本发明涉及河流生态修复，特别是一种城市河道协同复氧-生物强化脱氮系统。
背景技术：
河流污染问题日益严重，随着大量的污染物排入水体，超出了河流的自净能力，污染物的降解造成水体缺氧，水中溶解氧不足引起黑臭现象的发生，同时水体中的氮、磷等元素得不到降解也易形成水体富营养化。因此，如何提高河流溶解氧和减缓水体富营养化是亟待解决的问题。
近年来，陆续出现了河流生态修复方法，针对河流溶解氧低、水体富营养化进行修复，但是耗费能源，成本较高，且效果差，因此，如何解决减缓河流黑臭现象和水体富营养化的发生，提高河流的自净能力是需要解决的技术问题。
技术实现要素：
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的是提供一种城市河道协同复氧-生物强化脱氮系统，可有效解决现有技术河流生态修复既耗费能源、成本高、效果差又无法提高河流的自净能力的问题。
本发明解决的技术方案是，包括依次由上游至下游相连的位于河流水体内的扬水曝气系统、好氧硝化系统、生态过滤系统和跌水复氧系统，所述扬水曝气系统包括由钢筋混凝土浇筑而成的截面为梯形的溢流坝，溢流坝的背水面的河体内有水锤泵，水锤泵的进水口上装有穿过溢流坝的进水管，水锤泵的出水口连通有竖直向上的出水管，出水管与水平装在支架上的水帘管连通，水帘管上有口向下的喷水孔；所述好氧硝化系统由种植于溢流坝背水面水体内的沉水植物和微生物构成；所述生态过滤系统为梯形坝体结构，坝体前后底部两边在河流内装有垂直于河道的第一坝基底桩和第二坝基底桩，第一坝基底桩与第二坝基底桩之间有由钢筋混凝土浇筑成的铺底，铺底上堆积有均布的缓释碳源基质和净水基质，坝体的迎水面与背水面均装有用于保护缓释碳源基质和净水基质的铁丝滤网；所述跌水复氧系统为由钢筋混凝土浇筑而成的不透水实心阶梯状结构，通过阶梯状跌水达到复氧，为有机物的去除提供好氧环境。
本发明结构简单，新颖独特，节约能源、保护环境，可减缓河流黑臭现象和水体富营养化的发生，提高河流的自净能力，改善水生生物的生存环境，经济和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明的俯视结构图；
图2为本发明中图1的a-a向剖视图；
图3为本发明中图1的b-b向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1-3所示，本发明一种城市河道协同复氧-生物强化脱氮系统，包括依次由上游至下游相连的位于河流水体内的扬水曝气系统1、好氧硝化系统2、生态过滤系统3和跌水复氧系统4，所述扬水曝气系统1包括由钢筋混凝土浇筑而成的截面为梯形的溢流坝5，溢流坝5的背水面的河体内有水锤泵7，水锤泵7的进水口上装有穿过溢流坝5的进水管6，水锤泵7的出水口连通有竖直向上的出水管8，出水管8与水平装在支架10上的水帘管9连通，水帘管9上有口向下的喷水孔；所述好氧硝化系统2由种植于溢流坝5背水面水体内的沉水植物和微生物构成；所述生态过滤系统3为梯形坝体结构，坝体前后底部两边在河流内装有垂直于河道的第一坝基底桩和第二坝基底桩，第一坝基底桩与第二坝基底桩之间有由钢筋混凝土浇筑成的铺底，铺底上堆积有均布的缓释碳源基质13和净水基质，坝体的迎水面与背水面均装有用于保护缓释碳源基质13和净水基质的铁丝滤网；所述跌水复氧系统4为由钢筋混凝土浇筑而成的不透水实心阶梯状结构，通过阶梯状跌水达到复氧，为有机物的去除提供好氧环境。
为了保证使用效果和使用方便，
所述沉水植物为狐尾藻11和眼子菜12混种在一起构成的复氧结构，通过植物的光合作用将co2转化为o2，为系统营造好氧环境。
所述微生物为亚硝酸菌或硝酸菌的硝化细菌。
所述缓释碳源基质13是由玉米芯碳源、沸石粉、钙基膨润土和硅酸盐水泥通过造粒制备而成，粒径为9-12mm，达到缓慢释放碳源的目的。
所述净水基质为粒径10-15mm的沸石14和粒径10-30mm的砾石15，相同重量混合均匀构成。
所述铁丝滤网网眼孔径为1-3cm。
所述跌水复氧系统4的阶梯状结构为三级台阶，每级台阶宽度为2-3m，每台阶间的高差为40-60cm。
本发明实地应用时，溢流坝控制其坝体上下游水位差在0.5cm以上，河水通过所述扬水曝气系统使水位提升，上游的水通过进水管进入水锤泵，水锤泵经过出水管将水提升至水帘管，水透过水帘管上的密集滴水孔下流，水流在重力的作用下与空气充分接触，达到充氧的目的；然后经扬水曝气系统充过氧的水进入好氧硝化系统，沉水植物为复氧能力较好的狐尾藻、眼子菜等，其具有发达的通气组织，利于进行气体交换，通过光合作用可将co2转化为o2，为系统营造好氧环境，并起到一定的景观效果；所述微生物投放到河道内，吸附至植物根系上，可达到去除水中氨氮的目的；然后进入生态过滤系统，生态过滤系统内的缓释碳源基质、沸石和砾石均有不同程度的吸附能力，可以作为微生物载体，水中的微生物附着在基质载体上，可去除一定量的有机物；同时，微生物生长繁殖消耗了水中的溶解氧，通过生态过滤系统后的水体溶解氧含量降低，为下游水体反硝化脱氮提供了缺氧环境；然后进入跌水复氧系统，通过阶梯的三级跌水，达到复氧的目的，并为下游水体有机物的去除提供好氧环境；最终流至河道内。
由上述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用三种协同复氧方式，分别为水锤泵扬水曝气、植物光合作用复氧、阶梯坝跌水复氧，达到提升水中溶解氧的目的。提升水体中的溶解氧可减缓水体黑臭和富营养化现象的发生，提高河流的自净能力，改善水生生物的生存环境。并且可为系统营造好氧、缺氧条件，利用外加硝化菌剂和植物根系的吸附作用，可强化去除水中的氨氮和有机物，改善河流水质。
本发明与现有技术相比具有以下突出的有益技术效果：
（1）本发明采用水锤泵扬水曝气系统，无需消耗电能和燃油能源，充分发挥河流自身的能量将水提升至一定高度，使河道中的溶解氧达到6mg/l，减轻河道黑臭现象，为水生生物提供良好的溶解氧条件，保障后续硝化作用具有充足的溶解氧。
（2）本发明采用扬水曝气系统、植物光合作用、阶梯坝跌水三种不同的方式对河道水体协同复氧，最大程度提高了河道水体的溶解氧。
（3）本发明在河流不同河段营造不同的氧环境，前端扬水曝气增氧，中间经过生态过滤系统后的低氧环境利于反硝化，末端跌水保证系统出水的溶解氧水平，可有效去除水体中的氨氮、总氮和cod，去除率分别可达到80%、30%和40%，改善河道水体的水质，避免黑臭和富营养化现象的发生，为水生生物创造良好的生存环境。
本发明利用三种协同复氧方式，分别为水锤泵扬水曝气、植物光合作用复氧、阶梯坝跌水复氧，达到提升水中溶解氧的目的。提升水体中的溶解氧可减缓水体黑臭和富营养化现象的发生，提高河流的自净能力，改善水生生物的生存环境。并且可为系统营造好氧、缺氧条件，利用外加硝化菌剂和植物根系的吸附作用，可强化去除水中的氨氮和有机物，改善河流水质。并达到一定的景观效果，且具有运行维护简单、成本低、占地面积小等特点，有效解决了河流溶解氧低、水体富营养化的问题，提高河流的自净能力，保护了河流的生态环境，经济和社会效益显著。