一种控制水体富营养化的生态处理系统

1.本发明属于及富营养水体处理技术领域，特别是涉及一种控制水体富营养化的生态处理系统。


背景技术：

2.水体富营养化指的是水体中氮、磷等营养盐含量过多而引起的水质污染现象，一般情况下，水中总磷达到0.02mg/l、无机氮达到0.3mg/l的水体已处于富营养化，水体富营养化是是质极度恶化的重要标志之一，其实质是由于营养盐的输入输出失去平衡性，从而导致水生态系统物种分布失衡，在人类活和工农业生产等方影响下引起水体富营养化时，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河流、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。污染源的复杂性，导致水质富营养化的氮、磷营养物质，既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性，这就给控制污染源带来了困难。目前，水体富营养化的控制方法主要有化学、生物学和物理学等方法，采用化学方法在湖泊中投放化学药品或试剂，必然对水质带来不同程度的危害；生物学方法是在水体中投放大量的食藻动物，但有可能对湖泊生物种群结构、生物多样性造成一定的影响；微生物等则受水体环境条件影响难以起到较理想的效果，物理方法中地机械清除、直接过滤和沉淀除藻或浮游生物等方法，能直接清除水体中的藻类或浮游生物，且无明显负面影响。但存在对除去藻类或浮游生物的效果不理想及难于进行规模化运行等方面的不足。无论采用何种方法对水体富营养化问题仍未得到有效控制，营养物质去除的高难度，控制成本高，不利于大规模应用和推广。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种控制水体富营养化的生态处理系统，本发明的处理系统不仅可以美化生态环境，提高了修复和控制水体富营养化的能力，实现了高效净化水体的目的，还可以减少水体内含碳、磷的沉淀物，从而消除水体富营养化。为实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
4.根据本发明的一个方面，提供了一种控制水体富营养化的生态处理系统，其特征在于：包括设置于人工湿地入水一侧的水体收集区和设置在人工湿地出水一侧的水体生态景观区，在水体收集区的出口一侧与水体生态景观区入口一侧之间设置有多个并行的水体处理区，所述水体收集区通过水体处理区与所述水体生态景观区连通，所述水体收集区包括水体分配池和水体存储池，在人工湿地入水一侧的堤岸高处设置所述水体分配池，在水体分配池的池口边缘设置有多个水体流出分配口，在水体流出分配口的出口前下方设置所述水体存储池，在水体存储池的出口与水体生态景观区的入口之间设置所述水体处理区。
5.上述方案进一步优选的，所述水体处理区包括设置在水体存储池内的支撑台，在支撑台上固定有多个并行的水体处装置，在水体处装置的入口一侧通过入水管与所述水体
存储池连通，在水体处装置的出口一侧通过第一排水管入所述水体生态景观区连通。
6.上述方案进一步优选的，所述水体处装置包括污泥过滤池体和多个并行设置的水处理池体，所述水处理池体包括相互隔离的污水体处理池、种养池和排水池，在污水体处理池的顶端开口部设置有盖体，在所述水体存储池内设置有污水提升泵，在所述污水提升泵的周围设置有第一溶解氧探测头和第一曝气器，所述入水管的一端与污水提升泵连通，所述入水管的另一端穿过所述污水体处理池口部和盖体向下竖直延伸至接近污水体处理池的底部，所述污水体处理池的出水口与所述种养池入水口连通，该种养池的出水口与所述排水池连通，该排水池的侧壁的出水口通过第一排水管与所述水体生态景观区连通，在所述污水体处理池的底部和种养池的底部设置有污泥排出口，所述污水体处理池的前端底部通过第一排污管与所述污泥过滤池体连通，所述种养池的前端底部通过第二排污管与所述污泥过滤池体连通。
7.上述方案进一步优选的，在所述污泥过滤池体的出口端设置有污水收集池，所述污水收集池的出口端通过第二排水管与所述水体生态景观区连通，在第二排水管的出口端上设置有排水控制阀，在第二排水管与每个污水体处理池之间设置有回流管，该回流管的一端与所述第二排水管的侧壁连通，该回流管的另一端分别与所述水处理池体的污水体处理池连通，所述污泥过滤池体的出口端依次通过第二排水管和回流管与所述污水体处理池连通，在回流管上且靠近第二排水管一侧分别设置有回流控制阀和回流泵，在所述水体生态景观区内设置有第二溶解氧探测头。
8.上述方案进一步优选的，在所述种养池内且由后端至前端通过多块横向隔水板分隔成多个依次相互连通的种养区域，所述种养池后端的种养区域通过第一过水口与所述污水体处理池的侧壁后端连通，所述种养池前端的种养区域通过第二过水管与所述排水池的侧壁前端连通，在位于第一过水管一侧的排水池的侧壁上分别设置多个第一排水管与所述水体生态景观区连通，在所述污水体处理池的底部且沿入水管向下延伸方向设置有沉淀沟堰，该沉淀沟堰的口部边缘与污水体处理池的第一过水管一侧的下方侧壁之间呈倾斜坡面，所述沉淀沟堰的前端底部通过第一排污管与所述污泥过滤池体连通。
9.上述方案进一步优选的，沿所述种养池内壁且在横向隔水板下端与第一过水管的上方之间设置有格栅板组件，该格栅板将种养池上下分隔成种养区域和种养净化区域。
10.上述方案进一步优选的，所述格栅板组件包括转动支撑轴和多段可拆卸的格栅板组成，所述格栅板沿所述种养池的前端向后端两依次横向水平分布在左右侧壁之间，每块格栅板的一端通过转动支撑轴转动连接在种养池的右侧侧壁上，每一块格栅板的另一端可拆卸固定在所述种养池402的左侧侧壁上，使所述格栅板以转动支撑轴为中心向下沿种养池底部方向转动。
11.上述方案进一步优选的，沿沉淀沟堰的口部边缘设置有水下推进器，所述种养池的第一过水管下方侧壁与相对侧侧壁底部之间呈逐渐下降的凹弧形坡面，沿凹弧形坡面的下端且位于第二排污管的上方设有第二曝气器。
12.上述方案进一步优选的，在所述排水池内设置有由前端至后端依次间隔的棱台状的角石层，在角石层的顶部由下至上厚度逐渐减小依次设置有沸石层和矿物粘土层，在相邻的矿物粘土层之间顶部分别设置有固定支撑架，在固定支撑架内设置有贯穿设置有栽培孔。
13.上述方案进一步优选的，在位于水体流出分配口的入口一侧前方设置有隔离吸附网板，该隔离吸附网板的上端位于水体流出分配口的上方，所述隔离吸附网板的下端向下延伸接近于水体分配池的底部，所述隔离吸附网板的前后两端分别连接在水体分配池的前后两端侧壁上。
14.综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：本发明通过生态处理系统的各部分相互配合达到降低和控制水体富营养物含量的目的，不仅可以美化生态环境，提高了修复和控制水体富营养化的能力，实现了高效净化水体的目的，从而消除水体富营养化；还可以减少水体内含碳、磷的沉淀物，达到去营养化控制的效果，还可有效避免淤泥的沉积，增强了水体中的微生物对氮、磷有机污染物的降解作用。
附图说明
15.图1是本发明的一种控制水体富营养化的生态处理系统的系统原理图；
16.图2是本发明的水体处装置的结构原理图；
17.图3是本发明的水处理池体的正视结构示意图；
18.图4是本发明的水处理池体的俯视结构示意图；
19.图5是本发明的排水池的内部侧视结构原理图；
20.附图中，水体收集区1，水体处理区2，水体生态景观区3，水体处装置4，支撑台5，入水管6，第一排水管7，第二排水管8，水体分配池10，水体存储池11，水体流出分配口12，隔离吸附网板13，污水提升泵14，第一溶解氧探测头15，第一曝气器16，水处理池体40，污泥过滤池体41，污水收集池42，沉淀沟堰43，倾斜坡面44，水下推进器45，凹弧形坡面46，第二曝气器47，排水控制阀80，回流管81，回流控制阀82，回流泵83，第二溶解氧探测头84，污水体处理池401，第一排污管401a，第二排污管401b，种养池402，排水池403，盖体4010，投放口4011，横向隔水板4020，种养区域4021，种养净化区域4021a，第一过水口4022，第二过水管4023，格栅板组件4024，转动支撑轴4024a，格栅板4024b，角石层4030，沸石层4031，矿物粘土层4032，固定支撑架4033，栽培孔4034，
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
22.如图1和图2所示，本发明提供了一种控制水体富营养化的生态处理系统，包括设置于人工湿地入水一侧的水体收集区1和设置在人工湿地出水一侧的水体生态景观区3，在水体收集区1的出口一侧与水体生态景观区3入口一侧之间设置有多个并行的水体处理区2，所述水体收集区1通过水体处理区2与所述水体生态景观区3连通，所述水体收集区1包括水体分配池10和水体存储池11，在人工湿地入水一侧的堤岸高处设置所述水体分配池10，在水体分配池10的池口边缘设置有多个水体流出分配口12，在水体流出分配口12的出口前下方设置所述水体存储池11，在水体存储池11的出口与水体生态景观区3的入口之间设置所述水体处理区2；在位于水体流出分配口12的入口一侧前方设置有隔离吸附网板13，该隔
离吸附网板13的上端位于水体流出分配口12的上方，所述隔离吸附网板13的下端向下延伸接近于水体分配池10的底部，所述隔离吸附网板13的前后两端分别连接在水体分配池10的前后两端侧壁上，在水体分配池10的入口侧上方设置一段具有呈阶段状下降的人工湿地坡面100，人工湿地坡面100下端与所述水体分配池10的入口侧衔接，人工湿地坡面100上种植花卉、护坡草皮等，可形成较好的景观效果，还能净化流入水体分配池10的水体，所述隔离吸附网板13相当于在水体流出分配口12与水体分配池10的入口侧之间进行分隔，隔离吸附网板13靠近水体流出分配口12一侧，人工湿地坡面100上的水体自由向下流入水体分配池10内时，会产生较大的冲击力并携带大量的杂质及其漂浮物，所以隔离吸附网板13将对杂质及其漂浮物进行吸附和隔离，从而达到了辅助过滤的效果，经水体分配池10进行初级吸附阻挡和过滤之后，将污水通过水体流出分配口12排入水体存储池11内，在水体存储池11内通过设置水体处理区2进行净化处理后再排入所述水体生态景观区3，从而消除水体富营养化，将水中残存的氮、磷、有机物污染物净化后，从水体生态景观区3排入江河湖泊，从而进一步提高出水质。
23.在本发明中，结合图1、图2和图3，所述水体处理区2包括设置在水体存储池11内的支撑台5，在支撑台5上固定有多个并行的水体处装置4，在水体处装置4的入口一侧通过入水管6与所述水体存储池11连通，在水体处装置4的出口一侧通过第一排水管7入所述水体生态景观区3连通，通过支撑台5将水体收集区1分隔为水体存储池11和水体生态景观区3，并使体分配池10、水体存储池11、水体处装置4和水体生态景观区3的高度逐渐降低，将水体流出分配口12排入水体存储池11内的污水进行储存和初级净化后，在支撑台5上设置所述水体处装置4对污水进行净化和修复；所述水体处装置4包括污泥过滤池体41和多个并行设置的水处理池体40，所述水处理池体40包括相互隔离的污水体处理池401、种养池402和排水池403，在污水体处理池401的顶端开口部设置有盖体4010，在盖体4010上开设有可封闭的投放口401d，使污水体处理池401处于相对封闭的缺氧环境，在所述水体存储池11内设置有污水提升泵14，在所述污水提升泵14的周围设置有第一溶解氧探头15和第一曝气器16，所述入水管6的一端与污水提升泵14连通，所述入水管6的另一端穿过所述污水体处理池401口部和盖体4010向下竖直延伸至接近污水体处理池401的底部，由于水体存储池11内储存的污水含有大量的氮、磷等营养物质，为此，通过第一溶解氧探测头15测定水体内溶解氧的含量，根据水体内溶解氧的含量是否需要在水体存储池11内投放微生物吸附载体17和通过第一曝气器16进行曝气，该第一曝气器16为微孔曝气器，使第一曝气器16周围水体形成大量运动趋向，第一曝气器16的输出的气流搅动作用下，使微生物吸附载体17随水流自由流动，使得水流加速提升，污水处于流化状态，微生物吸附载体17水体中的将氮、磷有机物进行吸附，将微生物吸附载体17取走之后，可实现氮、磷有机物从水体中去除的目的，从而达到进一步净化污水的作用，吸附完成之后，将所述水体存储池11内的污水初步进化完成后，通过启动所述污水提升泵14和入水管6转入所述污水体处理池401作进一步进化。所述污水体处理池401的出水口与所述种养池402入水口连通，该种养池402的出水口与所述排水池403连通，该排水池403的侧壁的出水口通过第一排水管7与所述水体生态景观区3连通，在所述污水体处理池401的底部和种养池402的底部设置有污泥排出口，该第一排污管401a与污水体处理池401的底部的污泥排出口连接，所述污水体处理池401的前端底部通过第一排污管401a与所述污泥过滤池体41连通，所述种养池402的前端底部通过第二排污管
401b与所述污泥过滤池体41连通，第二排污管401b与种养池402底部的污泥排出口连接；在所述污泥过滤池体41的出口端设置有污水收集池42，所述污水收集池42的出口端通过第二排水管8与所述水体生态景观区3连通，在第二排水管8的出口端上设置有排水控制阀80，在第二排水管8与每个污水体处理池401之间设置有回流管81，该回流管81的一端与所述第二排水管8的侧壁连通，从而使污泥过滤池体41的出口端依次通过第二排水管8和回流管81与所述污水体处理池401连通，在回流管81上且靠近第二排水管8一侧分别设置有回流泵82和回流控制阀83，该回流管81的另一端分别与所述水处理池体40的污水体处理池401连通，当污水收集池42内收集的水体达到排放标准时，关闭回流控制阀83，打开排水控制阀80将水体排放至江河、湖泊中，当污水收集池42内收集的水体达不到排放标准时，回流泵82将污水收集池42内收集的污水沿回流管81送入污水体处理池401内进行再次处理，所述污水体处理池401的底部且沿入水管6向下延伸方向设置有沉淀沟堰43，该沉淀沟堰43的口部边缘与污水体处理池401的第一过水管4022一侧的下方侧壁之间呈倾斜坡面44，在倾斜坡面44，沿沉淀沟堰43的口部边缘设置有水下推进器45，在污水体处理池401底部的沉淀沟堰43上设置水下推进器45，推动水流流动和搅动污泥回流，将污泥与进水混合流动，使来自入水管6的自污水与回流污泥一起在污水体处理池401内混合流动形成微气泡并进行反应，形成活性污泥，并通过投放口4011在污水体处理池401内投放活性催化剂(复合酶生物促进剂)，使污水体处理池401内的水体中形成相对封闭和少氧环境，下推进器45启动后，在相对封闭和少氧环境中产生的微气泡附着的氮、磷等有机微生物残害体，在水体中浮动过程中与活性催化剂絮凝形成微生物载体，同时可以作为营养源被利用，为此，活性污泥内有利于聚集氮、磷有机物的有害细菌，不仅可以抑制有害细菌的繁殖，并使大量有益菌在水体中得到繁殖，成为优势菌群，在污水体处理池401内形成富集微生物的载体和提供营养源，以实现高效净化水体的目的，从而达到控制水体富营养化的目的，增强了水体中的微生物对氮、磷有机污染物的降解作用；水体在污水体处理池401内停留反应完毕后的水体通过第一过水管4022送入种养池402内进行处理，污水体处理池401内的污泥再次沉降至沉淀沟堰43内，通过第一排污管401b上的排污泵将沉淀沟堰43内的污泥抽至污泥过滤池体41内，从而将污水中的沉降物分离出来送入污泥过滤池体41内进行泥、水过滤和分离，脱水后的污泥排出污泥过滤池体41之外，减少进入种养池402的无机泥砂的量，有利于种养池402的正常运行，分离后的污水经污水收集池42、回流管81再次送入污水体处理池401进出再次处理，或通过第二排水管8排入水体生态景观区3内，再通过水体生态景观区3将处理后的水排入江河、湖泊中，在所述水体生态景观区3内设置有第二溶解氧探测头84，该第二溶解氧探测头84用于检测水体生态景观区3内水的含氧量是否处于合理范围内，从而控制水体在排水池403内停留的时间，或控制排水池403内的水体从第一排水管7排出的水量，从而使排水池403内的水体进一步作去营养化处理。
24.在本发明中，结合图3和图4，在所述种养池402内且由后端至前端通过多块横向隔水板4020分隔成多个依次相互连通的种养区域4021，所述种养池402后端的种养区域4021通过第一过水口4022与所述污水体处理池401的侧壁后端连通，所述种养池402前端的种养区域4021通过第二过水管4023与所述排水池403的侧壁前端连通，在位于第一过水管4022一侧的排水池403的侧壁上分别设置多个第一排水管7与所述水体生态景观区3连通；所述种养池402的第一过水管4022下方侧壁与相对侧侧壁底部之间呈逐渐下降的凹弧形坡面
46，沿凹弧形坡面6的下端且位于第二排污管401b的上方设有第二曝气器47；沿所述种养池402内壁且在横向隔水板4020下端与第一过水管4022的上方之间设置有格栅板组件4024，该格栅板4024将种养池402上下分隔成种养区域4021和种养净化区域4021a；在格栅板4024之上与所述横向隔水板4020相互围成各个种养区域4021，在种养区域4021内分别间隔交错养殖水生动物和种植水生植物，所述养殖水生动物主要养殖鱼类，所述种植水生植物主要为浮水植物、沉水植物以及种植或水培有根系发达水生植物，种植或水培有根系发达水生植物主要为凤眼莲、美人蕉、莎草和水葱等，浮水植物为粉绿狐尾藻、香菇草、睡莲、萍蓬草和水葫芦等，沉水植物为金鱼藻、小茨藻、伊乐藻和菹草等，种植水生植物既抑制了水体内藻类的过度生长，水生植物在治理污水的同时还可作为微生物的载体，从而扩大了微生物的接触面和吸附能力，加速其分解作用，与此同时，水生植物同时为鱼类和微生物提供一个含氧充足的环境，不仅有效的控制了水中藻类的数量，鱼类的扰动作用有效地将增加水体的流动性，促进水体的循环作用，时鱼类的排泄物通过格栅板组件4024后沉入种养池402的水底，由于水生植物生长比较缓慢，净化水质的速度也比较缓慢，第二曝气器47置于种养池402的底部，第二曝气器47进行曝气增氧时，水体内增加的溶解氧随水流上下翻滚，使气体、污水、淤泥、鱼类的排泄物充分接触，使污水中的污染物被生物膜和活性污泥附着，并作为微生物的营养源，使得污水得以降解满足水生植物和水生动物对溶解氧以及营养源的需求，也保证水体内的水生植物能在光合作用下，促使水生植物生长，与此同时，水生生物吸收利用氮、磷有机物进行代谢过程中以去除水体中氮、磷营养物质和悬浮颗粒，而且对水体中重金属元素也有吸收效果，
25.在本发明中，如图3和图4所示，所述格栅板组件4024包括转动支撑轴4024a和多段可拆卸的格栅板4024b组成，所述格栅板4024b沿所述种养池402的前端向后端两依次横向水平分布在左右侧壁之间，每块格栅板4024的一端通过转动支撑轴4024a转动连接在种养池402的右侧侧壁上，所述格栅板4024的另一端可拆卸固定在所述种养池402的左侧侧壁，使格栅板402可以转动支撑轴4024a为中心向下沿种养池402底部方向转动，也就是说，每块格栅板4024分别转动设置在横向隔板4020围成的种养区域4021下端，将所述格栅板4024的一端转动连接在种养池402的右侧侧壁上，格栅板4024的另一端通过连接杆(链条、或卡扣件)悬挂固定在种养池402对应一侧(左侧)的侧壁上，由格栅板4024、横向隔水板4020与种养池402的四周侧壁之间围成的每个种养区域4021，每个种养区域4021内分别间隔交错养殖水生动物和种植水生植物，所述格栅板402由上层格栅板和下层栅格板组成，上层格栅板通过转动支撑轴4024a转动连接在种养池402的右侧侧壁上，所述下层栅格板滑动连接在所述上层格栅板的下表面，富营养化水体经过物理作沉降后，在池底部不断积累形成淤泥，需要清除种养池402的池底淤泥，通过采用格栅板4024将凹弧形坡面46表面的刮除清理，当对养殖水生动物和种植水生植物清除后或者在未进行种植或养殖的种养区域4021，将格栅板4024向下转动时，下层栅格板将沿上层格栅板向下滑动过程中一起转动，此时格栅板4024对种养池402内的水进搅动，可加速水体流动，并且下层栅格板相对于上层格栅板向下滑动过程中对所述凹弧形坡面46表面的淤泥进行刮除清理，从而将种养池402内的凹弧形坡面46上的淤泥清除至底部，再启动第二排污管401b上的排污泵将种养池402底部的淤泥抽至污泥过滤池体41内进行处理，可以减少水体内含碳、磷的沉淀物，达到去营养化控制的效果，避免过多的淤泥沉积在凹弧形坡面46表面影响营养化水体处理效果。
26.在本发明中，如图4和图5所示，在所述排水池403内设置有由前端至后端依次间隔的棱台状的角石层4030，在角石层4030的顶部由下至上厚度逐渐减小依次设置有沸石层4031和矿物粘土层4032，在相邻的矿物粘土层406之间顶部分别设置有漂浮支撑架4033，在漂浮支撑架4033内设置有栽培孔4034，该角石层4030为尺寸大小不小于15cmm的岩石堆砌而成，在角石层4030的底端形成过水通道，增加水流的路径，角石层4030对水体杂质进行过滤，所述沸石层4031有利于氮、磷有机物、金属离子进行吸附和除去臭味，矿物粘土层406不仅可以用于种植植物，还能吸附一部分污染物和拦截水体中的悬浮物，提升水体透明度，对排水池403内的水体进行上、中下进行交错处理，有利于水体的含氧量的控制，使水体中的含氧量保持平衡；在相邻角石层4030的底端之间可以投放螺类或鱼类进行养殖，角石层4030的高度不低于50cm，沸石层4031的高度不低于20cm，矿物粘土层4032高度不低于10cm，排水池403的深度不超过1.2m，在漂浮支撑架4033内栽培孔4034上种植浮萍、菱角或水葫芦，保证漂浮支撑架4033稳定性同时，漂浮支撑架4033随排水池403内的水体流动、上涨或下降而进行漂浮，用于减少富营养化水体中的氮、磷等有机物质，控制藻类生长，从而达到水体清澈和水质净化的生态效果，在矿物粘土层4032上种植芦苇、水花生、红蓼或菖蒲等，其种植密度为每平米5-8棵，使排水池403内形成生态链，所种植的植物根系较为发达够降解水体中的有机物达到净化效果，从而控制和脱氮除磷所需要环境条件，可以提高不同污染物的处理效率。通过本发明的水体富营养化的生态处理系统的各部分来达到降低和控制水体富营养物含量的目的，不仅可以美化生态环境，效地利用了水中的氮磷等有机物，提高了修复和控制水体富营养化的能力，维护成本低，而且对tn、tp、codcr、bod5的去除率分别达到95.8％、94.7％、92.6％，95.4％，各指标水浓度均能达到地表水排放标准。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。