專利名稱：微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于河道水質(zhì)凈化技術領域，具體涉及一種應用于微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及河流護坡生態(tài)濕地修復技術。
背景技術：
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的迅速發(fā)展，受工業(yè)和城市廢水以及農(nóng)田地表徑流等人為因素的影響，河流污染問題日益嚴重。目前我國湖泊的主要環(huán)境問題為水體富營養(yǎng)化，引起水體富營養(yǎng)化的主要污染物是氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，而入湖河流是其污染的主要來源。入湖河流多為微污染河流，其氮、磷和有機物去除是控制湖泊富營養(yǎng)化的關鍵之一。微污染河水治理有自身的特殊性，和生活污水相比，屬于低濃度微污染水體，在處理工藝、處理要求上有很大的差另|J，不能套用現(xiàn)有的污水處理方法和理論。微污染河道水體的產(chǎn)生、水量和水質(zhì)的主要特點為(1)河道污水流量大且流量變化有明顯的季節(jié)性和周期性。一般夏季多雨期河道流量較大，而冬春季節(jié)河道流量較小有很強的季節(jié)性；受污染河流水流量一般都比較大，處理難度增加；( 污染物濃度較低，水質(zhì)指標高錳酸鹽指數(shù)平均低于20mg/L，氨氮平均低于5mg/ L，TN低于10mg/L，TP低于0. 5mg/L，濃度遠低于生活污水和工業(yè)廢水。(3)河流水系覆蓋面大，來水污染物濃度變化較大。一般河流枯水期污染物濃度最高，平水期濃度居中，豐水期濃度最低。(4)河流水體污染物種類復雜，不僅含有氮磷和有機物等污染物，還包括不可降解污染物和其他有毒污染物。目前對于微污染河水凈化的技術方法主要可分為三類，即物理方法、化學方法和生物方法。物理方法主要有調(diào)水稀釋法、底泥疏浚法和機械曝氣法，此法中多為原位處理法。缺點(1)不能從根本上解決污染問題，只是局部改善河流的水質(zhì)；O)引起二次污染，費用較高；化學方法主要是向受污染河水中投加混凝劑、酶抑制劑等，使河流污染物絮凝沉淀，殺死水體有害微生物。此種方法簡單有效、效果迅速，在治理藻類水華、飲用水凈化中應用較廣泛。缺點(1)易引起二次污染。投加物質(zhì)本身就是一種化學試劑，可能會改變水體環(huán)境，毒害某種水生生物；( 化學試劑價格昂貴，不適合長期使用。生物生態(tài)方法主要有人工濕地、生態(tài)浮床技術等技術。1、人工濕地人工濕地是一種由人工構建和調(diào)控的濕地系統(tǒng)，通過其在生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物作用的優(yōu)化組合來進行廢水處理?；|(zhì)、植物和微生物與多濕環(huán)境共同構成了人工濕地的基本要素，形成了濕地特有的生態(tài)系統(tǒng)。在受污染河流中適當設置人工濕地，有利于河流水體的污水凈化、吸附受污水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，達到凈化修復微污染河水的作用。缺點(1)人工濕地填料比例要求比較高，技術相對復雜，而且造價高，不適于大規(guī)模水體處理；(2)日常維護較復雜；(3)受環(huán)境氣溫和季節(jié)性影響較明顯；占地面積大，水力負荷小，工程技術要求較高。
2、生態(tài)浮床技術
生態(tài)浮床技術以高分子材料或者竹木材料為載體，將高等水生植物或改良的陸生植物種植到富營養(yǎng)化水體的水面，通過植物根部的吸收、吸附作用和物種競爭相克機理，削減水體中的氮磷及有機物質(zhì)，從而凈化水質(zhì)。生態(tài)浮床除了能夠去除水體中的污染物，還有良好的景觀效果、增加水體生物多樣性以及一定的經(jīng)濟效益。
缺點(1)目前生態(tài)浮床的應用一般屬于原位水體修復，需要占用較大的水面面積，影響河流通航和防汛；(2)水生植物生長受光照、氣溫和季節(jié)等環(huán)境因素影響較大，使得生態(tài)浮床在全年凈化效果波動較大。
現(xiàn)有的河道生態(tài)修復技術主要依靠在河道兩側種植挺水植物和沉水植物，如《一種用于河道水體生態(tài)修復的梯級裝置》；或者在河道內(nèi)放置種植了植物的浮床等方式來凈化水質(zhì)，如《漂浮復合植物帶原位生態(tài)修復水體的系統(tǒng)》。上述技術一方面可以通過該類植物自身直接吸收河水中的污染物質(zhì)，起到凈化水質(zhì)的作用，另一方面，上述植物具有微生物載體的作用，可以大幅提高河道內(nèi)的微生物總量，從而強化河道的自然凈化能力。
以上兩項技術盡管可以修復受損河道的生態(tài)環(huán)境，凈化受污染的河水水質(zhì)，但在實際河道水質(zhì)修復工程中，由于存在以下明顯缺陷，該兩項技術均未得到工程推廣。在平水和枯水季節(jié)，河水徑流量較少，大部分河灘裸露，僅在主河道有水流。一方面，枯水季節(jié)河道水質(zhì)普遍較差，另一方面，枯水季節(jié)的水流僅與主河道接觸，水力停留時間較短，河道的水質(zhì)凈化能力得不到有效發(fā)揮，河水得不到有效凈化。
目前普遍采用的生態(tài)型護坡技術有多種方式，如采用土工材料復合種植基、鐵絲網(wǎng)與碎石復合種植基、土工材料固土種植基、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基以及土壤固化劑等對河岸、邊坡進行護坡，對穩(wěn)定岸坡結構有較好效果，并且對岸坡景觀進行了一定的改善，但是對截留面源入河污染物的作用非常有限，且成本太高，當場進行施工且施工量也很大，推廣使用受到了限制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的河道生態(tài)修復技術與河道防洪功能要求矛盾的問題，提供一種河道水質(zhì)凈化及生態(tài)修復可調(diào)節(jié)濕地技術，該技術將每一條入庫(或入湖)河流治污，保證進入湖區(qū)的水質(zhì)，并且可以提高河流的自凈能力，恢復河流的生態(tài)系統(tǒng)，該技術既可實現(xiàn)對河道水質(zhì)的有效凈化，又可保障河道在洪水季節(jié)的正常泄洪。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到
一種微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水力自控翻轉閘門、人工濕地和多級階梯式人工濕地護坡，所述水力自控翻轉閘門設河道中將其攔截為上游和下游，所述人工濕地設于水力自控翻轉閘門上游的河道內(nèi)，所述多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)設于水力自控翻轉閘門上游的河道兩岸坡上；所述多級階梯式人工濕地護坡包括由無砂混凝土板和樁構成的板樁構件，該板樁構件在河道岸坡上從由高至低一排排地設置，在相鄰兩排板樁構件之間填充有填料并種植植物。
水力自控翻轉閘門可以調(diào)節(jié)河道內(nèi)水位，并可以調(diào)節(jié)人工濕地內(nèi)河水的水力停留時間，在平水期和枯水期可以蓄水，在豐水期也不會影響河流的泄洪能力。
本發(fā)明中的人工濕地內(nèi)可種植沉水植物和/或挺水植物。本發(fā)明中的板樁構件中的無砂混凝土板沿水平面的豎直方向設置，板樁構件中的樁(或者還在填料的配合下)將無砂混凝土板固定在河道岸坡上。無砂混凝土板背向河道的一側設置有透水土工布。板樁構件中的多個無砂混凝土板左右側邊相連構成與河道方面相同的一排樁構件；在河道垂直的方向上從河道岸坡頂部至河道水面，各排板樁構件呈向下的多級階梯狀分布。本發(fā)明中相鄰兩排板樁構件之間的填料，自上而下分別為種植土、陶粒和粗礫石。 相鄰兩排板樁構件之間種植的植物，從河道岸坡頂部至河道水面依次為陸上植物、挺水植物和沉水植物。本發(fā)明中的挺水植物選自花葉蘆竹、再力花和香蒲中的一種或幾種；所述沉水植物選自伊樂藻、金魚藻、黑藻和馬來眼子菜中的一種或幾種。本發(fā)明使用多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)的生態(tài)護岸，少用和不用剛性的砼或漿砌石護坡。采取多級景觀型濕地護坡，種植景觀植物，為水生植物的生長、水生動物的繁殖、 兩棲動物的棲息繁衍活動創(chuàng)造條件，這種護岸工程既能穩(wěn)定河床，又能改善生態(tài)和美化環(huán)境，避免了混凝土工程帶來的負面作用。沿岸向水體中央依次布置陸上植物、挺水植物和沉水植物組成的垂直生態(tài)系列，此生態(tài)系列對氮、磷和重金屬都有吸附和富集作用，垂直生態(tài)系列為微生物和水生動物提供棲息和生存空間，增加河道物種的多樣性。挺水植物以選擇能適應水位變化、植株較高、根系生長深、能抗水流沖刷、耐粗放管理、節(jié)水、耐污能力強、能迅速形成種群、多年生、兼顧美觀有觀賞價值的植物作為草種條件，如花葉蘆竹、再力花和香蒲等；沉水植物伊樂藻、金魚藻、黑藻和馬來眼子菜等，不僅耐污，而且分孽速度快，無性繁殖能力強，能有效凈化水質(zhì)，一次種植多年生長。本發(fā)明的多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)能夠穩(wěn)定河道岸坡，同時具有良好的透水性，降雨徑流進入河道邊坡后，以下滲和溢流的方式，經(jīng)過系統(tǒng)逐級處理后進入河道。粗礫石、陶粒和種植土等填料和植物根系表面生長了大量微生物并形成生物膜，當降雨徑流攜帶大量污染物進入河道岸坡時，徑流中的固體懸浮物被填料和植物根系阻擋截留，有機質(zhì)通過生物膜的吸附及同化、異化作用而得以清除；植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍微環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧現(xiàn)象和交替環(huán)境，因而保證了徑流水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營養(yǎng)成份直接吸收，而且還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用從徑流中去除，達到截留污染物進入河道的目的和效果；河道中的水經(jīng)過該岸坡時，通過上述過程也能得到相當程度的凈化。本發(fā)明中，沉水植物伊樂藻、金魚藻、黑藻和馬來眼子菜的種植方法在每年的 3-4月份選擇水流平緩，底泥厚度20cm以上的河道，將草截成IOcm左右的莖，像插秧一樣， 以3-4支為一叢插入底泥，密度為50X50cm，幾種不同的沉水植物間隔種植。本發(fā)明中，挺水植物花葉蘆竹、再力花和香蒲的種植方法在每年的3-4月份選擇河道內(nèi)間歇性淹水和淺灘區(qū)域種植，以4-5支為一叢種植插入底泥，密度為50X50cm，幾種不同的挺水植物間隔種植。本發(fā)明提供一種微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復技術，通過利用生態(tài)護岸和生態(tài)濕地方法修復河道受污染水體，從而使COD、BOD、TP和TN含量大大降低。


圖I是微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復系統(tǒng)平面圖。
圖2是多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)剖面圖。
圖中標號I為河道內(nèi)人工濕地，2為沉水植物，3為多級階梯式人工濕地護坡，4為無砂混凝土樁，5為無砂混凝土板，6為挺水植物，7為多級階梯式人工濕地護坡種植植物，8 為水力自控翻轉閘門基礎，9為水力自控翻轉閘門，10為透水土工布，11為防滲土工布，12 為種植土，13為陶粒，14為粗碌石。
具體實施方式
本發(fā)明的微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復技術首先是在主河道上修建水力自控翻轉閘門，再將其錨固于壩基上，可以自動調(diào)節(jié)河流水位，在翻轉閘門的上游形成蓄水區(qū)。在每年的3-4月份選擇蓄水區(qū)中水流平緩，底泥厚度20cm以上的河道， 將伊樂藻、金魚藻、黑藻和馬來眼子菜截成IOcm左右的莖，像插秧一樣，以3-4支為一叢插入底泥，密度為50X50cm，幾種不同的沉水植物間隔種植，這幾種沉水植物的肢體柔軟，莖葉細長，在水流沖涮下不斷擺動，對水流產(chǎn)生的阻力很小，不影響河道的防洪能力。在每年的3-4月份選擇河道內(nèi)間歇性淹水和淺灘區(qū)域種植花葉蘆竹、再力花和香蒲，以4-5支為一叢進行種植，密度為50X50cm，幾種不同的挺水植物間隔種植。該蓄水區(qū)形成了人工濕地。
在平水和枯水季節(jié)(每年的4月至6月以及9月至次年3月)，通過升高翻轉閘門的高度進行蓄水，使河道上游水位升高，以提高水力停留時間，改善處理效果。
在豐水季節(jié)(一般是6月至9月)，可以通過翻轉閘門的高度進行放水，從而避免對河道行洪產(chǎn)生影響，河道主要承擔泄洪功能。豐水季節(jié)，由于河流流量充裕，基本可以淹沒人工濕地中的所有沉水植物，人工濕地的水質(zhì)凈化能力也能得到充分發(fā)揮。
平水季節(jié)，在調(diào)節(jié)人工濕地水力停留時間7-10天時，濕地入口 COD含量平均為 38. 7mg/L，濕地出口 COD含量平均為13. 3mg/L，COD去除率可達65%。枯水季節(jié)，在調(diào)節(jié)人工濕地水力停留時間35-45天時，濕地入口 COD含量平均為67. 7mg/L，濕地出口 COD含量平均為17. lmg/L, COD去除率可達74. 7%。
在河道的岸坡上按一定排列規(guī)律打入無砂混凝土樁，無砂混凝土樁的兩側有凹槽，無砂混凝土板5沿水平面的豎直方向設置無，砂混凝土板的一側嵌入，另一側嵌入另一無砂混凝土樁的凹槽內(nèi)，構成無砂混凝土板樁構件，
處同一排的多個無砂混凝土板左右側邊相連構成與河道方面相同的一排樁構件。 在河道垂直的方向上從河道岸坡頂部至河道水面，各排板樁構件呈向下的多級階梯狀分布。各排板樁構件從河道岸坡底部逐漸向上直至坡頂?shù)呐帕?；在無砂混凝土板背水的一面上設置透水土工布，阻止土、砂透過；在每相鄰兩排無砂混凝土板樁構件之間放置填料，填料自下而上為粗礫石、陶粒和種植土，然后在每一排植物種植區(qū)內(nèi)種植植物，從下至上可依次種植沉水植物、挺水植物和陸上植物等不同植物，形成不同植物的階梯式景觀效果。
采取多級景觀型濕地護坡，種植景觀植物，為水生植物的生長、水生動物的繁殖、 兩棲動物的棲息繁衍活動創(chuàng)造條件，這種護岸工程既能穩(wěn)定河床，又能改善生態(tài)和美化環(huán)境，避免了混凝土工程帶來的負面作用。沿岸向水體中央依次布置陸上植物、挺水植物和沉水植物組成的垂直生態(tài)系列，此生態(tài)系列對氮、磷和重金屬都有吸附和富集作用，垂直生態(tài)系列為微生物和水生動物提供棲息和生存空間，增加河道物種的多樣性。多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)能夠穩(wěn)定河道岸坡，同時具有良好的透水性，降雨徑流進入河道邊坡后，以下滲和溢流的方式，經(jīng)過系統(tǒng)逐級處理后進入河道。粗礫石、陶粒和種植土等填料和植物根系表面生長了大量微生物并形成生物膜，當降雨徑流攜帶大量污染物進入河道岸坡時，徑流中的固體懸浮物被填料和植物根系阻擋截留，有機質(zhì)通過生物膜的吸附及同化、異化作用而得以清除；植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍微環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧現(xiàn)象和交替環(huán)境，因而保證了徑流水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營養(yǎng)成份直接吸收， 而且還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用從徑流中去除，達到截留污染物進入河道的目的和效果；河道中的水經(jīng)過該岸坡時，通過上述過程也能得到相當程度的凈化。對地表徑流的處理達到了較好的效果，COD的進水濃度為96. 3mg/L,出水濃度為 17. 33mg/L，去除率為 82%。
權利要求
1.一種微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括水力自控翻轉閘門(9)、人工濕地(I)和多級階梯式人工濕地護坡(3)，所述水力自控翻轉閘門(9)設河道中將其攔截為上游和下游，所述人工濕地(I)設于水力自控翻轉閘門(9)上游的河道內(nèi)，所述多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)(3)設于水力自控翻轉閘門(9)上游的河道兩岸坡上；所述多級階梯式人工濕地護坡(3)包括由無砂混凝土板(5)和樁(4)構成的板樁構件，該板樁構件在河道岸坡上從由高至低一排排地設置，在相鄰兩排板樁構件之間填充有填料并種植植物。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于在人工濕地(I)內(nèi)種植沉水植物(2)和/ 或挺水植物(6)。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述板樁構件中的無砂混凝土板(5)沿水平面的豎直方向設置，板樁構件中的樁(4)將無砂混凝土板(5)固定在河道岸坡上。
4.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于板樁構件中的多個無砂混凝土板(5)左右側邊相連構成與河道方面相同的一排樁構件；在河道垂直的方向上從河道岸坡頂部至河道水面，各排板樁構件呈向下的多級階梯狀分布。
5.根據(jù)權利要求1、3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述無砂混凝土板(5)背向河道的一側設置有透水土工布(10)。
6.根據(jù)權利要求I或3所述的系統(tǒng)，其特征在于相鄰兩排板樁構件之間的填料，自上而下分別為種植土(12)、陶粒(13)和粗礫石(14)。
7.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于相鄰兩排板樁構件之間種植的植物，從河道岸坡頂部至河道水面依次為陸上植物、挺水植物和沉水植物。
8.根據(jù)權利要求1、2或7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述挺水植物(6)選自花葉蘆竹、再力花和香蒲中的一種或幾種；所述沉水植物(2)選自伊樂藻、金魚藻、黑藻和馬來眼子菜中的一種或幾種。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述沉水植物(2)的種植方法為在每年的3-4月份選擇水流平緩，底泥厚度20cm以上的河道，將草截成IOcm左右的莖，以3_4支為一叢插入底泥，幾種不同的沉水植物間隔種植。
10.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述挺水植物(6)的種植方法為在每年的3-4月份選擇河道內(nèi)間歇性淹水和淺灘區(qū)域種植，以4-5支為一叢插入底泥，幾種不同的挺水植物間隔種植。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水力自控翻轉閘門、人工濕地和多級階梯式人工濕地護坡，所述水力自控翻轉閘門設河道中將其攔截為上游和下游，所述人工濕地設于水力自控翻轉閘門上游的河道內(nèi)，所述多級階梯式人工濕地護坡系統(tǒng)設于水力自控翻轉閘門上游的河道兩岸；所述多級階梯式人工濕地護坡包括由無砂混凝土板和樁構成的板樁構件，該板樁構件在河道岸坡上從由高至低一排排地設置，在相鄰兩排板樁構件之間填充有填料并種植植物。本發(fā)明提供一種微污染入庫(入湖)河流的水質(zhì)凈化及生態(tài)濕地修復技術，通過利用生態(tài)護岸和生態(tài)濕地方法修復河道受污染水體，從而使COD、BOD、TP和TN含量大大降低。
文檔編號C02F3/32GK102531182SQ201110457900
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者周亮, 崔益斌, 張繼彪, 李繼華, 王家齊, 胡海龍, 鄭賓國, 鄭正 申請人:南京大學