專利名稱：凈化景觀水體的系統及其操作方法
技術領域：
本發明屬于利用環境工程技術和生態工程技術的協同作用凈化景觀水體的技術，特別涉及一種凈化景觀水體的技術系統及其操作方法。
背景技術：
隨著人們生活質量的逐步提高，對環境的要求也越來越高。在城市，景觀水體已經逐步引進生活小區；作為城市旅游休閑區中極為重要的景觀水體，其作用也越來越大。景觀水體已是各種公園、動物園、生活小區等不可缺少的重要部分。
景觀水體在城市中的地位日益突出，但是景觀水體面臨著嚴峻的現狀由于城市景觀水體多為靜止或流動性差的封閉緩流水體，水域面積小、水環境容量小、水體自凈能力低，使其易受污染(內源污染源為內部水禽或觀賞性動物等的生活污染；外源污染源包括降雨徑流、居民生活污水及垃圾等)。景觀水體污染嚴重時會引起水體富營養化，致使水中藻類大量繁殖，水體變黑變臭，影響周圍的自然環境；為了保持水質，一般景觀水體會定期用自來水更換。水質惡化和水量耗費大已成為城市景觀水體發展面臨的難題。
目前對景觀水體的污染防治已經有一定的研究，城市景觀水體的處理方法主要是環境工程和生態工程方法環境工程主要是物理化學法和生化法。物理化學法包括(1)混凝沉淀法、過濾法、加藥氣浮法；(2)殺菌消毒，即為抑制水中菌類或藻類的生長，加入一定量抑制劑。生化法包括(1)活性污泥和生物膜處理；(2)曝氣充氧法，即對水體進行人工曝氣復氧以提高水中的溶解氧含量，使其保持好氧狀態，防止水體黑臭現象的發生。生態工程主要指水生態法，以生態學原理為指導，人工養殖抗污染和強凈化功能的水生動、植物，形成水生態系統，對水質進行凈化。
環境工程處理效率高，受季節性影響小，但也有一定的局限性一般需要單獨的構筑物和動力設備，需要運行費用；環境工程設施對景觀有一定影響。采用物化法處理(如消毒)可能對水中動植物產生負面作用。生化法對去除水體中的溶解性污染物是非常有效的，但可能會由于景觀水體污染物濃度相對較低而運行困難。
生態工程方法具有環境友好、運行費用低等特點，但其處理效率低，受季節影響大，在冬季和植物生長初期基本沒有去除效果。
單獨的環境工程和生態工程在處理景觀水體時都很難達到滿意的效果，所以將環境工程和生態工程相結合，利用兩者的優勢處理景觀水體將是景觀水體治理的一個重要發展方向。
在環境工程技術中，過濾具有對水體中的懸浮物去除效果好，設備體積小、動力設施簡單，運行管理方便，處理出水對水體中的動植物影響小等特點。但是，常規過濾方法對水體中的溶解性污染物基本沒有去除效果，溶解性污染物會在水體中累積。曝氣生物濾池系統是利用生物膜法處理水中的污染物，對溶解性和非溶解性污染物均有良好去除效果，但是需要曝氣設備，能耗大，運行管理復雜和噪聲大。而地表水體污染物濃度很低，微生物不易生長，使得曝氣生物濾池運行困難。
發明內容
本發明的目的之一在于提供一種凈化景觀水體的技術系統，為景觀水體水處理提供一條高效低耗、補給水量少的途徑。
本發明的另一目的在于提供一個凈化景觀水體的技術系統的操作方法。
本發明的凈化景觀水體的技術系統中的生物濾罐是將過濾與生物凈化相結合，對進水方式和濾料進行改進，不需要曝氣設備，但具有曝氣生物濾池的特點，濾料上生長的微生物能去除水體中的溶解性污染物。
由于環境工程的引入，在本系統中生態工程的處理壓力減輕，主要用于處理雨水徑流(研究表明雨水徑流的污染物主要聚集在懸浮顆粒物中)和美化環境。將岸邊帶的基質強化(選用空隙較大和吸附能力強的碎石、鵝卵石和鋼渣等)形成岸邊帶人工生態濕地，可以增強岸邊帶的處理能力和延長使用年限。
本發明將生物濾罐與岸邊帶人工生態濕地結合形成凈化景觀水體的技術系統，通過水的循環處理，保持景觀水體的清潔。將雨水徑流作為景觀水體的部分補給水，不僅可以減少景觀水體的運行費用，還可以降低非點源對自然水體的污染；在設計時考慮景觀效應，使該系統在凈化水質的同時強化景觀水體的觀賞休閑功能，是一項具有發展前途的技術。
本發明的凈化景觀水體的技術系統由環境工程單元生物濾罐和生態工程單元岸邊帶人工生態濕地組合而成，其特征在于景觀水體中的塘II的岸邊帶由人工生態濕地I構成，景觀水體中的塘II通過管路與生物濾罐III相連通。
岸邊帶人工生態濕地主要處理雨水徑流中的懸浮固體顆粒，生物濾罐處理景觀水體中的污染物。
景觀水體中的塘II中的已污染水經污水泵提升后進入生物濾罐III中，經過過濾和濾料上生長的微生物的降解作用凈化處理后循環利用；同時岸邊帶人工生態濕地I的植物生長也會去除部分污染物。周圍坡地和路面產生的雨水徑流經過岸邊帶人工生態濕地I攔截去除大部分懸浮物后作為補給水流入景觀水體II中。本系統中生物濾罐III的反沖洗水排出系統外。在整個系統中，僅有生物濾罐III需要提升污水水泵和反沖洗水泵，在其它區域，水靠重力流動。
本發明的凈化景觀水體的技術系統中的生物濾罐主要由濾料、布水區、三角堰、濾板、短柄濾頭、進水管、反沖洗管、清水收集管、頂蓋、反沖洗泵、污水泵等單元構成。
一濾板將生物濾罐III分為上濾料區、下布水區兩個區；濾板為穿孔板(帶有小孔)，在濾板的通孔處安裝有短柄濾頭；在濾板下方的布水區安裝有清水收集管、反沖洗管；在濾板上方裝的濾料區裝填有濾料，在濾料的上方一三角堰安裝在生物濾罐III的側壁上，一進水管安裝在三角堰的上方。
所述的生物濾罐III的頂部有頂蓋，在頂蓋上設有觀察通風孔。
所述生物濾罐III的進水管與污水泵相連，反沖洗管與反沖洗泵相連。清水收集管的另一端與景觀水體中的塘II相連通。
所述生物濾罐III內濾料采用陶粒濾料，進水管出水跌水；生物濾罐可以根據需要設置成一個或一個以上的并聯；部分處理后的水可以儲存在一個小型清水池中，作為反沖洗用水。
本發明的凈化景觀水體的技術系統中的岸邊帶人工生態濕地主要由基質，布水廊道，挺水植物、水生植物等組成。在坡地與岸邊帶之間設置有布水廊道；在基質的上面種植有挺水植物，在景觀水體的淺水區種植有水生植物；在岸邊帶人工生態濕地與深水區間視需要設置圍欄。
所述的岸邊帶人工生態濕地基質主要由空隙率大、吸附能力強的卵石和硬鋼渣組成。
本發明的凈化景觀水體的技術系統的操作方法為經過岸邊帶人工生態濕地I布水廊道后的雨水徑流分別流向基質和挺水植物，攔截去除大部分懸浮物及去除部分污染物后的水作為補給水進入景觀水體中的塘II中，并與景觀水體中的塘II中的景觀水體混合；景觀水體通過管路進入生物濾罐III中，經過生物濾罐III中的過濾和濾料上生長的微生物的降解凈化處理后，清潔水返回景觀水體中的塘II中；用于沖洗生物濾罐III中濾料的反沖洗水排到系統外。
本發明的凈化景觀水體的技術系統的具體操作方法可參見圖1～3周圍坡地和路面產生的雨水徑流經過岸邊帶人工生態濕地I攔截去除大部分懸浮物后，經過岸邊帶人工生態濕地I的布水廊道13分配后流向基質12和挺水植物15，處理后作為補給水流入景觀水體中的塘II中。當景觀水體中的塘II中的水位較低，雨水徑流較小時，雨水徑流通過基質攔截過濾顆粒污染物后進入景觀水體中的塘II中；雨水徑流量大或景觀水體中水位較高時主要由挺水植物15攔截懸浮污染物。
景觀水體中的塘II中的水經過污水泵10的提升后，由進水管6跌入生物濾池III中，經過濾料1處理后由短柄濾頭5進入布水區2中，經過清水收集管7收集排回景觀水體中循環使用，部分處理水可以作為反沖洗用水儲存到清水池中。生物濾罐運行一段時間后反沖洗，反沖洗時先關掉清水收集管8和污水泵11；然后打開反沖洗泵10，反沖洗水可以取至清水池，也可以從景觀水體中處理水的排入口附近直接抽取，反沖洗水經過反沖洗穿孔管7進入布水區2中，在布水區2中整流后經由短柄濾頭5進入濾料區沖洗濾料；反沖洗水經三角堰3收集后排到系統外。岸邊帶人工生態濕地與景觀水體中的水主要依靠雨水徑流和景觀水體水位的變化交換物質，岸邊帶人工生態濕地植物的生長和濾料的吸附也可以部分去除景觀水體中的污染物。
在整個過程中，僅有生物濾罐需要提升泵和反沖洗水泵，在其它區域，水靠重力流動。
本發明的系統利用生物濾罐過濾去除景觀水體中的懸浮顆粒污染物，利用生物濾罐濾料上生長的微生物降解溶解性污染物；利用岸邊帶人工生態濕地削減進入景觀水體的雨水徑流中攜帶的懸浮顆粒，植物的生長也可去除水中部分營養物質。在所述的凈化景觀水體的技術系統中，生物濾罐運行使得原本靜止的水體流動，形成一內循環，該生物濾罐體積很小，對配套設施要求簡單，可以多個生物濾罐并聯運行。本發明凈化景觀水體的技術系統利用雨水徑流為外源補充水，減少缺水季節的補給水量。本發明的凈化景觀水體的技術系統對景觀水體的水質改善效果明顯，運行期間景觀水體水質保持穩定，其中生物濾罐處理后CODcr、TN、TP、TSS等指標達到國家地面水環境質量標準(GB3838-88)III類標準；系統僅生物濾罐運行需要水泵和反沖洗水泵，運行成本低；設計時將環境工程和生態工程與景觀設計相結合，使本系統在凈化和改善景觀水體水質的同時美化環境。本發明具有水質凈化效果顯著、運行成本低、環境友好、節省水資源等特點。
本發明的凈化景觀水體的技術系統具有如下優點1、本發明的凈化景觀水體的技術系統將環境工程和生態工程結合，利用生物濾罐作為景觀水體水處理的主體，利用生態工程處理雨水徑流，具有處理效果好、能耗較低、處理效果不受季節影響等優點。
2、本發明的凈化景觀水體的技術系統將處理后水循環利用，節省了水資源；利用雨水徑流作為部分補給水，節省了景觀水體的自來水用水量。
3、本發明的凈化景觀水體的技術系統在設計時充分考慮景觀因素，將環境工程和生態工程融入景觀中。利用樹林，灌木叢等隱藏環境工程設備，在岸邊帶種植觀賞性強的植物，強化了景觀水體的觀賞休閑功能。
4、本系統對原生態特別是原有的動植物負面影響小，環境友好。
5、本發明的凈化景觀水體的技術系統中的生物濾罐采用進水跌水和陶粒濾料等措施，使生物濾罐具有同時去除不溶性污染物和溶解性污染物的功能，該生物濾罐不需要曝氣系統，具有能耗低、噪音小等優點；生物濾罐設計時，采用多個小濾罐并聯的方式，減少了生物濾罐反沖洗的瞬時用水量，降低了生物濾罐對配套設施的要求。
6、本發明系統中的岸邊帶經過強化形成岸邊帶人工生態濕地，具有處理能力強和使用年限長等優點；選擇宜于觀賞的挺水植物和水生植物，美化了環境。
下面結合附圖及實施例對本發明的污水處理一體化系統及其操作方法作進一步的說明。
圖1.本發明的凈化景觀水體的系統示意圖。
圖2.本發明的凈化景觀水體的系統中的生物濾罐示意圖。
圖3.本發明的凈化景觀水體的系統中的岸邊帶人工生態濕地示意圖。
圖4.本發明的凈化景觀水體的系統的工程實例示意圖。
附圖標記I.岸邊帶人工生態濕地II.景觀水體中的塘III.生物濾罐1.濾料 2.布水區 3.三角堰4.濾板 5.短柄濾頭 6.進水管7.反沖洗管 8.清水收集管 9.頂蓋10.反沖洗泵 11.污水泵12.基質13.布水廊道 14.圍欄 15.挺水植物16.水生植物具體實施方式
實施例1請參見圖1。本發明的系統是由環境工程單元生物濾罐和生態工程單元岸邊帶人工生態濕地組合而成。
景觀水體中的塘II的岸邊帶由處理雨水徑流中懸浮固體的人工生態濕地I構成，景觀水體中的塘II通過管路與處理景觀水體中污染物的生物濾罐III相連通。
生物濾罐如圖2所示，所述生物濾罐內濾料為陶粒濾料；岸邊帶人工生態濕地如圖3所示。在基質上種植挺水植物，在景觀水體的淺水區種植有水生植物16；在岸邊帶人工生態濕地與深水區間設置有圍欄14。
用本發明的系統對武漢動物園鶴島的水體進行處理。
武漢動物園鶴島是該動物園重要的景觀之一，放養了許多珍貴的觀賞鳥類(黑天鵝、灰鶴、丹頂鶴、白嘴鷺、黑鸛、鵜鶘等)。其地形示意圖如圖4所示水禽棲息區總面積約為2844m2，水深為0.9m～2.0m，平均水深約為1.3m～1.4m左右。水體內部有一供鳥類棲息的島嶼，水塘中間有一座假山，二者面積約為1107m2，北部及東、西部為環形水道，南部為黑天鵝棲息的水塘，其水面面積為1737m2，。環形水道總長度約為123m。
由于飼料的投加和鳥類糞便，使得塘水渾濁，水塘的水質和感觀較差，工程前水質基本參數如下COD為60～80mg/l、TN為6～10mg/l、TP為0.5～2mg/l、水中生長著大量水藻和懸浮物，水的能見度為0.15～0.30m。為了改善水質，動物園定期向鶴島補充自來水，浪費了寶貴的水資源。
因此，針對鶴島的水質狀況，采用了本發明的凈化景觀水體的技術系統對鶴島的水體進行處理，生物濾罐四個并聯運行。鑒于地形特點，中間用一水泥堤將環形溝渠隔開，水由水泵提升處理后沿溝渠循環流動。四周坡地的雨水匯入鶴島作為補給水。經過工程改造后，污染源主要包括(1)面源污染主要是雨水徑流；(2)內源污染水禽和鶴島上的食物剩余物和排泄物。
考慮到鶴島鳥類的生活，生物濾罐放置在遠離動物休息的岸邊，水泵淹沒在水中；將生物濾罐的頂蓋設計為尖頂，其外形類似于一座小木房，外觀顏色為草綠色，整個系統掩隱在樹林中。
岸邊帶人工生態濕地由基質和水生植物組成。基質層由下向上依次為碎石、鵝卵石和鋼渣，各層基質深度均為30cm。基質上種植的挺水植物主要有蘆葦、香蒲、菖蒲和睡蓮，此外，在岸邊帶的一段上還人工種植了藻類——伊樂藻。
雨水徑流經過岸邊帶人工生態濕地處理后總懸浮物TSS從100～200mg/l降為20～70mg/l左右，TN、TP由于TSS的去除顯著降低。
比較生物濾罐進出水經本發明的觀水體水循環凈化技術及系統處理后景觀水體水質COD維持在5～15mg/l、TN維持在0.4～1.0mg/l、TP維持在0.1mg/l以下、水的濁度在10NTU以下，能見度維持在1.0～1.30m，達到了國家地面水環境質量標準(GB3838-88)的III類標準；生物濾罐出水在0.5～2.0mg/l，在景觀水體中可以恢復到5.0～6.2mg/l。
系統運行穩定后景觀水體水質良好，在運行期間水質保持穩定。
工程運行一年多，鶴島內各種動物生長良好。
對本研究的景觀水體水循環與凈化技術及系統的工程應用研究表明該系統處理效果顯著、具有低能耗、環境友好等特點。
權利要求
1.一種凈化景觀水體的技術系統，由環境工程單元生物濾罐和生態工程單元岸邊帶人工生態濕地組合而成，其特征在于景觀水體中的塘II的岸邊帶由處理雨水徑流中懸浮固體的人工生態濕地I構成，景觀水體中的塘II通過管路與處理景觀水體中污染物的生物濾罐III相連通。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的生物濾池III是一個或一個以上的并聯。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征是所述的生物濾罐III主要由濾料、布水區、三角堰、濾板、短柄濾頭、進水管、反沖洗管、清水收集管、頂蓋、反沖洗泵、污水泵單元構成；一濾板將生物濾罐III分為上濾料區、下布水區兩個區；濾板為穿孔板，在濾板的通孔處安裝有短柄濾頭；在濾板下方的布水區安裝有清水收集管、反沖洗管；在濾板上方裝的濾料區裝填有濾料，在濾料的上方一三角堰安裝在生物濾罐III的側壁上，一進水管安裝在三角堰的上方。
4.根據權利要求1或2所述的系統，其特征是所述的生物濾罐III的頂部有頂蓋，在頂蓋上設有觀察通風孔。
5.根據權利要求3所述的系統，其特征是所述的生物濾罐III的頂部有頂蓋，在頂蓋上設有觀察通風孔。
6.根據權利要求3所述的系統，其特征是所述生物濾罐III的進水管與污水泵相連，反沖洗管與反沖洗泵相連，清水收集管的另一端與景觀水體中的塘II相連通。
7.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的岸邊帶人工生態濕地主要由基質，布水廊道，挺水植物、水生植物構成；在坡地與岸邊帶之間設置有布水廊道；在基質的上面種植有挺水植物，在景觀水體中的塘II的淺水區種植有水生植物。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征是所述的基質由空隙率大、吸附能力強的碎石、鵝卵石和鋼渣組成。
9.一種根據權利要求1～8任一項所述的系統的操作方法，其特征是經過岸邊帶人工生態濕地I布水廊道后的雨水徑流分別流向基質和挺水植物，攔截去除大部分懸浮物及去除部分污染物后的水作為補給水進入景觀水體中的塘II中，并與景觀水體中的塘II中的景觀水體混合；景觀水體通過管路進入生物濾罐III中，經過生物濾罐III中的過濾和濾料上生長的微生物的降解凈化處理后，清潔水返回景觀水體中的塘II中；用于沖洗生物濾罐III中濾料的反沖洗水排到系統外。
全文摘要
本發明屬于利用環境工程技術和生態工程技術的協同作用凈化景觀水體的技術，特別涉及一種凈化景觀水體的技術系統及其操作方法。所述的凈化景觀水體的技術系統由生物濾罐和岸邊帶人工生態濕地組合而成。生物濾池可去除污水中的有機污染物、氨氮、總懸浮固體等，且不需要曝氣設備；岸邊帶人工生態濕地削減進入景觀水體的雨水徑流中攜帶的懸浮顆粒，植物的生長也可去除水中部分營養物質。生物濾罐運行使得原本靜止的水體流動，形成一內循環；利用雨水徑流作為景觀水體外源補充水，可以減少缺水季節的補給水量。本發明具有水質凈化效果顯著、運行成本低、環境友好、節省水資源等特點。
文檔編號C02F3/32GK1927736SQ200510095870
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月6日 優先權日2005年9月6日
發明者劉俊新, 單保慶, 郭雪松, 魏源送, 趙建偉 申請人:中國科學院生態環境研究中心