本發(fā)明涉及環(huán)保，特別是一種用于城市河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)集成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨之而來(lái)的就是水資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用，各種工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水和城市生活污水的排放帶來(lái)嚴(yán)重污染，從而導(dǎo)致大多數(shù)河流水質(zhì)惡化，河流生態(tài)系統(tǒng)也遭到了破壞。尤其是我國(guó)北方河流水質(zhì)不容樂(lè)觀，一方面是河流接納污染物量較大，主要污染來(lái)源是沿河所排放的工業(yè)廢水和生活污水，加之長(zhǎng)期以來(lái)河流水質(zhì)污染嚴(yán)重，河道受人工干擾程度高，導(dǎo)致河流水生態(tài)嚴(yán)重退化，水體自?xún)裟芰θ?，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化帶來(lái)的污染排放和集約化農(nóng)業(yè)面源污染疊加，混合型污染河流特征尤為明顯。另一方面是部分河流由于缺乏天然徑流、水體稀釋自?xún)裟芰τ邢蓿恿髯匀惶卣髦饾u消失、生物多樣性減少、生態(tài)服務(wù)功能降低、河流自?xún)艋妥晕一謴?fù)能力降低，部分河流水生態(tài)退化嚴(yán)重，水生態(tài)系統(tǒng)受損重難以短期內(nèi)恢復(fù)等問(wèn)題日益凸顯。

目前，北方河道整治工程，重點(diǎn)是截污、清淤、護(hù)岸、調(diào)水引水、綠化等工程，短期內(nèi)可以解決河道污染問(wèn)題，但是治標(biāo)不治本，長(zhǎng)期以來(lái)水體自?xún)裟芰Φ貌坏教嵘?，河流水生生態(tài)系統(tǒng)反而遭到了破壞，水生態(tài)功能得不到恢復(fù)。

河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)是目前水生態(tài)修復(fù)中研究熱點(diǎn)，也是發(fā)展趨勢(shì)所在，其優(yōu)點(diǎn)是具有處理效果好，無(wú)占地面積、成本低、投資省，操作簡(jiǎn)單。污染河流水體生態(tài)凈化技術(shù)種類(lèi)眾多，各種技術(shù)應(yīng)用廣泛。然而技術(shù)研究和工程實(shí)踐中往往是單一的水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施，其功能需求也是單一的。就改善水質(zhì)、恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)方面，污染河流的治理缺乏統(tǒng)一的、較為完善的技術(shù)集成體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種用于城市河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)集成系統(tǒng)，可有效解決防止河道斷面水體不達(dá)標(biāo)和水生態(tài)系統(tǒng)破壞，從而提升景觀效果的問(wèn)題。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，從上游至下游的河段兩岸修建有近自然河岸緩沖帶，近自然河岸緩沖帶所處的河段內(nèi)從上游至下游依次設(shè)置有預(yù)處理單元、第一生態(tài)浮床單元、第一生態(tài)濾壩單元、水生植物單元、第二生態(tài)浮床單元、第二生態(tài)濾壩單元、包括推流曝氣單元在內(nèi)的生物膜強(qiáng)化凈化單元、生境改善單元和水生生物功能群構(gòu)建區(qū)，所述的近自然河岸緩沖帶是由靠河岸的污水收集槽、與污水收集槽相連的斜坡式生態(tài)濾床以及與河水相接觸的石籠護(hù)坡及植被構(gòu)成，通過(guò)植被和污水收集槽截留和斜坡式生態(tài)濾床的滲濾，利用植物、基質(zhì)和微生物的作用增加了河岸緩沖帶截留面源污染效果，防止水土流失，強(qiáng)化了河流自?xún)裟芰Γ岣呔坝^效果；

所述的預(yù)處理單元是由緩流沉淀區(qū)及在緩流沉淀區(qū)種植的浮水植物或沉水植物以及種植在緩流沉淀區(qū)岸邊的挺水植物構(gòu)成，當(dāng)上游來(lái)水經(jīng)過(guò)緩流沉淀區(qū)的水生植物，延長(zhǎng)河水滯留時(shí)間，減緩河水流速，沉降河水中懸浮顆粒物、降解污染物，構(gòu)建微型塘生態(tài)系統(tǒng)，增進(jìn)整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于后續(xù)水生態(tài)凈化；

所述的第一生態(tài)浮床單元、第二生態(tài)浮床單元均是由浮床內(nèi)種植的水生植物和懸掛在浮床下部的載體填料構(gòu)成；

所述的第一生態(tài)濾壩單元、第二生態(tài)濾壩單元均是由粒徑20-50mm的礫石、沸石混合制成的內(nèi)層，粒徑為100-1000mm的石塊摻雜有粒徑10-30mm的鐵渣、活性炭混合制成的外層堆砌構(gòu)成，迎水面坡比1︰3，背水面坡比1︰2，背水面邊坡呈階梯型，以利于跌水復(fù)氧；

所述的生物膜強(qiáng)化凈化單元是由植物仿生載體和固定化填料沉箱相間布置在河道中構(gòu)成，植物仿生載體固定在河道底泥上，固定化填料沉箱放置在河底標(biāo)高以下0.5m，生物膜強(qiáng)化凈化單元的1/3處設(shè)置推流曝氣單元，對(duì)底層水體復(fù)氧，經(jīng)兩種不同功能區(qū)的協(xié)同作用，不斷的往復(fù)厭氧/缺氧/好氧層微生物活動(dòng)區(qū)，有效去除有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)同步脫氮、除磷作用，最大限度的實(shí)現(xiàn)微污染河流水體的強(qiáng)化凈化，通過(guò)跌水復(fù)氧、推流曝氣，使得水體在凈化過(guò)程中形成反復(fù)的厭氧-缺氧-好氧環(huán)境，同時(shí)結(jié)合了基質(zhì)吸附和水生植物吸收作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染物的高效去除；

所述的生境改善單元包括深槽-淺灘、堰-礫石群，上游為深槽-淺灘，下游為堰-礫石群，兩者間隔距離為0.5-1km，水生植物穿插在深槽-淺灘和堰-礫石群之間，在污染水體凈化后，通過(guò)改變局部微環(huán)境包括流速、水位，改善水生生物的生存環(huán)境；

所述的水生生物功能群構(gòu)建區(qū)是由挺水植物、沉水植物、浮葉植物、漂浮植物群落及水生動(dòng)物群落構(gòu)成，以恢復(fù)健康水生態(tài)系統(tǒng)，使得水環(huán)境功能得到提升，提高物種多樣性。

本發(fā)明將河道水體原位凈化技術(shù)、生境改善技術(shù)以及水生生物功能群構(gòu)建技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)布置在河道上下游，動(dòng)力消耗少，無(wú)需占用河道以外的土地面積，處理效果穩(wěn)定，不影響河道行洪，解決了河道斷面水體不達(dá)標(biāo)和水生態(tài)系統(tǒng)破壞，提升景觀效果，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面?zhèn)纫晥D。

圖3為本發(fā)明的近自然河岸緩沖帶剖面圖。

圖4為本發(fā)明的生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的生態(tài)濾壩結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明的固定化填料沉箱結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。

由圖1-6所示，本發(fā)明從上游至下游的河段兩岸修建有近自然河岸緩沖帶1，近自然河岸緩沖帶1所處的河段內(nèi)從上游至下游依次設(shè)置有預(yù)處理單元2、第一生態(tài)浮床單元3a、第一生態(tài)濾壩單元4a、水生植物單元5、第二生態(tài)浮床單元3b、第二生態(tài)濾壩單元4b、包括推流曝氣單元6在內(nèi)的生物膜強(qiáng)化凈化單元7，生境改善單元8和水生植物功能區(qū)9，所述的近自然河岸緩沖帶1是由靠河岸的污水收集槽10、與污水收集槽10相連的斜坡式生態(tài)濾床11以及與河水相接觸的石籠護(hù)坡及植被12構(gòu)成，通過(guò)植被和污水收集槽截留和斜坡式生態(tài)濾床的滲濾，利用植物、基質(zhì)和微生物的作用增加了河岸緩沖帶截留面源污染效果，防止水土流失，強(qiáng)化了河流自?xún)裟芰?，提高景觀效果；

所述的預(yù)處理單元是由緩流沉淀區(qū)及在緩流沉淀區(qū)種植的浮水植物或沉水植物以及種植在緩流沉淀區(qū)岸邊的挺水植物構(gòu)成，當(dāng)上游來(lái)水經(jīng)過(guò)緩流沉淀區(qū)的水生植物，延長(zhǎng)河水滯留時(shí)間，減緩河水流速，沉降河水中懸浮顆粒物、降解污染物，構(gòu)建微型塘生態(tài)系統(tǒng)，增進(jìn)整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于后續(xù)水生態(tài)凈化；

所述的第一生態(tài)浮床單元3a、第二生態(tài)浮床單元3b均是由浮床內(nèi)種植的水生植物13和懸掛在浮床下部的載體填料14構(gòu)成；

所述的第一生態(tài)濾壩單元4a、第二生態(tài)濾壩單元4b均是由粒徑20-50mm的礫石、沸石混合制成的內(nèi)層，粒徑為100-1000mm的石塊摻雜有粒徑10-30mm的鐵渣、活性炭混合制成的外層堆砌構(gòu)成，迎水面坡比1︰3，背水面坡比1︰2，背水面邊坡呈階梯型，以利于跌水復(fù)氧；

所述的生物膜強(qiáng)化凈化單元7是由植物仿生載體15和固定化填料沉箱16相間布置在河道中構(gòu)成，植物仿生載體15固定在河道底泥上，固定化填料沉箱16放置在河底標(biāo)高以下0.5m，生物膜強(qiáng)化凈化單元的1/3處設(shè)置推流曝氣單元6，對(duì)底層水體復(fù)氧，經(jīng)兩種不同功能區(qū)的協(xié)同作用，不斷的往復(fù)厭氧/缺氧/好氧層微生物活動(dòng)區(qū)，有效去除有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)同步脫氮、除磷作用，最大限度的實(shí)現(xiàn)微污染河流水體的強(qiáng)化凈化，通過(guò)跌水復(fù)氧、推流曝氣，使得水體在凈化過(guò)程中形成反復(fù)的厭氧-缺氧-好氧環(huán)境，同時(shí)結(jié)合了基質(zhì)吸附和水生植物吸收作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染物的高效去除；

所述的生境改善單元8包括深槽-淺灘、堰-礫石群，上游為深槽-淺灘，下游為堰-礫石群，兩者間隔距離為0.5-1km，水生植物穿插在深槽-淺灘和堰-礫石群之間，在污染水體凈化后，通過(guò)改變局部微環(huán)境包括流速、水位，改善水生生物的生存環(huán)境；

所述的水生生物功能群構(gòu)建區(qū)9是由挺水植物、沉水植物、浮葉植物、漂浮植物群落及水生動(dòng)物群落構(gòu)成，以恢復(fù)健康水生態(tài)系統(tǒng)，使得水環(huán)境功能得到提升，提高物種多樣性。

所述的斜坡式生態(tài)濾床11下層為礫石層、中層為覆土層、上層為植被層，所述的植被為喬木、灌木、草本植物和水生植物構(gòu)成。

所述的喬木為香樟、河南檜、柳樹(shù)、白皮松、國(guó)槐或龍柏，灌木為矮紫薇、八仙花、茶梅、檉柳、紫荊、金葉蕕或忍冬，草本植物為狗牙根、黑麥草、高羊茅或香根草。

所述的挺水植物為耐污染性好的蘆葦、香蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾、黃菖蒲的一種或混合種植；所述的沉水植物為苦草、金魚(yú)藻、菹草、輪葉黑藻、穗狀狐尾藻的一種或混合種植。

所述的固定化填料沉箱16是由鐵絲網(wǎng)構(gòu)成的空腔內(nèi)填充有易掛膜的立體彈性填料聚乙烯球，并摻有海綿鐵構(gòu)成，填充率為50-60%，利于脫氮、除磷。

所述的推流曝氣單元6是由多臺(tái)推流曝氣裝置構(gòu)成，對(duì)底層水體復(fù)氧。

所述的生境改善單元8中的深槽形狀為類(lèi)似于河流沖刷后自然形成的倒置的橢圓錐形，上緣口寬約5-6m，長(zhǎng)度約為7-9m，上緣口以上寬度逐漸放大至與整個(gè)河床自然連接，開(kāi)挖部分不超過(guò)整個(gè)河道過(guò)流區(qū)域的1/3，深槽深度為0.5-0.7m，將深槽1挖出的土方材料堆放在河道的左側(cè)，建造淺灘，淺灘平攤鋪設(shè)卵石，粒徑為30-50mm，高度為0.3m，寬度比深槽寬25%，整體向左側(cè)傾斜3°，迎水面坡度高于背水面坡度。

所述的生境改善單元8中的堰-礫石群，堰為木樁構(gòu)成的半圓拱型生態(tài)堰，拱頂高度為0.5m，兩側(cè)高度為1m，堰迎水面及底部采用粒徑為20-50mm的卵石，礫石群選用表面粗糙及多孔的石灰石、玄武石、花崗巖或鵝卵石，礫石直徑為0.5~1m的不規(guī)則大棱角礫石，且相近排放礫石能夠咬合緊密，一組礫石群由3~4塊礫石組成，礫石群之間的間距為3m，生境改善單元8通過(guò)局部改變河流水體流態(tài)，改善水生生物生存環(huán)境，為水生生物提供棲息場(chǎng)所。

所述的第一生態(tài)浮床單元3a、第二生態(tài)浮床單元3b生態(tài)浮床的單體尺寸為長(zhǎng)2m、寬1m，分布于河道兩旁，設(shè)置在生態(tài)濾壩上游50m處。

由上述結(jié)構(gòu)可以看出，本發(fā)明是一種用于城市河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成系統(tǒng)，其特征在于，從河道上游至下游，包括預(yù)處理、河道水體原位強(qiáng)化凈化、生境改善、水生生物功能群構(gòu)建等單元，近自然河岸緩沖帶單元主要在河道兩岸無(wú)硬質(zhì)化段構(gòu)建。

1. 近自然河岸緩沖帶單元構(gòu)建了“植被-污水收集槽-斜坡式生態(tài)濾床-石籠護(hù)坡”的近自然河岸緩沖帶，通過(guò)植被和污水收集槽截留和斜坡式生態(tài)濾床的滲濾，利用植物、基質(zhì)和微生物的作用增加了河岸緩沖帶截留面源污染效果，防止水土流失，強(qiáng)化了河流自?xún)裟芰Α?/p>

2. 預(yù)處理單元，包括緩流沉淀和水生植物，在緩流沉淀區(qū)內(nèi)種植挺水植物、沉水植物和浮水植物，挺水植物種植在緩流沉淀區(qū)岸邊。上游來(lái)水經(jīng)過(guò)緩流沉淀/水生植物，延長(zhǎng)河水滯留時(shí)間，減緩河水流速，沉降河水中懸浮顆粒物、降解污染物，構(gòu)建微型塘生態(tài)系統(tǒng)，增進(jìn)整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于后續(xù)水生態(tài)凈化。

3. 河道水體原位強(qiáng)化凈化單元，按照上游至下游設(shè)置，首先是生態(tài)浮床，安裝在一級(jí)和二級(jí)生態(tài)濾壩前50m處，在一級(jí)和二級(jí)生態(tài)濾壩間進(jìn)行水生植物構(gòu)建，包括凈污能力強(qiáng)的挺水植物和沉水植物。然后是包括推流曝氣在內(nèi)的生物膜強(qiáng)化凈化。通過(guò)該單元，實(shí)現(xiàn)河道原位水體生態(tài)凈化，水質(zhì)得到明顯改善。

優(yōu)選地，生態(tài)浮床植物選擇美人蕉、黃菖蒲、蘆竹三種耐污植物；

優(yōu)選地，浮床下部懸掛載體填料為立體彈性填料，立體彈性填料采用的是聚乙烯制成的高彈性長(zhǎng)絲球狀。

優(yōu)選地，水生植物包括挺水植物和沉水植物，挺水植物選擇耐污性較好的蘆葦、香蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾、黃菖蒲，沉水植物選擇常見(jiàn)的苦草、金魚(yú)藻、菹草、輪葉黑藻、穗狀狐尾藻。

優(yōu)選地，生態(tài)濾壩選擇礫石、沸石和塊石（摻雜有鐵渣、活性炭）堆砌而成，形成具有透水性。

優(yōu)選地，生物膜強(qiáng)化凈化，由仿生載體和固定化填料結(jié)構(gòu)組合而成，兩者相間布置在河道中，通過(guò)兩種不同功能區(qū)的協(xié)同作用，層疊處理，可實(shí)現(xiàn)污染物的截留和微生物降解雙重作用，達(dá)到雙向生物膜凈化效果，最大限度的實(shí)現(xiàn)微污染河流水體的強(qiáng)化凈化。生物膜強(qiáng)化凈化區(qū)的1/3處設(shè)置一組推流曝氣系統(tǒng)，采用多臺(tái)推流曝氣裝置，對(duì)底層水體復(fù)氧。

4. 生境改善單元，包括深槽-淺灘、堰-礫石群和水生植物，上游為深槽-淺灘，下游為堰-礫石群，兩者間隔距離約0.5-1km，水生植物穿插在深槽-淺灘和堰-礫石群之間，主要種植挺水植物、沉水植物。通過(guò)該單元的構(gòu)建，改變局部微環(huán)境包括流速、水位等，改善水生生物的生存環(huán)境。

5. 所述的水生生物功能群構(gòu)建單元，主要是進(jìn)行水生植物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等群落的恢復(fù)構(gòu)建，使得水環(huán)境功能得到提升。

本發(fā)明在具體實(shí)施中，要建在水面較寬，水流緩慢的區(qū)域河段，特別適用于污染河流水質(zhì)COD濃度約45~55mg/L，氨氮濃度約為3~6mg/L，TP 為0.5-0.8mg/L的河段，上游來(lái)的染污河水經(jīng)預(yù)處理單元后，依次流經(jīng)生態(tài)浮床、生態(tài)濾壩、水生植物、推流曝氣單元、生物膜強(qiáng)化凈化單元、生境改善單元和水生生物功能群構(gòu)建區(qū)，污染水體經(jīng)過(guò)各單元的處理，水質(zhì)得到有效改善，同時(shí)改善了水生生物生存環(huán)境。水生生物功能群構(gòu)建將通過(guò)生境適應(yīng)性評(píng)估，構(gòu)建水生生物功能群，根據(jù)水深情況合理種植挺水-沉水-浮葉-漂浮植物群落，基于植物群落構(gòu)建提供棲息地，構(gòu)建不同模式的水生生物功能群（水生植物-魚(yú)類(lèi)-底棲生物），配置不同生境條件下食物鏈各階層的生物，合理配置恢復(fù)魚(yú)、蟹、蝦等大型水生動(dòng)物，蚌、螺、水蚯蚓等底棲類(lèi)水生動(dòng)物群落，構(gòu)筑種間互促以及健康、穩(wěn)定的生物種群及群落。最終恢復(fù)健康水生生態(tài)系統(tǒng)，提高物種多樣性。

通過(guò)本發(fā)明修復(fù)后的河道水體COD、氨氮和總磷濃度大大降低，同時(shí)改善了水生生物生存環(huán)境，水生生物多樣性得到恢復(fù)。采用近自然河岸帶單元攔截面源污染，防止水土流失，提升了景觀效果；預(yù)處理單元包括緩流沉淀和水生植物，對(duì)上游來(lái)水進(jìn)行懸浮物沉降和減緩水流流速；河道水體原位強(qiáng)化凈化單元包括生態(tài)浮床、水生植物、多級(jí)生態(tài)濾壩、推流曝氣、生物膜強(qiáng)化凈化，從而通過(guò)植物-基質(zhì)-微生物的共同作用，有效去除水體中有機(jī)污染物質(zhì)、氮、磷等；生境改善單元包括深槽-淺灘、堰-礫石群，主要是改善水生生物生存環(huán)境；水生生物功能群構(gòu)建單元主要是進(jìn)行水生植物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等群落構(gòu)建。在部分河段配置水生植物，有效地?cái)r截水體中的懸浮物，去除水體中的氮、磷等污染物。本發(fā)明集成多項(xiàng)河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)，構(gòu)成完整的生物生態(tài)凈化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)河道水質(zhì)改善和水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。具有處理效果好、氮磷去除能力強(qiáng)，無(wú)占地面積、成本低、投資省，操作簡(jiǎn)單，不影響防洪，適用于受污染的城市河流。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出的有益技術(shù)效果：

①很多技術(shù)應(yīng)用盲目跟風(fēng)，只考慮水環(huán)境污染因子，沒(méi)有考慮到水質(zhì)改善后，水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，本發(fā)明的一種用于城市河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成系統(tǒng)，從水質(zhì)凈化到生境改善再到水生生物功能群恢復(fù)，同時(shí)提升了景觀效果，形成了較為統(tǒng)一、完善的技術(shù)集成體系，具有可復(fù)制性。

②通過(guò)河道水體原位生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成系統(tǒng)的工程實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)水體污染物削減COD 30-45%，氨氮50-70%，總磷20-40%。

③改善水生生物生存環(huán)境，為水生生物提供棲息場(chǎng)所，通過(guò)水生生物功能群構(gòu)建形成存在種間互促以及健康、穩(wěn)定的生物功能群，恢復(fù)河流健康，實(shí)現(xiàn)物種多樣性，提高河流利用率30-40%。是污染河水治理上的一大創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。