本實用新型涉及環(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，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨之而來的就是水資源的過度開發(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。尤其是我國北方河流水質(zhì)不容樂觀，一方面是河流接納污染物量較大，主要污染來源是沿河所排放的工業(yè)廢水和生活污水，加之長期以來河流水質(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，水體自凈能力弱，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化帶來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、水體稀釋自凈能力有限，河流自然特征逐漸消失、生物多樣性減少、生態(tài)服務(wù)功能降低、河流自凈化和自我恢復(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)等問題日益凸顯。

目前，北方河道整治工程，重點是截污、清淤、護岸、調(diào)水引水、綠化等工程，短期內(nèi)可以解決河道污染問題，但是治標(biāo)不治本，長期以來水體自凈能力得不到提升，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，也是發(fā)展趨勢所在，其優(yōu)點是具有處理效果好，無占地面積、成本低、投資省，操作簡單。污染河流水體生態(tài)凈化技術(shù)種類眾多，各種技術(shù)應(yīng)用廣泛。然而技術(shù)研究和工程實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)實現(xiàn)要素：

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本實用新型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標(biāo)和水生態(tài)系統(tǒng)破壞，從而提升景觀效果的問題。

本實用新型解決的技術(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坡及植被構(gòu)成，通過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，強化了河流自凈能力，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)上游來水經(jīng)過緩流沉淀區(qū)的水生植物，延長河水滯留時間，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)，增進整個河流生態(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，生物膜強化凈化單元的1/3處設(shè)置推流曝氣單元，對底層水體復(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/好氧層微生物活動區(qū)，有效去除有機污染物，實現(xiàn)同步脫氮、除磷作用，最大限度的實現(xiàn)微污染河流水體的強化凈化，通過跌水復(fù)氧、推流曝氣，使得水體在凈化過程中形成反復(fù)的厭氧-缺氧-好氧環(huán)境，同時結(jié)合了基質(zhì)吸附和水生植物吸收作用，實現(xiàn)對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。

本實用新型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)有機的結(jié)合起來，通過布置在河道上下游，動力消耗少，無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)濟和社會效益。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)剖面?zhèn)纫晥D。

圖3為本實用新型的近自然河岸緩沖帶剖面圖。

圖4為本實用新型的生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本實用新型的生態(tài)濾壩結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本實用新型的固定化填料沉箱結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作詳細(xì)說明。

由圖1-6所示，本實用新型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坡及植被12構(gòu)成，通過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，強化了河流自凈能力，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)上游來水經(jīng)過緩流沉淀區(qū)的水生植物，延長河水滯留時間，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)，增進整個河流生態(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，生物膜強化凈化單元的1/3處設(shè)置推流曝氣單元6，對底層水體復(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/好氧層微生物活動區(qū)，有效去除有機污染物，實現(xiàn)同步脫氮、除磷作用，最大限度的實現(xiàn)微污染河流水體的強化凈化，通過跌水復(fù)氧、推流曝氣，使得水體在凈化過程中形成反復(fù)的厭氧-缺氧-好氧環(huán)境，同時結(jié)合了基質(zhì)吸附和水生植物吸收作用，實現(xiàn)對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、白皮松、國槐或龍柏，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是由多臺推流曝氣裝置構(gòu)成，對底層水體復(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，長度約為7-9m，上緣口以上寬度逐漸放大至與整個河床自然連接，開挖部分不超過整個河道過流區(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，本實用新型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-石籠護坡”的近自然河岸緩沖帶，通過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，強化了河流自凈能力。

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。上游來水經(jīng)過緩流沉淀/水生植物，延長河水滯留時間，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)，增進整個河流生態(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，安裝在一級和二級生態(tài)濾壩前50m處，在一級和二級生態(tài)濾壩間進行水生植物構(gòu)建，包括凈污能力強的挺水植物和沉水植物。然后是包括推流曝氣在內(nèi)的生物膜強化凈化。通過該單元，實現(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，沉水植物選擇常見的苦草、金魚藻、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，通過兩種不同功能區(qū)的協(xié)同作用，層疊處理，可實現(xiàn)污染物的截留和微生物降解雙重作用，達到雙向生物膜凈化效果，最大限度的實現(xiàn)微污染河流水體的強化凈化。生物膜強化凈化區(qū)的1/3處設(shè)置一組推流曝氣系統(tǒng)，采用多臺推流曝氣裝置，對底層水體復(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，主要是進行水生植物、底棲動物和魚類等群落的恢復(fù)構(gòu)建，使得水環(huán)境功能得到提升。

本實用新型在具體實施中，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)過各單元的處理，水質(zhì)得到有效改善，同時改善了水生生物生存環(huán)境。水生生物功能群構(gòu)建將通過生境適應(yīng)性評估，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-魚類-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、蟹、蝦等大型水生動物，蚌、螺、水蚯蚓等底棲類水生動物群落，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。

通過本實用新型修復(fù)后的河道水體COD、氨氮和總磷濃度大大降低，同時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，對上游來水進行懸浮物沉降和減緩水流流速；河道水體原位強化凈化單元包括生態(tài)浮床、水生植物、多級生態(tài)濾壩、推流曝氣、生物膜強化凈化等，從而通過植物-基質(zhì)-微生物的共同作用，有效去除水體中有機污染物質(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)建單元主要是進行水生植物、底棲動物和魚類等群落構(gòu)建。在部分河段配置水生植物，有效地攔截水體中的懸浮物，去除水體中的氮、磷等污染物。本實用新型集成多項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，無占地面積、成本低、投資省，操作簡單，不影響防洪，適用于受污染的城市河流。

本實用新型與現(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，沒有考慮到水質(zhì)改善后，水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，本實用新型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所，通過水生生物功能群構(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)濟和社會效益巨大。