专利名称：污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法
技术领域：
本发明涉及城市景观河道处理系统，尤其涉及一种以污水厂尾水作为补给水的景观河道原位与旁路联合净化的技术方法，通过建立沉水植物恢复与造流装置联用的原位净化系统，能够提高河道水体原位自净性能；通过建设旁路砾石床净化系统，可以降低出水悬浮物，提高出水透明度，砾石床处理后水循环输送至河道上游，自上而下形成循环流动，改善河道的景观效应，同时能够获得良好的河道水质，属于污水厂尾水生态处理技术领域。
背景技术：
我国地域广阔，很多城市属于资源缺水性城市，如北京、天津、唐山、邯郸、昆明等。由于地表水资源有限，近年来，这些城市往往将城市污水处理厂处理后的达标尾水排入城市景观河道或者公园景观水体，用作景观补给水。污水厂尾水刚刚进入景观水体时，清澈透明，改善了河道水体的景观，但是在河道中停留一段时间后，就会出现水色变暗、色度加深，浮游植物大量繁殖的现象， 严重影响河道地表水体的景观。这是因为城市污水处理厂的尾水水质最多也就是达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准，与地表水水质标准相比，还远远达不到V类地表水的水平，属于重度污染水体。由于尾水中氮磷含量高，在适当的气候条件下，就会促使受纳河道中藻类大量繁殖。为此，需要利用河道以及周边条件对河道中尾水进行进一步净化，提高水质，维持河道良好的景观效应。现有的河道修复技术往往是在河道中种植水生植物，拟通过植物的生长来去除氮磷等污染物，但是工程实践证明单纯依靠植物的生长很难获得较高的污染物去除效率；如果采用旁路净化技术来维持河道水质，则需要较大的处理量和较短的循环周期，这样旁路净化系统的建设规模和投资都会较大，而且河道原位的自净效能没有得到很好的利用和发挥。因此，建设原位处理与旁路处理相结合的净化系统，发挥各自的优势，是适合河道水质改善的技术途径。在河道原位净化中，利用前期开发的一种水体造流装置，在河道中每隔一定距离安装一个，利用造流装置，将河道底泥中的部分土著微生物迁移到水生植物载体上，这样河道净化空间从单纯的水土界面可以增加到河道的过水断面上，净化容积得到有效的提高；另外，造流装置还可以将水体中的污染物迁移至水土界面，加速与界面处微生物的接触，提高净化效果。在旁路净化系统中，通过在河道下游建设较小规模的旁路砾石床装置，能够将河道水体中的悬浮物有效去除，同时对有机物和氮磷等也有一定程度的去除，能够有效提高水体透明度。通过将处理后的水提升至河道的上游，形成自上而下的流动，也能改善河道的流态和水体表面复氧，从而提高河道水体的自净能力，有效地发挥原位和旁路净化的协同作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有尾水补给型景观河道水体净化效能的不足，提供一种原位与旁路联合净化的技术方法，通过发挥各种的优势，改善河道水体的水质和景观效应。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，采用原位净化方法与旁路净化方法的联用对污水厂尾水补给型城市河道进行净化处理，所述的原位净化方法将沉水植物及造流装置置于河道中，利用沉水植物对水体进行净化，利用造流装置形成水体自下而上的循环流动；所述的旁路净化方法是将砾石床装置经循环管道安装在河道的下游对河道内的水体进行循环处理。作为优选的技术方案，沉水植物包括菹草、苦草或马来眼子菜，沉水植物的覆盖度不小于河道面积的30%。作为优选的技术方案，造流装置为筒状结构，底部设有气室，该气室的出口处设有隔板，气室上设置的进气口经空气输送管连接空气压缩机，造流装置的顶部连接浮筒，底部连接沉子，垂直竖立 于水中并保持位置固定。作为更加优选的技术方案，造流装置的直径为30cm，高度为60cm。作为更加优选的技术方案，气室的宽度为0.lm，高度为0.15m。作为更加优选的技术方案，浮筒高30cm，直径为10cm，浮筒内填充塑料泡沫。作为更加优选的技术方案，沉子为6个单重为3kg的水泥砌块。作为更加优选的技术方案，气室的底部形成气弹，该气弹自下而上推动下层水体在筒内上升，并到达表面水体后分散开来，拉动下部水体继续在筒内上向流动，从而形成持续性的自下而上的循环流动，加大水体与底泥界面的接触机率，并将部分底泥层的土著微生物携带至水相中或者附着在水生植物上，从而提高河道水体的容积净化效率。作为更加优选的技术方案，造流装置顶部距水面0.2m。作为优选的技术方案，在河道沿程每隔100米左右安装一造流装置。作为优选的技术方案，砾石床装置内放置粒径为50_150mm砾石、沸石按体积比I: I组成的混合基质，砾石床装置每天处理水量为河道水体总容积的1/30，30天处理一个循环。在砾石床系统中，放置由砾石、沸石组成的复合填料系统，分级去除进水中的有机物、氨氮、磷酸盐，同时能有效地截留进水中的悬浮物，提高出水水质和透明度。作为优选的技术方案，砾石床装置的进水管道直径200mm，处理后水输送管道是DN200。与现有技术相比，本发明针对尾水型河道水体低碳高氮且透明度较差的水质特征，结合河道中泥水界面处的特性和生物反硝化原理，通过前期研发的造流装置，造成水体的垂向流动，加大水体与底泥界面处的接触机率，利用界面处的反硝化菌、有机碳源和厌氧一好氧微环境，提高生态塘系统的反硝化能力，提升出水水质；另一方面在装置运行过程中，造流装置能够为生态塘系统中的微生物提供氧气，加速污染物的降解速率，综合提升处理水水质。而旁路设置的生态砾石床系统中放置的砾石、沸石等载体，能够发挥吸附、拦截、沉淀等功能，对河水中的悬浮物有很好的去除效果，从而提升处理后水的透明度，通过回流进入河道的起端形成循环流动，改善河道的景观效应。
图1为本发明所采用装置组合的结构示意图2为造流装置的结构示意图；图3为气流、水流在造流装置中的流态示意图；图4为砾石床装置的结构示意图。图中，I为尾水型河道、2为沉水植物、3为造流装置、4为进水管、5为碌石床装置、6为出水管、7为造流装置筒体、8为浮筒、9为沉子、10为进气口、11为气室、12为气弹、13为
混合基质。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，采用原位净化方法与旁路净化方法的联用对污水厂尾水补给型城市河道进行净化处理，其采用的组合装置如图1所示。以下为本发明的一个具体应用实施例。实验地点为长度为1.2km，平均宽度为15m，平均水深2.2m的某城市的尾水型河道1，每天受纳城市污水处理厂的尾水1000m3，主要污染物是硝酸盐氮、氨氮、总磷。测定进水中硝酸盐氮含量为8 12mg/L，氨氮含量2 6mg/L，总磷含量0.3 0.5mg/L，透明度0.8 1.2m。尾水在河道系统中的水力停留时间为5天，出水断面处水体硝酸盐含量为
7.2 12mg/L，氨氮含 量1.5 5.2mg/L，总磷含量0.24 0.45mg/L，透明度为0.5 0.8m。根据河道的长度、宽度、平均水深等因素，试验确定采用12个扬水量为IOOOm3/d的造流装置3，设备直径D为0.3m，高H为0.6m ;气室体积0.04m3,高h为0.15m,宽w为
0.lm，平均每8s产生一个“气弹”。为造流装置供气的空气压缩机排气量100m3/h，功率为3kW，放置于岸边的空气压缩机站房中。空气输送管采用PVC塑料管，管径为15_，用于连接造流装置和岸上的空气压缩机，单根长度约20m。在造流装置3顶部连接浮筒8,浮筒8为高30cm,直径IOcm的圆柱形筒体，内部为塑料泡沫；造流装置3底部连接6个3kg重的水泥沉子作为沉子9，调整浮筒8和沉子9使造流装置3垂直立于水中，造流装置3顶部距水面0.2m。用摇船拖载造流装置安置于目标水域位置，开启空气压缩机，启动造流装置。在河道的下游建设了一个砾石床装置5，平面尺寸为18x10m，深度1.5m，里面放置砾石、沸石混合基质13 (体积比1:1)，粒径范围50-150mm，每天处理河道水量约1500立方，河道水量处理循环周期为27天。砾石床进水管道直径200mm，处理后水用一根DN200的管道输送到河道的上游循环放入河道。同时，在河道中进行沉水植物2为主的水生植物恢复，主要沉水植物种类为菹草、苦草和马来眼子菜，补种完全后达到35%的河道面积覆盖度。具体采用的设备如下所示，一个为提高尾水型河道硝酸盐反硝化效率的造流装置3，结构如图2所示，造流装置3为筒状结构，包括筒体7，筒体7底部设有气室11，气室11的出口设有隔板，气室11的进气口 10连接空气压缩机。造流装置3的顶部连接浮筒8，底部连接沉子9，从而垂直竖立于水中并保持位置固定，造流装置的内径为30cm，高度为60cm。在造流装置中，气流和水流的流态如图3所示。造流装置为筒状结构，底部设有气室11，气室11的宽度为0.lm，高度为0.15m，气室11的出口设有隔板，气室的进气口 10连接空气压缩机。图中，12为产生的气弹，实线箭头所示为气流方向，虚线箭头所示为水流方向。用于河道氨氮、磷酸盐去除和提高出水透明度的砾石床装置5，结构如图4所示，砾石床装置5为矩形结构，两侧分别设置进水管3和出水管6，均与河道联通，分别连接用于分布和收集砾石床的进出水，砾石床中放置砾石、沸石混合基质13。采用上述方法综合系统建成后稳定半年后，监测河道出水端水质，硝酸盐含量下降至3.5 7.8mg/L,氨氮含量0.2 0.8mg/L,总磷含量0.15 0.27mg/L,透明度稳定维持在1.0 1.5m，系统的 建设对于河道景观水质的维持起到了良好的保持作用。
权利要求
1.污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，该方法采用原位净化方法与旁路净化方法的联用对污水厂尾水补给型城市河道进行净化处理， 所述的原位净化方法将沉水植物(2)及造流装置(3)置于河道中，利用沉水植物(2)对水体进行净化，利用造流装置(3)形成水体自下而上的循环流动； 所述的旁路净化方法是将砾石床装置(5)经循环管道安装在河道的下游对河道内的水体进行循环处理。
2.根据权利要求1所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的沉水植物(2)包括菹草、苦草或马来眼子菜，沉水植物(2)的覆盖度不小于河道面积的30%。
3.根据权利要求1所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的造流装置(3)为筒状结构，底部设有气室(11)，该气室(11)的出口处设有隔板，气室(11)上设置的进气口(10)经空气输送管连接空气压缩机，造流装置(3)的顶部连接浮筒(8)，底部连接沉子(9)，垂直竖立于水中并保持位置固定。
4.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的造流装置(3)的直径为30cm，高度为60cm。
5.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的气室(11)的宽度为0.lm，高度为0.15m。
6.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的浮筒(8)高30cm，直径为10cm，浮筒(8)内填充塑料泡沫。
7.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的沉子(9 )为6个单重为3kg的水泥砌块。
8.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的气室(11)的底部形成气弹，该气弹自下而上推动下层水体在筒内上升，并到达表面水体后分散开来，拉动下部水体继续在筒内上向流动，从而形成持续性的自下而上的循环流动。
9.根据权利要求3所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的造流装置(3)顶部距水面0.2m。
10.根据权利要求1所述的一种污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，其特征在于，所述的砾石床装置(5)内放置粒径为50-150mm砾石、沸石按体积比1:1组成的混合基质，砾石床装置(5)每天处理水量为河道水体总容积的1/30。
全文摘要
本发明涉及污水厂尾水补给型城市河道的原位与旁路联合净化方法，采用原位净化方法与旁路净化方法的联用对污水厂尾水补给型城市河道进行净化处理，原位净化方法将沉水植物(2)及造流装置(3)置于河道中，利用沉水植物(2)对水体进行净化，利用造流装置(3)形成水体自下而上的循环流动；旁路净化方法是将砾石床装置(5)经循环管道安装在河道的下游对河道内的水体进行循环处理。本发明通过沉水植物恢复，改善河道水体的生境；通过造流装置底部通入的压缩空气形成的“气弹”，造成筒内水体自下而上循环流动，通过将砾石床处理后水循环输送至河道上游，自上而下形成循环流动，改善河道的景观效应，同时能够获得良好的河道水质。
文档编号C02F3/00GK103193325SQ20131014128
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者何圣兵, 陈雪初, 刘佃娜, 徐靖航, 黄晓博, 张月平 申请人:上海交通大学