CN219507769U - 一种缓流型微污染水体多级生态治理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种缓流型微污染水体多级生态治理系统，沿河道水流方向依次包括：前置沉淀区，所述前置沉淀区用于通过自然沉降作用和吸附作用去除微污染水体中较大颗粒的悬浮物质以及部分颗粒态氮磷；生态净化区，所述生态净化区用于在好氧曝气条件下经过人工介质表面生物膜的氧化作用和光催化降解的共同作用去除微污染水体中的氨氮、BOD等污染物；以及生态涵养区，所述生态涵养区用于通过种植水生植物的方式对微污染水体进行生物净化处理，以抑制微污染水体中的藻类增殖，稳定水质。本实用新型的工艺简单有效，使微污染水体水质进一步提高。

Description

一种缓流型微污染水体多级生态治理系统

技术领域

本实用新型涉及生态修复工程技术领域，尤其涉及一种缓流型微污染水体多级生态治理系统。

背景技术

微污染水体是指水体中部分水质检测项，如浑浊度、COD、氨氮、总磷、有毒有害物质等，超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅲ类水质所规定限值的水体。微污染水体的表观特征为浑浊度增大、有异味、色泽加深等问题。此类水体较复杂，污染物种类繁多，但污染程度相对较低。

微污染水体生态治理是一项复杂的系统工程，单一的措施难以控制水体持续向富营养化方向发展，目前主要的治理技术可分为物理、化学、生物和生态四类方法。物理方法主要是指疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤和调水、人工增氧等，这些方法往往治标不治本，污染物只是得到了转移并没有消除，而且有些耗水、耗电量大，有些时间长见效慢。化学方法如混凝沉淀、药剂杀藻、化学除磷脱氮等，这类方法见效快但具有成本高、治标不治本等不足之处，还易引发二次污染，存在一定的安全隐患。生物与生态方法是新世纪以来发展迅猛的新技术，通过恢复水体自净能力，提高其水质稳定性的同时减少对周围其他环境的影响，具有处理效果好、造价低、耗能低、运行成本低等优点。

目前，城市微水体污染严重制约了区域经济社会的可持续发展，但尚未形成适合国内实际需求的关键技术突破和成套技术方案，因此研究微污染水体生态治理、绿色净化成套新技术对我国水环境治理具有一定的重大意义及应用价值。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种工艺简单有效、绿色环保、建设成本低、运维操作简单、出水效果稳定的缓流型微污染水体多级生态治理系统。

本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种缓流型微污染水体多级生态治理系统，沿河道水流方向依次包括：

前置沉淀区，所述前置沉淀区用于通过自然沉降作用和吸附作用去除微污染水体中较大颗粒的悬浮物质以及部分颗粒态氮磷；

生态净化区，所述生态净化区用于在好氧曝气条件下经过人工介质表面生物膜的氧化作用和光催化降解的共同作用去除微污染水体中的氨氮、BOD等污染物；以及

生态涵养区，所述生态涵养区用于通过种植水生植物的方式对微污染水体进行生物净化处理，以抑制微污染水体中的藻类增殖，稳定水质。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述前置沉淀区包括：

自然沉淀区，所述自然沉淀区形成在所述前置沉淀区的前半段区域内，所述自然沉淀区的底部处沿水流方向间隔设置有若干储泥深塘凹坑；以及

生物过滤吸附沉淀区，所述生物过滤吸附沉淀区形成在所述前置沉淀区的后半段区域内，所述生物过滤吸附沉淀区内沿水流方向间隔布置有若干道生物填料栅。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述前置沉淀区的停留时间为1-3天。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述生态净化区内沿水流方向依次设置有前段导流区、中段净化区和后段光催化区；所述前段导流区内布置有导流屏；所述中段净化区内沿水流方向间隔布置有若干生物填料帘，所述中段净化区的底部处沿水流方向设置有若干微孔曝气管设备，所述中段净化区内间隔设置有若干混合造流设备；所述后段光催化区内间隔设置有若干光催化网。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述导流屏为由高分子复合材料制成的导流屏，所述生物填料帘内填充的生物填料为碳素纤维草，所述光催化网为由黑色二氧化钛和三维石墨烯复合制成的网体结构。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述生态净化区的停留时间为2-4天。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述生态涵养区的两岸浅水区构建有以挺水植物为主的浅滩湿地，其中间深水区构建有以沉水植物为主的水下植被。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述生态涵养区的停留时间为2-4天。

在本实用新型的一个优选实施例中，在所述前置沉淀区与生态净化区之间设置有第一溢流堰；在所述生态净化区与生态涵养区之间设置有第二溢流堰。

由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型的工艺简单有效，使微污染水体水质进一步提高；

2.本实用新型的水体净化设施绿色环保，不会对环境造成二次污染；

3.本实用新型的建设成本低，利用河道自身空间布设水体净化设施，在河道自然的推流作用下净化水质，低碳节能；

4.本实用新型的后续运维操作简便，部分水生植物的收割可以结合还田或者作为鱼饲料进行消纳处理；

5.本实用新型的出水效果稳定，对于进水水量和水质不稳定的情况有较强的缓冲能力；

6.本实用新型对新型光催化剂材料进行示范应用，该技术具有低成本、高效的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的平面布置示意图。

图2是本实用新型的纵断面示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1和图2，图中给出的是一种缓流型微污染水体多级生态治理系统，沿河道水流方向依次包括前置沉淀区100、生态净化区200以及生态涵养区300。

前置沉淀区100用于通过自然沉降作用和吸附作用去除微污染水体中较大颗粒的悬浮物质以及部分颗粒态氮磷。具体地，前置沉淀区100包括自然沉淀区110和生物过滤吸附沉淀区120。

自然沉淀区110形成在前置沉淀区100的前半段区域内，其主要是通过自然沉淀作用部分去除微污染水体中大颗粒无机悬浮物质，起到初沉作用，同时也去除微污染水体中大部分磷及部分COD和氨氮。自然沉淀区110区的底部处沿水流方向间隔设置有若干储泥深塘凹坑111，以增加储泥空间，可根据实际情况对其进行清淤处理。

生物过滤吸附沉淀区120形成在前置沉淀区100的后半段区域内，生物过滤吸附沉淀区120内沿水流方向间隔布置有若干道生物填料栅121，利用生物填料栅121过滤、接触沉淀作用及吸附作用快速去除微污染水体中比重较轻的悬浮物质及藻类，进一步地提升水体透明度。同时，生物填料栅121具有很大的比表面积，附着的有益微生物群能够快速形成生物膜，生物膜与微污染水体不断接触的过程中将污染物进行吸收、降解和转化，最终达到净化水质的效果。前置沉淀区100的停留时间为1-3天。

生态净化区200用于在好氧曝气条件下经过人工介质表面生物膜的氧化作用和光催化降解的共同作用去除微污染水体中的氨氮、BOD等污染物。生态净化区200旨在通过强化净化的工程手段，在较短的水力停留时间内达到对来水水体中污染物(氨氮、BOD₅等)的去除。具体地，生态净化区200内沿水流方向依次设置有前段导流区210、中段净化区220和后段光催化区230。前段导流区210内布置有导流屏211，均匀来水流态。在本实施例中，导流屏211优选地采用由高分子复合材料制成的导流屏。中段净化区220内沿水流方向间隔布置有若干生物填料帘221，生物填料帘221内填充的生物填料为碳素纤维草，利用碳素纤维草作为生物载体，富集水体中的微生物。中段净化区220的底部处沿水流方向设置有若干微孔曝气管设备222，在好氧条件下，强化微生物对水中氮、磷、有机物等污染物质的吸附、分解和氧化，达到净化水质的目的。中段净化区220内间隔设置有若干混合造流设备223，解决局部水动力差、上下层水体不均匀等问题。后段光催化区230内间隔设置有若干光催化网231，光催化网231优选地采用由黑色二氧化钛和三维石墨烯复合制成的网体结构，催化剂在太阳光照下产生光生载流子，光生载流子分离、输运到表面，产生强氧化性的自由基，彻底降解有机物，最终生成H₂O、CO₂等无机小分子，抑制藻类，同时显著提高水体的含氧量，有利于为生态涵养区的深度处理提供有效氧动力。生态净化区200的停留时间为2-4天。

生态涵养区300用于通过种植水生植物310的方式对微污染水体进行生物净化处理，以抑制微污染水体中的藻类增殖，稳定水质。水生植物是生态净化的关键步骤。具体地，生态涵养区300的两岸浅水区构建有以挺水植物为主的浅滩湿地，其中间深水区构建有以沉水植物为主的水下植被。这样逐步恢复本土水生生态系统，丰富生境多样性，提高生物多样性，同步利用植物的吸附、降解作用进一步去除污染物质，提高总磷的去除效果，稳定出水水质，涵养水源。生态涵养区300的停留时间为2-4天。

此外，在前置沉淀区100与生态净化区200之间设置有溢流堰400a，前置沉淀区100处理后的水体通过溢流方式流至生态净化区200内，保证出水的稳定性；同时，生态净化区200与生态涵养区300之间设置有溢流堰400b，生态净化区200处理后的水体通过溢流方式流至生态涵养区300，保证出水的稳定性。

本实用新型的流型微污染水体多级生态治理系统根据河流水流方向，设置成多级治理结构，划分为前置沉淀区100、生态净化区200和生态涵养区300。来水通过泵闸引入前置沉淀区100，在沉淀区前段通过自然沉淀作用去除部分大颗粒无机悬浮物质以及部分颗粒态氮磷，在沉淀区后段设置生物栅填料通过拦截、过滤、接触沉淀作用及吸附作用快速去除比重较轻的悬浮物质，进一步加强沉淀效果，提升水体透明度。出水经溢流堰400a进入生态净化区200。生态净化区200的前段设置导流屏+碳素纤维草+曝气增氧+混流造流，利用碳素纤维草作为生物载体，在曝气充氧的条件下通过接触氧化作用提高有机物、氨氮的去除效果；生态净化区200的后段设置光催化网，利用太阳光催化氧化技术进一步降解有机物。出水经溢流堰400b进入生态涵养区300。生态涵养区300主要通过构建沉水植物+挺水植物群落，建立“清水态”的水生生态系统，利用植物的吸附、降解作用稳定水质，涵养水源，为周围水系提供源源不断的清洁水源。

下面给出的是本实用新型的流型微污染水体多级生态治理系统的一个应用实施例：

选取上海市某河道作为净水廊道，采用本实用新型的流型微污染水体多级生态治理系统来净化来水水质，使得来水经过本方法的一系列水质净化措施水质得到进一步提升，提供更加稳定及清洁的水源。

根据来水水质监测数据，进水水质为SS：77.59mg/L、COD_Cr：29.80mg/L、NH₃-N:0.20mg/L、TP:0.045mg/L，平均为Ⅳ类水，进水悬浮物浓度波动较大。

根据工程实际设计，设计处理规模为627m³/d。外来水通过水泵引入前置沉淀区，前置沉淀区长72m，总库容1290m³，停留时间约2.1d。出水经溢流堰进入生态净化区。生态净化区长116m，总库容2090m³，停留时间约3.3d。出水经溢流堰进入生态涵养区。生态涵养区长122m，总库容2200m³，停留时间约3.5天。出水溢流至外河道，总停留时间约8.9d。

根据2021年10月-2022年10月工程运行成果，出水水质达SS：22.68mg/L、COD_Cr：13.25mg/L、NH₃-N:0.072mg/L、TP:0.014mg/L，污染物去除率分别达70.77％、55.54％、64％、68.89％，整体水质提升至Ⅱ类，有效改善了微污染水体水质。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，沿河道水流方向依次包括：

前置沉淀区，所述前置沉淀区用于通过自然沉降作用和吸附作用去除微污染水体中大颗粒的悬浮物质以及部分颗粒态氮磷；

生态净化区，所述生态净化区用于在好氧曝气条件下经过人工介质表面生物膜的氧化作用和光催化降解的共同作用去除微污染水体中的氨氮、BOD污染物；以及

生态涵养区，所述生态涵养区用于通过种植水生植物的方式对微污染水体进行生物净化处理，以抑制微污染水体中的藻类增殖，稳定水质；

在所述前置沉淀区与生态净化区之间设置有第一溢流堰；在所述生态净化区与生态涵养区之间设置有第二溢流堰。

2.如权利要求1所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述前置沉淀区包括：

自然沉淀区，所述自然沉淀区形成在所述前置沉淀区的前半段区域内，所述自然沉淀区的底部处沿水流方向间隔设置有若干储泥深塘凹坑；以及

生物过滤吸附沉淀区，所述生物过滤吸附沉淀区形成在所述前置沉淀区的后半段区域内，所述生物过滤吸附沉淀区内沿水流方向间隔布置有若干道生物填料栅。

3.如权利要求2所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述前置沉淀区的停留时间为1-3天。

4.如权利要求1所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述生态净化区内沿水流方向依次设置有前段导流区、中段净化区和后段光催化区；所述前段导流区内布置有导流屏；所述中段净化区内沿水流方向间隔布置有若干生物填料帘，所述中段净化区的底部处沿水流方向设置有若干微孔曝气管设备，所述中段净化区内间隔设置有若干混合造流设备；所述后段光催化区内间隔设置有若干光催化网。

5.如权利要求4所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述导流屏为由高分子复合材料制成的导流屏，所述生物填料帘内填充的生物填料为碳素纤维草。

6.如权利要求4所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述生态净化区的停留时间为2-4天。

7.如权利要求1所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述生态涵养区的两岸浅水区构建有以挺水植物为主的浅滩湿地，其中间深水区构建有以沉水植物为主的水下植被。

8.如权利要求7所述的缓流型微污染水体多级生态治理系统，其特征在于，所述生态涵养区的停留时间为2-4天。