一种运河生物孵化床系统的制作方法

本发明涉及一种运河生物孵化床系统。

背景技术：

近年来，随着我国经济的发展，水环境污染及黑臭水体问题突出，严重损害了我们的人居环境影和城市形象。数据显示，我国七大水系中一半以上河段水质污染，90％以上城市水域污染严重，50％以上城镇的水源不符合饮用水标准，40％的水源已不能饮用。为此国务院印发了《水污染防治行动计划》，其中明确要求2017年年底前，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体。住建部也牵头制定和编制了《城市黑臭水体整治工作指南》、《城市黑臭水体整治——排水口、管道及检查井治理技术指南(试行)》，提出控源截污、内源治理、生态修复等工作任务。

河道是城市赖以生存和发展的重要基础设施，加强河道整治，保障河道的顺畅工作对推进城市的现代化建设有着重要的作用。但是近年来由于各种原因，河道的整治出现了许多问题。

传统的“工程水利”着重重视河道的防洪、航运等功能。为稳定河槽、缩小主槽游荡范围、改善河流边界条件及水流流态采取的工程措施，以防止河岸坍塌、稳定工农业引水及防洪和航运，造成河流的资源、生态功能等被忽视、被淡化。河道生态体系破坏严重，结构趋于简单化。①河道岸线：裁弯取直设计理念把河流自然状态的弯曲形状改变成直线，使得自然河流中主流、浅滩和急流相间的格局改变。②河道断面：过去片面地强调防洪功能，改造河床常用输水性能好又便于施工的梯形断面，河道平直、护岸整齐划一，往往忽视原有河道断面的生态合理性，使得河道断面出现均一化倾向。③河道护岸：因以往的护岸工程主要考虑河道的行洪速度、河道冲刷、水土保持等功能，往往采取硬质护岸，使得迎水坡面被封闭起来。

常见的河道污染治理方案。物理法有：截污、清淤、曝气复氧、换水冲稀等；化学法有：投加混凝剂、施用除藻剂等；常用生物法有：水生植物技术、生物增效技术、微生物制剂投放、人工浮岛等。以上应用技术存在：局部性与极限性明显，短期效应，治标不治本居多，个别存在运营成本与社会效益矛盾，存在二次污染严重，以及间接的进一步摧毁水体生态系统；或以治污为名打造公园园林化的景观“生态滨岸”与河面盆景等面子工程，而淡化对河道本身内源污染与外源污染的治理措施。

传统的污染治理方案主要体现在头疼医头、脚疼医脚，如清淤工程与施用药剂等；或上流取水用水均大面积截污，打破自然规律导致下流河道水位低于警戒线或间歇性缺水滞流；或打着“生态”旗号做一些高大尚的河滨景观工程；或不惜造成水体尚失生态食物链，投加化学药剂使河床污染物、污泥倍增等等。忽视河道内源污染的降解措施与强化水体自净效应提升水域纳污功能。

生态治理河道中的湿地工程被称为地球之肾。湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区。湿地生态系统中应俱备生存着大量的多样性的动植物食物链，通过自然环境营造生态系统从而强化净化功能。但是大兴湿地必然破坏河道原有的行洪、排涝、航运等功能；而且土地紧缺与人口相对密集的条件下基本不可能实现；并且俱备了成片浅水区，若环境因素难以营造大量的多样性的动植物食物链，湿地系统依然不存在。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够有效降解河道水体的内源污染，并充分利用内源污染为生物养源强化水体生物食物链的生态体系，强化水体纳污功能的运河生物孵化床系统。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种运河生物孵化床系统，包括第一河岸、第二河岸以及设置在第一河岸和第二河岸之间的处理装置，第一河岸与第二河岸之间形成河底，河底上具有流动水体，所述处理装置包括第一挡墙、抽送装置以及生物孵化床，第一挡墙的下端固定在河底上，另一端向上延伸，第一挡墙将流动水体分隔成处理空间和流水空间，抽送装置的进口端设置在流水空间的下部中，抽送装置的出口端设置在处理空间中，生物孵化床设置在处理空间中，在所述第一挡墙上设有排水孔，排水孔的一端与处理空间连通，另一端与流水空间连通。

作为本发明的一种优选方式，所述抽送装置包括截污管、输送管道以及输送泵，截污管沿与水流流动方向垂直的方向布设，在截污管的管壁上设有沿截污管长度方向布设的通孔，输送泵的进口端与截污管的出口端连通，输送泵的出口端通过输送管道连接至所述处理空间内。

作为本发明的一种优选方式，所述河底设有安装架，所述截污管设置在安装架上，所述截污管与所述河底的距离为10cm至20cm。

作为本发明的一种优选方式，所述第一挡墙中形成多块隔挡板，隔挡板的一端设置在所述处理空间，另一端设置在所述流水空间，多个隔挡板沿所述第一挡墙的长度方向布设，相邻隔挡板之间形成所述排水孔。

作为本发明的一种优选方式，所述第一挡墙包括第一连接段、第二连接段以及设置在第一连接段与第二连接段之间的衔接段，衔接段与水流的流动方向平行，所述隔挡板设置在衔接段中，所述隔挡板相对于水流流动方向倾斜设置，相邻所述隔挡板之间形成第一开口和第二开口，第一开口设置在所述处理空间，第二开口设置在所述流水空间，第一开口对应水流的上游设置，第二开口对应水流的下游设置。

作为本发明的一种优选方式，所述处理空间设有沿竖直方向的导向杆，所述生物孵化床以能够沿导向杆上下移动的方式装设在导向杆中，所述生物孵化床悬浮在所述处理空间的水体中。

作为本发明的一种优选方式，还包括导流管，导流管包括设置所述处理空间下部的第一横管、对应所述生物孵化床设置的第二横管以及衔接第一横管与第二横管的纵管，还包括风机、气管以及气体输送喷头，气管的一端与风机的出口端连接，另一端与气体输送喷头的进口端连通，气体输送喷头设置在纵管内。

作为本发明的一种优选方式，所述生物孵化床包括生物发生器、设置在生物发生器中的填料以及设置在生物发生器上方的浮岛。

基于相同的构思，本发明还提出一种运河生物孵化床系统，包括第一河岸、第二河岸以及设置在第一河岸和第二河岸之间的处理装置，第一河岸与第二河岸之间形成河底，河底上具有流动水体，所述处理装置包括第一挡墙、第二挡墙、抽送装置以及生物孵化床，第一挡墙的下端固定在河底上，另一端向上延伸，第二挡墙的下端固定在河底上，另一端向上延伸，第一挡墙、第二挡墙以及河底围成处理空间，第一河岸与第二河岸之间位于处理空间外的空间为流水空间，抽送装置的进口端设置在流水空间的下部中，抽送装置的出口端设置在处理空间中，生物孵化床设置在处理空间中，在第一挡墙和/第二挡墙上设有排水孔，排水孔的一端与处理空间连通，另一端与流水空间连通。

作为本发明的一种优选方式，所述第一河岸和所述第二河岸对称分设在所述处理空间的两侧。

申请人认为河道水体污染治理并不在于全面杜绝外源污染，即非有毒有害的污水可排入河道，一般河道边沿的生活污水只要通过充分水解反应后均可排入河道，这并不影响河道的生态功能，反而有利于河道水体健康发展，满足水体生物体系发展的生长基质。经研究发现一般已排除高浓度污水与工业废水的河道呈现黑臭现象，其主因是河道生态体系尚失，河床淤泥倍增在厌氧等反应下释放出来的内源污染使河道富营养化，即已恶化水体的内源污染远高于外源污染的排放量。而河道淤泥的产生主要来源于难降解的有机污染物、尚未充分水解的有机颗粒污染物、无机物、以及生物肢体等的积累，其生物养源充分。本发明通过在河体中构建处理空间，并通过抽送装置将截留的河床淤泥输送至处理空间中，生物孵化床将其淤泥作为养源等进行降解与处理，同时利用其养源孵化出庞大的、多样化的、食物链长的生物群落，并通过排水孔将其活跃的优良生物群落送至流水空间中，从而使得流水空间形成完备的生态食物链，修复并强化水体生态体系，实现就地降解淤泥，消除内源污染的目的，并达到成百上千倍的强化水体纳污功能。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的结构示意图(其中生物孵化床未示出)；

图2为图1中a处的放大图；

图3为本发明第一种实施方式的结构示意图(图中抽送装置未示出)；

图4为本发明第一种实施方式中纵截面的结构示意图；

图5为图b-b向剖视图；

图6为本发明中第二种实施方式的第一种使用状态图；

图7为本发明中第二种实施方式的第二种使用状态图；

图8为本发明中导流管、风机、气管以及气体输送喷头配合结构示意图；

图9为本发明中第三种实施方式的结构示意图；

图10为本发明第三种实施方式的纵截面的结构示意图；

图中：

11-第一河岸12-第二河岸

13-河底14-处理空间

15-流水空间16-流动水体

21-第一挡墙211-第一连接段

212-第二连接段213-衔接段

22-第二挡墙23-排水孔

24-隔挡板241-第一开口

242-第二开口30-截污管

31-安装架40-导向管

41-第一横管42-第二横管

43-纵管44-风机

45-气管46-气体输送喷头

50-生物发生器51-浮岛

52-导向杆

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图10，一种运河生物孵化床系统，包括第一河岸11、第二河岸12以及设置在第一河岸11和第二河岸12之间的处理装置，第一河岸11与第二河岸12之间形成河底13，河底13上具有流动水体16。所述处理装置包括第一挡墙21、抽送装置以及生物孵化床，第一挡墙21的下端固定在河底13上，另一端向上延伸，第一挡墙21将流动水体分隔成处理空间14和流水空间15，抽送装置的进口端设置在流水空间15的下部中，抽送装置的出口端设置在处理空间14中，生物孵化床设置在处理空间14中，在所述第一挡墙21上设有排水孔23，排水孔23的一端与处理空间14连通，另一端与流水空间15连通。在第一种实施方式中，第一挡墙21、第一河岸11以及河底13共同围成处理空间14，通过抽送装置将流水空间15的下部的悬浮的污染物输送至处理空间14中，通过生物孵化床处理后，通过排水孔23排放至水流空间15中，实现良性循环。

作为本发明的一种优选方式，所述抽送装置包括截污管30、输送管道以及输送泵，截污管30沿与水流流动方向垂直的方向布设，在图1中，截污管30与第一河岸11和第二河岸12垂直设置，在截污管30的管壁上设有沿截污管长度方向布设的通孔，通孔从截污管30的内壁贯穿至外壁，输送泵的进口端与截污管30的出口端连通，输送泵的出口端通过输送管道连接至所述处理空间14内。采用这种结构，通过输送泵将悬浮在河底13下部的污染物吸入截污管30中，并通过输送泵和输送管输送至处理空间14中，在实施例是输送至处理空间14的底部。

作为本发明的一种优选方式，所述河底13设有安装架31，所述截污管30设置在安装架31上，所述截污管30与所述河底的距离为10cm至20cm，采用这种结构，能够避免截污管30的堵塞，保证截污管30的长时间使用。

作为本发明的一种优选方式，所述第一挡墙21中形成多块隔挡板24，隔挡板24的一端设置在所述处理空间14，另一端设置在所述流水空间15，多个隔挡板24沿所述第一挡墙21的长度方向布设，相邻隔挡板24之间形成所述排水孔23。

作为本发明的一种优选方式，所述第一挡墙21包括第一连接段211、第二连接段212以及设置在第一连接段211与第二连接段212之间的衔接段213，衔接段213与水流的流动方向平行，所述隔挡板24设置在衔接段213中，所述隔挡板24相对于水流流动方向倾斜设置，相邻所述隔挡板24之间形成第一开口241和第二开口242，第一开口241设置在所述处理空间14，第二开口242设置在所述流水空间15，第一开口241对应水流的上游设置，第二开口242对应水流的下游设置。参照图5，箭头表示水流的流动方向，本发明通过对隔挡板24的朝向进行设置，水流流动时，水不易从第二开口242中倒流至第一开口241从而进入处理空间14中，能够避免水流对处理空间14的冲击，而从经过生物孵化器处理后的水体在流水空间15中的水流的吸引下，能够更加顺畅地排放至流水空间15中。

作为本发明的一种优选方式，所述处理空间14设有沿竖直方向的导向杆，所述生物孵化床以能够沿导向杆52上下移动的方式装设在导向杆52中，所述生物孵化床悬浮在所述处理空间14的水体中，可以随着水位地变化而进行升降，从而更好地进行水体处理。

作为本发明的一种优选方式，还包括导流管40，导流管40包括设置所述处理空间14下部的第一横管41、对应所述生物孵化床设置的第二横管42以及衔接第一横管41与第二横管42的纵管43，还包括风机44、气管45以及气体输送喷头46，气管45的一端与风机44的出口端连接，另一端与气体输送喷头46的进口端连通，气体输送喷头46设置在纵管43内。采用这种结构，通过导向管40将处理空间14的水体引导至生物孵化床中进行处理，一方面可以向纵管43中输送氧气，利用氧气的逸流作用可以带动水流在导向管40中的流动，避免了水体底部长期处于呆滞状态容易造成底泥快速增长的状况，同时将处理空间14底部的待处理的污染物更好地引入生物孵化床中进行处理。

作为本发明的一种优选方式，所述生物孵化床包括生物发生器50、设置在生物发生器50中的填料以及设置在生物发生器50上方的浮岛51。其中，生物孵化床20的结构采用申请人自主研发的生物孵化床，如在申请号201520551733.4的中国实用新型专利中即介绍到这种生物孵化床，主要配套惰性微生物填料与水生植物，通过对微环境的设计与布施，形成生物孵化床的承载体，通过科学驯化达到生物多样化，并遁入生态循环长久不息的发展。经驯化完成的生物反应器形成巨大微生物群落的生物膜，具有种类丰富、生物活性强、亲水性好等特点，从而快速高效去除有机污染物。生物反应器在养源充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚，当生物膜达到一定厚度时，生物膜内层逐步开始繁殖兼氧菌—厌氧菌，在此基础上不断扩散，厌氧产生代谢物的逸出使内层生物膜脱落，在生物膜已脱落的生物载体表面重新发展起生物膜，周而复始生生不息。生物反应器有高比表面积的三维结构，超级编织技术可驯化出表层微a/o环境的生物膜，从而为硝化、反硝化作用的细菌群落共同繁殖以及为藻类生长创造适宜的条件。

污水中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在，在微生物的作用下，有机氮很容易转化为氨氮。在好氧条件下，氨氮通过硝化细菌的作用转化为亚硝态氮no2^-和硝态氮no3^-，接着，在厌氧条件下，no2^-和no3^-通过反硝化菌的作用转化为氮气逸到大气中，达成除氮。

生物发生器可以起到水力阻碍的作用，并拥有水草型的设计使得它一方面能够营造平缓的水力环境；也可以按不同条件的需求设计为缓流或顺流模式；另一方面大大增加生物膜与水体的有效接触，增加颗粒物与生物膜的接触机会。

水中的悬浮固体在与生物膜碰撞的过程中动能迅速下降，促使其充分沉降；同时由于生物膜表面的生物絮凝作用，使部分悬浮固体被吸附和携带并最终随生物膜脱落降至水底。这些固形物沉降至水底与脱落的生物膜在不同的微环境下又产生了新的食物竟争链，成为微生物的附着载体并且消化有机污泥。

生物吸附：生物载体的超级编织技术使生物膜拥有大量种类的微生物，经过一系列生物化学作用，使重金属离子被微生物细胞吸附，这些作用包括络合、螯合、离子交换、共代谢、吸附等。这些微生物从溶液中分离金属离子的机理有胞外富集和沉淀、细胞表面吸附和络合、胞内富集等。

生物絮凝：生物载体表明的生物膜产生大量的生物絮凝剂，将重金属充分絮集。生物絮凝剂一般由多糖、蛋白质、dna、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中的氨基和羟基等多种功能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。根据目前研究，生物絮凝剂中可与cu²⁺、hg²⁺、ag⁺、au²⁺等重金属离子形成稳定的螯合物而沉淀下来。

高效水生态的生物膜具有菌类共存、藻菌共存的特性形成微a/o环境，强大的微生物群落形成为共代谢过程提供了一种新的代谢现象，已被作为一种新的生化技术。

水生态技术拥有完善的生态食物链，具有良好的共代谢功能，能够有效降解难以降解的有机物，而淤泥主要成份是有机物，即可分解物质，在功能强大的水生态系统中，其污泥可得到良好的消减，通过实践证明消减率可达90％以上。

参照图9和图10，基于相同的构思，本发明还提出一种运河生物孵化床系统，包括第一河岸11、第二河岸12以及设置在第一河岸11和第二河岸12之间的处理装置，第一河岸11与第二河岸12之间形成河底13，河底13上具有流动水体16。所述处理装置包括第一挡墙21、第二挡墙22、抽送装置以及生物孵化床，第一挡墙21的下端固定在河底13上，另一端向上延伸，第二挡墙22的下端固定在河底13上，另一端向上延伸，第一挡墙21、第二挡墙22以及河底围成处理空间14，第一河岸11与第二河岸12之间位于处理空间14外的空间为流水空间15，抽送装置的进口端设置在流水空间15的下部中，抽送装置的出口端设置在处理空间14中，生物孵化床设置在处理空间14中，在第一挡墙21和/第二挡墙22上设有排水孔23，排水孔23的一端与处理空间14连通，另一端与流水空间15连通。在该实施方式中，将处理空间14构件在第一河岸11与第二河岸12之间，具体地，第一河岸11和所述第二河岸12对称分设在所述处理空间14的两侧。抽送装置可以采用和第一种实施方式相同的结构。

本发明的运河生物孵化床系统可以作为运河治理和维护两用，当水体处理受污染状态时，本发明作为一套治理系统使用，当水体生态体系修复后，本发明作为一套维护系统定期运行。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。