專利名稱：三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)工程、生態(tài)修復(fù)工程和水利工程技術(shù)領(lǐng)域，特指三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外利用溝渠河流、荒地水塘等天然水土資源處理廢污水采用三種方法人工濕地方法、氧化塘方法和土地過濾方法。
人工濕地是一種國內(nèi)外已推廣應(yīng)用多年的生態(tài)治污技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，較大型人工濕地一般都是以多級(jí)串并聯(lián)方式組合。對(duì)于串連方式的濕地組合，過去一般均采用的是潛流、上下流方式，即一個(gè)單元水下流，一個(gè)單元水上流，反復(fù)地流淌。大部分采用使污水依次經(jīng)過沉淀池、推流床、下行流人工濕地、上行流人工濕地和水質(zhì)修飾塘的方法，從而使污水得到凈化，其中，推流床、下行流人工濕地和上行流人工濕地中的水流為潛流?，F(xiàn)有的人工濕地雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的生態(tài)治理，但存在著占地面積大，出水量小容易堵塞、效率低的問題。
氧化塘也稱生物塘、穩(wěn)定塘，按塘水中氧的存在狀態(tài)不同，可分為好氧塘、厭氧塘、兼性氧化塘、曝氣氧化塘。由厭氧塘-兼氧塘-好氧塘組成的氧化塘系統(tǒng)處理污水具有節(jié)省投資、節(jié)省能耗和管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。我國開發(fā)的生態(tài)氧化塘，在兼氧塘、好氧塘相應(yīng)養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚或某些水生植物，在整個(gè)氧化塘系統(tǒng)內(nèi)建立起相互協(xié)調(diào)的“食物鏈”，提高污水處理效果，被認(rèn)為是有應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)。但是自然氧化塘處理高濃度有機(jī)廢水存在處理能力低、效果差，占地面積大，產(chǎn)生惡臭及處理時(shí)間長等缺點(diǎn)。
污水土地處理系統(tǒng)是在人工控制的條件下，將污水投配在土地上，通過土壤一植物系統(tǒng)，進(jìn)行一系列物理、化學(xué)、物理化學(xué)和生物化學(xué)的凈化過程，使污水得到凈化的一種污水處理工藝。主要有快速滲濾處理系統(tǒng)和污水地下滲濾處理系統(tǒng)。污水土地處理系統(tǒng)與其它污水生物處理技術(shù)相比具有投資省、節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。存在的主要問題是水力負(fù)荷低、處理能力低和占地面積大。
以上這些方法除了各自固有的一些局限性外，此外都不能夠適應(yīng)江河大水位的變化、不能夠適應(yīng)江河水流的雙向和多向變化、以及難以適應(yīng)一年四季溫差的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于充分發(fā)掘江河水陸交錯(cuò)帶——濕地系統(tǒng)的環(huán)境生態(tài)潛能，以江河水陸交錯(cuò)帶——濕地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立投資省、效果好、管理少、景觀美和易推廣的濱河水陸交錯(cuò)帶構(gòu)造三維多向流濕地的方法，起到處理廢污水、生態(tài)護(hù)岸、美化景觀、濕地生態(tài)修復(fù)和資源循環(huán)利用的作用。
該凈化區(qū)由岸式布水凈化系統(tǒng)(法向維)、生態(tài)生物強(qiáng)化凈化系統(tǒng)(鉛錘維)和自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)(切向維)等三維凈化系統(tǒng)組成。具體包括1.岸式布水凈化系統(tǒng)(法向維)由復(fù)式護(hù)岸布水裝置、框式雨水過濾裝置組成。道路雨水收集起來經(jīng)過雨水集中排放布水裝置或雨水表面流布水裝置，再通過雨水過濾裝置進(jìn)行初步凈化。
2.所述生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置(鉛錘維)由生物浮床、可伸縮接觸氧化層、生物濾池組成的多層生態(tài)叢。生物浮床選用蘆葦、香蒲等凈化能力和根系泌氧功能強(qiáng)的植物?？缮炜s接觸氧化層由一層或多層蘆葦、作物等秸稈編制的填料席構(gòu)成。生物濾池由透水混凝土構(gòu)筑濾床床體，多孔石塊作為濾料。
3.自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)(切向維)由復(fù)氧區(qū)、生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)、濕地凈化區(qū)和布水系統(tǒng)組成。在雨水排放口的上游沿岸合適的區(qū)域建設(shè)復(fù)氧區(qū)，復(fù)氧區(qū)由復(fù)氧溝槽和水生植物構(gòu)成。


圖1平面布置圖 1-道路布水 2-岸式布水凈化系統(tǒng) 3-復(fù)氧區(qū) 4-雨水集中排放布水 5-浮動(dòng)堰 6-生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置 7-導(dǎo)流堰 8-濕地圖2自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)(切向維) 9-布水系統(tǒng) 3-復(fù)氧區(qū) 10-生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū) 8-濕地 11-出水圖3-岸式布水凈化系統(tǒng)(法向維) 12-雨水表面流布水裝置 13-岸坡 14框式雨水過濾裝置 15-濱江帶圖4框式雨水過濾裝置 16-框式護(hù)岸 17-底板 18-植生性濾料塊圖5雨水集中排放布水系統(tǒng) 19-導(dǎo)流槽 20-減速堰 21-減速生物柵 22-植物帶圖6雨水物理處理裝置 23-旋轉(zhuǎn)分離器 24-沉淀池圖7生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置(鉛錘維) 25-生物浮床 26-可伸縮接觸氧化層 27-溝渠 28-生物濾池具體實(shí)施方式
實(shí)施過程中結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，上述各凈化系統(tǒng)具體實(shí)施內(nèi)容如下1.道路雨水收集系統(tǒng)是在濱江道路兩邊設(shè)置合適尺寸的雨水收集渠，雨水收集渠通過設(shè)有合適高度的排水堰和道路下面的雨水管連通，排水堰具有分流功能將設(shè)定降雨量以下的雨水通過在雨水收集渠下部均勻布置合適管徑的排水管排至雨水過濾裝置進(jìn)行初步凈化，而超過設(shè)定降雨量的雨水的初期雨水依然經(jīng)排水管排至雨水過濾裝置進(jìn)行初步凈化，超出雨水收集渠下排水管排水量的雨水則經(jīng)過排水堰直接排放到道路下面的雨水管，雨水管將雨水匯集到河邊雨水排放口集中排放。
2.雨水表面流布水裝置是將道路靠近河道一側(cè)的河岸上表面漫流的雨水通過構(gòu)筑攔水壩、導(dǎo)流溝等來收集雨水，并將雨水布到雨水過濾裝置。
3.雨水過濾裝置由透水混凝土構(gòu)筑的框式護(hù)岸和植生性濾料塊組成。框式護(hù)岸由護(hù)墻、支撐墻、底板組成；護(hù)墻上預(yù)留連接雨水收集系統(tǒng)的進(jìn)水口；植生性濾料塊大小形狀與框式護(hù)岸的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，植生性濾料塊由陶瓷碎片、多孔石子、廢混凝土碎片、廢磚碎片等一種或多種多孔填料和營養(yǎng)土、粘結(jié)劑、多年生植物種子免燒結(jié)物理成型。植生性濾料塊與底板之間鋪設(shè)200mm左右厚的50-100mm大小的塊石，作為排水層和排水出口，將經(jīng)過過濾的雨水排到沉淀池。
4.雨水集中排放布水系統(tǒng)是根據(jù)凈化區(qū)流場設(shè)計(jì)要求，在雨水排放口通過設(shè)置減速堰、分流裝置、導(dǎo)流槽、減速生物柵、分流植物帶等流場控制設(shè)施，將集中排放的雨水分布到凈化系統(tǒng)之中。
5.雨水物理處理裝置由旋轉(zhuǎn)分離器和沉淀池構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)分離器設(shè)置在雨水集中排放口外側(cè)，該旋轉(zhuǎn)分離器可以分離出雨水中的部分固定物質(zhì)，可以削減雨水排放速度和能量，也可以根據(jù)需要改變雨水排放的流向。沉淀池沿河岸方向布置在雨水過濾裝置的外側(cè)，也可以和本發(fā)明的切向維中的復(fù)氧池合二為一。
6.復(fù)氧區(qū)和生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)之間可以設(shè)置浮動(dòng)堰，視生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)水質(zhì)、流速、流量而調(diào)節(jié)浮動(dòng)堰的堰口高度，從而控制布到生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)的水量(氧量)。
7.通過雨水集中排放布水系統(tǒng)的雨水經(jīng)過在雨水排放口下游構(gòu)建的生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)進(jìn)行凈化后通過布水系統(tǒng)排放到濕地凈化系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，然后排放到天然河流水體中。
8.在雨水排放口的上游沿岸合適的區(qū)域開挖合適尺寸的引水渠，引水渠上游與主河道連通，引水渠底部設(shè)計(jì)成倒梯形，引水渠坡比以渠坡自然穩(wěn)定為合適；該引水渠構(gòu)成復(fù)氧溝槽。選擇根系泌氧能力強(qiáng)的水生植物，一部分栽種在引水渠內(nèi)，一部分由浮床種植。這兩部分水草種植的面積小于溝槽水面積的三分之一。
9.生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)由生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置和生態(tài)沉淀池組成。生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置已如前所述，生態(tài)沉淀池由生態(tài)浮床柵欄和普通沉淀池上下組合而成。生態(tài)浮床柵欄由根莖長度不小于3米的植物作浮床植物，同時(shí)浮床下固定若干排竹竿柵欄，竹竿柵欄和植物根莖一起起到降速和攔截污染物的作用。生態(tài)浮床柵欄由足夠強(qiáng)度的纜繩固定。普通沉淀池依據(jù)凈化區(qū)流場參數(shù)和河床地質(zhì)工程勘測成果設(shè)計(jì)，按照水利工程建設(shè)規(guī)范建造。生態(tài)沉淀池一方面可以沉淀較大暴雨帶來的泥沙，一方面沉淀暴雨沖刷生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置帶出來的活性污泥。沉淀池定期進(jìn)行清理。
10.生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)和濕地之間可以設(shè)置浮動(dòng)堰，視凈化區(qū)水質(zhì)、流速、流量而調(diào)節(jié)浮動(dòng)堰的堰口高度，防止大量污染雨水沖擊濕地。
11.后期管理在運(yùn)行過程中，定期對(duì)沉淀池、導(dǎo)流槽等進(jìn)行清淤，對(duì)過濾裝置進(jìn)行清洗，定時(shí)收割植物防止植物枯萎引起二次污染等。
權(quán)利要求
1.三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是設(shè)置由法向維岸式布水凈化系統(tǒng)，鉛錘維生態(tài)生物強(qiáng)化凈化系統(tǒng)和切向維自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)三維凈化系統(tǒng)組成的凈化區(qū)，具體包括(1)岸式布水凈化系統(tǒng)由雨水表面流布水裝置、框式雨水過濾裝置組成，道路雨水經(jīng)道路雨水收集系統(tǒng)收集起來，再經(jīng)過雨水集中排放布水裝置或雨水表面流布水裝置，再通過雨水過濾裝置進(jìn)行初步凈化；(2)生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置由生物浮床、可伸縮接觸氧化層、生物濾池組成的多層生態(tài)叢；生物浮床選用蘆葦、香蒲等凈化能力和根系泌氧功能強(qiáng)的植物；可伸縮接觸氧化層由一層或多層蘆葦、作物等秸稈編制的填料席構(gòu)成；生物濾池由透水混凝土構(gòu)筑濾床床體，多孔石塊作為濾料。(3)自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)由復(fù)氧區(qū)、生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)、濕地凈化區(qū)和布水系統(tǒng)組成；在雨水排放口的上游沿岸合適的區(qū)域建設(shè)復(fù)氧區(qū)，復(fù)氧區(qū)由復(fù)氧溝槽和水生植物構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述道路雨水收集系統(tǒng)是在濱江道路兩邊設(shè)置合適尺寸的雨水收集渠，雨水收集渠通過設(shè)有合適高度的排水堰和道路下面的雨水管連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述雨水表面流布水裝置是將道路靠近河道一側(cè)的河岸上表面漫流的雨水通過構(gòu)筑攔水壩、導(dǎo)流溝等來收集雨水，并將雨水布到雨水過濾裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述雨水過濾裝置由透水混凝土構(gòu)筑的框式護(hù)岸和植生性濾料塊組成，框式護(hù)岸由護(hù)墻、支撐墻、底板組成；護(hù)墻上預(yù)留連接雨水收集系統(tǒng)的進(jìn)水口；植生性濾料塊大小形狀與框式護(hù)岸的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，植生性濾料塊由陶瓷碎片、多孔石子、廢混凝土碎片、廢磚碎片等一種或多種多孔填料和營養(yǎng)土、粘結(jié)劑、多年生植物種子免燒結(jié)物理成型，植生性濾料塊與底板之間鋪設(shè)200mm左右厚的50-100mm大小的塊石，作為排水層和排水出口，將經(jīng)過過濾的雨水排到沉淀池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述雨水集中排放布水系統(tǒng)是根據(jù)凈化區(qū)流場設(shè)計(jì)要求，在雨水排放口通過設(shè)置減速堰、分流裝置、導(dǎo)流槽、減速生物柵、分流植物帶等流場控制設(shè)施，將集中排放的雨水分布到生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)內(nèi)，消減集中排放的雨水污染物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述雨水物理處理裝置由旋轉(zhuǎn)分離器和沉淀池構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)分離器設(shè)置在雨水集中排放口外側(cè)，該旋轉(zhuǎn)分離器分離出雨水中的部分固定物質(zhì)，沉淀池沿河岸方向布置在雨水過濾裝置的外側(cè)，或與本發(fā)明的切向維中的復(fù)氧池合二為一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述復(fù)氧區(qū)和生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)之間設(shè)置浮動(dòng)堰，浮動(dòng)堰的堰口高度可調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述在雨水排放口的上游沿岸合適的區(qū)域開挖合適尺寸的引水渠，引水渠上游與主河道連通，引水渠底部設(shè)計(jì)成倒梯形；該引水渠構(gòu)成復(fù)氧溝槽，選擇根系泌氧能力強(qiáng)的水生植物，一部分栽種在引水渠內(nèi)，一部分由浮床種植，這兩部分水草種植的面積小于溝槽水面積的三分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)由生態(tài)生物強(qiáng)化凈化裝置和生態(tài)沉淀池組成，生態(tài)沉淀池由生態(tài)浮床柵欄和普通沉淀池上下組合而成；生態(tài)浮床柵欄由根莖長度不小于3米的植物作浮床植物，同時(shí)浮床下固定若干排竹竿柵欄。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法，其特征是所述生態(tài)生物強(qiáng)化凈化區(qū)和濕地之間設(shè)置浮動(dòng)堰，浮動(dòng)堰的堰口高度可調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)工程、生態(tài)修復(fù)工程和水利工程技術(shù)領(lǐng)域，特指三維多向流濕地處理排入江河面源污染和凈化河水的方法。該凈化區(qū)由岸式布水凈化系統(tǒng)(法向維)、生態(tài)生物強(qiáng)化凈化系統(tǒng)(鉛錘維)和自復(fù)氧式生態(tài)生物凈化系統(tǒng)(切向維)等三維凈化系統(tǒng)組成，充分發(fā)掘江河水陸交錯(cuò)帶——濕地系統(tǒng)的環(huán)境生態(tài)潛能，以江河水陸交錯(cuò)帶——濕地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立投資省、效果好、管理少、景觀美和易推廣的濱河水陸交錯(cuò)帶構(gòu)造三維多向流濕地的方法，起到處理廢污水、生態(tài)護(hù)岸、美化景觀、濕地生態(tài)修復(fù)和資源循環(huán)利用的作用。并按照環(huán)境技術(shù)模塊化、生態(tài)技術(shù)本土化、構(gòu)造技術(shù)工程化和管理技術(shù)簡單化的原則，建立濱江(河)區(qū)域易于推廣的方法。
文檔編號(hào)C02F3/10GK1872731SQ20061008534
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者吳春篤, 陶明清, 張波, 儲(chǔ)金宇, 張鵬, 黃衛(wèi)東, 黃勇強(qiáng), 吳沿友 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)