本發(fā)明屬于生態(tài)修復(fù)工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：城鎮(zhèn)河道是城市生態(tài)環(huán)境的重要依托，是一種重要的自然資源與環(huán)境載體，它是指發(fā)源于城區(qū)或流經(jīng)城區(qū)的河流或河段，以及歷史由人工開挖、經(jīng)多年演化并具有自然河流特點的運河、渠系。與其它河流相比，城鎮(zhèn)河道與人類的生產(chǎn)生活活動關(guān)系更為密切，在城市規(guī)劃建設(shè)中發(fā)揮的作用也更為顯著，因此，城鎮(zhèn)河道的水文特征、物理形態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)更易受到人類活動的干預(yù)。隨著城市建設(shè)步伐的加快、人口的日益增長，大量未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水被排入河流，導(dǎo)致與人類生活息息相關(guān)的河流生態(tài)系統(tǒng)正在逐漸退化，尤其是城鎮(zhèn)中小河流，污水收集效率與處理規(guī)模有限，再加上其環(huán)境容量小、自凈能力弱，生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞，加強(qiáng)對城鎮(zhèn)河道的水質(zhì)改善和生態(tài)修復(fù)工作迫在眉睫。目前，國內(nèi)外研究人員對于河流污染修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了一定的研究成果。河流污染修復(fù)技術(shù)是指通過各種技術(shù)和手段，使污水中的污染物得以去除或轉(zhuǎn)化的方法。根據(jù)凈化原理的不同，河道水體凈化技術(shù)可以分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)三大類。物理處理工藝具有設(shè)備簡單、成本低、管理方便等優(yōu)點，但是受適用范圍和不能徹底修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)缺點的限制，物理修復(fù)技術(shù)往往需要與其他修復(fù)技術(shù)配合應(yīng)用?；瘜W(xué)修復(fù)法簡單講就是利用化學(xué)藥劑的化學(xué)及物化作用，包括中和、沉淀、絮凝等，將污染物從水相轉(zhuǎn)移到另一種物相的方法。目前有應(yīng)用實例的化學(xué)凈化方法主要包括化學(xué)除藻和絮凝沉淀，都取得了一定的效果。雖然采用化學(xué)修復(fù)法簡便易行且見效快，但并未從根本上消除污染物，而且投加化學(xué)藥劑易產(chǎn)生二次污染。實踐表明，無論是采用物理方法的疏挖底泥和人工復(fù)氧曝氣，還是采用化學(xué)修復(fù)方法，都不能在河流中取得持久有效的效果，甚至還會加劇破壞原有生態(tài)系統(tǒng)。水體污染在實質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)功能的退化，因此必須以生態(tài)的理念和技術(shù)來探索切實有效的水體污染治理的新途徑?，F(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛，效果持久的生態(tài)修復(fù)技術(shù)為水生生物法，水生生物法是通過構(gòu)建水體中完善的水生態(tài)系統(tǒng)，利用植物的吸收、吸附，動物的吞食，轉(zhuǎn)化作用改善水體水質(zhì)，從 根本上改變河道環(huán)境的生態(tài)處理技術(shù)。水生生物法具有生態(tài)環(huán)保、效果好、持續(xù)時間長等優(yōu)點，但因其主要由植物組成，整體耐沖擊性差，不能適用于上游來水量大、流速較快的水體。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)，所述生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)，可減緩上游來水水體流速、能夠抗水流沖刷、吸附去除水中污染物質(zhì)、降低后續(xù)生態(tài)系統(tǒng)污染負(fù)荷。為實現(xiàn)上述及其他目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明的第一方面，提供了一種應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)，包括沿河道上游至下游方向依次設(shè)置的壩體、礫石區(qū)、截留單元、預(yù)處理單元、挺水植物種植單元、抗風(fēng)浪沉水植物種植單元。所述壩體，用于減緩上游來水水體流速。所述礫石區(qū)，用于進(jìn)一步減緩上游來水水體流速。所述截留單元，用于將上游河道來水中的雜物進(jìn)行攔截。所述預(yù)處理單元，用于對經(jīng)所述截留的來水，利用人工水草和水生植物進(jìn)行氮磷吸收以及微生物降解。所述挺水植物種植單元，用于使經(jīng)所述預(yù)處理單元的來水，利用挺水植物和生物掛膜裝置進(jìn)行進(jìn)一步氮磷吸收以及微生物降解?？癸L(fēng)浪沉水植物種植單元，用于是經(jīng)所述挺水植物種植單元的來水，利用沉水植物進(jìn)行懸浮物攔截、氮磷吸收。優(yōu)選地，所述壩體采用溢流壩。優(yōu)選地，所述礫石區(qū)填充有粗粒礫石或巨粒礫石，所述礫石的直徑為50mm-100mm。優(yōu)選地，所述截留單元采用透水隔網(wǎng)。所述透水隔網(wǎng)設(shè)置成丁壩形式。優(yōu)選地，所述預(yù)處理單元，包括水下人工水草種植區(qū)以及水上水生植物種植區(qū)。優(yōu)選地，所述水下人工水草種植區(qū)中的水下人工水草在水面上形成具有固定孔隙的水面生態(tài)浮島，為所述水上水生植物種植區(qū)中種植的水生植物提供固定載體。優(yōu)選地，所述水生植物選自鳶尾、旱傘草、梭魚草、水罌粟或香菇草中的一種或多種。其中，所述鳶尾的拉丁名為：IristectorumMaxim。旱傘草的拉丁名為Cyperusalternifolius。所述梭魚草的拉丁名為PontederiacordataL.。所述水罌粟的拉丁名為Hydrocleysnymphoides。所述香菇草的拉丁名為hydrocotylevulgaris。優(yōu)選地，所述預(yù)處理單元的上下游分別設(shè)有固定格網(wǎng)。優(yōu)選地，所述預(yù)處理單元底部設(shè)有墜體。優(yōu)選地，所述挺水植物種植單元，包括生態(tài)浮島、以及位于生態(tài)浮島上部的挺水植物種植區(qū)和位于生態(tài)浮島底部的生物掛膜裝置。優(yōu)選地，所述挺水植物種植區(qū)中種植的挺水植物選自鳶尾、旱傘草、梭魚草、水罌粟或香菇草中的一種或多種。優(yōu)選地，抗風(fēng)浪沉水植物種植單元中種植的沉水植物選自紅線草。優(yōu)選地，所述紅線草的種植密度為130株/m2，株高40-60cm。所述紅線草的拉丁名為PotamogetonpectinatusL.。本發(fā)明的第二方面，提供了一種河道水體修復(fù)方法，其利用上述的應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)，對河道水體進(jìn)行修復(fù)。如上所述，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的具有以下有益效果：(1)本發(fā)明的河道預(yù)處理系統(tǒng)，設(shè)置了壩體和截留單元，可有效減緩上游來水沖擊；預(yù)處理單元進(jìn)一步減緩了上游來水的沖擊，使得上游來水相對穩(wěn)定，可加速來水?dāng)y帶的固體物質(zhì)沉積。在經(jīng)過挺水植物種植單元后，上游來水的紊流已經(jīng)過四道水利緩流設(shè)施，紊流變成相對穩(wěn)定的均勻流，水體沖擊力大大降低。(2)本發(fā)明前后設(shè)置了兩個浮島設(shè)施，亦即，預(yù)處理單元和挺水植物種植單元，人工水草及生物掛膜系統(tǒng)經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后，表面附著生物膜，可以有效凈化水體中的各種污染物，降低上游污染物對河道水質(zhì)的沖擊。綜上所述，本發(fā)明具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便等特點，具有良好的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是本發(fā)明的應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)中的預(yù)處理單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的應(yīng)用于河道水體修復(fù)的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)中的挺水植物種植單元結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：1壩體2礫石區(qū)3截留單元4固定格網(wǎng)5預(yù)處理單元6固定格網(wǎng)7挺水植物種植單元8抗風(fēng)浪沉水植物種植單元9水下人工水草種植區(qū)10纜繩11墜體12水上水生植物種植區(qū)13生態(tài)浮島14挺水植物種植區(qū)15生物掛膜裝置16固定裝置具體實施方式以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：(1)壩體上游河道來水在進(jìn)入水質(zhì)凈化系統(tǒng)之前，先經(jīng)過壩體，例如溢流壩，以減緩上游來水水體流速。(2)礫石區(qū)上游河道來水在經(jīng)過壩體減速后，再經(jīng)過填充有粗?；蚓蘖５[石的礫石區(qū)，進(jìn)一步減緩上游來水對河底的沖擊，降低水體動能。同時，礫石表面還會形成一定厚度的生物膜，可初步降低水體污染物濃度。(3)截留單元上游河道來水在經(jīng)過壩體和礫石區(qū)的雙重減速后，再經(jīng)過透水隔網(wǎng)，將粗大的垃圾和漂浮物截留在隔網(wǎng)外，隔網(wǎng)外截留下來的垃圾定期進(jìn)行清理。所述透水隔網(wǎng)設(shè)置成丁壩形式，丁壩形式的隔網(wǎng)正面沖擊力小于垂直隔網(wǎng)，且丁壩形式的隔網(wǎng)充分利用水體渦流，可消減能量，降低水體沖刷，保護(hù)岸坡安全。(4)預(yù)處理單元在透水隔網(wǎng)的下游為預(yù)處理單元，預(yù)處理單元是針對河道受生活或工業(yè)污水影響導(dǎo)致的污染物濃度高、污水流量不穩(wěn)定而設(shè)計的一種處理單元，該單元集水下人工水草和水面生態(tài)浮島等技術(shù)于一體。水下人工水草設(shè)置成篩網(wǎng)狀，篩網(wǎng)狀不但可以增加水下人工水草與水流的接觸面積，同時還可在水面上形成具有固定孔隙的水面生態(tài)浮島?？稍谒龉潭紫吨蟹N植水生植物，一方面，水生植物根系可吸收利用水體中的營養(yǎng)鹽，強(qiáng)化去污能力；另一方面，可起到美化景觀的效果。同時，通過水生植物吸收和根系表面微生物的降解，也可以去除部分污染物。水下人工水草，可為微生物提供良好的附著界面，在人工水草表面形成微生物膜，減少污水處理過程中微生物的流失，提高系統(tǒng)抗污染負(fù)荷的能力，從而大大提高污水處理的效果。(5)挺水植物種植單元預(yù)處理單元的下游是挺水植物種植單元，挺水植物種植單元采用生態(tài)浮島種植挺水植物。生態(tài)浮島可以根據(jù)河水水位自動進(jìn)行調(diào)整高度，給挺水植物創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境條件，有利于植物的存活和生長。生態(tài)浮島下部采用水生植物掛膜系統(tǒng)，植物的根系可為微生物提供良好的附著界面，為各種微生物提供生存家園，形成微生物膜，減少污水處理過程中微生物的流失，提高系統(tǒng)抗污染負(fù)荷的能力，從而大大提高污水處理的效果。(6)抗風(fēng)浪沉水植物種植單元挺水植物種植單元的下游是抗風(fēng)浪沉水植物種植單元，在河底種植抗風(fēng)浪沉水植物，起到攔截懸浮物，吸收氮磷、提高透明度等凈化效果。更為具體的，請參閱如圖1至圖3所示，上游河道來水先經(jīng)過壩體1和礫石區(qū)2的連續(xù)減速后，再經(jīng)過截留單元3的攔截后，進(jìn)入預(yù)處理單元4。所述壩體1的種類不限，只要能夠減緩上游來水水體流速即可。優(yōu)選地，所述壩體1可 為溢流壩，以減緩上游來水水體流速。在所述壩體1的下游鋪設(shè)由50mm-100mm的粗粒、巨粒組成的礫石區(qū)2、所述礫石區(qū)2可與河底同寬，長度為10m。所述礫石區(qū)2的設(shè)置可以減緩上游來水對河底的沖擊，降低水體動能，同時礫石表面會形成一定厚度的生物膜，可初步降低水體污染物濃度。在所述礫石區(qū)2的下游設(shè)置截留單元3，所述截留單元3的種類不限，只要能夠攔截水中粗大的垃圾和漂浮物即可。優(yōu)選地，所述截留單元3可為透水隔網(wǎng)。所述透水隔網(wǎng)采用耐沖擊、耐腐蝕性強(qiáng)的高強(qiáng)鋼絲格柵，網(wǎng)格空隙為200mm*200mm。隔網(wǎng)通過一排垂直打入河底的鋼筋混凝土樁固定，鋼筋混凝土樁直徑為20cm，間距為1m。隔網(wǎng)設(shè)置成丁壩形式，丁壩形式的隔網(wǎng)正面沖擊力小于垂直隔網(wǎng)，且丁壩形式的隔網(wǎng)充分利用水體渦流，可消減能量，降低水體沖刷，保護(hù)岸坡安全。所述截留單元3下游3～10m處設(shè)置預(yù)處理單元5。所述預(yù)處理單元5包括水下人工水草種植區(qū)9以及水上水生植物種植區(qū)12。所述預(yù)處理單元5的上下游分別設(shè)有固定格網(wǎng)4和固定格網(wǎng)6。所述預(yù)處理單元5的底部設(shè)有墜體11。主要起到固定人工水草的作用。水下人工水草種植區(qū)9寬18m，沿水流方向長4m。水下人工水草種植單元9中所種植的水下人工水草設(shè)置成篩網(wǎng)狀，篩網(wǎng)狀不但可以增加水下人工水草與水流的接觸面積，同時還可在水面上形成具有固定孔隙的水面生態(tài)浮島，為上部水生植物種植單元12中水生植物的種植提供固定載體，水生植物可直接種植在人工水草構(gòu)成的固定孔隙中。優(yōu)選地，在垂直河岸方向，人工水草的間距為150mm，在平行于河岸方向，人工水草的間距為100mm。人工水草的篩網(wǎng)布置，在水面上形成150*100的固定孔隙。優(yōu)選地，所述人工水草材料為超細(xì)纖維立體人工水草，此類超細(xì)纖維立體人工水草具有極強(qiáng)的抗老化性，使用壽命在15年以上，超細(xì)纖維之間具有很多微細(xì)的孔隙，具有8000m2/m3以上的極高比表面積，具有高吸水性和極強(qiáng)的吸附能力，更有利于微生物的負(fù)載，從而能快速分解消耗水體里的營養(yǎng)物質(zhì)。人工水草左右兩側(cè)通過纜繩10固定，纜繩兩端分別系與兩岸的木樁之上，人工水草前后分別通過固定格網(wǎng)4和固定格網(wǎng)6固定，所述的固定格網(wǎng)可選用透水圍隔，此處的透水圍隔材料為高強(qiáng)鋼絲格柵，網(wǎng)格空隙為100mm*100mm。格網(wǎng)通過一排垂直打入河底，直徑為20cm鋼筋混凝土樁固定，間距為1m。格網(wǎng)分別設(shè)置在人工水草上游和下游，主要起到固定縱向(平行于水流流向)人工水草，加強(qiáng)人工水草浮島裝置穩(wěn)固性的作用。所述水生植物，優(yōu)選鳶尾、旱傘草、梭魚草、水罌粟或香菇草中的一種或多種。上部水 生植物根系可吸收利用水體中的營養(yǎng)鹽，強(qiáng)化裝置去污能力，同時可美化景觀效果。所述預(yù)處理單元5的下游為是挺水植物種植單元7，所述挺水植物種植單元7包括生態(tài)浮島13、以及位于生態(tài)浮島上部的挺水植物種植區(qū)14和位于生態(tài)浮島底部的生物掛膜裝置15。生態(tài)浮島可以根據(jù)河水水位自動進(jìn)行調(diào)整高度，給挺水植物創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境條件，有利于植物的存活和生長。生態(tài)浮島下部采用水生植物掛膜系統(tǒng)，植物的根系可為微生物提供良好的附著界面，為各種微生物提供生存家園，形成微生物膜，減少污水處理過程中微生物的流失，提高系統(tǒng)抗污染負(fù)荷的能力，從而大大提高污水處理的效果。生態(tài)浮島的設(shè)置形狀優(yōu)選為等八邊型，等八邊型生態(tài)浮島形式更符合水流流向，水流沖擊較小，在水流較快區(qū)域更能保持穩(wěn)定。所述生態(tài)浮島8采用高分子材料框架，浮島下部采用狐尾藻生物掛膜裝置。選用狐尾藻等水生植物作為掛膜裝置，生態(tài)環(huán)保，造價低。所述挺水植物優(yōu)選鳶尾、旱傘草、梭魚草、水罌粟或香菇草中的一種或多種。凈化效果好、景觀效果佳。每組浮島直徑為5m，每組生態(tài)浮島中央垂直打入固定裝置16以實現(xiàn)對生態(tài)浮島的固定作用。優(yōu)選，所述固定裝置為剛樁。此區(qū)域水體流速以明顯減緩，水質(zhì)相對較好。挺水植物種植單元的下游是抗風(fēng)浪沉水植物種植單元8，在河底種植抗風(fēng)浪沉水植物，起到攔截懸浮物，吸收氮磷、提高透明度等凈化效果。所述抗風(fēng)浪沉水植物種植單元寬8m，長20m。所述抗風(fēng)浪沉水植物優(yōu)選紅線草，紅線草種植密度為130株/m2，株高40-60cm。將本發(fā)明的生態(tài)預(yù)處理系統(tǒng)應(yīng)用于河道水體修復(fù)，日處理量1000m3，連續(xù)運行2個月年的平均處理效果如表1所示。表1上海某河道運行2個月水質(zhì)狀況對比表(平均值)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)水出水降低率(％)流速(m3/S)0.60.350氨氮(mg/L)4.052.9427.4總磷(mg/L)0.530.3632化學(xué)需氧量(mg/L)46.835.125總氮(mg/L)5.784.5621表2浙江某河道運行2個月水質(zhì)狀況對比表(平均值)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)水出水降低率(％)流速(m3/S)0.50.2746氨氮(mg/L)2.561.8229總磷(mg/L)0.690.4732化學(xué)需氧量(mg/L)36.926.927總氮(mg/L)3.752.9022.7上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3