一种无动力滨河水生态保持净化处理系统的制作方法

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种无动力滨河水生态保持净化处理系统。

背景技术：

随着我国经济的迅猛发展，城市化、工业化速度越来越快，人们生活质量、水准的提高，居民对生活环境的要求越来越高，于是，各种各样的河道被纷纷改造，河底、河岸进行大范围的硬化、半硬化驳岸建设，滨河两侧地段进行园林绿化，道路、广场硬化，把整条河道打造成为一条条美丽的景观园林绿廊，大大提高了城市居住环境的景观效果，但是，与此同时，原有河道内的湿地、滩涂、水生动植物消失殆尽，严重影响了河道及两岸的生态平衡，河道水体的自净化能力大大降低，即使在河道两岸建设拦污沟渠，没有点源污染物排入的景观河道内，也常常出现浑浊的水体景观和较差的水质。

根据我国景观河道的现状，两岸截污效果较好的景观河道内水体一般来自两个方面：1、上游河水。上游河水一般要流经若干村庄，农田等区域，由于现阶段农村生活污染物排放混乱，农业肥料、农药过量喷洒，流经这些区域的河道一般都有不同程度的污染，BOD、氨氮、总磷、重金属为常见的超标因子。2、自然降雨。降雨时通过雨水收集系统收集的道路、广场雨水，两岸绿化带吸收不完的雨水等，都需要进入河道，通过河道排至下游区域，此类污水含有大量的悬浮物、腐殖质等污染物质，进入河道后，很容易形成沉积淤泥，污染河道。基于以上两种水体来源，加上被破坏的河道水生态环境，美丽的景观绿廊中间，很快会出现一条不不合时宜的、浑浊的河流。

针对这种情况，目前研究人员对净化景观河道已经做出了一些研究，但现有的技术在应用的过程中仍存在较多的问题。如利用水泵提升，将河水泵入较高的人工湿地处理系统，处理后回流至河道，由于河道水量巨大，水泵的提升耗能大，运行费用高，且在河岸建设大规模人工湿地，需占用耕地、住宅等用地，征地难，征地费用高，变相提高了建设费用。还有一些是河道原位生态修复，如生态浮床、生物强化等，但考虑到河水的水力负荷和水力停留时间等因素，植物和细菌的生长和净化效果都会受到限制，且河道流速稍微增加，系统的生物培养就需要重新开始。还有一种是在河岸建设景观型多阶梯式人工湿地护坡，这种方法在雨天时可以起到很好的截留面源污染进入河道的作用，但无雨时，起不到净化作用，且无法对河道内的水体进行净化。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，恢复景观河道及两岸的水生态净化体系，本发明旨在提供一种无动力滨河水生态保持净化处理系统，它不需要消耗电力，不需要在两岸征用大面积的耕地、住宅等用地，不需要复杂、高成本的运营维护，即可实现雨天处理汇入河道雨水，无雨天处理河道内水体的目的，且处理出水可达地表水III类以上水质标准。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种无动力滨河水生态保持净化处理系统，包括设于景观河道橡胶坝或液压坝上游河岸的横向引水槽，横向引水槽的入口处从左至右依次设有格栅和闸阀，横向引水槽的末端垂直设有竖向引水槽，竖向引水槽的左侧壁为第一配水花墙，竖向引水槽的右侧壁为第二配水花墙，第一配水花墙和河道之间设有若干景观单元，每个景观单元的第一配水花墙和左侧壁的顶部分别设有若干第一溢流孔，第二配水花墙的右侧平行设有第三配水花墙，第二配水花墙和第三配水花墙之间形成碎石过滤带，碎石过滤带被分割成和景观单元相对应的碎石过滤单元，每个碎石过滤单元的第二配水花墙的顶部设有第二溢流孔，第三配水花墙的右侧设有若干和碎石过滤单元相对应的沉淀槽，相邻沉淀槽用隔墙隔开，每个沉淀槽内的第三配水花墙和隔墙的顶部分别设有溢流口，引水槽、碎石过滤单元和沉淀槽的顶部铺设有防腐木栈道。

进一步地，所述景观单元种植水生植物或者设置观景台。

进一步地，所述景观单元种植水生植物时，该景观单元的底部为页岩陶粒填料层，该景观单元靠近河道的一端设有缓冲井，缓冲井和河道之间的墙壁的中部设有用于将缓冲井内多余的水排入河道中的出水管，缓冲井内设有液位控制器，页岩陶粒填料层内靠近河道的一端埋设有和河道平行的集水管，集水管和液位控制器通过管道连通。

进一步地，所述页岩陶粒填料层中填料粒径为30mm，孔隙率30~35%，填料高度1~1.5m。

进一步地，所述缓冲井位于集水管的中垂线上且所述集水管两侧的下部交错设有进水孔。

进一步地，所述第一配水花墙、第二配水花墙和第三配水花墙内分别预埋若干排UPVC管，第二配水花墙和第三配水花墙内预埋的UPVC管数量相同，第一配水花墙内预埋的UPVC管数量大于第二配水花墙和第三配水花墙内预埋的UPVC管数量，UPVC管两端和墙面平齐。

进一步地，所述第一配水花墙的厚度为200m厚，第二配水花墙和第三配水花墙的厚度为200m厚，第二配水花墙和第三配水花墙的间距为0.5m。

进一步地，所述第一配水花墙、第二配水花墙和第三配水花墙内预埋的相邻横排UPVC管交错排列。

进一步地，所述横向引水槽和竖向引水槽的宽度均为1m，所述横向引水槽和竖向引水槽的深度均为1m，且竖向引水槽沿河流方向倾斜向下，且倾斜坡度为0.1%。

进一步地，所述碎石过滤单元内碎石的直径为30-50mm，碎石填充的深度为0.5~0.8m。

具体使用时，在景观河道橡胶坝或液压坝上游建1m宽横向（垂直于河道方向）引水槽，引水槽上设置闸阀，引水槽过闸阀后折弯90度形成竖向引水槽，拐向河道下游，宽度及深度保持1m，坡度0.01%，长度以1000m为例，引水槽距离河岸约10m。

引水槽左侧壁为第一配水花墙，第一配水花墙采用200mm厚钢混建造，墙中预埋50mmUPVC管道若干，第一配水花墙左侧为深1~1.5m的页岩陶粒填料层，陶粒粒径20mm-30mm，填料上层种植水生植物，如芦苇、常绿鸢尾、菖蒲、美人蕉、千屈菜等水生植物，水生植物种植行距200mm，株距100mm，填料区域沿竖向（平行于河道方向）每10m为一单元，单元之间用水泥墙隔开，每一单元的尾部（即靠近河岸的一端）设置穿孔集水管、出水管等，均采用UPVC材质管道制作，每一单元的左侧墙壁两端的顶部和第一配水花墙两端的顶部分别设有第一溢流孔，竖向引水槽右侧壁为第二配水花墙，第二配水花墙的右侧平行设有第三配水花墙，第二配水花墙和第三配水花墙间距为0.5m，小配水花墙采用200mm厚钢混建造，墙中预埋50mmUPVC管道若干，第二配水花墙和第三配水花墙之间填充粒径30mm-50mm的碎石，形成碎石过滤单元，每个碎石过滤单元内第二配水花墙两端的顶部分别设有第二溢流孔，碎石层深约0.5m，碎石过滤单元右侧为深1m，宽0.5m的沉淀槽，沉淀槽沿竖向每10m为一单元，与引水槽左侧的填料单元相对应，单元之间用水泥墙隔开，水泥墙顶部设溢流口，每一沉淀槽内第三配水花墙4两端的顶部分别设有溢流口。

在引水槽、碎石过滤单元和沉淀槽上设防腐木栈道，兼做水槽盖板，左侧植物种植区每隔100m，设置硬化区域10m×10m一块，硬化区域上设置长椅、垃圾桶、凉亭若干，所种水生植物与周围环境搭配，观花、观叶、观果植物间隔种植，使水生态处理与景观和谐共存。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统无需动力，借助天然地势，引河水及雨水进入处理系统，节约了能源，降低了运营负担，整个系统可实现无人值守，自动运转，且基本实现免维护运行。

（2）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统实现了雨天处理雨水，无雨天处理河水的双重目的，两种处理工序交互或同时运行。

（3）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统，沿河道两岸建设，利用了河岸两侧荒地，减少了征地及侵占农田、住宅用地。

（4）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统可使处理后的雨水及河水达到地表水III类以上水质，长距离建设，使河道水质有了保障。

（5）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统在完全处理雨水时，具有调蓄功能，在河道两岸形成海绵城市带。

（6）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统在处理雨水时，较大的悬浮物沉淀在前面的雨水沉淀槽及过滤带内，便于清理。

（7）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统可同时布置在河道两岸，在河道宽度不足时，也可单侧布置。

（8）本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统能形成漂亮的滨河景观，可与滨河绿廊搭配，形成水生态治理与园林景观的和谐统一。

附图说明

图1是无动力滨河水生态保持净化处理系统工艺流程图；

图2是无动力滨河水生态保持净化处理系统的结构示意图；

图3是图2的A-A剖面图；

图4是图3中第一配水花墙结构示意图；

图5是图3中第二配水花墙或第三配水花墙结构示意图；

图6是无动力滨河水生态保持净化处理系统集水管结构示意图；

图7是图6的右视图。

图中，1.格栅，2.闸阀，3.沉淀槽，4.第三配水花墙，5.碎石过滤单元，6.第二配水花墙，7.竖向引水槽，8.第一配水花墙，9. 页岩陶粒填料层，10.水生植物，11.集水管，12.液位控制器，13.缓冲井，14.出水管，15.横向引水槽，16.河道，17.第一溢流孔，18. UPVC管，19.第二溢流孔，20.橡胶坝，21.景观单元，22.进水孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图2至7所示，一种无动力滨河水生态保持净化处理系统，包括设于景观河道橡胶坝20（或液压坝）上游河岸的横向引水槽15，横向引水槽15的入口处从左至右依次设有格栅1和闸阀2，横向引水槽15的末端垂直设有竖向引水槽7，竖向引水槽7的左侧壁为第一配水花墙8，竖向引水槽15的右侧壁为第二配水花墙6，第一配水花墙8和河道之间设有若干景观单元21，每个景观单元21内左侧墙壁两端的顶部和第一配水花墙8两端的顶部分别设有第一溢流孔17，第二配水花墙6的右侧平行设有第三配水花墙4，第二配水花墙6和第三配水花墙4之间形成碎石过滤带，碎石过滤带被分割成和景观单元21相对应的碎石过滤单元5，每个碎石过滤单元5内第二配水花墙6的顶部设有第二溢流孔19，第三配水花墙4的右侧设有若干和碎石过滤单元5相对应的沉淀槽3，相邻沉淀槽3用隔墙隔开，每个沉淀槽3内第三配水花墙4的顶部和隔墙的顶部分别设有溢流口，横向引水槽15、竖向引水槽7、碎石过滤单元5和沉淀槽3的顶部铺设有防腐木栈道。

进一步地，所述景观单元21种植水生植物10或者设置观景台。

进一步地，所述景观单元21种植水生植物10时，该景观单元21的底部为页岩陶粒填料层9，该景观单元21靠近河道16的一端设有缓冲井13，缓冲井13和河道16之间的墙壁的中部设有用以将缓冲井13内多余的水排入河道16中的出水管，缓冲井13内设有液位控制器12，页岩陶粒填料层9内靠近河道16的一端埋设有和河道16平行的集水管11，集水管11和液位控制器12通过管道连通。

进一步地，所述页岩陶粒填料层9中填料粒径为30mm，孔隙率30~35%，填料高度1~1.5m。

进一步地，所述缓冲井13位于集水管11的中垂线上且所述集水管11两侧的下部交错设有进水孔22且两侧的进水孔22和集水管11的竖直中心线的夹角均为45°。

进一步地，所述第一配水花墙8、第二配水花墙6和第三配水花墙4内分别预埋若干排UPVC管18，第二配水花墙6和第三配水花墙4内预埋的UPVC管18数量相同，第一配水花墙8内预埋的UPVC管18数量大于第二配水花墙6和第三配水花墙4内预埋的UPVC管18数量，UPVC管18两端和墙面平齐。

进一步地，所述第一配水花墙8的厚度为200m厚，第二配水花墙6和第三配水花墙4的厚度为200m厚，第二配水花墙6和第三配水花墙4的间距为0.5m。

进一步地，所述第一配水花墙8、第二配水花墙6和第三配水花墙4内预埋的相邻横排UPVC管18交错排列。

进一步地，所述横向引水槽15和竖向引水槽7的宽度均为1m，所述横向引水槽15和竖向引水槽7的深度均为1m，且竖向引水槽7沿河流方向倾斜向下，且倾斜坡度为0.1%。

进一步地，所述碎石过滤单元5内碎石的直径为30-50mm，碎石填充的深度为0.5~0.8m。

下面以某景观河道为例，对本发明的使用过程进行详细说明：

某城市景观河道，河宽15m，单侧河堤及绿化带宽40m，河道断面流量30000m³/d，河道整体坡度0.1%，在河道某处建有橡胶坝一座，橡胶坝上下水位差1.0m，坝下河底高程129.00m，景观水位高130.00m，坝上景观水位高131.00m，坝上取水检测，SS70 mg/L，COD60mg/L，总氮4.5 mg/L，总磷0.5 mg/L。

本发明的无动力滨河水生态保持净化处理系统在河道两侧对称建设两套，现以右侧系统为例进行实施及原理说明。

在橡胶坝20上游一侧河岸用钢筋混凝土建横向（垂直于河岸）引水槽15，横向引水槽15内宽1m，墙厚0.2m，深1.5m，水深1.0m，在横向引水槽15距河边1m处设置平面拦污格栅1，格栅1采用碳钢材质，外刷防锈漆，格栅1规格1.1m×1.4m，栅隙30mm，导轨规格14a。在横向引水槽15距河边4m处设置全封闭侧摇三防式启闭机，启闭机型号QLCF-10，启门力10KN，闭门力5KN，螺杆直径30mm，升降高度1m。启闭机下设PGZS型双向止水铸铁闸门（即闸阀2），闸门规格1.1m×1.30m。横向引水槽15长10m后，顺时针折弯90°，沿河道流向建设竖向（沿河道水流方向）引水槽7，竖向引水槽7宽1m，深1.5m，设计水深1.0m，沿河流方向向下倾斜，倾斜坡度为0.1%。

竖向引水槽7左侧墙壁每10m为一单元，建成若干景观单元21，每一单元墙壁中间的9.6m建成第一配水花墙8形式，即在钢混墙壁中交错预埋50mmUPVC管道18，管道两端与强面齐平，横向8行，间距100mm，竖向47列，间距200mm，相邻横排交错排列，每一单元的左侧壁两端的顶部、第一配水花墙8两端的顶部各设两个300mm×200mm的第一溢流孔17。第一配水花墙8左侧填充页岩陶粒填料形成页岩陶粒填料层9，填料粒径30mm左右，孔隙率30%，填料高度1.1m，填料上种植芦苇、鸢尾、菖蒲、香蒲、美人蕉、千屈菜等水生植物，行距200mm，株距100mm，填料及植物种植每10m为一个单元，每个单元种植一种植物，每连续9个单元空出一个单元，用于设置凉亭、长椅等用于休息或者观赏景观。每个单元的左侧，设置缓冲井13，缓冲井13采用100mm厚钢混结构，内径规格1.0m×1.0m×1.1m，页岩陶粒填料层9内预埋有集水管11，缓冲井13设置于集水管11的中垂线上，集水管11采用80mmUPVC管，单侧长4.5m，集水管11左下侧和右下侧交错开20mm进水孔22，间距200mm。缓冲井13内设液位控制器12，缓冲井13中下部设80mmUPVC出水管14，排出水至河道16。

竖向引水槽7右侧墙每10m为一单元，建成碎石过滤单元5，每一单元中间的9.6m，距离顶部200mm，距离底部1m部分建成第二配水花墙6，即在钢混墙壁中交错预埋Φ50mmUPVC管道，管道两端与墙面齐平，横向5行，竖向47列，间距200mm，相邻横排交错排列，每一单元内第二配水花墙6两端的顶部设两个200mm×200mm的第二溢流孔19。第二配水花墙6右侧是500mm×500mm的碎石过滤单元5，碎石粒径40mm左右。碎石过滤单元5右侧是第三配水花墙4，第三配水花墙4结构和第二配水花墙6相同，第三配水花墙4右侧是1m×0.5m的沉淀槽3，沉淀槽3可接收右侧500m范围内绿化带、道路、广场收集的雨水。

竖向引水槽7、第一配水花墙8、第二配水花墙6、第三配水花墙4、碎石过滤单元5、沉淀槽3均按竖向10m为一单元，除竖向引水槽7外，其余部分，各单元之间均用混凝土墙隔开，沉淀槽3内第三配水花墙4盒隔墙顶部留200mm×500mm溢流口，引水槽、碎石过滤单元5、沉淀槽3上铺设防腐木栈道。

如图1所示，无雨时，本发明的工作原理包括以下步骤：

（1）河水通过格栅1过滤30mm以上固体杂物后进入横向引水槽15，经过闸阀2后流入竖向引水槽7中，水量控制在约4500m³/d左右。

（2）竖向引水槽7通过第一配水花墙8向竖向引水槽7左侧的90个处理单元格供水，第一配水花墙8可保证向景观单元21格的供水均匀的分布在景观单元21格横断面上，缓冲井13中的液位控制器12可控制每个单元配水量的大小。

（3）河水进入页岩陶粒填料层9后，在填料缝隙中流动，逐渐在填料表面形成由微生物构成的生物膜，填料、水生植物、微生物三者形成一个共生系统，利用填料—微生物—水生植物的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物降解等来实现对河水的净化，

（4）净化后的河水通过单元格末端的集水管11收集，通过液位控制器12流入缓冲井13中，再通过出水管14排入河道16。

无雨时的处理效果：

经过无动力滨河水生态保持净化处理系统处理，系统平均出水水质主要指标如下：SS8 mg/L，COD16.2mg/L，总氮0.44 mg/L，总磷0.1 mg/L，基本达到地表水II类水质标准，橡胶坝20下游1000m处断面水质主要指标如下：SS15 mg/L，COD33.2mg/L，总氮1.3 mg/L，总磷0.28 mg/L，基本达到地表水IV类水质标准。

有雨时，本发明的工作原理包括以下步骤：

（1）有雨时，橡胶坝20打开或者关闭横向引水槽15闸阀2，竖向引水槽7中不再进入河水。

（2）系统所在区段横向500m内地面雨水径流经收集后汇入沉淀槽3，按降雨量10mm/d计算，汇水量约5000m³/d，（如暴雨水时，系统先接收处理初期雨水，后续雨水处理不完的通过溢流口溢流入河道）

（3）雨水在沉淀槽3经简单沉淀后，通过第三配水花墙4进入碎石过滤单元5，过滤后通过第二配水花墙6流入竖向引水槽7中。

（4）重复无雨时本发明工作原理中（2）-（4）步。

有雨时的处理效果：

经过无动力滨河水生态保持净化处理系统处理，系统平均出水水质主要指标如下：SS10 mg/L，COD13.4mg/L，总氮0.35 mg/L，总磷0.05 mg/L，达到地表水II类水质标准，橡胶坝下游1000m处断面水质主要指标如下：SS30 mg/L，COD38.2mg/L，总氮0.88mg/L，总磷0.17 mg/L，达到地表水IV类水质标准。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。