专利名称：河道水质净化及生态修复可调节湿地技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于轻污染河道的水质净化及河道生态修复湿地技术，属于河道水质 净化技术领域。
背景技术：
我国北方地区降雨量季节性差异较大，河流水位随之波动较大，在平水和枯水季节(一 般是每年的4月至6月以及9月至次年3月)，由于缺乏地表径流补充，且地下水位较低，一 些河流逐渐成为纳污河流，主要收集的是城市污水处理厂处理后的排放出水。我国城市污水 处理厂的排放标准《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》(GB18918-2002)规定，当城市污 水处理厂的出水排入稀释能力较小的河流时，需要达到一级B要求，即有机物(COD)浓度小 于50mg几。 一般情况下，河流在汇入集中式生活饮用水地表水源地之前，需要达到地表水m 类要求，即C0D浓度小于20mg/L，而在北方地区，在平水和枯水季节，由于流量较小，河水 仅在主河道流动，河流的水质自净能力得不到有效发挥，在汇入地表水源地之前其C0D浓度 通常高于20mg/L。另外，我国城市污水处理厂普遍采用生物处理法，其出水水质波动，偶尔 时段会出现出水C0D浓度高达70mg/L的情况。对于COD浓度介于20mg/L-70 mg/L的轻污染 河水，如何通过水质净化使其处理后的河水水质稳定达到地表水III类要求已经成为近年来水 处理界关注的一个热点问题。
现有的轻污染河水净化技术分为易位处理技术和原位处理技术，其中，易位处理技术需 要在河道外围两侧新建水处理构筑物,其工程投资大,运行费用相对较高；原位处理技术则主 要通过提高河道的自然净化能力来实现受污染河水的水质净化，运行费用相对较低。
现有的河道生态修复技术主要依靠在河道两侧种植挺水植物和沉水植物，如 CN101264981公丌的《一种用于河道水体生态修复的梯级装置》；或者在河道内放置种植了植 物的浮床等方式来净化水质，如CN2825630公开的《漂浮复合植物带原位生态修复水体的系 统》。上述技术一方面可以通过该类植物自身直接吸收河水中的污染物质，起到净化水质的 作用，另一方面，上述植物具有微生物载体(填料)的作用，可以大幅提高河道内的微生物 总量，从而强化河道的自然净化能力。
以上两项技术尽管^以修复受损河道的生态环境，净化受污染的河水水质，但在实际河 道水质修复工程中，由于存在以下明显缺陷，该两项技术均未得到工程推广。在平水和枯水 季节，河水径流量较少，大部分河滩裸漏，仅在主河道有水流。 一方面，枯水季节河道水质 普遍较差，另一方面，枯水季节的水流仅与主河道接触，水力停留时间较短，河道的水质净 化能力得不到有效发挥，河水得不到有效净化。在丰水季节，河道内布置的挺水植物以及植 物浮床会影响河道的泄洪功能，存在着一定的防洪隐患。
发明内容
本发明针对现有的河道生态修复技术存在的与河道防洪功能要求矛盾的问题，提供一种 河道水质净化及生态修复可调节湿地技术，该技术既可实现对河道水质的有效净化，又可保 障河道在洪水季节的正常泄洪。
本发明的河道水质净化及生态修复可调节湿地技术是在河道内设置高度可调的橡胶坝，在河道的橡胶坝上游种植眼子菜属植物，形成人工湿 地，眼子菜属植物的种植是在每年8-IO月份，将其地下块茎放入水底打穴内，用土壤覆盖， 种植密度为20丛/m2—30丛/m2， 3株/丛一4株/丛，通过调节橡胶坝的高度调节河水在人 工湿地内的滞留净化时间；在平水和枯水季节提升橡胶坝的高度进行蓄水，使河道的橡胶坝 上游水位升高，橡胶坝的调节高度由人工湿地入口河水的有机物(COD)浓度和河水温度来确 定，当河水水温高于15。C时，若人工湿地入口河水C0D浓度为20mg/L-40mg/L时，调节橡胶 坝高度维持人工湿地水力停留时间为5天-10天，若人工湿地入口河水COD浓度为40 mg/L-70mg/L ，则调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为15天-30天；当河水水温低 于15°。时，若人工湿地入口河水C0D浓度为20 mg/L-40mg/L时，调节橡胶坝高度维持人工 湿地水力停留时间为20天-35天；若人工湿地入口河水C0D浓度为40 mg/L-70mg/L ，则调 节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为35天-50天；在丰水季节通过降低橡胶坝高度进 行放水，河道承担泄洪功能。
在河道两岸铺砌空心砖进行护坡，并在空心砖内种植马尼拉草作为草皮，种植面积的密 度为40%，在河岸顶部种植速生林树木(如杨树等，每5米种植1株)。这样可以防止地表径 流对河岸的侵蚀。
在满足以上水力停留时间条件下，平水和枯水季节湿地处理后的出水可达到地表水III类 水质标准(GB 3838—2002),即C0D《20 mg/L，可以满足水资源回用要求。 一方面延长了 受污染河水在河道内的水力停留时间，另一方面可使河水与河道内的湿地植物得以充分的接 触，增强水体的自净能力和净化效果，同时，还可使橡胶坝上游河道成为一个具备调蓄功能 的水体。
橡胶坝目前在水利行业广泛应用， 一般均可以通过充放气自由调节其高度。 眼子菜属植物(如丝叶眼子菜等)与传统人工湿地建设过程中种植的挺水植物(如芦苇、 香蒲等)不同，眼子菜属植物肢体柔软，茎叶细长，在水流冲涮下不断摆动，对水流产生的 阻力很小，不影响河道的防洪能力。在本发明中，该类沉水植物还可以通过以下多种有效的 作用机制来增强河道的自净能力，并修复受损的河道生态
1. 该类植物可以直接从河水屮吸收溶解性无机磷酸盐和硝酸盐，为其生长所利用，并通 过定期收割，移除水体，降低了水体氮、磷等营养盐的含量。这些形态的营养盐易被浮游植 物直接吸收利用，所以从源头上降低了富营养化发生的可能性。
2. 该类植物的生长，有助于悬浮物质的沉降，从而降低了水体营养物质的含量，并通 过根系来不断吸收沉积物中的营养物质，对河道沉积物也起到净化作用。
3. 该类植物可以增加水体和沉积物的溶解氧含量， 一定程度上抑制了沉积物内源营养 物质的释放。
4. 该类植物能够通过与藻类竞争营养，遮挡光线，化感作用等抑制藻类的生长。
5. 该类植物可以吸收水体和沉积物中的重金属和农药。
6. 该类植物是生物膜附着的良好载体，大量生物膜的存在增强了其对水质的净化效果。 本发明通过种植眼子菜属植物在河道内建立湿地，而不是把水提升到陆地上构建人工湿
地，与现有的河道内安置浮床种植植物来净化水质等方式不同；能够更直接有效地修复受损 的河道生态，改善受污染河水的水质，而且可保障河道在洪水季节的正常泄洪。根据不同季节的河道水质及水文情况，调节橡胶坝高度进行蓄水， 一方面可以植物与河水充分接触，保 障受污染河水在人工湿地中实现足够的水质净化时间，另一方面，可实现对水资源的调蓄， 增强水资源的利用能力。扩大了水体面积，在冬季有利于保持水温，保证水质净化的效果。
图1是本发明的湿地平面示意图。
图2是本发明的湿地剖面示意图。
图3是眼子菜属植物的形态示意图。
其中1.橡胶坝，2、眼子菜属植物，3、河道，4、充排气管路，5、阀门，6、输气站， 7、河岸，8、草皮，9、速生林树木。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明的河道水质净化及生态修复可调节湿地技术首先是在主河道 3上修建橡胶坝1，橡胶坝1是一种广泛应用的袋式挡水坝，用高强度合成纤维织物做受力骨 架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排 管路用水或气将其充胀形成的袋式挡水坝，坝顶可以溢流。根据不同季节的河水水质及水文 条件，启动输气站6，打开调节阀5，通过充排气管路4进行充放气调节橡胶坝1到合适高度， 提高河道上游水位，保障受污染河水净化所需的水力停留时间。
然后在河道的橡胶坝1上游根据河道水文条件均匀种植水流阻力较小的眼子菜属植物 2。眼子菜属植物2的形态如图3所示，其肢体柔软，茎叶细长，在水流冲涮下不断摆动，对 水流产生的阻力很小，不影响河道的防洪能力。眼子菜属植物2的种植采用块茎繁殖法或种 子繁殖法，在每年8-IO月份，选择生长在浅水环境的眼子菜种群，沿植物根茎用铁锹挖掘表 层的底泥，在其中取出地下块茎，将块茎放入水底打穴内，用土壤覆盖，种植密度为20丛/m2 一30丛/m2， 3株/丛一4株/丛。经大量试验，这样的密度使净化能力和泄洪能力能够达到 最佳匹配。也可以采用种子繁殖法种植，在每年6-9月份，在眼子菜生长地段收集种子，挑 选已经有成熟果实的花序，将其剪下，浸泡在盛有水的水桶里，带回后，对种子进行消毒处 理，再于低温条件下保存，然后取出种子，破坏种皮，抛洒至水体中。采用种子繁殖法种植 不易控制种植密度，过密影响防洪能力。
在平水和枯水季节(每年的4月至6月以及9月至次年3月)，通过充气升高橡胶坝1 的高度进行蓄水，使河道上游水位升高。橡胶坝的调节高度由人工湿地入口河水的COD浓度 和河水温度来确定。通常，在4-6月和9-11月期间，河水水温高于15°C，若人工湿地入口 河水COD浓度为20 mg/L-40mg/L时，调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为5天-10 天；若人工湿地入口河水COD浓度为40 mg/L-70mg/L ，则调节橡胶坝高度维持人工湿地水 力停留时间为15天-30天。12月至次年3月，河水水温低于15。C'若人工湿地入口河水C0D 浓度为20呢/L-40mg/L时，调节橡胶坝卨度维持人工湿地水力停留时间为20天_35天；若 人工湿地入口河水C0D浓度为40 mg/L-70mg/L ，则调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留 时间为35天-50天。在水力停留阶段，河水流过眼子菜属植物2时'与其进行充分的接触' 在眼子菜属植物2和其附着生物膜的共同作用下，河水和沉积物中的污染物质得到有效去除。 当水位提高到设计水位后，净化后的河水溢流入下游河道。在满足以上水力停留时间条件下， 平水和枯水季节人工湿地处理后的出水可达到地表水ni类水质标准(GB 3838—2002)>即C0D
5《20 mg/L，可以满足水资源回用要求。
在丰水季节(一般是6月至9月)，可以通过放气降低橡胶坝1高度进行放水，从而避 免对河道行洪产生影响，河道主要承担泄洪功能。丰水季节，由于河流流量充裕，基本可以 淹没人工湿地中的所有沉水植物，人工湿地的水质净化能力也能得到充分发挥。
在河道的河岸7上铺砌空心砖护坡，并种植马尼拉草作为草皮8 (种植密度40%)，在河 岸顶部种植一排速生林树木9 (如杨树等，每5米种植1株)。
实施例1:
1.在沂河下游2公里处建设一座蓄水150万m3的拦河橡胶坝，水面面积50万m2 ，形成
了一处人工湖。在橡胶坝上游建设总面积20万!112的人工湿地，种植丝叶眼子菜，种植密度
20丛/m2 (4株/丛)。平水季节(4-6月和9-11月)，在调节人工湿地水力停留时间7-10天 时，湿地入口 COD含量平均为38. 7mg/L，湿地出口 C0D含量平均为13. 3 mg/L， C0D去除率 可达65.6%。枯水季节(12月至次年3月)，在调节人工湿地水力停留时间35-45天时，湿地 入口 C0D含量平均为67. 7mg/L，湿地出口 C0D含量平均为17. 1 mg/L， COD去除率可达74. 7%。 达到了地表水m类水质标准(GB 3838—2002),即COD《20 mg/L。 实施例2
在大沙河下游1公里处建设一座蓄水100万m3的拦河橡胶坝，水面面积32万m2 ，形成
了一处人工湖。在橡胶坝上游建设总面积15万m2的人工湿地，种植丝叶眼子菜，种植密度
25丛/m2 (4株/丛)。平水季节(4-6月和9-11月)，在调节人工湿地水力停留时间8-10天 时，湿地入U C0D含量平均为37. lmg/L，湿地出口 C0D含量平均为15. 3 mg/L， C0D去除率 可达58. 8%。枯水季节(12月至次年3月)，在调节人工湿地水力停留时间35-50天，湿地入 口 C0D含量平均为65. 4mg/L，湿地出口 COD含量平均为16. 6 mg/L， COD去除率可达74. 6%。 达到了地表水m类水质标准(GB 3838—2002),即COD《20 rag/L。
权利要求
1.一种河道水质净化及生态修复可调节湿地技术，其特征是在河道内设置高度可调的橡胶坝，在河道的橡胶坝上游种植眼子菜属植物，形成人工湿地，眼子菜属植物的种植是在每年8-10月份，将其地下块茎放入水底打穴内，用土壤覆盖，种植密度为20丛/m2-30丛/m2，3株/丛-4株/丛，通过调节橡胶坝的高度调节河水在人工湿地内的滞留净化时间；在平水和枯水季节提升橡胶坝的高度进行蓄水，使河道的橡胶坝上游水位升高，橡胶坝的调节高度由人工湿地入口河水的有机物浓度和河水温度来确定，当河水水温高于15℃时，若人工湿地入口河水COD浓度为20mg/L-40mg/L时，调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为5天-10天，若人工湿地入口河水COD浓度为40mg/L-70mg/L，则调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为15天-30天；当河水水温低于15℃时，若人工湿地入口河水COD浓度为20mg/L-40mg/L时，调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为20天-35天；若人工湿地入口河水COD浓度为40mg/L-70mg/L，则调节橡胶坝高度维持人工湿地水力停留时间为35天-50天；在丰水季节通过降低橡胶坝高度进行放水，河道承担泄洪功能。
2. 根据权利要求l所述的河道水质净化及生态修复可调节湿地技术，其特征是所述河道两 岸铺砌空心砖进行护坡，并在空心砖内种植马尼拉草作为草皮，种植面积的密度为40%，在河 岸顶部种植速生林树木。
全文摘要
本发明提供了一种河道水质净化及生态修复可调节湿地技术，该技术是在河道内设置高度可调的橡胶坝，在河道的橡胶坝上游种植眼子菜属植物，形成人工湿地，眼子菜属植物的种植密度为20丛/m<sup>2</sup>-30丛/m<sup>2</sup>，3株/丛-4株/丛，通过调节橡胶坝的高度调节河水在人工湿地内的滞留净化时间，在平水和枯水季节提升橡胶坝的高度进行蓄水，使河道的橡胶坝上游水位升高，橡胶坝的调节高度由人工湿地入口河水的COD浓度和河水温度来确定。本发明通过种植眼子菜属植物在河道内建立湿地，而不是把水提升到陆地上构建人工湿地，能够更直接有效地修复受损的河道生态，改善受污染河水的水质，而且可保障河道在洪水季节的正常泄洪。
文档编号C02F3/32GK101575145SQ200910015968
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者峰 周, 敏 孔, 康兴生, 波 张, 张志斌, 谭晓波, 涛 马, 魏垒垒 申请人:山东建筑大学