專利名稱：消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法
技術領域：
本發明涉及河流或溝渠水污染生態修復和地面水體污染控制的方法，具體來說是在受污 染河流或溝渠原位進行河水處理的方法。
背景技術：
隨著化肥的大量使用、城市生活污水排放量的激增，導致農業面源污染物通過溝渠匯聚 到河流或溝渠，使眾多小河溝成為黑臭河，并且成為輸往湖泊的排污河，又進一步導致湖泊 污染和嚴重富營養化，嚴重破壞了河流或溝渠、湖泊生態環境。例如，巢湖水體富營養化嚴 重，主要原因之一是農田退水、農村生活污水經河道和溝渠排放，經過南淝河、十五里河、 派河、杭埠河、兆河、裕溪河、板橋河、廿埠河等匯入巢湖。十五里河、南淝河及其支流板 橋河、廿埠河等污染嚴重，2005、 2006年均為劣V類水，主要是氨氮、高錳酸鹽指數、總 磷等項目超標。派河2005年為劣V類水，汛期為IV類水。2006年有所好轉，為V類水， 主要是氨氮超標。調查表明，暴雨徑流、水土流失、村鎮生活污水和農業廢水是構成面源污 染的主要來源，而河道和溝渠則是污染物的最終入湖途徑。為了有效改變這一污染狀況，必 須對入湖污染河流或溝渠采取消減污染物的措施，降低入湖河流或溝渠的N、 P含量，從而 防止湖泊的富營養化。營養鹽和污染物質在河流或溝渠中的存在形式主要有兩種，即溶解態和固態。其中固態 又有三種存在形式懸浮態、底泥、水生生物。污染物的不同存在狀態可以互相轉變。磷的存在形式包括溶解磷和固態磷。溶解磷主要是磷酸根離子和溶解有機含磷化合物。 河流或溝渠中固態磷主要存在形式為懸浮膠體物質吸附磷、懸浮微生物、水生生物和底泥。 不同狀態的磷之間存在復雜的相互轉換。溶解態磷可以被微生物吸收利用轉變為固態磷，微 生物代謝、水生生物分解、底泥分解也可以使固態磷轉變為溶解態磷。但是一旦磷進入地面 水體系統，僅僅發生不同狀態之間的轉換，不會自發地脫離水體系統，因而，要想控制地面 水體的富營養化，需要解決的問題是如何以廉價的方式把磷從地面水體系統轉移出來。 CN1762854的專利文獻中公開了一種在受污染的水面建立浮式栽培床的方法； CN1683258的專利文獻中公開了一種在受污染的水面栽培漂浮植物鳳眼蓮的方法； CN1800034的專利文獻中公開了一種在受污染的水面種植盧竹的方法； CN1458089的專利文獻中公開了一種在水體中種植沉水植物的方法。 以上各文獻所公開的技術方案都是通過水生植物吸收水中污染物。再將水生植物體和吸 附在植株根系上的污染物全部轉移出受污染的地表水環境之外才能達到消除污染的目的。但是水生植物含水量高，采收水體中的植物十分困難、勞動強度大、成本高，同時也存在著采 收的水生植物難以資源化利用的問題。CN1311159的專利文獻中公開了一種以污治污的北京涼水河作為內陸城市的水下綜合治 污系統，是在市區的河流或溝渠排水中，由截污管道、合流管井、生物管井與分流河道處理 澄清水連接，使市區排水達到城市河流或溝渠的水質標準。CN101003969的專利文獻中公開了一種在河流或溝渠河口處設置間隔壩，給河流或溝渠 上游補水并改善水質，但這一方案只是對污染物質的稀釋并排入大海，存在對海水的污染問 題。CN1621622的專利文獻中公開了一種平原河網地區面源污染強化凈化前置庫系統。該系 統包括四個部分1、地表徑流收集與調節子系統(生態溝渠)；2、沉降子系統(植物柵)； 3、生態透水壩(生態透水壩強化凈化子系統)；4、前置庫庫區。以上四個部分依次連接形成一個完整的平原河網地區面源污染強化凈化前置庫系統。該系統可以部分去除地表徑流及其它未處理的污染源中的N、 P等營養鹽、懸浮固體和有機污染物，減少入湖污染負荷量，有效控制面源污染。但是污染物的去除率仍然達不到地面水體 富營養化控制要求的水平，并且沒有排泥、水生生物收割系統，磷元素很難從水環境系統中 轉移出去，最終很難達到長期控制磷污染的目的。CN101045585的專利文獻中公開了一種凈化河流或溝渠面源污染的旁置生物凈化方法。 其凈化系統包括1、攔水閘與引水系統；2、平流式沉砂池系統；3、配水與水力優化；4、 植物強化凈化系統；5、深水凈化系統；6、放水閘系統；7、優化運行與管理。但是，處理 系統需要占用水庫、水塘。通常情況下，水庫、水塘都是水源地、養殖場，很難容許使用水 庫、水塘作為受污染河水的旁置處理場所。同時，系統復雜且占地面積巨大。發明內容本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種將污染物從水體中移出、投 資少、不另外占用場地的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，通過強化河水凈化 來控制小河流或溝渠引入湖污染物的量，從而有效控制湖泊的富營養化。本發明解決技術問題采用如下技術方案本發明方法的特點是在各入湖小河流或溝渠的斷面上設置水處理單元，水處理單元包括 在小河流或溝渠的斷面河床上開挖沉泥潭，沉泥潭的上游側為絮凝反應段，絮凝反應段的上 游側分別設置有投藥機構和增氧段，在水處理單元中通過生物和/或化學的方法使河水中污 染物轉化為固體物質，定期排除沉泥潭中的底泥和水處理單元中的水面漂浮物，實現將污染物從河流或溝渠中轉移出去。 本發明方法的特點也在于-沉泥潭的下游側設置滲濾壩。滲濾壩為多孔材料筑成，厚度為1-10米、壩高為所在河段平水期的水位高度。滲濾壩是以加氣粉煤灰多孔砌塊、水泥多孔磚、粘土多孔磚逐層筑成，相鄰層間縱向錯 縫，滲透壩中具有孔徑為2-10cm的貫通孔。沉泥潭是在河床的斷面上向下開挖2-5米的深坑，增加沉泥潭所在位置的小河流或溝渠 的斷面寬度為原來寬度的1.2-2倍。生物方法是在水中溶解氧不足時曝氣增氧。化學方法是通過加藥機構向水中投加具有吸附和/或沉淀磷功能的化學絮凝劑；所述化 學絮凝劑包括鐵或鋁的易溶鹽固體或溶液，也包括富含鐵或鋁、對磷酸鹽具有吸附作用的活 性物質。增氧段是在河床上設置曝氣穿孔管，以壓縮空氣為氣源，曝氣穿孔管沿水流方向布置的 長度為10-100米。投藥機構位于曝氣穿孔管的下游側末端；曝氣穿孔管的下游側末端位于沉泥潭的上游側 50-200米位置處。與己有技術相比，本發明有益效果體現在1、 本發明以強化河水凈化來控制小河流或溝渠入湖污染物的量。相對于湖泊而言，入 湖的支流水系即是湖泊的污染源。在入湖的各支流水系中采取適當的水處理措施可以大幅度 消減輸入湖泊的污染物通量，從而靈活、有效地控制湖泊的富營養化。2、 本發明直接將小河流或溝渠作為水處理場所，人為強化河流或溝渠凈化污染物的作 用，省卻了專門建設水處理廠的投資和場地。3、 本發明在入湖支流中設置增氧系統，提高污染河流或溝渠中溶解氧濃度，能有效彌 補河流或溝渠生物自凈溶解氧不足，促進河水中微生物的合成代謝，增強微生物對河水中氮、 磷、COD等污染物的吸收、氨態氮的硝化，從而降低河水中溶解態氮、磷、COD濃度。4、 本發明通過向水中投加對磷有強吸附、沉淀作用物質，促進河水中殘余溶解態磷向 固態磷的轉化，促使水中膠體物質、微生物絮凝沉淀，使河流或溝渠污染物質整體轉移到污 泥中。5、 本發明在小河流或溝渠的斷面上設置沉泥潭作為河水中懸浮物、絮凝顆粒的沉淀池， 通過排泥泵將沉泥排出水系，從而徹底消除污染物，另一方面，排出的沉泥可以作為營養物質用于肥田，或填充低洼地，或排入林地提高土壤肥力。6、 本發明設置滲透壩可以附著巨量的微生物膜，達到同步硝化、反硝化脫氮作用和吸 附截留磷酸鹽沉淀的作用。7、 本發明滲透壩的設置可以提高洪水期過流斷面，增強泄洪能力。
圖1為本發明水處理單元所在位置俯視結構示意圖。 圖2為本發明水處理單元所在位置立面示意圖。 圖3為本發明水處理單元中沉泥潭結構示意圖。 圖4為本發明滲透壩結構示意中標號l滲濾壩、2入湖支流、3河岸堤壩、4增氣段、5投藥機構、6絮凝反應段、 7沉泥潭、8排泥管、9壓縮空氣進氣管、IO漂浮物清除機械、ll滲濾壩多孔磚、12滲濾壩基礎。以下通過具體實施方式
，結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施方式
首先選擇污染比較嚴重的入湖支流2，選擇河岸堤壩3比較開闊、河岸堤壩3的周圍有 大面積林地，或低洼廢地，或稻田的地方，作為構建水處理單元的場地。參見圖1、圖2，在所選擇的入湖支流2的斷面上，向下開挖2-5米的深坑形成沉泥潭7， 增加沉泥潭7所在位置的小河流或溝渠的斷面寬度為原來寬度的1.2-2倍。沉泥潭7在上游 一側沿河流或溝渠的縱向伸展長度為30-100米。水系中的固態物質在沉泥潭7中由于水流 速度變小而沉降。參見圖2、圖4，在沉泥潭7的下游河床上筑建滲濾壩1，滲濾壩1的高度設計為河段 平水期水位高度，滲濾壩厚度為1-10米，滲濾壩1頂部寬度為1~1.5米，滲濾壩1的上游立 面為直立面，下游坡度為3:1 5:1。滲濾壩1為多孔材料筑成，多孔材料可以是加氣粉煤灰 多孔磚、水泥多孔磚或粘土多孔磚，在滲透壩中形成孔徑為2-10cm的通孔。滲濾壩1的作 用包括攔截漂浮物、生物膜載體、強化硝化、反硝化和除鱗。在沉泥潭7的最深處安裝污泥泵，通過排泥管8將沉泥潭7中的污泥抽出并排放到林地、 低洼地，或用于稻田肥田。在靠近滲濾壩1的部位設置漂浮物清除機械，自動清除漂浮物。河流或溝渠漂浮物主要 是沿河凋落的樹葉、樹枝，以及雨水沖刷帶來的農業廢棄物、水生植物、塑料類物質。圖2所示，在沉泥潭1的上游河床上安裝曝氣穿孔管以構建增氧段4，曝氣穿孔管沿水說明書 -100米，曝氣穿孔管的下游側末端位于沉泥潭的上游50-200米處。 以壓縮空氣為氣源曝氣增氧，曝氣量根據河水溶解氧含量自動調節，維持河水中溶解氧含量 >4mg/L。在水中溶解氧不足時曝氣增氧以提高河水中的溶解氧，促使微生物的合成代謝， 提高微生物對營養物質的吸收，通過微生物合成代謝降低水中溶解氮磷營養物質濃度；強化 投加吸附劑、沉淀劑與水的混和作用。在增養段4的下游設置投藥機構5，投加藥劑為負載10%氫氧化鋁的凹凸棒石粘土，或 為負載5%氫氧化鋁、5%氫氧化鐵的凹凸棒石粘土，投加量為每升水0.1 lg。投藥的作用是 吸附和/或沉淀水中溶解態磷、絮凝沉淀水中懸浮物。投藥機構5與沉泥潭7之間一段為絮凝反應段6，污染物在絮凝反應段6中得到絮凝， 并在經過絮凝反應段6之后逐步沉淀在沉泥潭7中。根據河水中污染物存在狀態和模擬試驗結果計算，釆用本發明方法進行河流或溝渠污染 強化處理后，總磷去除率可達90%， COD去除率70。/。以上，TN去除率80。/。，處理后水質 可以達到II類或III類地面水體標準。
權利要求
1、消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是在各入湖小河流或溝渠的斷面上設置水處理單元，所述水處理單元包括在所述小河流或溝渠的斷面河床上開挖沉泥潭(7)，所述沉泥潭(7)的上游側為絮凝反應段(6)，所述絮凝反應段(6)的上游側分別設置有投藥機構(5)和增氧段(4)，在所述水處理單元中通過生物和/或化學的方法使河水中污染物轉化為固體物質，定期排除沉泥潭(7)中的底泥和水處理單元中的水面漂浮物，實現將污染物從河流或溝渠中轉移出去。
2、 根據權利要求1所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是在 所述沉泥潭(7)的下游側設置滲濾壩(1)。
3、 根據權利要求2所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是所 述滲濾壩(1)為多孔材料筑成，厚度為1-10米、壩高為所在河段平水期的水位高度。
4、 根據權利要求3所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是所 述滲濾壩(1)是以加氣粉煤灰多孔砌塊、水泥多孔磚、粘土多孔磚逐層筑成，相鄰層間縱 向錯縫，滲透壩(1)中具有孔徑為2-10cm的貫通孔。
5、 根據權利要求1或2所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征 是所述沉泥潭(7)是在河床的斷面上向下開挖2-5米的深坑，增加沉泥潭(7)所在位置的 小河流或溝渠的斷面寬度為原來寬度的1.2-2倍。
6、 根據權利要求1或2所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征 是所述生物方法是在水中溶解氧不足時曝氣增氧。
7、 根據權利要求1或2所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征 是所述化學方法是通過加藥機構向水中投加具有吸附和/或沉淀磷功能的化學絮凝劑；所述 化學絮凝劑包括鐵或鋁的易溶鹽固體或溶液，也包括富含鐵或鋁、對磷酸鹽具有吸附作用的 活性物質。
8、 根據權利要求1或2所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征 是所述增氧段(4)是在河床上設置曝氣穿孔管，以壓縮空氣為氣源，曝氣穿孔管沿水流方 向布置的長度為10-100米。
9、 根據權利要求8所述的消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是所 述投藥機構(5)位于曝氣穿孔管的下游側末端；曝氣穿孔管的下游側末端位于沉泥潭(7) 的上游側50-200米位置處。
全文摘要
消除河流或溝渠污染控制湖泊富營養化的方法，其特征是在各入湖小河流或溝渠的斷面上設置水處理單元，所述水處理單元包括在所述小河流或溝渠的斷面河床上開挖沉泥潭，沉泥潭的上游側為絮凝反應段，絮凝反應段的上游側分別設置有投藥機構和增氧段，在水處理單元中通過生物和/或化學的方法使河水中污染物轉化為固體物質，定期排除沉泥潭中的底泥和水處理單元中的水面漂浮物，實現將污染物從河流或溝渠中轉移出去。本發明方法投資少、不另外占用場地，通過強化河水凈化來控制小河流或溝渠引入湖污染物的量，從而有效控制湖泊的富營養化。
文檔編號C02F1/52GK101254991SQ200810020200
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月28日 優先權日2008年3月28日
發明者周本軍, 孫玉兵, 敏 潘, 錢家忠, 陳天虎 申請人:合肥工業大學