專利名稱：一種旁路離線河流凈化方法及凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于河流生態(tài)治理與生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域，具體地涉及一種用于污染河流水質(zhì)改善和河流生態(tài)修復(fù)的方法。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述方法的凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)階段面對(duì)水資源短缺與水環(huán)境污染的雙重問題，其中河流污染的問題極為突出，所以河流水質(zhì)改善的技術(shù)需求極為迫切。現(xiàn)階段河流的主要超標(biāo)污染物為COD (Chemical Oxygen Demamd,化學(xué)需氧量)和氨氮。
目前河流污染整治模式主要分為源頭治理、在線處理、離線處理、綜合整治等模式。源頭治理就是從源頭上處理污染源為，其主要手段有納管截污、廢水處理達(dá)標(biāo)后排放、控制面源污染等，是預(yù)防河流污染的主要途徑。在線處理是指在河道中運(yùn)用工程技術(shù)措施凈化水質(zhì)。長(zhǎng)期以來，河流整治以防洪為主要目的，這就造成了普遍的河流渠道化現(xiàn)象，體現(xiàn)為河流平面直線化、河流斷面規(guī)則化、河岸硬質(zhì)化，河流自凈能力被大幅削弱。因此，為了改善河流水質(zhì)，在線處理方式有物理、化學(xué)、生態(tài)、生物和它們之間的組合。其中物理、化學(xué)的方式主要有調(diào)水、投加藥劑等方式，但這些處理方式存在成本高或者對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響等方面的不足。而采用生物、生態(tài)及其組合技術(shù)措施因其具有環(huán)境友好、便于維護(hù)等特點(diǎn)，成為河流水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)的首選技術(shù)。生物、生態(tài)技術(shù)及其組合技術(shù)措施主要包括(I)水生植物凈化法，包括構(gòu)建水生生物群落(挺水、沉水植物),構(gòu)建生態(tài)浮床等;(2)河道接觸氧化法，直接在河道內(nèi)布設(shè)礫石或者其生物載體填料或者濾料，輔以曝氣充氧技術(shù)強(qiáng)化凈化作用；(3)構(gòu)建生態(tài)河道，恢復(fù)河道的生態(tài)結(jié)構(gòu)，例如構(gòu)建擬自然河床和擬自然河岸、河灘人工濕地等技術(shù)。但利用在線方式處理干流水時(shí)存在較多不利因素，例如干流中水力條件不穩(wěn)定，構(gòu)筑物易損壞；以及處理效率低，維護(hù)困難。但最大的障礙在于難以滿足河道防洪要求，以致不被允許在干流中施工。對(duì)于恢復(fù)河流的原貌，干流經(jīng)過改造后，如果進(jìn)行拆除、復(fù)原等改造，耗資巨大，并可能成為防洪隱患。這些不足限制了技術(shù)的推廣，所以河流的原位、在線處理技術(shù)難以適用于擔(dān)負(fù)防洪任務(wù)的主干河流，更適用于小規(guī)模的溪流、渠道的凈化中。離線處理通常是指在河道旁采用管道等措施，將河水引至岸邊的構(gòu)筑物中來處理，再將處理后的水排回河道中。該類模式因?yàn)閮艋^程主要在構(gòu)筑物中發(fā)生，可針對(duì)微生物的需求維持較好的理化條件，處理效率較為高效，選擇的處理工藝也非常靈活。日本在江戶川的支流-板川上設(shè)置了古崎水凈化場(chǎng)，利用地埋式卵石接觸氧化法對(duì)河流進(jìn)行處理。韓國在漢江支流良才川也開展基于卵石生物膜的接觸氧化工藝處理河水的工程。工程實(shí)踐證明，離線引水采用環(huán)境工程手段處理污染河流是凈化河流水質(zhì)的有效手段。但是該工藝因需要足夠的水力停留時(shí)間，往往需要大規(guī)模的處理廠區(qū)，在城市河流中難以獲得土地，這對(duì)離線處理技術(shù)的推廣造成了很大的障礙。另外興建大規(guī)模的處理設(shè)施，需要大量的投資，多數(shù)場(chǎng)合需要消耗動(dòng)力提升水，因此需要負(fù)擔(dān)較高的基建費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。綜合整治包括政策、管理、工程方面等的共同作用。但在技術(shù)層面，對(duì)已經(jīng)受污染的河道進(jìn)行修復(fù)，目前河流處理技術(shù)領(lǐng)域中，處理技術(shù)主要是在線處理和離線處理兩大類。因此，開發(fā)符合滿足投資低、占地少、處理量大、處理效果好等多方面需求的河流凈化技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種旁路離線河流凈化方法。本發(fā)明的又一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的凈化系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的旁路離線河流凈化方法(也稱之為旁路離線河流凈化器技術(shù))，以污染河流的支流為基礎(chǔ)，建成一引流渠道形成的水循環(huán)旁路，污染河水從支流引入旁路，提高污染河水在旁路中的停留時(shí)間，并在旁路中采用離線與在線的生態(tài)工程技術(shù)和環(huán)境工程技術(shù)去除污染物，凈化后的河水再匯入干流，改善河流水質(zhì)和恢復(fù)河流生態(tài)。所述的旁路離線河流凈化方法中，旁路中的塘、洼地、溝壕和濕地改造成塘-濕地、擬自然河床和擬自然河岸。所述的旁路離線河流凈化方法中，旁路中的塘、洼地、溝壕是指河道截彎取直后的老河灣或者干流旁邊的湖塘。所述的旁路離線河流凈化方法中，生態(tài)工程技術(shù)包括在生態(tài)河道中構(gòu)建水生植物群落、生態(tài)浮床、塘-濕地和植被緩沖過濾帶，以強(qiáng)化生態(tài)技術(shù)旁路中的水質(zhì)凈化效率。所述的旁路離線河流凈化方法中，環(huán)境工程技術(shù)包括布設(shè)填料形成生物膜、曝氣充氧的環(huán)境工程技術(shù)，以強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水污染物去除效率。本發(fā)明提供的用于實(shí)現(xiàn)上述方法的旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其主要組成單元為干流與支流之間的引水渠、支流河道和干流旁邊可滯留河水的湖、塘、濕地、洼地、溝壕地形構(gòu)成支流與干流的水循環(huán)旁路，通過生態(tài)工程和環(huán)境工程的組合形成支流型旁路離線河流凈化系統(tǒng)、舊河道型旁路離線河流凈化系統(tǒng)或/和塘-濕地型旁路離線河流凈化系統(tǒng)。所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)中，生態(tài)工程技術(shù)包括在生態(tài)河道中構(gòu)建水生植物群落、生態(tài)浮床、塘-濕地和植被緩沖過濾帶，以強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水質(zhì)凈化效率。所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)中，環(huán)境工程技術(shù)包括布設(shè)填料以形成生物膜、曝氣充氧的環(huán)境工程技術(shù)，強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水污染物去除效率。所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)中，通過閘前蓄水自流、依靠干流與支流的常水位差自流或者采用提升泵引水至旁路離線河流凈化系統(tǒng)內(nèi)。所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)中，生態(tài)河道的入口設(shè)置有節(jié)制尾閘，以防止洪汛期河水倒灌，并通過水位調(diào)控構(gòu)建適宜于植物群落、微生物生長(zhǎng)的水生態(tài)環(huán)境，強(qiáng)化水中污染物的降解和水生態(tài)恢復(fù)。
與公知的在線、離線河流水質(zhì)凈化處理技術(shù)相比，本發(fā)明的效果在于I)處理單元建設(shè)在河流旁路，不改變干流河道原有狀態(tài)、不影響干流防洪，保證泄洪安全；2)因地制宜利用原有地形特征并采用明渠方式引流，具有無需新建管網(wǎng)、占地少，工程量小，投資少的優(yōu)勢(shì)；3)提供多種環(huán)境工程、生態(tài)工程、水力工程等技術(shù)組合應(yīng)用的平臺(tái)，污染物去除效果好，效率高；4)在改善污染河流水質(zhì)的同時(shí)，兼顧河流的生境改善和生物多樣性恢復(fù)；5)改善水體環(huán)境，營造親水景觀。旁路離線河流凈化器技術(shù)與系統(tǒng)適于支流豐富或排水灌渠密集或坑塘發(fā)達(dá)的污染河流的生態(tài)治理與生態(tài)修復(fù)，可為污染城市河流的水質(zhì) 改善與生態(tài)治理提供一條新途徑。


圖I為旁路離線河流凈化器技術(shù)與系統(tǒng)的工程布置示意圖；圖中I干流河道；2支流河道；3河道改道而形成老河灣；4引水渠；5排水渠；6提升泵站；7節(jié)制尾閘；8受納水體；9人工濕地；10擬自然河道；11塘、湖等蓄水單元；12支流型旁路離線河流凈化器；13老河灣型旁路離線河流凈化器；14塘-濕地型旁路離線河流凈化器；15干流流域。圖2為龍道河旁路離線河流凈化器技術(shù)與系統(tǒng)的工程平面示意圖；圖中21溫榆河；22龍道河上段(引水渠)；23擬自然河道；24羅馬西湖；25羅馬東湖(人工濕地);26深潭-淺灘河道；27龍道河下段；28制尾閘；29引水泵站。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)污染城市河流的水質(zhì)改善和河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，以及保障城市河流行洪安全等多方面需求，結(jié)合城市河流局部河段具有支流匯入點(diǎn)，或者具有塘、濕地等地形特征，公開了一種利用污染河流的支流構(gòu)建旁路，通過生態(tài)工程和環(huán)境工程等組合技術(shù)構(gòu)建旁路離線河流凈化方法，從而實(shí)現(xiàn)污染河流的水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)。該方法主要包括如下方面內(nèi)容I)以污染河流的支流為基礎(chǔ)，通過建設(shè)引流渠道，因地制宜地連通干流I和支流、河道2截彎取直后的老河灣3或者干流旁邊的湖、塘、洼地、溝壕、濕地9、11等蓄水設(shè)施，成擬自然河床、擬自然河岸、塘-濕地10等生態(tài)河道，打通主河道與處理旁路間的水循環(huán)，形成旁路。依據(jù)構(gòu)建模式不同，旁路離線河流凈化器可分為支流型旁路離線河流凈化系統(tǒng)12、老河灣型旁路離線河流凈化系統(tǒng)13、塘-濕地型旁路離線河流凈系統(tǒng)14。2)旁路離線河流凈化系統(tǒng)的引水是通過閘前蓄水自流，或依靠干流與支流的常水位差自流，或者通過采用提升泵站6等工程措施，通過引水渠4或排水渠5進(jìn)行引水至旁路離線河流凈化系統(tǒng)。3)旁路離線河流凈化系統(tǒng)中主要的水質(zhì)凈化單元為旁路中的湖、塘、濕地、洼地、溝壕等可滯留河水的地形。通過生態(tài)工程、環(huán)境工程等組合技術(shù)將河道和蓄水單元改造成擬自然河床、擬自然河岸、塘-濕地等生態(tài)河道凈化系統(tǒng)。旁路離線河流凈化器技術(shù)與系統(tǒng)中采用的環(huán)境工程技術(shù)主要包括布設(shè)填料形成生物膜、曝氣充氧等環(huán)境工程技術(shù)，其采用的生態(tài)工程技術(shù)主要包括在生態(tài)河道中構(gòu)建水生植物群落、生態(tài)浮床、塘-濕地和植被緩沖過濾帶等技術(shù)手段。通過生態(tài)工程、環(huán)境工程等組合技術(shù)協(xié)同凈化污染河水，提高污染物的截留、降解、去除效率，改善污染河流的水質(zhì)和恢復(fù)水生態(tài)。在水質(zhì)改善的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)，并營造親水景觀(受納水體8)。4)通過引水閘和節(jié)制尾閘7的調(diào)控，旁路離線河流凈化器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)干流的調(diào)蓄和分流，并可防止洪汛期河水倒灌。旁路具有很好的儲(chǔ)水功能，對(duì)暴雨徑流形成的瞬時(shí)大流量來水具有較強(qiáng)的緩沖能力。另外，可通過水位調(diào)控技術(shù)，調(diào)整旁路離線河流凈化器系統(tǒng)中的水位，構(gòu)建適宜于植物群落、微生物生長(zhǎng)的水生態(tài)環(huán)境，強(qiáng)化水中污染物的降解和水生態(tài)恢復(fù)。 利用旁路離線河流凈化器技術(shù)與系統(tǒng)處理污染河水，本質(zhì)是河流自凈功能的人工 強(qiáng)化、分流、分質(zhì)，凈化水中的污染物。凈化的主要機(jī)理是調(diào)蓄水量、增加水力停留時(shí)間，通過強(qiáng)化河道中植物、微生物的凈化，發(fā)揮其物理、化學(xué)、生物、生態(tài)作用，從而有效去除C0D、氨氮等污染物。本發(fā)明的旁路離線河流凈化方法和旁路離線河流凈化系統(tǒng)的特征可概括為引干入支，形成回路；凈化干水，處理支水；離線在線，優(yōu)化組合；生物生態(tài)，協(xié)同凈化。該技術(shù)與系統(tǒng)符合國際上“干流的治理始于支流治理”的河流修復(fù)思路。以下結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的說明，實(shí)施例北京北運(yùn)河中段龍道河水質(zhì)凈化工程位于北京市北運(yùn)河中段的溫榆河段21，水質(zhì)屬于劣V類。溫榆河中段的支流龍道河22始于羅馬東湖東，作為排污河道，水質(zhì)黑臭。為改善龍道河的水質(zhì)，利用羅馬西湖24上端已經(jīng)完工的人工開挖的引水渠，將溫榆河-羅馬西湖-羅馬東湖25-龍道河水系貫通，構(gòu)建出旁路系統(tǒng)。通過龍道河上段建設(shè)引水泵站29和節(jié)制尾閘28，可從溫榆河引流。在該旁路中布置了蜿蜒河道、深潭淺灘26等擬自然河道23工程，濱岸植物緩沖過濾帶等擬自然河岸工程以及塘-人工濕地水質(zhì)凈化工程等生態(tài)凈化單元，從而構(gòu)建出河道型旁路離線河流凈化系統(tǒng)，工程布設(shè)見圖2。旁路離線河流凈化器系統(tǒng)中龍道河長(zhǎng)6. 74公里，上段長(zhǎng)
2.I公里，下段長(zhǎng)4. 64公里，塘-濕地系統(tǒng)包括羅馬西湖(約11公頃)、羅馬東湖(8. 91公頃)、羅馬東湖人工濕地(建設(shè)面積5800m2)。該旁路離線河流凈化系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)引水量為0.5m3/s，約占溫榆河(魯疃閘)干流多年平均徑流量的25%。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，溫榆河段的引水口處的COD和氨氮平均濃度分別為25. 87mg/L和10. 59mg/L，經(jīng)旁路離線河流凈化器系統(tǒng)處理后，羅馬東湖出水的COD和氨氮平均濃度分別為12. 77mg/L和I. 76mg/L，C0D和氨氮的凈化效率分別為50. 64%和83. 38%。引自溫榆河的河水經(jīng)過旁路離線河流凈化系統(tǒng)中的生態(tài)河道、塘-濕地等單元的凈化后，再通過龍道河下段27匯入溫榆河干流，能有效改善溫榆河干流的水質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種旁路離線河流凈化方法，以污染河流的支流為基礎(chǔ)，建成一引流渠道形成的水循環(huán)旁路，污染河水從支流引入旁路，提高污染河水在旁路中的停留時(shí)間，并在旁路中采用離線與在線的生態(tài)工程技術(shù)和環(huán)境工程技術(shù)去除污染物，凈化后的河水再匯入干流，改善河流水質(zhì)和恢復(fù)河流生態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旁路離線河流凈化方法，其中，旁路中的塘、洼地、溝壕和濕地改造成塘-濕地、擬自然河床和擬自然河岸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旁路離線河流凈化方法，其中，旁路中的塘、洼地、溝壕是指河道截彎取直后的老河灣或者干流旁邊的湖塘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旁路離線河流凈化方法，其中，生態(tài)工程技術(shù)包括在生態(tài)河道中構(gòu)建水生植物群落、生態(tài)浮床、塘-濕地和植被緩沖過濾帶，以強(qiáng)化生態(tài)技術(shù)旁路中的水質(zhì)凈化效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旁路離線河流凈化方法，其中，環(huán)境工程技術(shù)包括布設(shè)填料形成生物膜、曝氣充氧的環(huán)境工程技術(shù)，以強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水污染物去除效率。
6.一種旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其主要組成單元為干流與支流之間的引水渠、支流河道和干流旁邊可滯留河水的湖、塘、濕地、洼地、溝壕地形構(gòu)成支流與干流的水循環(huán)旁路，通過生態(tài)工程和環(huán)境工程的組合形成支流型旁路離線河流凈化系統(tǒng)、舊河道型旁路離線河流凈化系統(tǒng)或/和塘-濕地型旁路離線河流凈化系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其中，生態(tài)工程技術(shù)包括在生態(tài)河道中構(gòu)建水生植物群落、生態(tài)浮床、塘-濕地和植被緩沖過濾帶，以強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水質(zhì)凈化效率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其中，環(huán)境工程技術(shù)包括布設(shè)填料以形成生物膜、曝氣充氧的環(huán)境工程技術(shù)，強(qiáng)化旁路離線河流凈化器的水污染物去除效率。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其中，通過閘前蓄水自流、依靠干流與支流的常水位差自流或者采用提升泵引水至旁路離線河流凈化系統(tǒng)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旁路離線河流凈化系統(tǒng)，其中，生態(tài)河道的入口設(shè)置有節(jié)制尾閘，以防止洪汛期河水倒灌，并通過水位調(diào)控構(gòu)建適宜于植物群落、微生物生長(zhǎng)的水生態(tài)環(huán)境，強(qiáng)化水中污染物的降解和水生態(tài)恢復(fù)。
全文摘要
一種旁路離線河流凈化方法，以污染河流的支流為基礎(chǔ)，建成一引流渠道形成旁路，污染河水從支流引入旁路，提高污染河水在旁路中的停留時(shí)間，并在旁路中采用離線與在線的生態(tài)工程技術(shù)和環(huán)境工程技術(shù)去除污染物，凈化后的河水再匯入干流，改善河流水質(zhì)和恢復(fù)河流生態(tài)。本發(fā)明還公開了一種實(shí)現(xiàn)旁路離線河流凈化方法的凈化系統(tǒng)。本發(fā)明具有不改變干流河道原有狀態(tài)、不影響干流防洪、水質(zhì)凈化和生態(tài)恢復(fù)效果好等多方面優(yōu)勢(shì)，適于支流豐富或排水灌渠密集或坑塘發(fā)達(dá)的污染河流的生態(tài)治理與生態(tài)修復(fù)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102976546SQ20111026154
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者魏源送, 王亞煒, 王為東, 單保慶 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心