一种用于入水河段的水体前置净化系统的制作方法

本实用新型涉及生态环境领域，特别是涉及一种用于入水河段的水体前置净化系统，尤其适合于湖泊或河道治理工程段上游来水的净化与处理。

背景技术：

目前河流面临的最主要问题是河道水污染严重、生态系统退化，只靠河道本身的自净能力不足以保持水质和恢复生态。河道生态治理的目的在于：在保证河流河水通过能力的前提下，净化河流水环境，恢复河流生态系统。但是河流、湖泊上游来水伴随着耗氧有机污染物和氮、磷营养盐的输入，会恶化治理河流段或湖泊的水环境状态和水生态功能，加重河湖治理工程的负荷，同时不利于水体自净能力的形成和水生生态系统的恢复。

由此，伴随产生了河道或湖泊的入水河段的前置净化系统。所谓前置净化系统就是利用工程措施或者构筑物将受污染水体中的污染物截留、净化，不让其全部进入所要保护或治理的水体中。前置水库是目前应用在河流面源污染处理中最常见的前置净化措施，但其结构单一，且主要通过沉淀和拦截作用处理水体污染物。因此，针对湖泊或河道治理工程段的水体，有必要采取更加有效的方法减少其收纳的污染物。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对湖泊或河道治理工程段水体由于上游来水中的污染物的输入而导致水体污染负荷上升、水生态功能恶化的问题，提出一种用于入水河段的水体前置净化系统。通过本实用新型构建的前置净化系统在河道中对上游来水进行前置净化处理，使治理河道内或湖泊内水环境状况和水生态功能得到保障。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于入水河段的水体前置净化系统，所述水体前置净化系统包括沿水流方向依次设置的预处理单元、生物膜净化单元以及光触媒净化单元，所述预处理单元包括设置在上游方向上的挡水石笼、设置在所述挡水石笼后的橡胶坝以及设置在所述挡水石笼与橡胶坝之间的沉砂池，所述生物膜净化单元包括设置在所述橡胶坝下游的砾间接触氧化池以及设置在所述砾间接触氧化池下游的厌氧生物池，所述光触媒净化单元包括嵌入在水体基底上的卵石层、设置在所述卵石层上方的铝基TiO2格栅网以及一端固定在铝基TiO2格栅网上的人造水草纤维。

优选地，所述挡水石笼的高度与厚度的比值为3:1，所述挡水石笼内部填充粒径为30～50cm的砾石；所述橡胶坝设置在所述挡水石笼后侧500cm处，所述橡胶坝的最高挡水水位与洪水位相同，所述橡胶坝的最低挡水水位与平均枯水位相同。

优选地，所述砾间接触氧化池由设置在上游且与护岸垂向相连的第一混凝土墙、设置在第一混凝土墙下游且与护岸垂向相连的第二混凝土墙以及混凝土盖板形成封闭的池体空间，所述砾间接触氧化池的底部沿水流方向向下设置8％～12％的坡度，所述第一混凝土墙的底部设置有进水口，所述第二混凝土墙上部设有与所述厌氧生物池上部相连通的第一出水口，所述第二混凝土墙底部设置排泥管，所述排泥管穿过所述厌氧生物池基底与所述卵石层相连通，所述排泥管末端设有流量阀。

优选地，所述砾间接触氧化池内填充粒径25～100cm的砾石，砾石的粒径由下向上递减铺设形成砾石层，所述砾石层内中部设有曝气管。

优选地，所述厌氧生物池由所述第二混凝土墙、设置在第二混凝土墙下游且与护岸垂向相连的第三混凝土墙以及混凝土盖板形成封闭的池体空间，所述厌氧生物池基底为包裹所述排泥管的混凝土层，所述厌氧生物池的底部设有与所述光触媒净化单元相连通的第二出水口，所述厌氧生物池内自下而上依次设置有布水卵石层、生物填料层、轮胎颗粒层。

优选地，所述轮胎颗粒层的厚度与所述生物填料层厚度比1:3，所述布水卵石层的厚度为30～50cm，所述生物填料层由粉煤块与包含有反硝化细菌的沸石生物填料以体积比1:4混合填充铺设而成，所述轮胎颗粒层中颗粒粒径为1～3cm，所述生物填料层中填料粒径为 3～5cm，所述布水卵石层中卵石粒径为5～10cm。

优选地，所述光触媒净化单元由所述第三混凝土墙、设置在第三混凝土墙下游且与护岸垂向相连的第四混凝土墙形成池体空间，所述第四混凝土墙的高度为第一混凝土墙高度的一半，所述铝基TiO2格栅网上每隔50cm设置一排长度为30～70cm的人造水草纤维，所述光触媒净化单元内种植有沉水植物。

优选地，所述卵石层的厚度为70cm，卵石层中卵石的粒径为 20～30cm；所述铝基TiO2格栅网的框架的厚度为5cm，铝基TiO2格栅网的网厚为2cm，所述铝基TiO2格栅网的格栅网孔径为5cm，所述铝基TiO2格栅网两端分别与第三混凝土墙、第四混凝土墙相连，所述光触媒净化单元内设有支撑所述铝基TiO2格栅网的支撑钢筋。

优选地，所述砾间接触氧化池设置在所述橡胶坝下游200cm处，所述砾间接触氧化池的高度高于河流常水位；所述第二混凝土墙位于第一混凝土墙下游400～800cm处，所述第三混凝土墙位于所述第二混凝土墙下游200～400cm处，所述光触媒净化单元设置在第三混凝土墙下游100cm处，所述光触媒净化单元的长度为1000cm，所述卵石层的底部嵌入水体基底的深度为70cm。

基于上述技术方案，本实用新型的优点是：

本实用新型的水体前置净化系统可通过挡水石笼、砾间接触氧化池、厌氧生物池和光触媒净化单元有效净化水中的SS、氨氮、硝态氮、总磷、和有害细菌，可有效降低进入湖泊和治理河段河水中的污染物、减少水中的污染物负荷。本实用新型最适用于湖泊入水口上游河段，也可在待治理的河道上游设置，有效降低污染物、减少水中的污染物负荷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为用于入水河段的水体前置净化系统。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型提供了一种用于入水河段的水体前置净化系统，如图 1所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。本实用新型提供一种在湖泊或河道治理工程段上游构建净水系统，保障治理河道内或湖泊水体质量的前置净化。通过在治理河道内或湖泊上游河段构建预处理单元、生物膜净化单元和光触媒净化单元，通过三个单元共同作用达到降低水体中总氮、总磷、COD和SS的目的。

具体地，所述水体前置净化系统包括沿水流方向A依次设置的预处理单元、生物膜净化单元以及光触媒净化单元，所述预处理单元包括设置在上游方向上的挡水石笼1、设置在所述挡水石笼1后的橡胶坝4以及设置在所述挡水石笼1与橡胶坝4之间的沉砂池3，所述生物膜净化单元包括设置在所述橡胶坝4下游的砾间接触氧化池以及设置在所述砾间接触氧化池下游的厌氧生物池，所述光触媒净化单元包括嵌入在水体基底20上的卵石层17、设置在所述卵石层17上方的铝基TiO2格栅网18以及一端固定在铝基TiO2格栅网18上的人造水草纤维16。

以来水方向为前方，所述预处理单元由处在最前方的挡水石笼1、其后侧的橡胶坝4和二者之间形成的沉砂池3构成。所述挡水石笼1 设置在河底上且与河道护岸相连，其高度可根据河流防洪标准(5年一遇或10年一遇)，按其洪水位设置，其厚度根据高度调整，优选地，所述挡水石笼1的高度与厚度的比值为3:1，所述挡水石笼1内部填充粒径为30～50cm的砾石。在所述挡水石笼1后侧500cm处设置橡胶坝4，其最高挡水水位应与河流洪水位相同(5年一遇或10年一遇)，最低挡水水位按河流多年平均枯水位线设置，可根据河流流量调节水位高度。所述挡水石笼1和所述橡胶坝4之间为沉砂池3，起到沉淀悬浮物的作用。所述橡胶坝4具有调节流量的作用，保证后侧的净化系统水力停留时间在4～6h。

如图1所示，所述生物膜净化单元设置在所述橡胶坝4下游 200cm处，主要由设置在前侧的砾间接触氧化池和后侧的厌氧生物池两部分构成。

所述砾间接触氧化池高度略高于河流常水位，优选地，所述砾间接触氧化池由设置在上游且与护岸垂向相连的第一混凝土墙6、设置在第一混凝土墙6下游且与护岸垂向相连的第二混凝土墙8以及混凝土盖板形成封闭的池体空间。所述砾间接触氧化池的底部沿水流方向 A向下设置8％～12％的坡度。所述第一混凝土墙6的底部设置有进水口5，所述进水口5为钢筋骨架支撑的带有闸门的格栅，进水口5的高度可利用闸门调节，其外侧设置粗细格栅。所述第二混凝土墙8位于第一混凝土墙6后侧400～800cm处，所述第二混凝土墙8上部设有与所述厌氧生物池上部相连通的第一出水口9，第一出水口9为钢筋骨架支撑的带有闸门的格栅，其既是间接触氧化池的出水口也是厌氧生物池的进水口，其高度可根据来水水量和流速利用闸门调节，保证水力停留时间。

优选地，所述第二混凝土墙8底部设置3～5条排泥管12，所述排泥管12穿过所述厌氧生物池基底与所述卵石层17相连通，所述排泥管12末端设有可自由开闭的流量阀。优选地，所述砾间接触氧化池内填充粒径25～100cm的砾石，砾石的粒径由下向上递减铺设形成砾石层，所述砾石层内中部设有曝气管7，能够对水体进行曝气，去除营养物质。所述砾间接触氧化池设置在所述橡胶坝4下游200cm处，所述砾间接触氧化池的高度高于河流常水位2。

优选地，所述厌氧生物池由所述第二混凝土墙8、设置在第二混凝土墙8下游且与护岸垂向相连的第三混凝土墙15以及混凝土盖板形成封闭的池体空间，所述厌氧生物池基底为包裹所述排泥管12的混凝土层。所述第三混凝土墙15位于第二混凝土墙8后侧200～400cm处，其底部设置带有闸门的格栅状第二出水口14，所述第二出水口14的高度可根据来水水量和流速利用闸门调节，保证水力停留时间。

所述厌氧生物池内自下而上依次设置有布水卵石层10、生物填料层13、轮胎颗粒层11。其中，所述轮胎颗粒层11的厚度与所述生物填料层13厚度比1:3，所述布水卵石层10的厚度为30～50cm，所述生物填料层13由粉煤块与包含有反硝化细菌的沸石生物填料以体积比1:4混合填充铺设而成，所述轮胎颗粒层11中颗粒粒径为1～3cm，所述生物填料层13中填料粒径为3～5cm，所述布水卵石层10中卵石粒径为5～10cm。

如图1所示，所述光触媒净化单元由所述第三混凝土墙15、设置在第三混凝土墙15下游且与护岸垂向相连的第四混凝土墙19形成池体空间。所述光触媒净化单元设置在第三混凝土墙15下游100cm处，所述光触媒净化单元的长度为1000cm，所述卵石层17的底部嵌入水体基底20的深度为70cm。所述第四混凝土墙19的高度为第一混凝土墙6高度的一半，所述光触媒净化单元嵌入河床部分铺设卵石层17，河床上方架设铝基TiO2格栅网18，沿水流方向A每隔50cm设置一排长约30～70cm的人造水草纤维16。

优选地，所述卵石层17的厚度为70cm，卵石层17中卵石的粒径为20～30cm；所述铝基TiO2格栅网的框架的厚度为5cm，铝基TiO2格栅网18的网厚为2cm，所述铝基TiO2格栅网18的格栅网孔径为 5cm，所述铝基TiO2格栅网18两端分别与第三混凝土墙15、第四混凝土墙19相连，所述光触媒净化单元内每隔100cm设有支撑所述铝基TiO2格栅网18的支撑钢筋。所述人造水草纤维16上端固定在铝基TiO2格栅网18上，下端可随水流摆动，光触媒净化单元在运行一段时间后可种植沉水植物，增强生态功能。

本实用新型的水体前置净化系统可通过挡水石笼、砾间接触氧化池、厌氧生物池和光触媒净化单元有效净化水中的SS、氨氮、硝态氮、总磷、和有害细菌，可有效降低进入湖泊和治理河段河水中的污染物、减少水中的污染物负荷。本实用新型最适用于湖泊入水口上游河段，也可在待治理的河道上游设置，有效降低污染物、减少水中的污染物负荷。

本实用新型的水体前置净化系统可参照如下步骤进行构建：

A、在水体的上游构建临时拦截坝，对水体基底20进行清淤、防渗和平整处理，并在生物膜净化单元和光触媒净化单元所在位置按要求下挖；

B、按设计要求依次构筑挡水石笼1、橡胶坝4、砾间接触氧化池、厌氧生物池以及光触媒净化单元，其中，在砾间接触氧化池、厌氧生物池顶部用混凝土盖板密封，所述砾间接触氧化池与厌氧生物池顶部均与空气隔离；

C、构建工程结束后，拆除临时拦截坝，利用橡胶坝4调节下泄流量，通过下泄水流流速保证水力停留时间为3～5h，同时水在下泄过程中进行自然曝气充氧；

D、砾间接触氧化池每运行4～6个月后，关闭第一出水口9、第二出水口14，打开排泥管12的流量阀，对砾间接触氧化池进行反冲洗排泥；

E、当洪水来临时，将所述橡胶坝4降到最低高度，并同时关闭进水口5、第一出水口9、第二出水口14。

为更清楚地说明本实施例中的水体前置净化系统的构建方法，以某湖泊入水口上游河段为例进行说明。该河段多年平均常水位为2m，枯水位为1.5m；其防洪标准为10年一遇，洪水位为3m。

现场准备：在该河道段的上游构建临时拦截坝，对河床进行清淤、防渗和平整处理，在砾石接触池和光触媒处理池所在位置按要求下挖河床。

构建水体前置净化系统：按设计要求依次构筑挡水石笼1、橡胶坝4、砾间接触氧化池、厌氧生物池以及光触媒净化单元。其中，挡水石笼1高度为300cm，厚度为100cm；橡胶坝4设置为可在150cm 至300cm高度调节水位。

第一混凝土墙6与河底、河岸相连，高度为200cm，其下端与河床连接处设置钢筋骨架支撑的带有闸门的格栅状进水口5，进水口5 的高度为50cm。砾间接触氧化池基底坡度设为10％，长度为500cm；第二混凝土墙8建在砾间接触氧化池基底并与河岸相连，高度为 250cm。其顶部设置钢筋骨架支撑的带有闸门的格栅状的第一出水口9，第一出水口9的高度为50cm。

第二混凝土墙8的底部设置3～5条管径为40cm的排泥管12，所述排泥管11穿过厌氧生物池基底与光触媒净化单元相连通，排泥管 12末端装有可自由开闭的流量阀。厌氧生物池基底为混凝土浇筑，厚度为50cm。第三混凝土墙15位于第二混凝土墙8后侧300cm处，其底部设置带有闸门的格栅状的第二出水口14，所述第二出水口14的高度30cm为宜。所述第三混凝土墙15与第二混凝土墙8和厌氧生物池基底共同构成厌氧生物池。

砾间接触氧化池内填充粒径为25～50cm的砾石，粒径由下向上递减。在砾间接触氧化池内的中部铺设4条曝气管7，所述曝气管7 的管径为30cm。厌氧生物池由高到低分别填充轮胎颗粒层11、生物填料层13和布水卵石层10。其中，轮胎颗粒层11的厚度为50cm，粒径为3cm左右；生物填料层13的厚度为150cm，粒径为5cm左右；所述砾石布水层11的厚度为50cm，粒径为10cm左右。所述生物填料层13为粉煤块与附着反硝化细菌的沸石生物填料按体积比1:4混合后铺设而成。在第一混凝土墙6和第三混凝土墙15之间用混凝土盖板密封，砾间接触氧化池与厌氧生物池顶部均与空气隔离。

在第三混凝土墙15后侧100cm处设置光触媒净化单元，所述光触媒净化单元沿水流方向A的长度为1000cm，底部嵌入水体基底20 内深70cm，其后侧设置高度为150cm的第四混凝土墙19，与第三混凝土墙15共同构成光触媒净化单元。所述光触媒净化单元嵌入河床部分铺设卵石层17，河床上方架设铝基TiO2格栅网18，沿水流方向A 每隔50cm设置一排长30～70cm的人造水草纤维16。所述卵石层17 的厚度为70cm，粒径为20～30cm；所述铝基TiO2格栅网18的框架厚 5cm，格栅网厚2cm，格栅网孔径为5cm，格栅网的框架与第三、第四混凝土墙相连。在光触媒净化单元中，每隔100cm设置支撑钢筋，支撑钢筋超出水面100cm并加装紫外线灯。所述人造水草纤维16的上端固定在铝基TiO2格栅网18上，下端可随水流摆动，光触媒净化单元在运行一段时间后可种植沉水植物。

前置净化系统运行：构建工程结束后，拆除临时拦截坝。砾间接触氧化池每运行4～6个月后，需要进行反冲洗排泥处理。此时需关闭厌氧生物池的进、出水口，打开排泥管流量阀，利用水的重力将污泥排入光触媒净化单元，其污泥可在卵石空隙中存在并为沉水植物的生长提供附着物和养分。

洪水期处置：当河流洪水来临时，将橡胶坝4降到最低高度，关闭系统所有进、出水口，洪水由整个系统上方流过，不影响河流泄洪。

通过上述方法构建的水体前置净化系统，以挡水石笼、砾间接触氧化池、厌氧生物池和光触媒净化单元有效净化水中的SS、氨氮、硝态氮、总磷、和有害细菌，可有效降低进入湖泊和治理河段河水中的污染物、减少水中的污染物负荷。本实用新型最适用于湖泊入水口上游河段，也可在待治理的河道上游设置，有效降低污染物、减少水中的污染物负荷。

本实用新型取得上述技术效果的原理在于：

河水首先经过挡水石笼的初步拦截和净化后进入净水的沉砂池；本阶段主要对河流上游来水中的垃圾和大颗粒悬浮物进行拦截和沉淀。

利用橡胶坝调节下泄流量，通过下泄水流流速保证水力停留时间为4h左右；同时河水在下泄过程中完成自然曝气充氧。经过曝气的河水从第一混凝土墙的进水口进入砾间接触氧化池，在本区域中砾石作为硝化反应中的微生物载体，利用水中溶解氧将河水中的部分有机物和氨氮等污染物去除，当河水由下而上到达砾间接触氧化池中部时，经过曝气管曝气补充水中溶解氧。

经砾间接触氧化池处理后的河水从氧化池顶部进入后侧的厌氧生物池后，首先进入轮胎颗粒层，轮胎颗粒在厌氧或兼氧状态下对 COD的处理率可达90％。此外，废旧橡胶轮胎颗粒含有Zn、Ca、Cu 等金属氧化物，而这些氧化物溶于水中形成具有凝聚作用的聚合物，能够吸附多种污染物，尤其是对磷有一定的去除作用。废旧橡胶颗粒还含有炭黑，可在硝化与反硝化中提供碳源。经过轮胎颗粒层的河水进入生物填料层，在沸石–反硝化细菌形成的反硝化生物膜的作用消除水中的硝态氮。此外，生物填料层中的粉煤灰除对磷有较好的吸附外，还可以为反硝化细菌补充必要的碳源。

最后，河水经由卵石布水层通过第三混凝土墙的排水口排入光触媒净化单元。人造水草可以吸附河水中剩余的污染物，TiO2在自然光照中的近紫外光激发下，能激活水分子产生高氧化能力的羟基自由基，可将污染物进一步降解，同时还具有去除重金属离子和有害菌的作用。在光触媒净化单元中种植的沉水植物也可通过光合作用提高水中溶解氧并消除污染物。在光照条件较差或者晚间，可根据出水水质和处理效率需要打开紫外线灯，补充光照。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。