本发明涉及河流生态修复，特别是一种城市河道增氧生态净化及生境改善集成系统。
背景技术：
随着社会经济的持续发展，生活和生产中的污物排放于河流内的情况越来越严重，因此，河流湖泊的污染状况较之以往更加严峻，污染严重的河流水体由于自然复氧量不及耗氧量，溶解氧很低，甚至处于缺氧或厌氧状态，水流的流速减慢不利于中和水体中cod污染物的分解以及氮素的去除，导致水质净化能力下降，从而加剧河流湖泊的水污染。因此，向处于缺氧或厌氧状态的河流进行曝气充氧，可以补充河流中过量消耗的溶解氧，加强其同步硝化反硝化作用，增强河流的自净能力，加快黑臭、感官性差、氮污染严重的河流恢复到正常的水生态系统，改善或恢复河流的生态环境，是一直在努力解决的技术问题。
目前，常见的增氧生态净化及生境改善系统主要借助水生生物，辅以人工曝气系统，多表现为单独投加生物菌种、构建生态河床、生态滤坝、砾石群、深槽、丁坝、浅滩或者使用曝气机等，广泛使用的人工曝气复氧系统大多为曝气机，曝气软管等，需要消耗电力经常运行，运行费用大。
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增氧生态净化及生境改善集成系统，可有效解决现有人工曝气复氧系统消耗电力大、运营费用高的问题。
本发明解决的技术方案是，包括沿河道自上而下分布的水位调节系统、增氧及强化硝化系统、底质改善系统和强化脱氮及生境改善系统；
所述水位调节系统是由设置在上游3-5m的河道落差处起降的液压翻板闸构成，水流在液压翻板闸顶面溢流形成单级跌水堰，增大水流与空气的接触面积，为河流增氧；
所述的增氧及强化硝化系统由蓄水池、水锤泵及好氧生物管构成，所述蓄水池位于上游3-5m的河道落差的一侧，蓄水池的进水口经管道与液压翻板闸前方的河道连通，蓄水池的出水口经进水管与水锤泵的尾水腔连通，蓄水池与水锤泵的水位差为1-7m，水锤泵的空气室与出水管一端连通，出水管另一端与强化脱氮及生境改善系统的深槽连通，增氧管的一端与水锤泵的空气室的顶部连通，增氧管的另一端与增氧及强化硝化系统的好氧生物管连通，增氧管靠水锤泵的一端装有单向阀，单向阀与水锤泵之间的增氧管上装有空气逆止阀，所述好氧生物管为若干中空套管，每个中空套管由内管套装在外管内构成，外管上装有生物飘带，内管壁及生物飘带上投加有硝化菌种及微生物促生剂，在河道中构成硝化段；
所述的底质改善系统由自下而上置于河道内的生态基质层、炉渣生物碳层及沉水植物置于石笼网兜内构成的复合结构；所述的生态基质为公知技术；
所述的强化脱氮及生境改善系统包括深槽和浅滩，所述深槽位于河道内，底部种植有仿生水草，浅滩为深槽下游河道，由卵石、碎石或砾石铺制而成。
本发明结构简单，新颖独特，设计科学，可以有效增加河流溶解氧，增强河流生态强化净化能力，改善河道生境，本发明能够自动连续工作，无需消耗其他能源，节能经济，同时兼具景观效果，经济和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明结构主视图；
图2为本发明结构俯视图；
图3为本发明好氧生物管的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体使用情况对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1、2、3所示，本发明一种城市河道增氧生态净化及生境改善集成系统，包括沿河道自上而下分布的水位调节系统、增氧及强化硝化系统、底质改善系统和强化脱氮及生境改善系统；
所述水位调节系统是由设置在上游3-5m的河道落差处起降的液压翻板闸1构成，水流在液压翻板闸1顶面溢流形成单级跌水堰，增大水流与空气的接触面积，为河流增氧；
所述的增氧及强化硝化系统由蓄水池2、水锤泵10及好氧生物管3构成，所述蓄水池2位于上游3-5m的河道落差的一侧，蓄水池2的进水口经管道与液压翻板闸1前方的河道连通，蓄水池2的出水口经进水管7与水锤泵10的尾水腔连通，蓄水池2与水锤泵10的水位差为1-7m，水锤泵10的空气室与出水管9一端连通，出水管9另一端与强化脱氮及生境改善系统的深槽5连通，增氧管8的一端与水锤泵10的空气室的顶部连通，增氧管8的另一端与增氧及强化硝化系统的好氧生物管3连通，增氧管8靠水锤泵10的一端装有单向阀20，单向阀20与水锤泵10之间的增氧管8上装有空气逆止阀19，所述好氧生物管3为若干中空套管，每个中空套管由内管17套装在外管18内构成，外管18上装有生物飘带，内管壁及生物飘带上投加有硝化菌种及微生物促生剂，在河道中构成硝化段；
所述的底质改善系统由自下而上置于河道内的生态基质层14、炉渣生物碳层13及沉水植物11置于石笼网兜12内构成的复合结构；
所述的强化脱氮及生境改善系统包括深槽5和浅滩6，所述深槽5位于河道内，底部种植有仿生水草15，浅滩6为深槽5下游河道，由卵石、碎石或砾石铺制而成。
为了保证使用效果和使用方便，
所述蓄水池2为由钢筋混凝土制成的方形，宽度为0.6m，高度为0.8m，入水口处装有格栅，阻挡树枝、石子等杂物，侧壁上开有溢流口。
所述进水管7呈向上的倾斜状，倾斜状的低端与水锤泵10的尾水腔的底部连通，进水管7与水平线夹角为7°-9°。
所述好氧生物管3的外管18上装有若干生物飘带，所述生物飘带为水草。
所述内管17、外管18上均布有细孔，其孔径为0.8-2mm，内管17管径为4-5cm，外管18管径为7-8cm，内管17、外管18长度均为12m。
所述生态基质层14为由直径为1-2cm的砾石、陶粒、蛭石按体积比2:3:3构成的复合层，厚度为4cm。
所述炉渣生物碳层13为由粒径为1-3cm的炉渣颗粒、生物碳颗粒按体积比2:1构成，厚度为15cm。
所述沉水植物为金鱼藻、苦草、轮叶黑藻或篦齿眼子菜。
所述深槽5深度为0.5m-1m，宽度为河道宽度的三分之一。
所述浅滩6高度为30cm，由粒径为1-15cm的卵石、碎石、砾石铺制而成。
本发明工作时，上游河水首先经液压翻板闸复氧，（液压翻板闸设置在上游3～5m的河道落差处，材质一般为碳钢，具体尺寸视河道情况而定；可自动启降，在丰水期可提高区段内水位，形成局部水面效果，水流可在液压翻板闸顶面溢流形成单级跌水堰；跌落的水携带空气中的大量氧气汇入水流，为河流增氧，能够给水流中的动植物提供良好的生长条件；此外，液压翻板闸能准确自动调控水位，蓄水后能美化城市，不影响生态环境和河道行洪断面，满足城市防洪要求，方便维修，运行管理费用低），流入好氧生物管中进行硝化作用，去除水中氨氮等污染物；然后流经底质改善系统，削减河道内源污染物；最后河水进入深槽-浅滩，进行反硝化作用，深度脱氮净化水体。在上游河水流经液压闸的同时，部分河水进入河道一侧的蓄水池，经进水管输送至水锤泵，沿进水管流入水锤泵的高势能水流先到达水锤泵的尾水腔，水流突然停止流动后，水体动能转换成压力能，将水冲进水锤泵的空气室，空气室内水位升高，将室内空气压至增氧管，空气压力使得上方单向阀打开，空气进入增氧管（下方逆止阀此时处于关闭状态），同时水流从出水管排出。待水位下降后，上方单向阀关闭，下方三联通逆止阀打开，外界空气进入空气室，室内压缩空气增加，回复到负压状态，整个过程又重复进行；经出水管排出的水由水锤泵提升排放至深槽-浅滩，空气经水锤泵空气室上部的增氧管至好氧生物管中，为其硝化作用供氧，进行生态净化。
综上所述，本发明中的增氧设备水锤泵是不需要外来动力输入即可工作的，在增氧管、单向阀及空气逆止阀的作用下，不只能实现扬升水流的作用，还能够为河流增氧；与现在的人工增氧设备消耗大量电力等能源相比，本发明能够将水体自身能量完全利用，无需外来动力，经济效益显著提升。另结合好氧生物管、生态河床和深槽-浅滩技术，河流中形成硝化-反硝化系统，硝化反硝化作用得到增强，生物净化作用明显提升，水中cod、氮、磷等污染物去除效率提高，水质改善效果显著，经实地试验和测试，效果非常好。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：采用水锤泵增氧设备，可以不消耗电、油、煤等能源，充分发挥河流自身的势能将空气压缩至增氧管，并通过增氧管将空气通入河流；由液压闸形成的跌水堰在增大水流与空气的接触面积，为河流复氧的同时增加空气湿度，净化空气，兼具景观效果；生态河床利用植物净化水体，去除水中氮磷污染；好氧生物管和深槽-浅滩在水中形成硝化-反硝化段，增强河流脱氮能力。总之，本发明能够提高河流do量，有效去除河水中的cod、氮、磷等污染物，去除率高达30%以上，增强水体自净能力，且节约能源、运行维护费用低，可降低费用40%以上，节能环保，在城市河道，特别是落差较大的河流生态净化和生境改善方面具有明显优势，经济和社会效益显著。