一种多级强化水体自净及水力调控的水质净化处理系统的制作方法

本实用新型涉及一种多级强化水体自净及水力调控的水质净化处理系统。

背景技术：

平原河网区内城市河道坡度小，为改善河道水体流动性、增加河道水动力学条件，主要通过区域范围内已建的引配水泵站进行配水调控，进而加快该区域范围内的河网水体循环速度，提高水体自净能力，改善河网水环境，构建和谐统一的城市河道景观与生活环境。

以杭州市萧山区为例，现状主要通过小砾山引水枢纽、江边排灌站以及钱江枢纽等钱塘江沿岸各引水枢纽泵站将钱塘江水引入城区内河道，从而改善河网水环境。目前，萧山区年引水量在9亿m³左右。根据富春江电站实测悬沙资料统计，钱塘江上游平均含沙量约0.2kg/m³，下游区域平均含沙量0.4～2.0kg/m³，特别是梅汛期输沙量占全年的50～70％。钱塘江外江水水质含沙量大、浊度高、水体透明度低，直接引入内河网区会造成内河网区内河道的严重淤积，同时水质也不能满足河道景观水体的要求。

常规的水质净化处理及已公知的净化处理设施主要是在封闭的构筑物或小型装置中进行处理，可通过建设构筑物或装置实现水量和水质的均质化。但是，在平原河网区中，为保障河道下游水量需求，水利工程中引水设施引水水量大且引水水质复杂多变。如杭州市钱江枢纽引水流量设计为20m³/s，每天理论引水量约173万m³/s；钱塘江外江水由于受潮汐水的影响，浊度最大时达2000NTU，最小时约50NTU，水体水质变化非常大。在已有引水泵站等水利工程设施中，难 以有空间建设一个匀质化的构筑物来进行统一处理，建设更是不具有经济性。因此，在平原河网区，如何结合现有引水泵站等水利工程设施以及城市河道，在不影响防洪排涝功能的基础上，充分考虑到引水水量大、水质变化大的特点，实现引水水质的净化处理是一个难点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，就是提出一种多级强化水体自净及水力调控的水质净化处理系统，本系统可结合现有引水泵站等水利工程设施，在不影响水利工程设施排涝功能的基础上，效果显著、成本低廉地净化引水水质，并提高河道水体的自净能力。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案。

解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。

一种多级强化水体自净及水力调控的水质净化处理系统，所述的系统适用于引水泵站水利工程设施和城市河道，其净水处理区域包括依次顺连的设有引水泵进水口的引水段、包含泵站消力池段的絮凝反应段、沉淀雍水段、沉淀末端生态水闸形成的生态复氧区段和下游河道段；其特征是：所述的系统包括：

水力混凝系统，由凝聚剂贮存系统1和投加系统2构成，投加系统2将贮存系统里的凝聚剂泵至引水泵进水口处3；

曝气强化絮凝系统，包括助凝剂制备5和投加系统6，通过助凝剂投加系统6以多点投加的方式投加至至泵站消力池进水一侧7；还包括排列在絮凝反应段底部的多根顺流且平行的穿孔管，通过一根主管从中间横向连接各开孔管，主管采用de100～400的不锈钢管，穿孔管采用DN50～250的UPVC管，穿孔管中心对称平面的两侧从圆心向下45度位置壁上开孔，孔径为4～8mm；

无动力生态复氧系统包括沉淀段河道沿岸的水生植物形成的漫滩地生态系统和沉淀末端的生态过流闸；

下游河道水力调控系统包括下游各河道设置的节制闸。

本实用新型创新之处在于：1)结合引水泵站工程设施布局，不影响泵站的防洪排涝功能；2)优化凝聚剂和助凝剂的投加位置和投加比例，实现投加效果最优性和处理经济性；3)由于消力池是泵站排涝时的重要过水通道，依靠机械搅拌或常规折板设施来维持絮凝反应所需的速度梯度会影响汛期排涝时的过水能力，而且汛期排涝时水体流速大，也容易对机械或折板设施造成破坏性影响。鉴于此，本实用新型通过在引水泵站消力池底部设置穿孔管曝气设施，在不影响排涝功能的基础上，增大消力池内水体的紊流程度，增加颗粒的碰撞机会，提高絮凝效果；4)在下游河道沉淀末端设置生态过流闸，实现沉淀段的雍水，减缓水体流速，絮凝颗粒物得到有效的沉降，实现降低浊度、提高水体透明度，同时去除磷的目的。在条件允许的情况下，河段的沉淀段还能形成水陆交接的漫滩地，通过种植水陆两栖性的挺水植物，有效地提高河道的生物多样性。与此同时，巧妙结合生态过流闸形成的跌水和闸顶破水器形成的大量微孔气泡，在不需新增动力的情况下，提高了河道水体中的溶解氧含量，改善了河道水生态环境；5)生态过流闸的开度根据引水流量进行实时调控，可实现不同引水流量时，控制河道雍水段在不同水位，保证沉淀效果；6)生态过流闸下游河道水体水质可通过设置节制闸的型式形成多级水位差，改善河道水体水动力学条件，增加河道水体的流动性，提高水体的自净能力。

本实用新型的有益成果：1)能有效降低水体中的浊度和总磷含量，显著提高水体的透明度和溶解氧含量，明显改善河道水体的生态环境，提高河道水体 的自净能力，生态环境效益显著；2)净化处理后能有效避免下游河道的泥沙淤积，节省因下游河道清淤产生的巨大工程费用，经济效益显著。

附图说明

图1为处理系统适用于下游沉淀河段无分流的示意图；

图2为处理系统适用于下游沉淀河段有分流的示意图；

图3为穿孔管开孔方式仰视示意图；

图4为穿孔管剖视示意图。

图中①-凝聚剂贮存系统；②-凝聚剂投加系统；③-引水泵进水口；④-引水泵机组；⑤助凝剂制备系统；⑥助凝剂投加系统；⑦助凝剂多点投加；⑧鼓风曝气设施；⑨曝气穿孔管；⑩沉淀雍水区域；生态过流闸；生态复氧区； 下游河道；下游河道节制闸。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型的多级强化水体自净及水力调控的水质净化处理系统，系统适用于引水泵站水利工程设施和城市河道，净化处理区域包括依次顺连的设有引水泵进水口的引水段、泵站消力池段(絮凝反应段)、沉淀雍水段、沉淀末端水闸形成的生态复氧区段和下游河道段。具体来说，系统包括：

水力混凝系统，由凝聚剂贮存系统1和投加系统2构成，通过投加系统2将贮存系统中的凝聚剂投加至引水泵进水口处3。

曝气强化絮凝系统，包括助凝剂制备系统5和投加系统6，通过助凝剂投加系统6以多点投加的方式投加至至泵站消力池进水一侧7；还包括排列在絮凝反应段的多根顺流且平行的穿孔管，通过一根主管从中间横向连接各开孔管，主管采用de100～400的不锈钢管，穿孔管采用DN50～250的UPVC管，穿孔管中心 对称平面的两侧从圆心向下45度位置壁上开孔，孔径为4～8mm。

无动力生态复氧系统包括沉淀段河道沿岸的水生植物形成的漫滩地生态系统设置以及在沉淀末端的生态过流闸11形成的复氧水体河段。在正常引水净化处理时，生态过流闸竖起雍水，形成水闸前后水位差；泄洪时，卧倒闸门进行排涝过水。生态过流闸可实现不同开度控制雍水水位，运行过程中与引水流量进行同步调控。闸顶过流处设置破水器，形成大量的微孔气泡，提高了水体中的溶解氧含量，改善了河道水体的生态环境。

下游河道水力调控系统包括下游河道及各支流的节制闸。通过下游节制闸控制下游各河道的水位，形成多级水位差，且保证流速大于0.1m/s，通过改善水动力学条件来提升河道水体的自净能力。

处理工艺则包括以下步骤：

1)分析原水水质变化情况，找到原水水质变化规律，为提高净化处理的经济性，避开其中极端不利引水的时间段，如受涨潮或其他会极大影响来水水质的时段；尽量安排净化处理的时间段：引水水质浊度不超过500NTU，盐度不超过250ppm。若浊度超过500NTU时进行引水，处理成本会较高。若盐度超过250ppm时，考虑下游河道生态系统，不建议进行引水。

2)在引水泵前按比例投加凝聚剂，所述的凝聚剂为铝盐类或铁盐类无机高分子凝聚剂，凝聚剂投加量为5～30ppm。在引水泵入口处，通过引水泵自身叶轮的高速转动，实现凝聚剂和水体的快速均匀混合。

3)水体经引水泵出来后，进入泵站消力池进行絮凝反应，通过多点投加的方式按比例加入助凝剂。助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.01～0.1ppm。为增强水体的紊流程度，提高水体的絮凝效果，在引水泵出水口的消力池区域底部安 装穿孔管进行曝气，通过鼓风曝气机曝气，实现消力池内水流的紊流效果，保证消力池内水体达到足够的紊流程度，维持絮凝反应所需的速度梯度，增大絮体颗粒的碰撞机会。同时还能避免由于局部区域流速缓慢造成的絮体沉降进而影响排涝。由于水体中含氧量的增加，曝气的实施还有助于水体中污染物质的去除。

4)引水泵站消力池出水进入下游河道，通过在内河道沉淀末端设置生态过流闸，实现沉淀段的雍水。沉淀河段沿岸种植水陆两栖植物，如美人蕉、再力花、泽泻、香蒲、昌蒲、千屈菜及灯心草等挺水植物，引水净化处理时形成生物多样性丰富的漫滩地，能进一步通过吸附、过滤或截留，降低水体中的污染物。

5)为保证沉淀段的颗粒沉淀效果，沉淀雍水段流速小于0.1m/s，且与下游河道水位相差30～50cm，通过水闸形成的水位差创造跌水复氧的环境。闸门顶过流处设置破水器，使过流水体中产生大量的微孔气泡，不需新增动力，提高了河道水体中的溶解氧含量，极大地改善了河道水体生态环境。

6)下游河道水体流速通过下游水闸控制，形成多级水位差，且保证流速大于0.1m/s，通过改善水动力学条件来提升河道水体的自净能力。

7)当下游河道有多条支流分流时，通过调整每个支流的节流闸的开度来控制各条支流的流量分配比，控制下游河道各支流的流速，形成水位差，保证流速大于0.1m/s，实现所有河道的水动学条件改善。

具体应用例

工程实施案例在杭州市萧山区钱江枢纽进行。钱江枢纽有两台引水泵，单台引水泵引水流量10m³/s。工程实施期间，凝聚剂在引水泵入口处投加，在进 入引水泵过程中实现凝聚剂和钱塘江外江水的充分混合。凝聚剂投加为铝盐类无机高分子凝聚剂，投加量根据钱塘江外江的水质情况进行调整，投加量5～30ppm。然后，在消力池内通过多点投加的方式投加助凝剂，投加量为0.01～0.1ppm，通过消力池内穿孔管曝气创造足够的紊流效果，维持絮凝所需的速度梯度。最后，利用下游河道后解放河局部河段完成沉淀过程，后解放河沉淀河段长度500m。

后解放河沉淀末端建设生态过流水闸，水闸共3孔，净宽36m，最大过闸流量110m³/s，采用下卧式生态过流闸门。通过沉淀末端生态过流闸来调节控制沉淀雍水段水位4.8m，闸后河道水位通过下游的节制闸控制在4.3m，水闸前后保持50cm水位差，创造跌水复氧的环境。与此同时，水闸顶设置的破水器形成大量的微孔气泡，提高了水体的溶解氧含量。经过净化处理后，沉淀末端水闸处出水透明度超过1m，浊度去除率超过90％，总磷的去除率超过80％，水体溶解氧含量明显提高。下游河道各支流通过各节制闸控制流速和水位，河道水动力学条件明显得到改善，水质能得到长时间的保持。

下表1为净化处理前后浊度变化情况表。

下表2为净化处理前后总磷变化情况表

下表3为净化处理前后DO变化情况表

下表4为净化处理前后透明度变化情况表。

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