城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法。包括：(一)底泥內(nèi)源污染負(fù)荷的評(píng)價(jià)，(二)暴雨徑流外源污染負(fù)荷的評(píng)價(jià)，(三)生態(tài)清淤，(四)河濱生態(tài)多維循環(huán)式滲濾系統(tǒng)，(五)植物床載帶生物膜耦合太陽能曝氣與光催化氧化系統(tǒng)，(六)利用功能菌修復(fù)和強(qiáng)化底泥微生態(tài)環(huán)境，(七)近自然河道設(shè)計(jì)。該方法從內(nèi)源污染、外源污染以及水體景觀三個(gè)方面綜合考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠使內(nèi)源和外源污染均得到顯著長效的控制，對(duì)水體黑臭、富營養(yǎng)化以及環(huán)境景觀等問題都能夠較好的解決；同時(shí)可對(duì)具體問題選擇其中對(duì)應(yīng)的組合，是一種治水成本低、效果顯著，長效穩(wěn)定并且環(huán)境效益突出的整治方法。
【專利說明】城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于城市河道水污染控制的，特別涉及一種長期受到暴雨徑流污染的河 道水體控源截污和水質(zhì)保持的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 城市河流承載著城市發(fā)展和文化，不僅為人類提供飲用水源，還為市民提供休閑 娛樂、觀光游玩等多種經(jīng)濟(jì)文化價(jià)值。由于城市近郊河流周邊的農(nóng)田種植以及一些生活 垃圾的隨意堆放，暴雨徑流中會(huì)攜帶大量的懸浮固體（SS)、總氮（TN)、總磷（TP)和有機(jī)質(zhì) (OM)。對(duì)于長期受到暴雨徑流污染的河道，不僅有較多被徑流沖刷帶入的懸浮顆粒，還有豐 富的總氮、總磷以及有機(jī)質(zhì)，引起水體水質(zhì)的惡化。隨著暴雨過后水力沖擊的減緩，一些污 染物會(huì)伴隨著懸浮顆粒的沉降而進(jìn)入底泥系統(tǒng)中，導(dǎo)致底泥中氮磷、有機(jī)質(zhì)等污染物的富 集。這些懸浮物和污染物會(huì)引起河水渾濁、河床升高、水體富營養(yǎng)化以及黑臭化等問題。嚴(yán) 重影響了河流正常的行洪功能，水源功能和景觀觀賞性，對(duì)周邊居民的生活產(chǎn)生困擾。
[0003] 目前，河道治理和水質(zhì)保持技術(shù)已經(jīng)較為廣泛，涉及河道護(hù)岸、水體凈化以及底泥 修復(fù)等各個(gè)方面。雖然這些技術(shù)設(shè)計(jì)在特定的目標(biāo)起到一定的攔截控制污染物或保持水質(zhì) 的功能，但是其目標(biāo)均較為簡單，一般僅僅針對(duì)了眾多污染因素及原因中的一點(diǎn)或幾點(diǎn)，缺 乏在對(duì)暴雨徑流污染河道統(tǒng)籌考慮上的綜合整治和技術(shù)集成方法。
[0004] 已有的綜合整治技術(shù)存在諸多不足和缺陷，如處理方法單一，何池全等人 (CN102351315A)公開一種受污染河道的綜合治理方法，方法中僅涉及了一種模塊化生態(tài)護(hù) 岸，與綜合治理的理念相去甚遠(yuǎn)。鍥建強(qiáng)（CN202936242U)發(fā)明了一種外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng) 的河道綜合治理，涉及技術(shù)方法實(shí)質(zhì)是接觸氧化工藝，通過數(shù)控配合水泵抽水，僅對(duì)河水進(jìn) 行了處理，并且未對(duì)內(nèi)外污染源進(jìn)行控制，無法實(shí)現(xiàn)治標(biāo)又治本的綜合治理。此外，現(xiàn)有綜 合治理方案缺乏明確的目標(biāo)性，僅提出河道治理的籠統(tǒng)概念無法滿足復(fù)雜的具體的實(shí)際工 程需求。針對(duì)城市近郊暴雨徑流河道的現(xiàn)狀，需要統(tǒng)籌考慮，兼顧防洪排澇和生態(tài)景觀，整 治和生態(tài)修復(fù)受損河道環(huán)境系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)長期穩(wěn)定，設(shè)計(jì)一種治理效果全面、應(yīng)用范圍廣 并且易于操作的技術(shù)集成方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種整治和修復(fù)暴雨徑流污染河道（尤其是北 方全年雨水較為集中的地區(qū)河道）并實(shí)現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定保持的集成技術(shù)方法，達(dá)到截留雨水徑 流的外源污染，凈化水體水質(zhì)，削減底泥污染物質(zhì)，改善底泥-上覆水微生態(tài)環(huán)境以及提高 水體自凈能力等目的，為其治理提供技術(shù)思路和方法指導(dǎo)。本發(fā)明包括了包括前期內(nèi)、外源 污染負(fù)荷和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及近自然河道的設(shè)計(jì)，初期底泥的生態(tài)清淤，中期河濱生態(tài)多維循 環(huán)式滲濾系統(tǒng)和植物床耦合生物膜及光催化氧化系統(tǒng)的設(shè)置、近自然河道的改造以及后期 功能菌的投加以強(qiáng)化河道微生態(tài)自凈系統(tǒng)。適用于易受到暴雨徑流污染的近郊河道。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方法予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法，具體內(nèi)容如下：
[0008] (一）內(nèi)源污染負(fù)荷及釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
[0009] (1)采用具體實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行內(nèi)源污染負(fù)荷及其釋放風(fēng)險(xiǎn)調(diào)研；
[0010] (2)監(jiān)測(cè)分析關(guān)鍵點(diǎn)位及斷面的底泥沿程和縱向污染物分布及污染水平，主要包 括有機(jī)質(zhì)，總氣、總憐與重金屬指標(biāo)；
[0011] (3)分層分析底泥污染物釋放風(fēng)險(xiǎn)，包括對(duì)不同沿程、不同深度的底泥進(jìn)行污染釋 放試驗(yàn)；對(duì)不同深度的底泥釋放進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；
[0012] 底泥監(jiān)測(cè)樣品取雙采樣垂線上的柱狀泥樣，采樣深度為I. 5m?2. Om ;
[0013] (二）暴雨徑流入河污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
[0014] (1)依據(jù)水文估算法對(duì)暴雨徑流入河前的污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估算和評(píng)價(jià)；
[0015] (2)對(duì)監(jiān)測(cè)斷面上典型降雨的入河前徑流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括懸浮顆粒（SS)、溶解性 總氮、溶解性總磷、溶解性有機(jī)質(zhì)以及顆粒態(tài)總氮、總磷、氨氮和有機(jī)質(zhì)，結(jié)合降雨量確定全 年典型降雨的污染負(fù)荷量；監(jiān)測(cè)水樣取雙采樣垂線上水面下〇. 5m和底泥表層上0. 5m的兩 占.
[0016] (3)根據(jù)暴雨前后，評(píng)價(jià)徑流沖擊對(duì)河道水質(zhì)的響應(yīng)濃度變化的影響，對(duì)污染負(fù)荷 的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；
[0017] (三）制定生態(tài)清淤技術(shù)方案
[0018] (1)調(diào)查受污河段的底泥沉積面積以及沿程斷面深度，確定底泥縱橫斷面形態(tài)，確 定清淤面積；
[0019] (2)根據(jù)步驟（一）（2)所述內(nèi)源污染負(fù)荷以及（一）（3)所述分層風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)確定 合理的清淤深度；
[0020] (3)根據(jù)上述清淤面積和深度確定清淤工程量，選配滿足施工要求的清淤設(shè)施，確 定具體施工方案并實(shí)施；
[0021] (四）設(shè)置植物床載帶生物膜耦合太陽能曝氣與光催化氧化的水質(zhì)凈化及保持系 統(tǒng)
[0022] (1)通過設(shè)置植物床（3)去除水體中的TN、TP ;
[0023] (2)在植物床⑶底部懸掛立體彈性填料，其上附著生長生物膜（6)，以去除水體 中的COD及氨氮；
[0024] (3)在植物床（3)中設(shè)置一體式太陽能曝氣裝置（4)，提高水體的復(fù)氧速率，提高 水體中食物鏈代謝活性，保持水體自凈能力；
[0025] (4)在植物床⑶外圍延伸0. 5m的透水塑料板，鋪設(shè)光催化氧化膜（5)用以降解 水體中的難降解有機(jī)物；
[0026] (五）設(shè)置河濱生態(tài)多維循環(huán)式滲濾系統(tǒng)
[0027] (1)依據(jù)步驟（二）所述暴雨徑流污染負(fù)荷分析，設(shè)置河濱生態(tài)多維循環(huán)式滲濾系 統(tǒng)，該系統(tǒng)由河濱生態(tài)緩沖帶（1)和植生滯留帶（2)兩部分組成；
[0028] (2)污染去除負(fù)荷取 30 ?40g_C0D/(m2 ? d), 8 ?IOg-氨氮 /(m2 ? d)和 I. 0 ? 1.5g-總磷Am2 ?(!);依據(jù)步驟（二）中得到的最大日降雨污染負(fù)荷計(jì)算植生滯留帶（2)的 有效表面積，然后通過最大日降雨量計(jì)算植生滯留帶（2)的有效體積，但需要核算深度不 超過I. 2m ;
[0029] (3)植生滯留帶（2)從上至下依次為挺水植物、土壤、砂礫填料；土壤層厚度為 0. 2?0. 4m，填料層厚度為0. 5m ;
[0030] (六）設(shè)置功能菌強(qiáng)化底泥微生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)
[0031] (1)根據(jù)步驟（一）、（二）確定的污染物種類來確定對(duì)應(yīng)降解活性較強(qiáng)的功能菌；
[0032] (2)采用附著于固體顆粒的干式菌劑，對(duì)表層底泥的污染物質(zhì)進(jìn)行降解。
[0033] (3)從底泥中分離和篩選凈化降污特征明顯的功能菌，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化針對(duì)目標(biāo)河 道水體及底泥現(xiàn)狀的菌群配比、投加比例、投加方式，依據(jù)確定的菌群配比、投加比例和投 加方式將功能菌劑投加至目標(biāo)河段；
[0034] (七）近自然河道設(shè)計(jì)
[0035] (1)在河道平直的區(qū)段設(shè)置中央島嶼（7)，使河水水流被迫減少過水面積，從而可 以促使河水在行進(jìn)過程中產(chǎn)生流速快慢的變化，增進(jìn)水體水平流動(dòng)活性；中央島嶼（7)中 可以種植花草樹木，增強(qiáng)景觀效果，同時(shí)能輔助周邊環(huán)境的凈化；
[0036] (2)在500?700m間隔范圍內(nèi)，在底泥表面鋪設(shè)最大厚度為0. 8?I. 2m，順?biāo)?方向長為90?IOOm的碎石層（10)，增加水體縱向流動(dòng)并減緩底泥中污染物的釋放；
[0037] (3)河岸護(hù)岸⑶邊鋪設(shè)砂土和卵石；
[0038] (4)向經(jīng)過凈化處理后的河道投撒100?200尾/km的魚苗,包括鰱魚、鳙魚、鯉 魚、鯽魚豐富水體的生物多樣性。
[0039] 所述步驟一（3)的分層分析間隔為20cm。
[0040] 所述步驟二⑴的水文估算法是結(jié)合雨水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和公式估算全年總

【權(quán)利要求】
1. 一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法，具體內(nèi)容如下： (一） 內(nèi)源污染負(fù)荷及釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) (1) 采用具體實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行內(nèi)源污染負(fù)荷及其釋放風(fēng)險(xiǎn)調(diào)研； (2) 監(jiān)測(cè)分析關(guān)鍵點(diǎn)位及斷面的底泥沿程和縱向污染物分布及污染水平，主要包括有 機(jī)質(zhì)，總氣、總憐與重金屬指標(biāo)； (3) 分層分析底泥污染物釋放風(fēng)險(xiǎn)，包括對(duì)不同沿程、不同深度的底泥進(jìn)行污染釋放試 驗(yàn)；對(duì)不同深度的底泥釋放進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 底泥監(jiān)測(cè)樣品取雙采樣垂線上的柱狀泥樣，采樣深度為1. 5m?2. Om ; (二） 暴雨徑流入河污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) (1) 依據(jù)水文估算法對(duì)暴雨徑流入河前的污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估算和評(píng)價(jià)； (2) 對(duì)監(jiān)測(cè)斷面上典型降雨的入河前徑流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括懸浮顆粒（SS)、溶解性總氮、 溶解性總磷、溶解性有機(jī)質(zhì)以及顆粒態(tài)總氮、總磷、氨氮和有機(jī)質(zhì)，結(jié)合降雨量確定全年典 型降雨的污染負(fù)荷量；監(jiān)測(cè)水樣取雙采樣垂線上水面下〇. 5m和底泥表層上0. 5m的兩點(diǎn)； (3) 根據(jù)暴雨前后，評(píng)價(jià)徑流沖擊對(duì)河道水質(zhì)的響應(yīng)濃度變化的影響，對(duì)污染負(fù)荷的風(fēng) 險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)； (三） 制定生態(tài)清淤技術(shù)方案 (1) 調(diào)查受污河段的底泥沉積面積以及沿程斷面深度，確定底泥縱橫斷面形態(tài)，確定清 淤面積； (2) 根據(jù)步驟（一）（2)所述內(nèi)源污染負(fù)荷以及（一）（3)所述分層風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)確定合理 的清淤深度； (3) 根據(jù)上述清淤面積和深度確定清淤工程量，選配滿足施工要求的清淤設(shè)施，確定具 體施工方案并實(shí)施； (四） 設(shè)置植物床載帶生物膜耦合太陽能曝氣與光催化氧化的水質(zhì)凈化及保持系統(tǒng) (1) 通過設(shè)置植物床（3)去除水體中的TN、TP ; (2) 在植物床（3)底部懸掛立體彈性填料，其上附著生長生物膜（6)，以去除水體中的 COD及氨氮； (3) 在植物床（3)中設(shè)置一體式太陽能曝氣裝置（4)，提高水體的復(fù)氧速率，提高水體 中食物鏈代謝活性，保持水體自凈能力； (4) 在植物床（3)外圍延伸0. 5m的透水塑料板，鋪設(shè)光催化氧化膜（5)用以降解水體 中的難降解有機(jī)物； (五） 設(shè)置河濱生態(tài)多維循環(huán)式滲濾系統(tǒng) (1)依據(jù)步驟（二）所述暴雨徑流污染負(fù)荷分析，設(shè)置河濱生態(tài)多維循環(huán)式滲濾系統(tǒng)， 該系統(tǒng)由河濱生態(tài)緩沖帶（1)和植生滯留帶（2)兩部分組成； ⑵污染去除負(fù)荷取30?40g-C0D/ (m2 ?(!)，8?10g-氨氮/ (m2 ?(!)和1. 0?1. 5g-總 磷八!112 ?(!);依據(jù)步驟（二）中得到的最大日降雨污染負(fù)荷計(jì)算植生滯留帶（2)的有效表面 積，然后通過最大日降雨量計(jì)算植生滯留帶（2)的有效體積，但需要核算深度不超過1.2m; (3)植生滯留帶（2)從上至下依次為挺水植物、土壤、砂礫填料；土壤層厚度為0. 2? 〇.4m，填料層厚度為0.5m; (六） 設(shè)置功能菌強(qiáng)化底泥微生態(tài)環(huán)境系統(tǒng) (1) 根據(jù)步驟（一）、（二）確定的污染物種類來確定對(duì)應(yīng)降解活性較強(qiáng)的功能菌； (2) 采用附著于固體顆粒的干式菌劑，對(duì)表層底泥的污染物質(zhì)進(jìn)行降解。 (3) 從底泥中分離和篩選凈化降污特征明顯的功能菌，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化針對(duì)目標(biāo)河道水 體及底泥現(xiàn)狀的菌群配比、投加比例、投加方式，依據(jù)確定的菌群配比、投加比例和投加方 式將功能菌劑投加至目標(biāo)河段； (七）近自然河道設(shè)計(jì) (1) 在河道平直的區(qū)段設(shè)置中央島嶼（7)，使河水水流被迫減少過水面積，從而可以促 使河水在行進(jìn)過程中產(chǎn)生流速快慢的變化，增進(jìn)水體水平流動(dòng)活性；中央島嶼（7)中可以 種植花草樹木，增強(qiáng)景觀效果，同時(shí)能輔助周邊環(huán)境的凈化； (2) 在500?700m間隔范圍內(nèi)，在底泥表面鋪設(shè)最大厚度為0. 8?1. 2m，順?biāo)鞣较?長為90?100m的碎石層（10)，增加水體縱向流動(dòng)并減緩底泥中污染物的釋放； (3) 河岸護(hù)岸（8)邊鋪設(shè)砂土和卵石； (4) 向經(jīng)過凈化處理后的河道投撒100?200尾/km的魚苗，包括鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽 魚豐富水體的生物多樣性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法， 其特征在于，所述步驟一（3)的分層分析間隔為20cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持 方法，其特征在于，所述步驟二（1)的水文估算法是結(jié)合雨水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和公式估算全 年總污染負(fù)荷，SI
?式中P代表污染物流量加權(quán)平均質(zhì)量濃度，即
Q、AT、P分別代表某次降雨過程的流量、降雨歷時(shí)和檢測(cè)過程中算 術(shù)平均質(zhì)量濃度，n是降雨過程監(jiān)測(cè)的次數(shù)，a代表不同污染物，包括懸浮顆粒SS、COD、顆粒 態(tài)和溶解性總氮、總磷以及氨氮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法， 其特征在于，所述步驟二（3)的典型降雨為豐水期平均降雨強(qiáng)度等于和大于2. 5_/h的降 雨以及枯水期降雨量超過枯水期年平均降雨總量50%的降水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法， 其特征在于，所述步驟三（2)中清淤深度確定方法采用底泥基質(zhì)污染物含量及釋放速率實(shí) 驗(yàn)相結(jié)合的方法確定，當(dāng)不同深度分層區(qū)段底泥的有機(jī)質(zhì)含量小于或等于1. 〇%、總氮含量 小于或等于〇. 1 %、總磷含量小于或等于〇. 05%，或者在動(dòng)態(tài)擾動(dòng)試驗(yàn)中最大釋放速率：TP 小于等于1. 〇mg/m2/d、TN小于等于40. 0mg/m2/d時(shí)的深度區(qū)段中值作為保留深度，其以上深 度的底泥直至表層底泥作為生態(tài)清淤的目標(biāo)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方 法，其特征在于，所述步驟六中的功能菌包括高效降解酵母菌、放線菌，聚磷菌，異養(yǎng)硝化 菌-好氧反硝化菌。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法， 其特征在于，所述步驟六（3)中的投加比例m/v即菌劑干重與服務(wù)體積之比，為1/50000? 1/200000 ;投加菌群配比為酵母菌、放線菌、異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌為2:1:1，投加方式為 一半投加均勻撒入上覆水體，一半以兩岸-河中三點(diǎn)式埋入底泥中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方法， 其特征在于，所述步驟七（1)的中央島嶼（7)最低標(biāo)高應(yīng)略高于河流常水位的上限值，但 低于洪水位以及兩岸的護(hù)坡，且設(shè)置中央島嶼（7)的平面形態(tài)為近橢圓形，以此減少中央 島嶼（7)對(duì)河水流動(dòng)性的阻礙；被中央島嶼（7)分割的兩條支流寬度不應(yīng)小于河道寬度的 1/5。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方 法，其特征在于，所述步驟七（2)碎石層（10)最大厚度不超過河水水深的1/5,沿程長度為 25?40m，布置間隔應(yīng)保證1. 5km以上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市近郊暴雨徑流污染河道綜合整治和水質(zhì)保持方 法，其特征在于，所述步驟六中功能菌的投加位置可以選擇在碎石層（10)前，有效減少投 加的功能菌被水流沖刷至下游。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK104278656SQ201410437812
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】孫井梅, 李檬, 于佳瀛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)