一種河道原位淨化及生態修複方法與流程

2023-10-18 14:10:29

本發明涉及底泥處置、汙水治理、生態修復等技術，特別是黑臭河道原位淨化技術和生態修復技術，屬於環境保護、生態修復技術領域。

背景技術：

近年來，我國正在大力推進生態文明建設，2015年發布了以改善水環境質量為核心「水十條」，要求到2020年，全國水環境質量得到階段性改善，汙染嚴重水體較大幅度減少，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內；到2030年，全國七大重點流域水質優良比例總體達到75%以上，城市建成區黑臭水體總體得到消除。然而目前我國水汙染問題仍然突出，河道黑臭現象普遍。因此，要實現上述目標，我國目前迫切需求河道水質改善和黑臭水體消除的技術與方法。

近幾年，我國在十分重視黑臭河道的治理，科研人員致力於治理技術的研究並投入實踐，如201610320572.7專利文獻公開了製備原料為：cao2、mgo2、凹凸棒粘土、em菌乾粉、納米二氧化鈦的各種原材料分別進行特定步驟的預處理，然後按照特定比例均勻混合後，形成粉末狀的材料可與河道底泥混合削減河道內源汙染。201610316764.0專利文獻公開了利用底泥本身作為修復劑輔料，首先經過反硝化改性富集大量反硝化細菌，然後添加活性炭，再配合以聚乙烯醇、海藻酸鈉作為緩釋劑、以海藻酸鈉作為包衣劑，製作而成硝酸鈣緩釋顆粒消除底泥黑臭汙染，具有高效、環保的特點。專利發明201620007705.0提供了一種聯合處理黑臭河道中汙水和底泥的裝置，包括相互鄰接的好氧mbbr反應池和河道底泥發酵耦合反硝化池，好氧mbbr反應池通過進水泵引入河道汙水，並通過溢流口與河道底泥發酵耦合反硝化池相連通；河道底泥發酵耦合反硝化池通過進泥泵引入河道底泥，並通過自流口與二沉池相連通；好氧mbbr反應池內設有降解有機物的懸浮填料；河道底泥發酵耦合反硝化池內設有產酸細菌和反硝化細菌。然而，大多數河道底泥治理專利技術過多依靠投加修復材料或是製備修復材料來削減內源汙染，對河道底泥進行原位處置技術較少。專利發明201310326224.7提供了一種黑臭河道治理及恢復方法，包括主要步驟是河道截汙排汙、河道清淤、測量放線、坡面修整、鋪設植物墊、灌水及人工管養河道一年。201610006876.6專利文獻公開了通過底層微曝氣和沉水植物改善黑臭河道水質的方法，利用底層微曝氣改良黑臭河道汙染底泥，控制底泥汙染物釋放，輔助沉水植物生長，削減氨氮；同時根據植物的季相變化，利用伊樂藻-苦草組合建立常綠型沉水植被，並配植伴生種為金魚藻、穗花狐尾藻、輪葉黑藻，建立穩定的沉水植被，達到改善河道水質的目的。專利發明201610541590.8提供了一種處理黑臭河水的修複方法，主要包括排汙口截汙處理、曝氣及水體淨化處理、底泥沉積物的回收及處理、生態植被種植、建立河岸棧道，並以棧道護欄建立水培走道等步驟實現對黑臭水體的修復。上述可知，目前被廣泛使用的技術有底層曝氣、生態浮床等，然而大多數技術的運用需要先採取截汙措施或是河道清淤，不能實現完全的原位淨化處理。

鑑於上述技術背景，針對城鎮及農村河道底泥汙染嚴重或是排汙主管的截汙施工有難度河道的黑臭治理工程，發明了一種河道底泥原位處置與水質提升及生態修複方法，無需河道清淤的情況下實現河道底泥原位處置與修復，然後利用物理曝氣、植物淨化和微生物結合的方式對汙水進行淨化處理，具有效果長久穩定，工程量小，對環境友好等特點。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，實現河道底泥原位處置與修復，同時在河道內原位消除汙染物，適用於底泥汙染嚴重的黑臭河道的黑臭消除、水質提升及生態修復工程。

本發明的上述目的是這樣實現的：

一種河道原位淨化及生態修複方法，包括如下步驟：

（1）底泥原位處理：

將待治理河段河水抽乾，底泥曝曬數日，曝曬後在底泥上覆蓋黏土，再將底泥翻耕繼續曝曬數日，曝曬後的底泥沿河岸兩邊修築岸坡，岸坡頂部與水面齊平；

（2）布設曝氣裝置：

在河道底層鋪設微孔曝氣設備，包括曝氣機、曝氣主管、曝氣支管和曝氣頭；曝氣機和曝氣主管安裝在河道內側，曝氣機通過通氣管向曝氣主管供氣；曝氣主管上間隔安裝三通管，曝氣主管通過三通管連接曝氣支管，曝氣支管連接曝氣頭，用於向河內增氧；

（3）布設生態浮島：

在河道水面布設生態浮島；

所述生態浮島包括浮床、漂浮植物和彈性填料；浮床由框架上覆蓋網構成，網上放置漂浮植物，網下方懸掛彈性填料，用於掛生物膜；生態浮島通過毛竹樁固定於水面，與曝氣頭交替布設；

（4）曝氣裝置和生態浮島布設完畢後，待水位恢復，水位恢復後，在修築岸坡上種植挺水植物；

（5）待上述修復工程設施布設完畢後，運行微孔曝氣設備，對水體增氧，管護生態浮島和挺水植物。

本發明的上述方法，所述步驟（1）中，河水抽乾後，底泥曝曬7-10天，曝曬後覆蓋厚10cm的粘土，再將底泥翻耕繼續曝曬一周，曝曬後的底泥沿河岸兩邊修築岸坡，坡比1：1.5-3，岸坡頂部與水面齊平。

本發明的上述方法，所述步驟（2）中，曝氣頭由鋼筋和微孔曝氣軟管組成，將鋼筋製成矩形結構的基架，微孔曝氣軟管纏繞其上，形成矩形結構的曝氣頭。矩形的大小和纏繞層數可根據河道大小、所需曝氣量和生態浮島的大小綜合決定，可採用如圖2所示的多層矩形框架，纏繞多層曝氣軟管的方式以減小矩形框架的尺寸。

優選的所述曝氣頭布設密度為1個/50-100m2，曝氣頭曝氣量為每個15m3/h。曝氣量和布設密度的具體情況還可根據河道的汙染狀況進一步確認。

本發明的上述方法，所述步驟（3）中，生態浮島的製作方式具體為：採用軟管圍成圓形框架，圓形框架直徑φ7-10m；圓形框架上覆蓋網，網上面填滿漂浮植物，下方懸掛彈性填料；利用3根毛竹樁按三角形形狀固定生態浮島，毛竹樁底端插入河道底泥中，底泥以上長度高於河道最高水位，使毛竹樁露出水面。將生態浮島製作成圓形可減小水流阻力。

進一步的，所述軟管優選選用pe管或pvc管；所述網選用聚乙烯網。

所述生態浮島的布設密度為，使覆蓋度達到水面面積的30%-50%。根據河道的汙染程度，可增加或減少生態浮島的布設密度。

進一步的，所述漂浮植物選用30~50cm的粉綠狐尾藻或銅錢草。

本發明的上述方法，所述步驟（4）中，挺水植物選用蘆葦、香蒲、美人蕉中的一種或幾種。

優選的，設備運行時，還可根據河道汙染情況，噴灑微生物菌劑輔助調節水質，可以依據水質狀況，從市場選擇購置含有光合細菌、氨氧化細菌、硝化細菌等菌群的生物活性液、em富集液，按產品使用劑量說明處理調節水質。

本發明的方法將河水抽乾、曝曬底泥，通過自然氧化消除內源汙染物，曝曬後的底泥上覆蓋粘土、翻耕、繼續曝曬，進一步削減內源汙染物，利用曝曬後的底泥修築岸坡形成具有一定坡度的緩坡，繼續曝曬，河底安裝微孔曝氣設備，河道中間利用漂浮植物技術，待水位恢復後在修築的緩坡上種植挺水植物，將汙水在流動過程中得到淨化，原位消除汙染物，從而實現河道底泥原位處置和水質提升，減小工程成本，提高處理效率。本發明的方法在河道沒有清淤的情況下，實現了河道底泥原位處置與修復，保障了治理河道中黑臭的消除、水質改善與達標，實現了河道原位處理淨化，無需將汙水接入城市管網再進入汙水處理廠處理。本發明適用於城鎮及農村河道底泥汙染嚴重或是排汙主管的截汙施工有難度的河道黑臭消除及水質改善工程。

附圖說明

圖1是本發明方法涉及的裝置布設的平面結構示意圖；

圖2是本發明的曝氣頭的剖面圖；

圖3是本發明修築岸坡底泥及挺水植物的剖面結構示意圖；

圖4是本發明生態浮島的剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步描述。

參見圖1-圖4，本發明的方法，具體包括如下步驟：

（1）底泥原位處理：

將待治理河段1河水抽乾，底泥91曝曬7-10天，通過自然氧化消除內源汙染物，曝曬後在底泥上覆蓋厚10cm左右的黏土92，再將底泥91翻耕繼續曝曬一周左右，進一步削減內源汙染物，利用曝曬後的底泥91沿河岸兩邊修築岸坡9形成具有一定坡度的緩坡，岸坡坡比在1：1.5-3，岸坡9頂部與水面齊平；

（2）布設曝氣裝置：

在河道底層鋪設微孔曝氣設備，包括曝氣機2、曝氣主管3、曝氣支管5和曝氣頭6；曝氣機2和曝氣主管3安裝在河道內側，曝氣機2通過通氣管7向曝氣主管3供氣；曝氣主管3上間隔安裝三通管4，曝氣主管3通過三通管4連接曝氣支管5，曝氣支管5連接曝氣頭6，用於向河內增氧；

曝氣頭6由鋼筋61和微孔曝氣軟管62組成，將鋼筋61製成矩形結構的基架，微孔曝氣軟管62纏繞其上，形成矩形結構的曝氣頭6。矩形的大小和纏繞層數可根據河道大小、所需曝氣量和生態浮島的大小綜合決定，可採用如圖2所示的多層矩形框架，纏繞多層曝氣軟管的方式以減小矩形框架的尺寸。

曝氣頭6布設密度為1個/50-100m2，曝氣頭6曝氣量為每個15m3/h。曝氣量和布設密度的具體情況還可根據河道的汙染狀況進一步確認。

（3）布設生態浮島：

在河道水面布設生態浮島8；

所述生態浮島包括浮床、漂浮植物83和彈性填料84；浮床由框架81上覆蓋網82構成，網82上放置漂浮植物83，網83下方懸掛彈性填料84，用於掛生物膜；生態浮島8通過毛竹樁85固定於水面，與曝氣頭6交替布設；

生態浮島的製作方式具體為：採用pe管或pvc管圍成圓形框架81，圓形框架81直徑φ7-10m；圓形框架81上覆蓋聚乙烯網82，聚乙烯網82上面填滿漂浮植物83，漂浮植物83選用30~50cm的粉綠狐尾藻或銅錢草；聚乙烯網82下方懸掛彈性填料84；利用3根毛竹樁85按三角形形狀固定生態浮島8，毛竹樁85底端插入河道底泥91中，底泥91以上長度高於河道最高水位，使毛竹樁85露出水面。

生態浮島8的布設密度為，使生態浮島8覆蓋度達到水面面積的30%-50%。根據河道的汙染程度，可增加或減少生態浮島8的布設密度。

（4）曝氣裝置和生態浮島8布設完畢後，待水位恢復，水位恢復後，在修築岸坡上種植挺水植物10，將汙水在流動過程中得到淨化，原位消除汙染物；挺水植物10選用蘆葦、香蒲、美人蕉中的一種或幾種。

（5）待上述修復工程設施布設完畢後，運行微孔曝氣設備，對水體增氧，管護生態浮島8和挺水植物10。

設備運行時，還可根據河道汙染情況，噴灑微生物菌劑輔助調節水質，可以依據水質狀況，從市場選擇購置含有光合細菌、氨氧化細菌、硝化細菌等菌群的生物活性液、em富集液，按產品使用劑量說明處理調節水質。

本發明具體應用實例：2014年-2016年，將該方法應用到浙江嘉興市十多條河道治理工程中。依據2016年5月-10月份的監測數據，治理後各河道不僅消除了黑臭水體，而且水體的codmn、tp、nh4-n均達到地表水iii-iv標準，溶解氧do提高了150-300%，水質得到根本性改善。

本發明實現了河道底泥原位處置與修復，減少了河道清淤等繁瑣工程，並且在汙染物去除效率上有了一定的提高，是一種工程投資低、見效快的適合廣泛推廣應用的黑臭河道治理整裝技術。