一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及河網(wǎng)面源污染治理技術(shù)方法，具體地說是低流速城市河網(wǎng)污染的前置 庫--生物繩--生物群落修復(fù)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市河流在城市生態(tài)建設(shè)中具有重要意義。城市河流具有提供城市生活和生產(chǎn)的 水源，減弱城市的熱島效應(yīng)洪澇災(zāi)害，同樣也具有航運(yùn)，綠地，更是城市景觀多樣性的一部 分。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹，人類的過度干擾使得原有自然水生態(tài)系統(tǒng)退 化，河水污染不斷加劇，河道的自然景觀遭到破壞，河道對城市的生態(tài)調(diào)節(jié)作用削弱，影響 到人們的生活環(huán)境和生活質(zhì)量。因此，研宄城市河流生態(tài)修復(fù)方法，改善城市河道生態(tài)環(huán)境 迫在眉睫。
[0003] 中國學(xué)者在有關(guān)低流速城市河網(wǎng)污染生態(tài)修復(fù)的研宄與發(fā)明上也取得了一批重 要成果。公開號為CN200410066164,名為"平原河網(wǎng)地區(qū)面源污染強(qiáng)化凈化前置庫系統(tǒng)"，該 方法將生態(tài)溝渠，植物柵，生態(tài)透水壩和前置庫依次連接形成一個完整的平原河網(wǎng)地區(qū)面 源污染強(qiáng)化凈化前置庫系統(tǒng)。前置庫為主體。通過生態(tài)溝渠的收集，生物格柵的過濾以及 生態(tài)透水壩和前置庫的生物作用去除流域內(nèi)村鎮(zhèn)地表徑流中N，P營養(yǎng)鹽，凈化水質(zhì)。該方 法的優(yōu)點是可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦芜M(jìn)行工程構(gòu)建，處理效果好，適合在平原河網(wǎng)運(yùn)行。但是生 態(tài)溝渠，植物柵，生態(tài)透水壩總長度比較長，構(gòu)筑物建造工程量比較大，而且構(gòu)筑物的占地 面積比較大，比較難用于城市小河道污染的生態(tài)治理。公開號為CN200810034396,名為"一 種城市前置庫工程系統(tǒng)綜合治理污水的方法"，該方法利用太陽能供電，建造了間隙瀑布， 并構(gòu)建水下生態(tài)群落進(jìn)行污水的綜合治理。通過太陽能供電進(jìn)行間歇曝氣，增加水體中的 溶解氧，消除腐敗物質(zhì)，并構(gòu)建良好的食物鏈，形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到凈化水體的目的。 該方法的優(yōu)點是成本低，而且移動方便，應(yīng)用范圍廣的特點。但是缺點也很明顯，方法中，太 陽能曝氣裝置對天氣要求比較高，間歇曝氣產(chǎn)生的噪聲比較大，而且僅通過曝氣來嘗試恢 復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)耗時比較長，并且不甚美觀。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)對低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)的凈化技術(shù)存在工程量大、 凈化效果不穩(wěn)定而且處理效率比較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化 系統(tǒng)及其方法：該系統(tǒng)包括前置庫、生物繩修復(fù)區(qū)、水生生物修復(fù)區(qū)，以彌補(bǔ)工程量大，適應(yīng) 性比較差和處理效果不穩(wěn)定的缺陷。
[0006] 發(fā)明的目的可以通過一下技術(shù)方案來實現(xiàn)。一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的 水質(zhì)凈化系統(tǒng)及其方法：該系統(tǒng)包括前置庫、生物繩修復(fù)區(qū)、水生生物修復(fù)區(qū)3個部分： (1)前置庫： 前置庫作用是匯集各方來水，初步沉淀污染物，利用前置庫中的微生物和挺水植物對 水體進(jìn)行初步凈化。先根據(jù)匯流面積和降雨情況確定庫容（公式為V=H*S，其中V為庫容 (m3)，H為年均降水量（mm)，S為地表徑流收集面積（m2))，構(gòu)建時主要利用河流開闊水域或 者魚塘，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。利用生態(tài)浮床，水生植物帶，水體中微生物等生物作用 去除污染物。
[0007] (2)生物繩修復(fù)區(qū)： 生物繩由強(qiáng)親水性的化學(xué)合成纖維材料構(gòu)成，通過生物繩的內(nèi)芯與外側(cè)纖維構(gòu)成結(jié)構(gòu) 緊密的環(huán)狀纖維束，可以保持相應(yīng)的強(qiáng)度，具有很大的比表面積，可以使固著的附著生物更 加不易脫落。生物繩主要前置庫出庫河道的地形安裝，長度為30米左右，寬度為10-15米， 安裝密度為50*50厘米。生物繩上附著細(xì)菌形成的生物膜微生物通過硝化-反硝化作用和 厭氧吸附作用進(jìn)行水體脫氮除磷，抑制藻類生長，增加水體透明度。
[0008] (3)水生生物修復(fù)區(qū)： 水生生物修復(fù)區(qū)是該修復(fù)方法的主體部分，依托河道地形，按河道深度和水域面積分 別種植沉水植物，浮水植物和挺水植物，通過水生植物的吸收和吸附作用去除水體的營養(yǎng) 鹽，抑制藻類的生長，逐漸形成良好的水生生物群落，對外界干擾具有較好的抵抗作用。并 在岸邊構(gòu)建生態(tài)護(hù)坡和生態(tài)涵養(yǎng)林，進(jìn)一步保護(hù)河岸帶，減少地表徑流對河道的影響。
[0009] 以上三個部分依次連接成為完整的低流速城市小流域河網(wǎng)生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，通過匯 集污水河道排出的污水（主要是農(nóng)業(yè)和一些生活污水），在前置庫混合并進(jìn)行初步沉淀，并 在前置庫中生態(tài)浮床和水體中微生物的作用下吸收部分污染物質(zhì)，處理后的污水流入放置 有生物繩的河道，通過生物繩上生物膜的作用進(jìn)一步對水體中氮磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行去除，處理 后的污水最后進(jìn)入生態(tài)修復(fù)區(qū)，通過水生生物群落的凈化作用最終將污水凈化，使之達(dá)到 可以直接排放的標(biāo)準(zhǔn)。
[0010] 可在前置庫出水處設(shè)置一道閘門，用于調(diào)節(jié)水生生物修復(fù)區(qū)內(nèi)水面高度，防止過 低或過高的水位對水生生物修復(fù)區(qū)內(nèi)的水生植物帶來極大的影響。所述的水生生物修復(fù)區(qū) 末端設(shè)置有一道閘門，保證枯水期水生生物修復(fù)區(qū)內(nèi)有一定高度的水位，保護(hù)水生生物修 復(fù)區(qū)內(nèi)水生植物的生長。
[0011] 可在水生生物修復(fù)區(qū)構(gòu)建木石丁壩系統(tǒng)，防止河道淤積，改變水流速度。構(gòu)建親水 平臺，增加景觀多樣性的同時，保護(hù)岸帶植被。
[0012] 水生生物修復(fù)區(qū)內(nèi)河岸護(hù)岸采用草皮和一些低矮的灌木為主。水陸交錯帶種植美 人蕉，蘆葦，茭白，菖蒲等成活率較高的品種為宜。淺水區(qū)種植以下植物效果較好：苦草，輪 葉黑藻，狐尾藻，金魚藻。
【附圖說明】
[0013] 附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為具體實施時無錫太湖新區(qū)親水河工程區(qū) 示意圖。
[0014] 附圖中具體編號為：1.前置庫，2.前置庫出水閘門，3.生物繩，4.生物繩修復(fù)區(qū)， 5.沉水植物，6.水生生物修復(fù)區(qū)，7.挺水植物，8.水生生物修復(fù)區(qū)出水閘門，9.前置庫挺水 植物，10.親水平臺，11.木石丁壩，12.小溪港出水閘門，13.處理池。
【具體實施方式】
[0015] 在江蘇無錫新區(qū)建立前置庫一一生物繩一一生物群落修復(fù)系統(tǒng)，應(yīng)用于親水河流 域的治理。
[0016] 親水河生態(tài)修復(fù)面積約為30畝，接收4條河流的污水(典基港，廟港，蠡河和小溪 港)。4條河流主要以生活污水和農(nóng)業(yè)面源污水為主。具體內(nèi)容如下： (1)前置庫： 前置庫1面積1. 9萬m2,平均水深1. 5米，水量約2. 85萬m3。所述的前置庫1主要依 托原有的魚塘，河道而建，減少了工程量，節(jié)約了成本。由于注入生態(tài)修復(fù)區(qū)的河流多為農(nóng) 業(yè)面源污染，因此在所述的前置庫1種植了多種挺水植物9 :茭白，鳶尾，茨菰，菖蒲和蘆葦。 所述的前置庫1上構(gòu)建了親水平臺10,加景觀多樣性的同時，保護(hù)岸帶植被。通過延長水力 停留時間，促進(jìn)水中泥沙和營養(yǎng)鹽的沉降，同時利用庫中水生植物、藻類等進(jìn)一步吸收、吸 附營養(yǎng)鹽，改善水質(zhì)。在所述的前置庫1出口（紅周路與前置庫交匯處）設(shè)置一道前置庫 出水閘門2,以防止在豐水期前置庫水量過大對水生生物修復(fù)區(qū)6中的水生植物的生長產(chǎn) 生不利影響。
[0017] (2)生物繩修復(fù)區(qū)： 生物繩修復(fù)區(qū)4設(shè)置在水生生物修復(fù)區(qū)6之前，用來進(jìn)一步增加水體透明度，減少水體 營養(yǎng)鹽。本工程在小溪港、典基港和紅周路3個點分別安裝生物繩3,總長度3600米，具體 參數(shù)見表1。所述的生物繩3由強(qiáng)親水性的化學(xué)合成纖維材料構(gòu)成，生物繩的內(nèi)芯與外側(cè)纖 維構(gòu)成結(jié)構(gòu)緊密的環(huán)狀纖維束，可以保持相應(yīng)的強(qiáng)度，具有很大的比表面積，可以使固著的 附著生物更加不易脫落。所述的生物繩依托主要所述的前置庫出庫河道的地形安裝，所述 的生物繩上附著細(xì)菌形成的生物膜微生物通過硝化-反硝化作用和厭氧吸附作用進(jìn)行水 體脫氮除磷，抑制藻類生長，增加水體透明度。
[0018] 表1生物繩的設(shè)置和參數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由前置 庫、生物繩修復(fù)區(qū)、水生生物修復(fù)區(qū)3個部分組成： 所述的前置庫（1)依托原有的魚塘、河道而建，該前置庫（1)種植多種挺水植物（9)，并 且該前置庫上構(gòu)建了親水平臺（10)，在該前置庫（1)出口設(shè)置一道前置庫出水閘門（2); 所述的生物繩修復(fù)區(qū)（4)設(shè)置在前置庫（1)之后、水生生物修復(fù)區(qū)（6)之前，生物繩（3) 由強(qiáng)親水性的化學(xué)合成纖維材料構(gòu)成，生物繩的內(nèi)芯與外側(cè)纖維構(gòu)成結(jié)構(gòu)緊密的環(huán)狀纖維 束，生物繩上附著細(xì)菌形成的生物膜，微生物通過硝化-反硝化作用和厭氧吸附作用進(jìn)行 水體脫氮除磷，所述的生物繩依托所述的前置庫出庫河道的地形安裝； 所述的水生生物修復(fù)區(qū)（6)是該修復(fù)方法的主體部分，依托河道地形，按河道深度和水 域面積分別種植沉水植物（5)和挺水植物（7)，在所述的水生生物修復(fù)區(qū)末端設(shè)置一道水 生生物修復(fù)區(qū)出水閘門（8 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)，其特 征在于，所述挺水植物種類有茭白，鳶尾，茨菰，菖蒲，蘆葦和荷花，所述沉水植物種類有馬 來眼子菜，金魚藻，狐尾藻，苦草和輪葉黑藻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)，其特 征在于，在所述的水生生物修復(fù)區(qū)（6)內(nèi)構(gòu)建木石丁壩（11)，木石丁壩主要由巖石砌成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)，其特 征在于，在所述的水生生物修復(fù)區(qū)岸邊構(gòu)建生態(tài)護(hù)坡和生態(tài)涵養(yǎng)林，進(jìn)一步保護(hù)河岸帶。
5. 利用權(quán)利要求1所述的一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)凈化水 質(zhì)的方法，其特征在于，通過匯集污水河道排出的污水，在前置庫混合并進(jìn)行初步沉淀，并 在前置庫中生態(tài)浮床和水體中微生物的作用下吸收部分污染物質(zhì)，處理后的污水流入放置 有生物繩的河道，通過生物繩上生物膜的作用進(jìn)一步對水體中氮磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行去除，處理 后的污水最后進(jìn)入生態(tài)修復(fù)區(qū)，水生生物群落的凈化作用最終將污水凈化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于低流速城市小流域河網(wǎng)的水質(zhì)凈化系統(tǒng)及方法，利用前置庫—生物繩—生物群落系統(tǒng)中生物協(xié)同作用凈化水質(zhì)，并且可以美化城市河道的環(huán)境；在本發(fā)明技術(shù)方案中，該系統(tǒng)由3部分組成：前置庫，生物繩修復(fù)區(qū)和水生生物修復(fù)區(qū)。通過匯集污水河道排出的污水，在前置庫混合并進(jìn)行初步沉淀，并在前置庫中生態(tài)浮床和水體中微生物的作用下吸收部分污染物質(zhì)，隨后通過生物繩上生物膜的作用進(jìn)一步對水體中氮磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行去除，處理后的污水最后進(jìn)入生態(tài)修復(fù)區(qū)，通過水生生物群落的凈化作用最終將污水凈化。
【IPC分類】C02F9-14
【公開號】CN104803558
【申請?zhí)枴緾N201510190033
【發(fā)明人】劉顥, 湯祥明, 邵克強(qiáng), 高光, 漆志飛, 潘輝
【申請人】中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所, 江蘇江達(dá)生態(tài)科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月21日