专利名称：兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，尤其是一种，属于受污染水体修复技术领域。
背景技术：
传统的污水处理方法是将污水从环境中分离，引入特定区域，进行人为干预措施，净化污水。与之不同，受污染水体修复方法是将水体与其周围环境看作一体，修复过程包括对周围环境的保护的一种污染处理方法。基于工程实施的空间位置不同，受污染水体修复分为异位修复、原位修复和旁路侧沟处理等方法。其中，旁路侧沟处理方法是将一部分污染河水分流入建于河岸带的相对独立的侧沟系统进行污染物削减，出水再回流至河道上游，通过增加主河道水体流速及水质稀释等双重作用来改善水质，可看作介于异位修复与原位修复之间的方法。针对缺水小城镇水环境污染问题日益突出而基础设施建设相对落后、环境保护意识相对薄弱，河道水体缓流甚至静止且污染较严重，但水处理工程建设及运营管理技术水平相对低下，资金投入能力有限，而用地限制条件相对宽松的共性特征，旁路侧沟处理方法在缺水地区缓流河道水体修复中的优势相对明显。与此同时，缺水问题一直是制约华北缺水小城镇经济社会发展的根本问题之一。尽管缺水小城镇水环境问题的核心是水资源短缺，但现有地表水体严重污染导致的使用价值降低甚至丧失，城镇污水收集、处理及再生利用设施落后甚至空缺导致的有水不能用的现状仍是缺水小城镇水环境改善的现实瓶颈。如何将受污染水体资源化利用，达到水环境质量改善的同时实现节水的双重目的，是经济技术水平有限的小城镇水环境治理的主要目标。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，重点针对缺水地区小城镇河道水体流动性差且污染物成分复杂，污染物排放源不清晰且排放方式不确定，底泥污染严重且尚不具备清淤条件的现状，解决缺水地区小城镇对受污染水体资源化利用需求大但治理资金投入能力有限的现实问题。按照本发明提供的技术方案，所述兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，特征是所述缓流河道侧沟修复系统采用在河道的下游连接污水管，污水管与填料强化生物处理系统的进水端连接，填料强化生物系统的出水端与陶粒芦苇床深度处理系统的进水端连接，陶粒芦苇床深度处理系统的出水端与湿地景观的进水端连接，湿地景观的出水管连接到河道的上游。所述填料强化生物处理系统包括以串联方式连接的第一级填料净化床和第二级填料净化床；所述填料净化床的一侧设置填料床进水管，另一侧设置填料床出水管，所述填料净化床包括外围结构，在外围结构形成的填料池内固定多层填料固定丝网，在填料固定丝网的表面铺设有球形填料。
所述陶粒芦苇床深度处理系统包括以并联方式连接的第一陶粒芦苇床和第二陶粒芦苇床；所述陶粒芦苇床的一侧设置芦苇床进水管，另一侧设置芦苇床出水管；所述陶粒芦苇床包括设置在处理池中的基质过滤层以及铺设在基质过滤层表面的石屑层，在石屑层上种植植株层。所述湿地景观包括畜水池，在畜水也上设置喷泉。所述填料固定丝网的孔径<球形填料直径的75%，第一级填料净化床的填料填充率为70 80%，第二级填料净化床的填料填充率为35 45%。所述球形填料的直径为纩12cm的网状球形空心填料，在空心填料的空腔中设有丝带；所述球形填料的孔隙率大于99%，比表面积为56(T800m2/m3。所述基质过滤层由轻质陶粒构成，所述基质过滤层的厚度为25 35cm，所述轻质陶粒的粒径为0. 5^1. 0cm，石屑层的厚度为3 7cm，石屑层的粒径< 0. 5cm。所述植株层为野生芦苇，野生芦苇的插植密度为36 49株/m2。所述喷泉包括潜水泵或喷泉泵、管线和喷头，管线由支架进行支撑。本发明具有如下优点和技术效果
(1)功能齐全，技术针对性强水资源短缺是缺水小城镇地表水体污染的主要因素之一，表现在河道水体流动性差，黑臭和富营养化问题交替出现，水体水质受降雨影响较为显著等水环境特征，地表水体的资源化利用是缺水小城镇水环境治理的主要目标之一，但面对小城镇经济能力有限，治理资金投入不足及技术水平相对低下的现实境况，设计研发一种建设运营成本低，运行管理规程贴近于农耕运管要求，同时实现水污染治理与资源化利用的缓流河道水体修复工艺，具有现实意义。本发明集水体侧沟修复的强化措施与资源化利用途径于一体，在有效削减水体污染负荷、控制水体中藻类生长的同时，将受污染的河水因地制宜地进行景观利用，能系统解决缺水小城镇河道的水环境问题；鉴于此，本发明在财政资金比较紧张、技术水平相对低下的缺水小城镇有良好的市场推广前景；
(2)运行成本低，综合效能优本发明所需能耗仅包括提水泵、喷泉泵产生的能耗，大部分工艺环节均由自然形成，所需资金投入和运行成本相对较少，并且能将水体污染治理与农耕技术相结合，运行维护的技术要求相对较低，构建方式及管理规则较简便。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的填料净化床示意图。图3为本发明的陶粒芦苇床示意图。图4为本发明的喷泉系统示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图对本发明作进一步说明。如图广图4所示，缓流河道侧沟修复系统包括污水进水管1、第一级填料净化床2、第二级填料净化床3、第一陶粒芦苇床4、第二陶粒芦苇床5、景观湿地6、景观出水管7、河道8、外围结构9、填料固定丝网10、球形填料11、填料床进水管12、填料床出水管13、植株层14、石屑层15、芦苇床出水管16、基质过滤层17、芦苇床进水管18、喷头19、潜水泵或喷泉泵20、管线21、支架22等。如图1所示，本发明所述的缓流河道侧沟修复系统采用在河道8的下游连接污水管1，污水管1与填料强化生物处理系统的进水端连接，填料强化生物系统的出水端与陶粒芦苇床深度处理系统的进水端连接，陶粒芦苇床深度处理系统的出水端与湿地景观6的进水端连接，湿地景观6的出水管7连接到河道8的上游；
如图2所示，所述填料强化生物处理系统包括以串联方式连接的第一级填料净化床2和第二级填料净化床3 ；所述填料净化床的一侧设置填料床进水管12，另一侧设置填料床出水管13与后续处理系统连接，所述填料净化床包括外围结构9，在外围结构9形成的填料池内固定多层填料固定丝网10，在填料固定丝网10的表面铺设有球形填料11，可以据填充率计算球形填料11的填装数量；所述填料固定丝网10的孔径<球形填料11直径的75%，第一级填料净化床2的填料填充率为70、0%，第二级填料净化床3的填料填充率为35、5% ；
所述球形填料11的直径为纩12cm的网状球形空心填料，在空心填料的空腔中设有丝带，以用于附着微生物；所述球形填料1的密度为930kg/m3，孔隙率大于99%，比表面积为560 800m2/m3 ；
如图3所示，所述陶粒芦苇床深度处理系统包括以并联方式连接的第一陶粒芦苇床4和第二陶粒芦苇床5 ；所述陶粒芦苇床的一侧设置芦苇床进水管18，芦苇床进水管18通过管线与填料强化生物处理系统连接，另一侧设置芦苇床出水管16，芦苇床出水管16通过管线与湿地景观6相连接；所述陶粒芦苇床包括设置在处理池中的基质过滤层17以及铺设在基质过滤层17表面的石屑层15，所述基质过滤层17由轻质陶粒构成，所述基质过滤层17的厚度为25 35cm，所述轻质陶粒的粒径为0. 5^1. 0cm，石屑层15的厚度为3 7cm，石屑层15的粒径< 0. 5cm ；石屑层15作为植株的支撑，在石屑层15上种植植株层14，所述植株层14 一般采用野生芦苇，也可以由其他类似的植物替代，芦苇的插植密度为36 49株/m2 ；
如图4所示，所述湿地景观6包括畜水池，在畜水也上可以设置喷泉或者其他由人工改造的自然湿地景观，以及种植水生植物；所述喷泉包括潜水泵或喷泉泵20、管线21和喷头19，管线21由支架22进行支撑；所述管线21为PI5R管焊接而成的环形线路，环面仰角75°向心方和安装喷头19，管线21下连接潜水泵或喷泉泵20，喷头19为渐缩管，细端向上；所述湿地景观6的水生植物覆盖率为35%，喷泉作用范围覆盖率56. 25%。本发明所述的系统处理污染河水的基本过程为(1)填料强化生物处理系统2、3，(2)陶粒芦苇床深度处理系统4、5，及(3)湿地景观6蓄存利用等3个阶段构成。(1)填料强化生物处理系统2、3 于河道下游区域提取的污染河水，经侧沟简单预处理(沉淀澄清)由污水进水管1输送，首先在填料强化的生物处理阶段(2、3)进行污染物削减，净化主体主要是球形填料11附着的自然成长的菌藻膜，目的是强化河水污染物的截流及生物降解；按所需填料的填充率不同分为两级，第一级填料净化床2填充率相对较高，主要通过填料的物理结构及附着的生物膜的过滤功能截留大部分悬浮物及相当部分有机污染物，通过生物膜的降解作用亦能去除部分N、P等营养物质；为防止污染负荷的降低造成生物膜由于微生物生长受限而导致大幅度脱落的发生，并考虑到水生动植物的活动空间等因素，第二级填料净化床3填充率相对较低，以进一步削减有机污染物及N、P等营养物，从而抑制藻类的生长速度；填料强化生物处理的总水力停留时间为5. 0小时，水深30cm ；上述填料净化床夏季运行1(Γ15天，填料表面能形成0. 2^0. 5cm厚度的菌藻膜，系统内出现由脱落的微生物膜与大型丝状绿藻类、苔藓类等构成的过滤层，水体中形成包括水蚤、蜗牛等水生动物群落在内的相对稳定的水生生态系统；
(2)陶粒芦苇床深度处理系统4、5所述陶粒芦苇床深度处理系统的主体是陶粒和芦苇形成的复合过滤床，目的是过滤填料床出水的藻类细胞及脱落的菌藻膜，同时通过陶粒芦苇复合系统的一系列除污途径进一步削减污染物；填料强化生物处理系统2、3的出水一般含有数量相对较多的藻类及部分有机物与N、P等营养物质，在该阶段通过陶粒表面的物化吸附及其附着生物膜的降解作用、芦苇根系物理结构的吸附截留及其代谢物质的化感作用(以去除藻类为主要功能)连同其附着微生物的降解作用、植株的较长时间吸收富集作用以及植株-陶粒的协同净化作用等一系列的复杂途径，使污染物得到进一步削减，主要削减P类污染物(TP、P043-P等)负荷，藻类基本被去除；陶粒芦苇床深度处理的水力负荷1. SmVm2 ·(!，水深30cm ；上述陶粒芦苇床采用两组陶粒芦苇床并联的方式运行，主要解决水力负荷相对较低而导致处理规模受限，水头损失相对较大而导致设施坡降过大的问题；
(3)湿地景观6蓄存利用陶粒芦苇床深度处理的出水进入景观湿地蓄存，通过跌水强化的大气复氧过程，蓄存水体DO含量保持在相对较高的水平，能促使水生生态系统物质转化的系列过程逐步完善，使水体中的污染物处于相对低水平的物质转化平衡状态，实现蓄存水体水质的较长时间保持；所述湿地景观6通过跌水强化大气复氧功能，使蓄存水体DO含量保持相对较高水平，促使水生生态系统物质转化系列过程的逐步完善，水体污染物处于相对低水平的物质转化平衡状态，实现较长时间水体水质的保持；根据缓流河道侧沟回流的水力调度要求，景观出水管7排入缓流河道主河道8的上游，通过增强主河道8的水流动性及强化侧沟系统出水的水质稀释等双重作用，改善缓流河道8的水质；上述景观湿地中水生植物覆盖面积占水域面积的35%，喷泉作用面积占水域面积的56. 25%。蓄存水体的水位 0. 5^1. 0m, DO 不低于 4. Omg/L。 本发明所述的缓流河道侧沟修复工艺的具体实施包括工艺流线构建及通水运行两部分。工艺流线构建分为预处理设施、主体设施、洼淀等建造。河水预处理在河道侧沟中通过沉降澄清等自然过程完成，在缓流河道岸边或适宜区域构筑侧沟渠，作为本工艺简单预处理设施，沟渠末端有取水池，通过重力流使河水自然流入提水池；填料净化床2、3通过构筑长方形水池实现，在水池中按照填充率的要求，装填球形填料11，在水池内壁对称留有的卡扣，用以编织丝绳网10来固定填料11，据填料强化生物处理的水力停留时间要求，将两套填料净化床2、3串联运行；陶粒芦苇床4、5亦通过水池来实现，在水池中按要求装填陶粒17基质后，在上面再铺设石屑层15，用以支撑植物，选用野生芦苇14，针对陶粒芦苇床4、5水力负荷小及水头损失大导致的系统处理规模受限及增加建造成本的实际问题，将两套陶粒芦苇床4、5并联运行；景观湿地是通过对洼淀区域的改造来实现的，根据景观建设要求首先对洼淀进行底泥疏浚、扩充水生植物规模等方面的初步改造，以便于通水后能形成水深0. 5^1. Om的自然水域，水生植物覆盖度35%，并据景观构建要求，在洼淀水域的相应位置划分喷泉区域，喷泉区域总面积不小于水面的56. 25%。根据填料11的挂膜需要及植物的异境生长适应性要求，通水运行采取先小流量进水，待填料生物膜挂膜成熟及植物生长基本适应新环境之后，再逐渐增大流量的序列方式。河水经填料床2、3、陶粒芦苇床4、5处理之后的出水，经重力流进入景观湿地内蓄存，并根据缓流河道侧沟回流的水力调度要求，排入缓流河道主河道8的上游，通过增强主河道8水流动性并强化侧沟系统出水的水质稀释
6等双重作用，达到改善缓流河道主河道8水质的目的。 本发明综合效果良好，经过本工艺流程的污染河水，悬浮物可削减90%以上，COD可削减45 60%，NH3-N、TN可削减40 60%，P043-P、TP可削减80%以上，自然水塘的水体水质基本上可保持表水环境质量标准(GB3838-2002)的IV类标准。
权利要求
1.一种兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述缓流河道侧沟修复系统采用在河道(8)的下游连接污水管(1 )，污水管(1)与填料强化生物处理系统的进水端连接，填料强化生物系统的出水端与陶粒芦苇床深度处理系统的进水端连接，陶粒芦苇床深度处理系统的出水端与湿地景观(6)的进水端连接，湿地景观(6)的出水管(7)连接到河道(8)的上游。
2.如权利要求1所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述填料强化生物处理系统包括以串联方式连接的第一级填料净化床(2)和第二级填料净化床(3);所述填料净化床的一侧设置填料床进水管(12)，另一侧设置填料床出水管(13)，所述填料净化床包括外围结构(9)，在外围结构(9)形成的填料池内固定多层填料固定丝网(10 )，在填料固定丝网(10 )的表面铺设有球形填料(11)。
3.如权利要求1所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述陶粒芦苇床深度处理系统包括以并联方式连接的第一陶粒芦苇床(4)和第二陶粒芦苇床(5);所述陶粒芦苇床的一侧设置芦苇床进水管(18)，另一侧设置芦苇床出水管(16);所述陶粒芦苇床包括设置在处理池中的基质过滤层(17)以及铺设在基质过滤层(17)表面的石屑层(15)，在石屑层(15)上种植植株层(14)。
4.如权利要求1所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述湿地景观(6)包括畜水池，在畜水也上设置喷泉。
5.如权利要求2所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述填料固定丝网(10)的孔径<球形填料(11)直径的75%，第一级填料净化床(2)的填料填充率为70、0%，第二级填料净化床(3)的填料填充率为35、5%。
6.如权利要求2所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述球形填料(11)的直径为纩12cm的网状球形空心填料，在空心填料的空腔中设有丝带；所述球形填料(1)的孔隙率大于99%，比表面积为56(T800m2/m3。
7.如权利要求3所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述基质过滤层(17)由轻质陶粒构成，所述基质过滤层(17)的厚度为25 35cm，所述轻质陶粒的粒径为0. 5^1. 0cm，石屑层(15)的厚度为3 7cm，石屑层(15)的粒径< 0. 5cm。
8.如权利要求3所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述植株层(14)为野生芦苇，野生芦苇的插植密度为36 49株/m2。
9.如权利要求4所述的兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，其特征是所述喷泉包括潜水泵或喷泉泵(20)、管线(21)和喷头(19)，管线(21)由支架(22)进行支撑。
全文摘要
本发明涉及一种兼具污染物削减与景观利用的缓流河道侧沟修复系统，特征是所述缓流河道侧沟修复系统采用在河道的下游连接污水管，污水管与填料强化生物处理系统的进水端连接，填料强化生物系统的出水端与陶粒芦苇床深度处理系统的进水端连接，陶粒芦苇床深度处理系统的出水端与湿地景观的进水端连接，湿地景观的出水管连接到河道的上游。本发明在财政资金比较紧张、技术水平相对低下的缺水小城镇有良好的市场推广前景；本发明运行成本低，综合效能优本发明大部分工艺环节均由自然形成，所需资金投入和运行成本相对较少，并且能将水体污染治理与农耕技术相结合，运行维护的技术要求相对较低，构建方式及管理规则较简便。
文档编号C02F3/00GK102557236SQ201210014258
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者孙永利, 杨敏, 葛铜岗, 高晨晨 申请人:国家城市给水排水工程技术研究中心