去除微汙染河水氮磷的生態迴廊及其建造方法
2023-07-29 18:21:16
專利名稱：去除微汙染河水氮磷的生態迴廊及其建造方法
技術領域：
本發明涉及一種微汙染河水的處理系統及其建造方法，更具體的說是去除微汙染 河水氮磷的生態迴廊及其建造方法。
背景技術：
隨著現代經濟的迅速發展，受工業和城市廢水以及農田地表徑流等人為因素的影 響，河流汙染問題日益嚴重。有研究表明，環太湖53條出入湖河流水質以IV和V類水為主， 劣於V類的河流佔總出入湖水系總數的比例也相對較高，達到了 24%。(餘輝，燕姝雯，徐 軍.太湖出入湖河流水質多元統計分析.長江流域資源與環境，2010，19 (6) :696-702.)。目前我國湖泊的主要環境問題為水體富營養化，引起水體富營養化的主要汙染物 是氮、磷等營養物質，而入湖河流是其汙染的主要來源。入湖河流多為微汙染河流，其氮磷 和有機物去除是控制湖泊富營養化的關鍵之一。微汙染河水治理有自身的特殊性，和生活 汙水相比，屬於低濃度微汙染水體，在處理工藝、處理要求上有很大的差別，不能套用現有 的汙水處理方法和理論。微汙染河道水體的產生、水量和水質的主要特點為(1)河道汙水 流量大且流量變化有明顯的季節性和周期性。一般夏季多雨期河道流量較大，而冬春季節 河道流量較小有很強的季節性；受汙染河流水流量一般都比較大，處理難度增加；(2)汙染 物濃度較低，水質指標高錳酸鹽指數平均低於20mg/L，氨氮平均低於5mg/L，TN低於IOmg/ L，TP低於0. 5mg/L,濃度遠低於生活汙水和工業廢水。(3)河流水系覆蓋面大，來水汙染物 濃度變化較大。一般河流枯水期汙染物濃度最高，平水期濃度居中，豐水期濃度最低。(4) 河流水體汙染物種類複雜，不僅含有氮磷和有機物等汙染物，還包括不可降解汙染物和其 他有毒汙染物。目前對於微汙染河水淨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。根據處理的位置不同，又可分為原位處理法和異位處理法。物理方法主要有調水稀釋法、底泥疏浚法和機械曝氣法。此法中多為原位處理法。1、調水稀釋法調水稀釋就是通過建間門和泵站，用人工的方法調來系統外部清 水，加大河水流速，加快河水水體的置換速度，使汙水團得到稀釋，恢復河水的生態功能。調 水稀釋技術較其他的技術有見效迅速、副作用小，而且有條件的地區，如太湖流域等平原河 網地區實施方便；本技術可以在短期內對河流水體高濃度的氮磷和有機物迅速稀釋。缺點(1)調水稀釋法雖然可視引入水量和水質的狀況，適當改善區域水環境的 質量，但是作用有限。調水稀釋靠大引大排來改善水環境，偏重於治標，未能治本。(2)成本 十分高。(3)可能導致下遊河流水體的汙染。(4)需要合適的清水來源。2、底泥疏浚法底泥汙染是目前我國大部分河流水體汙染的一個重要來源。疏浚底泥可以去除底 泥中的營養鹽和有機物，減少底泥營養鹽向上層水體的釋放。底泥疏浚作為水環境綜合治 理中的一項重要措施，其技術已經被廣泛應用。當前我國多條城市河流都應用清淤作為水 環境整治的重要方法，太湖、滇池、巢湖等湖泊也進行了生態清淤以治理水體的富營養化，
3並取得了良好的效果。缺點(1)底泥擾動。疏浚時的擾動引起底泥懸浮，底泥營養鹽釋放嚴重，導致疏 浚達不到預期效果；(2)汙染物質的再次遷移。與疏浚伴隨產生的大量疏浚底泥需要妥善 處置，否則容易造成二次汙染；(3)底棲生態系統的破壞。底泥疏浚後底棲生態系統被完全 破壞，這種幾年乃至幾十年形成的生態系統一旦破壞很難修復和重建。(4)費用昂貴。底泥 疏浚工程是水力和土木工程，需耗費大量人力、物力和財力。3、機械曝氣法通過機械曝氣給河流富氧，以達到去除水體有機物的目的，這項技術可以有效去 除水體的有機物含量和惡臭等氣味。缺點(1)需要持續的能源供應，價格昂貴；(2)曝氣機械需放置在河道中，影響河 流通航。化學方法主要是向受汙染河水中投加混凝劑、酶抑制劑等，使河流汙染物絮凝沉 澱，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、飲用水淨化中應 用較廣泛。也是原位處理方法。缺點(1)易引起二次汙染。投加物質本身就是一種化學試劑，可能會改變水體環 境，毒害某種水生生物；(2)化學試劑價格昂貴，不適合長期使用。生物生態方法主要有人工溼地、生態浮床技術等技術。1、人工溼地人工溼地是一種由人工構建和調控的溼地系統，通過其在生態系統中物理、化學 和生物作用的優化組合來進行廢水處理。基質、植物和微生物與多溼環境共同構成了人工 溼地的基本要素，形成了溼地特有的生態系統。在受汙染河流中適當設置人工溼地，有利於 河流水體的汙水淨化、吸附受汙水體中的營養物質，達到淨化修復微汙染河水的作用。目前 人工溼地法廣泛應用於生活汙水淨化、汙水處理廠尾水深度處理、降雨徑流和面源汙水處 理、微汙染水源水預處理、富營養化水體控制等領域，取得了不錯的效果。此技術為異位處 理法。缺點(1)人工溼地填料比例要求比較高，技術相對複雜，而且造價高，不適於大 規模水體處理；(2)日常維護較複雜。人工溼地填料容易堵塞，造成溼地的處理效率下降， 甚至停止工作。(3)受環境氣溫和季節性影響較明顯；(4)佔地面積大，水力負荷小，工程技 術要求較高。2、生態浮床技術生態浮床技術是按照自然規律，運用無土栽培技術，以高分子材料或者竹木材料 為載體(浮床)，將高等水生植物或改良的陸生植物種植到富營養化水體的水面，通過植 物根部的吸收、吸附作用和物種競爭相剋機理，削減水體中的氮磷及有機物質，從而淨化水 質，並可創造多種生物生息繁衍的棲息環境，從而淨化水質，重建恢復水生生態系統，並可 通過收穫植物的方法將營養鹽移出水體，使水質得到改善。生態浮床出了能夠去除水體中 的汙染物，還有良好的景觀效果、增加水體生物多樣性以及一定的經濟效益。缺點(1)目前生態浮床的應用一般屬於原位水體修復，需要佔用較大的水面面 積，影響河流通航和防汛；(2)水生植物生長受光照、氣溫和季節等環境因素影響較大，使 得生態浮床在全年淨化效果波動較大。
3、穩定塘穩定塘是一種利用自然淨化能力對汙水進行處理的構築物，汙水在塘內緩慢流 動，經一段時間停留，通過汙水中的細菌和藻類的代謝活動以及包括水生植物在內的多種 生物的綜合作用，如生物降解、水生植物的光合作用等，使有機汙染物降解，汙水得到淨化。 氧化塘的優點(1)充分利用地形，工程簡單，建設投資小；(2)能夠實現汙水資源化，使汙 水處理與利用相結合；(3)氧化塘依靠自然功能處理汙水，能耗低，便於維護，運行費用低。 是一種異位處理技術。缺點(1)佔地面積大，在土地資源緊缺的地方不宜採用；(2)汙水淨化效果很大 程度上受季節、氣溫光照等自然因素的影響，效果不夠穩定；(3)防滲漏處理不當可能會導 致汙染地下水；(4)易於散發臭氣和滋生蚊蠅等。我國河流微汙染富營養化河水流量大且流量變化有明顯的季節性和周期性；汙染 物濃度較低，水質指標高錳酸鹽指數平均低於20mg/L，氨氮平均低於5mg/L，TN低於IOmg/ L，TP低於0. 5mg/L,濃度遠低於生活汙水和工業廢水；河水汙染物濃度變化較大，一般河流 枯水期汙染物濃度最高，平水期濃度居中，豐水期濃度最低；河流水體汙染物種類複雜，不 僅含有氮磷和有機物等汙染物，還包括不可降解汙染物和其他有毒汙染物。綜合以上特點， 微汙染河水治理技術應該具備較強的抗衝擊負荷能力和高效的去汙能力，同時需具備易管 理、投資省和運行成本低優點，並且保證出水達到國家相關標準，並力求達到出水的資源化 和再利用。經典的生態廊道(Ecological corridor)，是具有一定寬度的條帶狀區域，該區域 具有重要的生態功能，對水和礦質養分的徑流起著調節作用，可抵禦洪水，減少淤積和土壤 肥力損失，並能促進廊道內動植物沿廊道遷徙，生態廊道理論目前已經被廣泛應用景觀生 態學及生物保護領域之中。但生態廊道現在只是用於生態系統的保護而並未涉及環境領域 中水汙染治理及汙染物的去除。
發明內容
1、發明要解決的技術問題本發明的目的是提供去除微汙染河水氮磷的生態迴廊 及其建造方法，本發明通過建造形成生態迴廊，能克服常規微汙染水處理技術的許多缺陷， 針對目前我國河流的汙染現狀，使用範圍廣，處理效果穩定，能同時去除微汙染水中有機 物、氮和磷。2、技術方案本發明的原理利用生態迴廊的空間布局特性，增加處理系統內地形多樣性、汙 水_基質接觸面積和汙水水力停留時間，利用水生植物淨化作用、土壤介質的吸附作用、微 生物硝化反硝化作用以及水體顆粒物的沉降去除作用等綜合作用去除微汙染富營養化水 體的氮磷和有機物，從而達到更好的去除效率。本發明採用的生態迴廊，則是利用生態廊道 的一些特徵，採用導流壩、生物浮床、水生植物等綜合處理技術，來異位處理微汙染河水的 方法。本發明的技術方案為去除微汙染河水氮磷的生態迴廊，包括面積4000m2以上的水塘，設有進水口和溢 流出水口，該水塘的寬度不小於40m，長度IOOm以上，水深1.5-2. 0m，與水塘長度平行方
5向有與岸邊相連的導流壩，相近的導流壩之間的相連的岸邊為相對方向，導流壩的數量為 2個或2個以上，導流壩的長度為水塘長度的3/4及以上，導流壩與岸邊以及導流壩之間 形成導流迴廊，導流迴廊中設置浮葉植物或者固定的生態浮床，生態浮床的水面覆蓋率為 10% -20%。上述的導流壩之間的寬度為10-20m，導流迴廊長寬比大於2 1。導流壩坡度系 數為1 2-1 3，壩頂高程比水塘控制水位高10-15cm，壩頂寬度l-2m，壩頂及壩體兩側 0. 5m水深範圍內種植挺水植物，壩體兩側0. 5-lm水深範圍內種植浮葉植物。挺水植物為蘆葦、菖蒲或其混合，種植密度為10 20株/m2，浮葉植物為菱、睡蓮、 荇菜或其任意混合，種植密度為5 10株/m2。生態浮床上種植水生植物旱傘草、美人蕉或 其任意混合，種植密度為9 12株/m2。去除微汙染河水氮磷的生態迴廊的建造方法，其步驟為(1)選取便於從微汙染河流引水的水塘作為生態迴廊系統構建場所，使得其面積 4000m2以上，寬度40m以上，長度IOOm以上，水塘有進水口和溢流出水口 ；(2)對水塘底部做夯實和簡單防滲處理，塘底坡度控制在0. 1 %內；(3)修建導流壩，構建導流迴廊，導流壩修建數量在2條或2條以上，與水塘長度 平行方向，導流迴廊長寬比大於2 1，導流壩每隔10-20m修建一條，為平直形狀，坡度系 數為1 2-1 3之間，導流壩與水塘岸邊相連，相近的導流壩之間的相連的岸邊為相對方 向；導流壩的構建保證水流方向從進口流向出口。(4)導流迴廊中線設置生態浮床，以木樁或者竹子固定，生態浮床的水面覆蓋率在 10% -20%，浮床上種植水生植物。壩體以取到的無雜質的土壤素土和素土中加入體積比為4%的生石灰攪勻而成的 石灰土構建，其中壩底至水下Im深度為石灰土夯實而成，水下Im深至壩頂為素土夯實而 成。上述生態迴廊系統水力停留時間為3-5天。本發明實現淨化水體的過程河水進入系統後，部分氮磷和有機質經過生態浮床 上旱傘草、美人蕉等高等植物的吸收和植物根部硝化細菌的硝化-反硝化作用等作用的到 去除；部分氮磷和有機質以顆粒物的形式沉降到系統的底部；部分氮磷和有機質被導流壩 土壤吸附和轉化；部分氮磷和有機質被導流壩上種植的水生植物所吸收和轉化。3、有益效果本發明提供了去除微汙染河水氮磷的生態迴廊及其建造方法，通過本發明建造的 到的生態迴廊處理微汙染河水(水質指標平均高錳酸鹽指數15mg/L以下，氨氮2mg/L以 下，TN 8mg/L以下，TP 0. 5mg/L以下)，控制系統水力負荷為0. 5m7m2/d左右，水力停留時 間2-4天，經處理後大部分水質指標可以達到並優於國家地表水水質標準(GB2002-3838) 中的IV-V類標準。淨化後的水體最終經過系統後端的溢流出口出流，並用於漁業、景觀、農 業灌溉用水等。
圖1為本發明的平面結構示意圖。其中1、水塘提岸；2、導流壩；3、生態浮床；4、 進水管道；5、溢流出水口 ；6、簡易防漏底基；7、素土壩；8、灰土壩基；9、浮葉植物(菱、睡蓮和荇菜)；10、挺水植物(蘆葦、菖蒲)；圖中箭頭為水流方向。圖2本發明的A-A，剖視圖。具體實施方法現結合附圖和實施例進一步說明本發明實施例1 在蘇南某處河流微汙染河水進行生態迴廊淨化工程(大型)的試驗。該河為某湖 泊的一條入湖河流，受上遊生活汙水和農業面源汙水汙染，水體呈富營養化狀態。(1)生態迴廊構建選址情況選擇夏溪河沿岸、河流潿湖入湖口附近水塘為工程 地址，水塘形狀近似長方形，面積為IOOmX 200m = 20000m2。(2)對水塘底部清淤，並做夯實和簡單防滲處理構成簡易防漏底基6，塘底坡度控 制在0. 內；(3)修建生態迴廊系統進水口 4和溢流出水口 5，系統水深1. 5m,用溢流出水方式 控制系統內的水深；(4)修建導流壩2，構建導流迴廊。與水塘長度平行方向有與水塘提岸1相連的導 流壩，導流壩2每隔18m修建一條，相近的導流壩之間的相連的岸邊為相對方向，共修建5 條，全長750m，導流壩坡度係數1 2。壩體以素土和素土中加入體積比為4%的生石灰攪勻 而成的石灰土構建，其中壩底至水下Im深度為素土中加入體積比為4%的生石灰攪勻而成 的石灰土夯實而成灰土壩基8，水下Im深至壩頂為素土夯實而成素土壩7，壩頂高程比水塘 控制水位高5-lOcm。壩頂及壩體兩側0.5m水深範圍內種植挺水植物10 (蘆葦、菖蒲1 1 配比，20株/m2)，壩體兩側0.5-lm水深範圍內種植浮葉植物9(菱、睡蓮、荇菜1 1 1配 比，10 株/m2)。(5)導流迴廊寬度為18m，迴廊中線設置生態浮床3，以木樁固定。生態浮床的水面 覆蓋率10%，浮床上種植水生植物(旱傘草、美人蕉1 1配比，9株/m2)。(6)生態迴廊系統設計處理能力10000m3/d，水力停留時間3d。該河的微汙染河水經過本生態迴廊系統淨化後，水質得到明顯改善，系統氮、磷和 有機物全年平均進出水濃度和去除率如下
權利要求
1.一種去除微汙染河水氮磷的生態迴廊，包括面積4000m2以上的水塘，設有進水口和 溢流出水口，其特徵在於該水塘的寬度不小於40m，長度IOOm以上，水深1. 5-2. 0m，與水塘 長度平行方向有與岸邊相連的導流壩，相近的導流壩之間的相連的岸邊為相對方向，導流 壩的數量為2個或2個以上，導流壩的長度為水塘長度的3/4及以上，導流壩與岸邊以及導 流壩之間形成導流迴廊，導流迴廊中設置浮葉植物或者固定的生態浮床，生態浮床的水面 覆蓋率為10%-20%。
2.根據權利要求1所述的生態迴廊，其特徵在於導流壩之間的寬度為10-20m，導流回 廊長寬比大於2 :1。
3.根據權利要求2所述的生態迴廊，其特徵在於導流壩坡度係數為1:2-1 :3，壩頂高 程比水塘控制水位高10-15cm，壩頂寬度l_2m，壩頂及壩體兩側0. 5m水深範圍內種植挺水 植物，壩體兩側0. 5-lm水深範圍內種植浮葉植物。
4.根據權利要求3所述的生態迴廊，其特徵在於挺水植物為蘆葦、菖蒲或其混合，種植 密度為10 20株/m2，浮葉植物為菱、睡蓮、荇菜或其任意混合，種植密度為5 10株/m2。
5.根據權利要求14中任一項所述的生態迴廊，其特徵在於生態浮床上種植水生植物 旱傘草、美人蕉、蕹菜、水芹或其任意混合，種植密度為9 12株/m2。
6.去除微汙染河水氮磷的生態迴廊的建造方法，其步驟為(1)選取便於從微汙染河流引水的水塘作為生態迴廊系統構建場所，使得其面積 4000m2以上，寬度40m以上，長度IOOm以上，水塘有進水口和溢流出水口 ；(2)對水塘底部做夯實和簡單防滲處理，塘底坡度控制在0.1%內；(3)修建導流壩，構建導流迴廊，導流壩修建數量在2條或2條以上，與水塘寬度平行 方向，導流迴廊長寬比大於2 :1，導流壩每隔10-20m修建一條，為平直形狀，坡度係數為1 2-1 :3之間，導流壩與水塘岸邊相連，相近的導流壩之間的相連的岸邊為相對方向；導流壩 的構建保證水流方向從進口流向出口 ；(4)導流迴廊中線設置生態浮床，以木樁或者竹子固定，生態浮床的水面覆蓋率在 10%-20%，浮床上種植水生植物。
7.根據權利要求6所述的生態迴廊的建造方法，其特徵在於壩頂高程比水塘控制水 位高10-15cm，壩頂寬度l_2m，壩頂及壩體兩側0. 5m水深範圍內種植挺水植物，壩體兩側 0. 5-lm水深範圍內種植浮葉植物。
8.根據權利要求6或7所述的生態迴廊的建造方法，其特徵在於壩體以取到的無雜質 的土壤素土和素土中加入素土體積的4%的生石灰攪勻而成的石灰土構建，其中壩底至水 下Im深度為石灰土夯實而成，水下Im深至壩頂為素土夯實而成。
全文摘要
本發明公開了去除微汙染河水氮磷的生態迴廊及其建造方法，屬於河水汙染治理領域。生態迴廊位於面積4000m2以上的水塘中，水塘長度方向平行有導流壩，相近的導流壩之間位置相對，導流壩的數量為2個或2個以上，導流壩的長度為水塘長度的3/4及以上，導流壩與岸邊以及導流壩之間形成導流迴廊，導流迴廊中設置浮葉植物或者固定的生態浮床，生態浮床的水面覆蓋率為10%-20%。通過修建導流壩構建導流迴廊和設置生態浮床來建造生態迴廊。經生態迴廊處理後微汙染河水大部分水質指標可以達到並優於國家地表水水質標準(GB2002-3838)中的Ⅳ-Ⅴ類標準。淨化後的水體最終經過系統後端的溢流出口出流，並用於漁業、景觀、農業灌溉用水等。
文檔編號C02F3/34GK102001753SQ201010512758
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者孔祥吉, 張後虎, 張毅敏, 張永春, 晁建穎, 高月香 申請人:環境保護部南京環境科學研究所