.水位调节管；

4.止水坝；

5.生态浮岛，51.单元主体，52.锁固件，53.镂空篮筐；

6.风光互补充氧系统；

7.护坡，71.坡体，72.保护层，73.绿化层；

8.生态石笼坝；

9.自动加药装置；

10.城市尾水，11.植物，

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。

实施例1：如图1所示，本实用新型一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括人工湿地系统1、过滤坝2及人工强化生态滤床3，城市尾水10经排水管道进入人工湿地系统1，所述人工湿地系统1包括防渗槽110，沿防渗槽110由槽底至槽口依次设置排水层109、过渡层108、填料层107及覆盖层106，在所述覆盖层106表面设置植物种植层，所述排水层109底部设置伸出防渗槽110的集水干管105，在所述覆盖层106表面设置配水干管102，在集水干管105上均匀间隔连接多个集水支管104，在配水干管102上均匀间隔连接多个配水支管103；经人工湿地系统1的湿地出水依靠重力流依次流入到河道，再通过过滤坝2、人工强化生态滤床3处理后进入河道下游。

由于下行垂直流人工湿地水流方向由上至下，所述集水支管104在防渗槽110底部呈网状分布。

为保证气压平衡，均匀集水，在所述防渗槽110内还均布有多个通气管101，所述通气管101一端置于覆盖层106外连通空气，另一端穿过覆盖层106、填料层107及过渡层108与集水干管105相通。

所述覆盖层106为种植土，其厚度为10-20cm，主要作用是提供植物生长介质和防止表层布水时对填料层的冲刷作用；所述填料层107的填料为卵石和/或砾石，厚度为60cm-90cm，粒径2-6mm，填料层107为污水的处理区域，主要通过植物的吸收作用、微生物的生化作用和填料的吸附、过滤和接触沉淀作用对污水进行净化处理。

所述排水层109主要承担集水并排出的功能。本例所述排水层109的粒径为5-10mm，大于填料层107的粒径，为防止填料层107的填料进入排水层109引起堵塞，在填料层107和排水层109之间设置过渡层108，所述过渡层108的填料砾石，厚度为10-20cm，粒径5-10mm，防止堵塞。

如图2所示，所述人工强化生态滤床3为两侧带有凹槽32的有机玻璃槽体结构，在所述两侧凹槽32内填充直径为8-16cm的砾石34填料，形成砾石床，在中间槽体31内填充直径为10-20cm的火山岩35，一侧凹槽壁开有城市尾水10入口，另一侧凹槽壁连接有水位调节管36所述水位调节管上设有不同高度的阀门，根据实际需要设置，本例设置三个，通过开闭不同高度阀门控制滤床内水位高度，在中间槽体内的火山岩填料区底部设有连通空气管路的通气管，在所述通气管上开有多个曝气口；在砾石、火山岩填料上均种植有植物。，在中间槽体31内的火山岩35填料区底部设有连通空气管路33的通气管，在所述通气管上开有多个曝气口；在砾石34、火山岩35填料上均种植有植物。城市尾水10经砾石床、火山岩35、砾石床过滤，过滤后的水从水位调节管36流出。

采用上述实施例1装置对沈阳沈水湾污水处理厂排放的城市尾水进行处理，处理结果：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置对于CODcr、氨氮、TN和TP的去除率分别为80％、96％、86.7％和40％。

表1给出本实用新型与生态稳定塘技术处理城市尾水实验结果对比。表1表明本实施例与生态稳定塘技术处理城市尾水的方法相比，在CODcr、氨氮、TN和TP的处理效果上有明显的提高。

表1生态稳定塘技术和本实用新型处理城市尾水实验结果对比

实施例2：本例本例与实施例1不同的是：本例一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括止水坝4、生态浮岛5、风光互补充氧系统6、过滤坝2及人工强化生态滤床3，城市尾水10经排水管道进入河道，依次通过止水坝4、生态浮岛5、风光互补充氧系统6、过滤坝2，出水依靠重力流进入人工强化生态滤床3，最后返回至河道下游进行河流自净处理。

所述止水坝4设置有翻板闸，所述翻板闸为现有结构，通过由上游来水量增减，水位升降，作用在闸门上的合力大小变化及作用点上下移动的特点控制水量。

如图4所示，所述生态浮岛5包括多个单元主体51、锁固件52和镂空篮筐53，多个单元主体51的相邻边连接，且相邻的单元主体51之间通过锁固件52固定，所述镂空蓝筐53分别与单元主体51相配合置于单元主体51内；在镂空篮筐53内种植植物11，所述植物11为兰花鼠尾草、孔雀草、苜蓿草或串红草籽，或者选择当地乡土植物均可；通过植物11的根系吸收或吸附作用，削减水体中的氮、磷及有机污染物质，从而净化水质的生物防治法，同时通过收获植物将水体中的富营养物质脱离水体，改善水质，创造良好的水体环境。

本例所述风光互补充氧系统6采用现有结构，包括风力发电机、太阳能电池板组、曝气泵，实现水质处理。

所述过滤坝2是由砾石、火山岩及碎石垒筑的坝体，其比例为3：1：2。

本例在所述生态浮岛5和风光互补充氧系统6间还可增设自动加药装置9，通过在底泥处置区通过投加菌剂进行污染底泥的原位修复，达到更好的处理效果。

表2给出本实用新型与生态稳定塘技术处理城市尾水实验结果对比。采用上述实施例2装置对沈阳沈水湾污水处理厂排放的城市尾水进行处理，处理结果：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置对于CODcr、氨氮、TN和TP的去除率分别为84％、97％、88％和60％。

表2表明本实施例与生态稳定塘技术处理城市尾水的方法相比，在CODcr、氨氮、TN和TP的处理效果上有明显的提高。

表2生态稳定塘技术和本实用新型处理城市尾水实验结果对比

实施例3：本例与实施例1不同的是：本例一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，包括生态护坡7和生态石笼坝8，大气降水和面源污染物依次通过面源生态阻控区的生态护坡7和生态石笼坝8进入河道进行处理。

所述护坡7包括坡体71、保护层72和绿化层73，所述保护层72包括水土保护毯、混合养护层和土壤层，水土保护毯铺设在坡体71表面，混合养护层铺设在水土保护毯表面，土壤层铺设在混合养护层表面，绿化层铺设在土壤层表面，绿化层73上种植绿色植物，所述绿色植物根系透过混合养护层和水体保护毯扎根在坡体71内部。

所述混合养护层包括碎木屑、植物养料和樟脑丸按2：1：1混合而成。水土保护毯嵌入坡体锁紧土壤有效的保护了水土，混合养护层为植物生长提供了一定的保护，绿化层73上的绿色植物根系透过混合养护层和水体保护毯，深深的扎根坡体内部也对坡体的水土起到保护作用。

所述生态石笼坝8由不锈钢丝焊接而成笼体结构，在笼体内填充有碎石构成。

表3给出本实用新型与生态稳定塘技术处理城市尾水实验结果对比。采用上述实施例3装置对沈阳沈水湾污水处理厂排放的城市尾水进行处理，处理结果：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置对于CODcr、氨氮、TN和TP的去除率分别为60％、40％、41.3％和30％。

表3表明本实施例与生态稳定塘技术处理城市尾水的方法相比，在CODcr、氨氮、TN和TP的处理效果上有明显的提高。

表3生态稳定塘技术和本实用新型处理城市尾水实验结果对比

实施例4：本例与实施例1不同的是：本例城市重污染河流水生态修复模拟装置，采用现有的自动加药装置9，是在底泥处置区通过投加菌剂进行污染底泥的原位修复。

表4给出本实用新型与生态稳定塘技术处理城市尾水实验结果对比。采用上述实施例4装置对沈阳沈水湾污水处理厂排放的城市尾水进行处理，处理结果：一种城市重污染河流水生态修复模拟装置对于CODcr、氨氮、TN和TP的去除率分别为70％、80％、41.3％和30％。

表4表明本实施例与生态稳定塘技术处理城市尾水的方法相比，在CODcr、氨氮、TN和TP的处理效果上有明显的提高。

表4生态稳定塘技术和本实用新型处理城市尾水实验结果对比

Claims (8)

1.一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：包括人工湿地系统(1)、过滤坝(2)及人工强化生态滤床(3)，城市尾水经排水管道进入人工湿地系统(1)，所述人工湿地系统(1)包括防渗槽，沿防渗槽由槽底至槽口依次设置排水层、过渡层、填料层及覆盖层，在所述覆盖层表面设置植物种植层，所述排水层底部设置伸出防渗槽的集水干管，在所述覆盖层表面设置配水干管，在集水干管上均匀间隔连接多个集水支管，在配水干管上均匀间隔连接多个配水支管；经人工湿地系统(1)的湿地出水依靠重力流依次流入到河道，再通过过滤坝(2)、人工强化生态滤床(3)处理后进入河道下游。

2.根据权利要求1所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：所述集水支管在防渗槽底部呈网状分布。

3.根据权利要求1所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：在所述防渗槽内还均布有多个通气管，所述通气管一端置于覆盖层外连通空气，另一端穿过覆盖层、填料层及过渡层与集水干管相通。

4.根据权利要求1所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：所述覆盖层为种植土，其厚度为10-20cm；所述填料层的填料为卵石和/或砾石，厚度为60cm-90cm，粒径2-6mm；所述过渡层的填料砾石，厚度为10-20cm，粒径5-10mm。

5.一种城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：包括止水坝(4)、生态浮岛(5)、风光互补充氧系统(6)、过滤坝(2)及人工强化生态滤床(3)，城市尾水经排水管道进入河道，依次通过止水坝(4)、生态浮岛(5)、风光互补充氧系统(6)、过滤坝(2)，出水依靠重力流进入人工强化生态滤床(3)，最后返回至河道下游进行河流自净处理。

6.根据权利要求5所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：所述止水坝(4)底部水流通过处设置有翻板闸，通过上游来水对闸门的作用力控制水量；

所述生态浮岛包括多个单元主体、锁固件和镂空篮筐，多个单元主体的相邻边连接，且相邻的单元主体之间通过锁固件固定，所述镂空篮筐分别与单元主体相配合置于单元主体内；在镂空篮筐内种植植物。

7.根据权利要求1或5所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：所述过滤坝是由砾石、火山岩及碎石垒筑的坝体。

8.根据权利要求1或5所述城市重污染河流水生态修复模拟装置，其特征在于：所述人工强化生态滤床为两侧带有凹槽的有机玻璃槽体结构，在所述两侧凹槽内填充直径为8-16cm的砾石填料，形成砾石床，在中间槽体内填充直径为10-20cm的火山岩，一侧凹槽壁开有城市尾水入口，另一侧凹槽壁连接有水位调节管，所述水位调节管上设有不同高度的阀门，通过开闭不同高度阀门控制滤床内水位高度，在中间槽体内的火山岩填料区底部设有连通空气管路的通气管，在所述通气管上开有多个曝气口。

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