CN102001753A

CN102001753A - 去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法

Info

Publication number: CN102001753A
Application number: CN2010105127585A
Authority: CN
Inventors: 张毅敏; 晁建颖; 孔祥吉; 高月香; 张后虎; 张永春
Original assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Current assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开了去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法，属于河水污染治理领域。生态回廊位于面积4000m²以上的水塘中，水塘长度方向平行有导流坝，相近的导流坝之间位置相对，导流坝的数量为2个或2个以上，导流坝的长度为水塘长度的3/4及以上，导流坝与岸边以及导流坝之间形成导流回廊，导流回廊中设置浮叶植物或者固定的生态浮床，生态浮床的水面覆盖率为10%-20%。通过修建导流坝构建导流回廊和设置生态浮床来建造生态回廊。经生态回廊处理后微污染河水大部分水质指标可以达到并优于国家地表水水质标准(GB2002-3838)中的Ⅳ-Ⅴ类标准。净化后的水体最终经过系统后端的溢流出口出流，并用于渔业、景观、农业灌溉用水等。

Description

去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法

技术领域

本发明涉及一种微污染河水的处理系统及其建造方法，更具体的说是去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法。

背景技术：

随着现代经济的迅速发展，受工业和城市废水以及农田地表径流等人为因素的影响，河流污染问题日益严重。有研究表明，环太湖53条出入湖河流水质以IV和V类水为主，劣于V类的河流占总出入湖水系总数的比例也相对较高，达到了24％。(余辉，燕姝雯，徐军.太湖出入湖河流水质多元统计分析.长江流域资源与环境，2010，19(6)：696-702.)。

目前我国湖泊的主要环境问题为水体富营养化，引起水体富营养化的主要污染物是氮、磷等营养物质，而入湖河流是其污染的主要来源。入湖河流多为微污染河流，其氮磷和有机物去除是控制湖泊富营养化的关键之一。微污染河水治理有自身的特殊性，和生活污水相比，属于低浓度微污染水体，在处理工艺、处理要求上有很大的差别，不能套用现有的污水处理方法和理论。微污染河道水体的产生、水量和水质的主要特点为：(1)河道污水流量大且流量变化有明显的季节性和周期性。一般夏季多雨期河道流量较大，而冬春季节河道流量较小有很强的季节性；受污染河流水流量一般都比较大，处理难度增加；(2)污染物浓度较低，水质指标高锰酸盐指数平均低于20mg/L，氨氮平均低于5mg/L，TN低于10mg/L，TP低于0.5mg/L，浓度远低于生活污水和工业废水。(3)河流水系覆盖面大，来水污染物浓度变化较大。一般河流枯水期污染物浓度最高，平水期浓度居中，丰水期浓度最低。(4)河流水体污染物种类复杂，不仅含有氮磷和有机物等污染物，还包括不可降解污染物和其他有毒污染物。

目前对于微污染河水净化的技术方法主要可分为三类，即物理方法、化学方法和生物方法。根据处理的位置不同，又可分为原位处理法和异位处理法。

物理方法主要有调水稀释法、底泥疏浚法和机械曝气法。此法中多为原位处理法。

1、调水稀释法：调水稀释就是通过建闸门和泵站，用人工的方法调来系统外部清水，加大河水流速，加快河水水体的置换速度，使污水团得到稀释，恢复河水的生态功能。调水稀释技术较其他的技术有见效迅速、副作用小，而且有条件的地区，如太湖流域等平原河网地区实施方便；本技术可以在短期内对河流水体高浓度的氮磷和有机物迅速稀释。

缺点：(1)调水稀释法虽然可视引入水量和水质的状况，适当改善区域水环境的质量，但是作用有限。调水稀释靠大引大排来改善水环境，偏重于治标，未能治本。(2)成本十分高。(3)可能导致下游河流水体的污染。(4)需要合适的清水来源。

2、底泥疏浚法

底泥污染是目前我国大部分河流水体污染的一个重要来源。疏浚底泥可以去除底泥中的营养盐和有机物，减少底泥营养盐向上层水体的释放。底泥疏浚作为水环境综合治理中的一项重要措施，其技术已经被广泛应用。当前我国多条城市河流都应用清淤作为水环境整治的重要方法，太湖、滇池、巢湖等湖泊也进行了生态清淤以治理水体的富营养化，并取得了良好的效果。

缺点：(1)底泥扰动。疏浚时的扰动引起底泥悬浮，底泥营养盐释放严重，导致疏浚达不到预期效果；(2)污染物质的再次迁移。与疏浚伴随产生的大量疏浚底泥需要妥善处置，否则容易造成二次污染；(3)底栖生态系统的破坏。底泥疏浚后底栖生态系统被完全破坏，这种几年乃至几十年形成的生态系统一旦破坏很难修复和重建。(4)费用昂贵。底泥疏浚工程是水力和土木工程，需耗费大量人力、物力和财力。

3、机械曝气法

通过机械曝气给河流富氧，以达到去除水体有机物的目的，这项技术可以有效去除水体的有机物含量和恶臭等气味。

缺点：(1)需要持续的能源供应，价格昂贵；(2)曝气机械需放置在河道中，影响河流通航。

化学方法主要是向受污染河水中投加混凝剂、酶抑制剂等，使河流污染物絮凝沉淀，杀死水体有害微生物。此种方法简单有效、效果迅速，在治理藻类水华、饮用水净化中应用较广泛。也是原位处理方法。

缺点：(1)易引起二次污染。投加物质本身就是一种化学试剂，可能会改变水体环境，毒害某种水生生物；(2)化学试剂价格昂贵，不适合长期使用。

生物生态方法主要有人工湿地、生态浮床技术等技术。

1、人工湿地

人工湿地是一种由人工构建和调控的湿地系统，通过其在生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水处理。基质、植物和微生物与多湿环境共同构成了人工湿地的基本要素，形成了湿地特有的生态系统。在受污染河流中适当设置人工湿地，有利于河流水体的污水净化、吸附受污水体中的营养物质，达到净化修复微污染河水的作用。目前人工湿地法广泛应用于生活污水净化、污水处理厂尾水深度处理、降雨径流和面源污水处理、微污染水源水预处理、富营养化水体控制等领域，取得了不错的效果。此技术为异位处理法。

缺点：(1)人工湿地填料比例要求比较高，技术相对复杂，而且造价高，不适于大规模水体处理；(2)日常维护较复杂。人工湿地填料容易堵塞，造成湿地的处理效率下降，甚至停止工作。(3)受环境气温和季节性影响较明显；(4)占地面积大，水力负荷小，工程技术要求较高。

2、生态浮床技术

生态浮床技术是按照自然规律，运用无土栽培技术，以高分子材料或者竹木材料为载体(浮床)，将高等水生植物或改良的陆生植物种植到富营养化水体的水面，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，削减水体中的氮磷及有机物质，从而净化水质，并可创造多种生物生息繁衍的栖息环境，从而净化水质，重建恢复水生生态系统，并可通过收获植物的方法将营养盐移出水体，使水质得到改善。生态浮床出了能够去除水体中的污染物，还有良好的景观效果、增加水体生物多样性以及一定的经济效益。

缺点：(1)目前生态浮床的应用一般属于原位水体修复，需要占用较大的水面面积，影响河流通航和防汛；(2)水生植物生长受光照、气温和季节等环境因素影响较大，使得生态浮床在全年净化效果波动较大。

3、稳定塘

稳定塘是一种利用自然净化能力对污水进行处理的构筑物，污水在塘内缓慢流动，经一段时间停留，通过污水中的细菌和藻类的代谢活动以及包括水生植物在内的多种生物的综合作用，如生物降解、水生植物的光合作用等，使有机污染物降解，污水得到净化。氧化塘的优点：(1)充分利用地形，工程简单，建设投资小；(2)能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结合；(3)氧化塘依靠自然功能处理污水，能耗低，便于维护，运行费用低。是一种异位处理技术。

缺点：(1)占地面积大，在土地资源紧缺的地方不宜采用；(2)污水净化效果很大程度上受季节、气温光照等自然因素的影响，效果不够稳定；(3)防渗漏处理不当可能会导致污染地下水；(4)易于散发臭气和滋生蚊蝇等。

我国河流微污染富营养化河水流量大且流量变化有明显的季节性和周期性；污染物浓度较低，水质指标高锰酸盐指数平均低于20mg/L，氨氮平均低于5mg/L，TN低于10mg/L，TP低于0.5mg/L，浓度远低于生活污水和工业废水；河水污染物浓度变化较大，一般河流枯水期污染物浓度最高，平水期浓度居中，丰水期浓度最低；河流水体污染物种类复杂，不仅含有氮磷和有机物等污染物，还包括不可降解污染物和其他有毒污染物。综合以上特点，微污染河水治理技术应该具备较强的抗冲击负荷能力和高效的去污能力，同时需具备易管理、投资省和运行成本低优点，并且保证出水达到国家相关标准，并力求达到出水的资源化和再利用。

经典的生态廊道(Ecological corridor)，是具有一定宽度的条带状区域，该区域具有重要的生态功能，对水和矿质养分的径流起着调节作用，可抵御洪水，减少淤积和土壤肥力损失，并能促进廊道内动植物沿廊道迁徙，生态廊道理论目前已经被广泛应用景观生态学及生物保护领域之中。但生态廊道现在只是用于生态系统的保护而并未涉及环境领域中水污染治理及污染物的去除。

发明内容：

1、发明要解决的技术问题：本发明的目的是提供去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法，本发明通过建造形成生态回廊，能克服常规微污染水处理技术的许多缺陷，针对目前我国河流的污染现状，使用范围广，处理效果稳定，能同时去除微污染水中有机物、氮和磷。

2、技术方案：

本发明的原理：利用生态回廊的空间布局特性，增加处理系统内地形多样性、污水-基质接触面积和污水水力停留时间，利用水生植物净化作用、土壤介质的吸附作用、微生物硝化反硝化作用以及水体颗粒物的沉降去除作用等综合作用去除微污染富营养化水体的氮磷和有机物，从而达到更好的去除效率。本发明采用的生态回廊，则是利用生态廊道的一些特征，采用导流坝、生物浮床、水生植物等综合处理技术，来异位处理微污染河水的方法。

本发明的技术方案为：

去除微污染河水氮磷的生态回廊，包括面积4000m²以上的水塘，设有进水口和溢流出水口，该水塘的宽度不小于40m，长度100m以上，水深1.5-2.0m，与水塘长度平行方向有与岸边相连的导流坝，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向，导流坝的数量为2个或2个以上，导流坝的长度为水塘长度的3/4及以上，导流坝与岸边以及导流坝之间形成导流回廊，导流回廊中设置浮叶植物或者固定的生态浮床，生态浮床的水面覆盖率为10％-20％。

上述的导流坝之间的宽度为10-20m，导流回廊长宽比大于2∶1。导流坝坡度系数为1∶2-1∶3，坝顶高程比水塘控制水位高10-15cm，坝顶宽度1-2m，坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物。

挺水植物为芦苇、菖蒲或其混合，种植密度为10～20株/m²，浮叶植物为菱、睡莲、荇菜或其任意混合，种植密度为5～10株/m²。生态浮床上种植水生植物旱伞草、美人蕉或其任意混合，种植密度为9～12株/m²。

去除微污染河水氮磷的生态回廊的建造方法，其步骤为：

(1)选取便于从微污染河流引水的水塘作为生态回廊系统构建场所，使得其面积4000m²以上，宽度40m以上，长度100m以上，水塘有进水口和溢流出水口；

(2)对水塘底部做夯实和简单防渗处理，塘底坡度控制在0.1％内；

(3)修建导流坝，构建导流回廊，导流坝修建数量在2条或2条以上，与水塘长度平行方向，导流回廊长宽比大于2∶1，导流坝每隔10-20m修建一条，为平直形状，坡度系数为1∶2-1∶3之间，导流坝与水塘岸边相连，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向；导流坝的构建保证水流方向从进口流向出口。

(4)导流回廊中线设置生态浮床，以木桩或者竹子固定，生态浮床的水面覆盖率在10％-20％，浮床上种植水生植物。

坝体以取到的无杂质的土壤素土和素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土构建，其中坝底至水下1m深度为石灰土夯实而成，水下1m深至坝顶为素土夯实而成。

上述生态回廊系统水力停留时间为3-5天。

本发明实现净化水体的过程：河水进入系统后，部分氮磷和有机质经过生态浮床上旱伞草、美人蕉等高等植物的吸收和植物根部硝化细菌的硝化-反硝化作用等作用的到去除；部分氮磷和有机质以颗粒物的形式沉降到系统的底部；部分氮磷和有机质被导流坝土壤吸附和转化；部分氮磷和有机质被导流坝上种植的水生植物所吸收和转化。

3、有益效果

本发明提供了去除微污染河水氮磷的生态回廊及其建造方法，通过本发明建造的到的生态回廊处理微污染河水(水质指标平均高锰酸盐指数15mg/L以下，氨氮2mg/L以下，TN 8mg/L以下，TP 0.5mg/L以下)，控制系统水力负荷为0.5m³/m²/d左右，水力停留时间2-4天，经处理后大部分水质指标可以达到并优于国家地表水水质标准(GB2002-3838)中的IV-V类标准。净化后的水体最终经过系统后端的溢流出口出流，并用于渔业、景观、农业灌溉用水等。

附图说明：

图1为本发明的平面结构示意图。其中：1、水塘堤岸；2、导流坝；3、生态浮床；4、进水管道；5、溢流出水口；6、简易防漏底基；7、素土坝；8、灰土坝基；9、浮叶植物(菱、睡莲和荇菜)；10、挺水植物(芦苇、菖蒲)；图中箭头为水流方向。

图2本发明的A-A’剖视图。

具体实施方法：

现结合附图和实施例进一步说明本发明：

实施例1：

在苏南某处河流微污染河水进行生态回廊净化工程(大型)的试验。该河为某湖泊的一条入湖河流，受上游生活污水和农业面源污水污染，水体呈富营养化状态。

(1)生态回廊构建选址情况：选择夏溪河沿岸、河流滆湖入湖口附近水塘为工程地址，水塘形状近似长方形，面积为100m×200m＝20000m²。

(2)对水塘底部清淤，并做夯实和简单防渗处理构成简易防漏底基6，塘底坡度控制在0.1％内；

(3)修建生态回廊系统进水口4和溢流出水口5，系统水深1.5m，用溢流出水方式控制系统内的水深；

(4)修建导流坝2，构建导流回廊。与水塘长度平行方向有与水塘堤岸1相连的导流坝，导流坝2每隔18m修建一条，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向，共修建5条，全长750m，导流坝坡度系数1∶2。坝体以素土和素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土构建，其中坝底至水下1m深度为素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土夯实而成灰土坝基8，水下1m深至坝顶为素土夯实而成素土坝7，坝顶高程比水塘控制水位高5-10cm。坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物10(芦苇、菖蒲1∶1配比，20株/m²)，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物9(菱、睡莲、荇菜1∶1∶1配比，10株/m²)。

(5)导流回廊宽度为18m，回廊中线设置生态浮床3，以木桩固定。生态浮床的水面覆盖率10％，浮床上种植水生植物(旱伞草、美人蕉1∶1配比，9株/m²)。

(6)生态回廊系统设计处理能力10000m³/d，水力停留时间3d。

该河的微污染河水经过本生态回廊系统净化后，水质得到明显改善，系统氮、磷和有机物全年平均进出水浓度和去除率如下：

实施例2：微污染河水生态回廊净化工程(小型)。

(1)工程选址：选择苏南某处进行试验，以现有鱼塘改造而成。鱼塘面积为120m*40m＝4800m²；

(2)对水塘底部清淤，并做夯实和简单防渗处理构成简易防漏底基6，塘底坡度控制在0.1％；

(3)修建生态回廊系统进水口4(泵站抽水)和溢流出水口5，系统水深1.0m，用溢流出水方式控制系统内的水深；

(4)修建导流坝2，构建导流回廊：与水塘长度平行方向有与水塘堤岸1相连的导流坝2，导流坝2每隔13m修建一条，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向，共修建2条，每条坝长100m。导流坝坡度系数1∶2。坝体以素土和素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土构建，其中坝底至水下1m深度为素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土夯实而成灰土坝基8，水下1m深至坝顶为素土夯实而成素土坝7，坝顶高程比水塘控制水位高5-10cm。坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物10(芦苇、菖蒲1∶1配比，20株/m²)，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物9(菱、睡莲、荇菜1∶1∶1配比，10株/m²)。

(5)导流回廊宽度为13m，回廊中线设置生态浮床3，以木桩固定。生态浮床的水面覆盖率20％，浮床上种植水生植物(蕹菜、水芹1∶1配比，9株/m²)。

(6)生态回廊系统设计处理能力1000m³/d，水力停留时间5d。

微污染河水经过本生态回廊系统净化后，水质将会明显改善，氮、磷和有机物预计全年平均进出水浓度和去除率如下：

实施例3：微污染河水生态回廊净化工程(中型)。

(1)工程选址：选择苏南某处进行试验，以现有断头浜改造而成。面积为200m*40m＝8000m²；

(2)对沟浜底部清淤，并做夯实和简单防渗处理构成简易防漏底基6，沟浜底坡度控制在0.1％；

(4)修建导流坝2，构建导流回廊：与沟浜长度平行方向有与水塘堤岸1相连的导流坝2，导流坝2每隔20m修建一条，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向，共修建7条，每条坝长30m。导流坝坡度系数1∶2。坝体以素土和素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土构建，其中坝底至水下1m深度为素土中加入体积比为4％的生石灰搅匀而成的石灰土夯实而成灰土坝基8，水下1m深至坝顶为素土夯实而成素土坝7，坝顶高程比沟浜控制水位高5-10cm。坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物10(芦苇、菖蒲1∶1配比，20株/m²)，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物9(菱、睡莲、荇菜1∶1∶1配比，10株/m²)。

(5)导流回廊宽度为20m，回廊中线设置生态浮床3，以木桩固定。生态浮床的水面覆盖率15％，浮床上种植水生植物(蕹菜、水芹1∶1配比，9株/m²)。

(6)生态回廊系统设计处理能力2000m³/d，水力停留时间4d。

Claims

1.一种去除微污染河水氮磷的生态回廊，包括面积4000m²以上的水塘，设有进水口和溢流出水口，其特征在于该水塘的宽度不小于40m，长度100m以上，水深1.5-2.0m，与水塘长度平行方向有与岸边相连的导流坝，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向，导流坝的数量为2个或2个以上，导流坝的长度为水塘长度的3/4及以上，导流坝与岸边以及导流坝之间形成导流回廊，导流回廊中设置浮叶植物或者固定的生态浮床，生态浮床的水面覆盖率为10%-20%。

2.根据权利要求1所述的生态回廊，其特征在于导流坝之间的宽度为10-20m，导流回廊长宽比大于2：1。

3.根据权利要求2所述的生态回廊，其特征在于导流坝坡度系数为1：2-1：3，坝顶高程比水塘控制水位高10-15cm，坝顶宽度1-2m，坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物。

4.根据权利要求3所述的生态回廊，其特征在于挺水植物为芦苇、菖蒲或其混合，种植密度为10～20株/m²，浮叶植物为菱、睡莲、荇菜或其任意混合，种植密度为5～10株/m²。

5.根据权利要求14中任一项所述的生态回廊，其特征在于生态浮床上种植水生植物旱伞草、美人蕉、蕹菜、水芹或其任意混合，种植密度为9～12株/m²。

6.去除微污染河水氮磷的生态回廊的建造方法，其步骤为：

（1）选取便于从微污染河流引水的水塘作为生态回廊系统构建场所，使得其面积4000m²以上，宽度40m以上，长度100m以上，水塘有进水口和溢流出水口；

（2）对水塘底部做夯实和简单防渗处理，塘底坡度控制在0.1%内；

（3）修建导流坝，构建导流回廊，导流坝修建数量在2条或2条以上，与水塘宽度平行方向，导流回廊长宽比大于2：1，导流坝每隔10-20m修建一条，为平直形状，坡度系数为1：2-1：3之间，导流坝与水塘岸边相连，相近的导流坝之间的相连的岸边为相对方向；导流坝的构建保证水流方向从进口流向出口；

（4）导流回廊中线设置生态浮床，以木桩或者竹子固定，生态浮床的水面覆盖率在10%-20%，浮床上种植水生植物。

7.根据权利要求6所述的生态回廊的建造方法，其特征在于坝顶高程比水塘控制水位高10-15cm，坝顶宽度1-2m，坝顶及坝体两侧0.5m水深范围内种植挺水植物，坝体两侧0.5-1m水深范围内种植浮叶植物。

8.根据权利要求6或7所述的生态回廊的建造方法，其特征在于坝体以取到的无杂质的土壤素土和素土中加入素土体积的4%的生石灰搅匀而成的石灰土构建，其中坝底至水下1m深度为石灰土夯实而成，水下1m深至坝顶为素土夯实而成。