專利名稱：水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于城鎮河道富營養化水體的修復系統，具體的說是水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統。
背景技術：
城鎮河道水系是城鎮的一道重要生態景觀，對改善城鎮生態環境和居民生活質量有重要的意義，而河道水系的水質將是影響其效果的關鍵。城鎮河道由于臨近居民生活區， 或者繞城而過、或者穿城而過，其水質長期受居民的干擾而惡化的情況在我國各地的大小城市是非常普遍的現象。在南方的一些城市，如無錫、蘇州、常州等河網密度的城市，其城市河道由于長期遭受污染，水質已經惡化到無以復加的地步，甚至在夏季發出惡臭。治理城市河道成為這些地區的環境重點工程。而在北方城市，如洛陽，這種情況也普遍存在。圍繞城鎮河道治理，國內外已經開展了大量的研究，目前已經證明有一定效果的措施主要有(1)清淤，挖除河道底泥，減輕河道內源污染；(2)引水稀釋，主要是引臨近大河的水以稀釋城市河道，并驅動城市河道的流動；(3)水生植被恢復，在條件合適的區段， 采用生態恢復工程，對水生植被進行恢復，以修復城市河道自身的凈化機制；(4)異位修復，引城市河道的被污染水進入生態修復系統進行修復，而后重新補充到河道，以降低河道水體中污染物濃度。對于以上這幾類技術，前兩類主要依賴大型工程，對河道系統本身的生態破壞比較嚴重，而對水質動態的控制能力并不強，投入大，效果往往不佳。國內不少單位曾開展水生植被恢復，或者引入外源植被對水體進行修復的技術研究，如人工浮床技術，這類技術多用于湖泊，對于河道效果如何，能否長期穩定地，高效低耗地運行，缺乏強有力的數據支撐。異位修復技術在河道水體中的修復效果也曾有不少研究，其中以東南大學所開展的利用經濟作物水培控制和修復污水河道水質的研究最引人關注。他們利用水芹菜、空心菜等適宜水培的作物，設計了一套以植物根系過濾為主要特點的生態修復技術，并建立了中試規模的異位修復試驗場，應用在南方城市宜興市的污染河道水質異位修復工程中， 對降低水體營養鹽濃度、水體透明度等方面起到了一定的效果。城市富營養化污染水體的一個基本特點是，水中營養鹽雖然對于水生浮游植物而言濃度高，但是對于適應于陸生環境的植物而言，其濃度是低的，而且，相當部分的營養鹽是以吸附在水中懸浮顆粒上的形態存在的，也有相當部分以有機顆粒的形態存在，陸生植物往往難于吸收利用。同時城市河道還有耗氧量大，透明度低的特點。這些特點并不利于各種經濟作物的生長，尤其如空心菜這類適應陸生環境的植物。而這些植物往往缺乏如水葫蘆、水浮蓮等水生漂浮植物的發達根系，和強有力的對水中懸浮物質吸附和轉化的能力。 單純利用植物根系作為過濾網以過濾水中污染物質，收效往往不高，原因也在這里。因此， 要成功利用各類經濟作物實現水質控制與修復，如何提高有效的水中懸浮物質的富集機制是關鍵。
發明內容
本發明的目的是為解決上述技術問題的不足，提供水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，系統結構簡單，運行管理成本低，對高度污染的城市河道水質凈化效果好。本發明為解決上述技術問題的不足，所采用的技術方案是水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，由進水引水系統、跌水臺、粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩、細沙-狗牙根濾水壩和出水引水系統構成，所述的進水引水系統由提水機和布水渠構成，提水機的出水端設置在布水渠內，布水渠的排水端一側依次設有跌水臺、粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩、細沙-狗牙根濾水壩和出水引水系統，跌水臺高度為0. 5— 2m，布水渠排水端流出的水從跌水臺下落后依次經過粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩和細沙-狗牙根濾水壩流至出水引水系統，水面高度不超過粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩和細沙-狗牙根濾水壩的壩體頂面；；
所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩，壩體由粒徑為5—10 mm的粗河砂構成，其橫切面為梯形，在壩體上端面種植有水芹菜；
所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩，壩體橫切面為梯形，壩體由細河砂、粉煤灰混合構成，細河沙和粉煤灰的體積比為2:1，其中細河砂粒徑為0. 5-1. 5 mm，粉煤灰的粒徑125 ym-2 mm，在壩體上端面種植有黑麥草；
所述的細沙-狗牙根濾水壩，壩體由粒徑為0. 25-1 mm的細河砂構成，壩體橫切面為梯形，在壩體上端面種植有狗牙根，細沙-狗牙根濾水壩的排水口與出水引水系統的進水口相連通。所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩與跌水臺的水平間距為50— 80 cm。所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩至少設有兩組，濾水壩間的間距為50—80 cm。所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩，壩體下底面寬30—60 cm，上表面寬為20—35 cm,高度為 10—30 cm。所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩至少設有兩組，濾水壩間的間距為 50—80 cm。所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩，壩體下底面寬30—60 cm,上表面寬為 20— 35 cm，高度為 10 — 30 cm。所述的細沙-狗牙根濾水壩至少設有兩組，濾水壩間的間距為50—80 cm。所述的細沙-狗牙根濾水壩，壩體下底面寬30—60 cm，上表面寬為20—35 cm，高度為 10 — 30 cm。所述的出水引水系統由集水區、出水引水渠組成，集水區與細沙-狗牙根濾水壩的出水端間的距離為25—50 cm。本發明的有益效果是
1、系統結構簡單，運行管理成本低，效果好；即可適應高度污染的城市河道水質凈化， 也可適應微污染的河道水質修復，適應性強，不易堵塞，出水透明度高，營養鹽含量低，水質好。
2、采用由粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩和細沙-狗牙根濾水壩三級濾水壩構成凈化處理系統，各個壩體分層次凈化，凈化效果較好， 特別是合理優化三級壩體的所采用的不同顆粒度，通過不同的顆粒度間隙來配合不同植物根系來完成凈化，不僅無污染，而且凈化后水質較好，可直接排放到河流中來補充水源。
圖1是本發明的結構示意圖。圖2是本發明具體實施方式
的結構示意圖。圖中標記1、進水引水系統，101、提水機，102、布水渠，2、跌水臺，3、粗砂-水芹復合生態濾水壩，4、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩，5、細沙-狗牙根濾水壩，6、出水引水系統，601、集水區，602、出水引水渠。
具體實施例方式如圖所示，水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，由進水引水系統1、跌水臺2、粗砂-水芹復合生態濾水壩3、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩4、 細沙-狗牙根濾水壩5和出水引水系統6構成，所述的進水引水系統1由提水機101和布水渠102構成，提水機101的出水端設置在布水渠102內，布水渠102的排水端一側依次設有跌水臺2、粗砂-水芹復合生態濾水壩3、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩4、細沙-狗牙根濾水壩5和出水引水系統6 ；由粗砂-水芹復合生態濾水壩3、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩4和細沙-狗牙根濾水壩5三級濾水壩構成凈化處理系統，來完成對城市污水的凈化處理。所述的進水引水系統1，其中提水機101為抽屜河水的機器，用于抽提河水引入布水渠，布水渠102為一個通道主要功能為把污染河水引入凈化系統中，布水渠可由市售PVC 管串接而成，也可由磚石堆砌而成。所述的跌水臺2，為一與凈化處理系統寬度相等的平臺構成，布水渠102的排水端通過跌水臺2與粗砂-水芹復合生態濾水壩3的進水端連通，跌水臺2高度為0. 5—2m,也就是說在垂直方向上跌水臺2上端面液面高出下部粗砂-水芹復合生態濾水壩3液面的距離為0.5 — an，可采用0.5m、l m或者加，最佳間距為lm，布水渠內的河水通過跌水臺后， 落入下部的凈化處理系統中，由于跌水臺具有一個高度差，因此經跌水臺而跌落，促進溶解氧的濃度提高，可以起到一個自然的增氧作用。所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩3，壩體橫切面為梯形，壩體下底面寬30 — 60 cm，一般采用30、50或者60 cm，最佳寬度為50 cm ；上表面寬為20— 35 cm，一般為20、30或者35 cm，上表面最佳寬度為20 cm ；高度為10—30 cm，最佳高度為20 cm ；壩體由粒徑為5— 10 mm的粗河砂構成，在壩體上端面種植有水芹菜，水芹菜根系可自由分布在壩體內，并進一步擴散到壩體外水中，水芹菜根系具有發達的多級細根系統，可有效吸附水中的懸浮物，而壩體的粗河砂可促進微生物附著，形成微生物膜，對水中懸浮的有機物質進行吸附和分解， 水中的營養鹽則可由水芹菜吸收凈化。粗砂-水芹復合生態濾水壩一般以兩組為一個單位，根據河水水質狀況，可以增加，濾水壩間的間距為50— 80 cm，一般采用50、60或者80 cm，第一個粗砂-水芹復合生態濾水壩與跌水臺水平間距為50—80 cm。
所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩4，壩體橫切面為梯形，壩體下底面寬30— 60 cm，一般采用30、50或者60 cm，最佳寬度為50 cm ；上表面寬為20— 35 cm，一般為20、30或者35 cm，上表面最佳寬度為20 cm ；高度為10 — 30 cm，最佳高度為20 cm ；壩體由細河砂、粉煤灰混合構成，細河沙和粉煤灰的體積比為2:1，其中細河砂粒徑為0. 5-1. 5 mm，粉煤灰的粒徑125 μ m-2 mm，在壩體上端面種植有黑麥草；由細河砂和粉煤灰構成的濾水壩可以強化難以沉降的懸浮物質，并收集溶解在河水中的營養鹽和可溶性物質，在微生物的共同作用下，富集與濾水壩中，由黑麥草吸收去除。“細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩”也以兩組為一個單位，濾水壩間的間距為50—80 cm。最佳間距為60 cm。所述的細沙-狗牙根濾水壩5，壩體由粒徑為0. 25-1 mm的細河砂構成，壩體橫切面為梯形，壩體下底面寬30—60 cm，一般采用30、50或者60 cm，最佳寬度為50 cm ；上表面寬為20— 35 cm，一般為20、30或者35 cm，上表面最佳寬度為20 cm;高度為10 — 30 cm，最佳高度為20 cm ；在壩體上端面種植有狗牙根，細沙-狗牙根濾水壩的排水后與出水引水系統的進水口相連通。細沙-狗牙根濾水壩，河水經上述步驟處理后，河水中所含的污染物質已經大大降低，但是，仍然會有一些懸浮物質，以及可溶性有機物殘留，包括來之于上述濾水壩上栽培的作物根系的分泌物，需要進一步去除，為此，設計兩組以細河砂為壩體的濾水壩，以強化系統的凈化效果。在壩體上種植狗牙根。狗牙根在此主要起到穩定壩體的作用， 以避免水力沖擊下垮壩，濾水壩間的間距為50—80 cm。最佳間距為60 cm。所述的出水引水系統6由集水區601、出水引水渠602組成，集水區與細沙-狗牙根濾水壩的出水端間的距離為25— 50 cm，最佳距離為30 cm，出水引水渠可由PVC管材串接，也可由磚石壘砌。出水經出水引水系統導引，重新流回城市河道的合適河段，補充河道。本發明，整個系統自進水端到出水端，其坡度控制在5 %以內，以防水力沖擊侵蝕壩體，同時以平緩的流速，促進河水中可沉降污染物質的沉降，增強系統的凈化能力；系統內水深度控制在15-20 cm，水深的高度不超過壩體的高度，維持較淺的水深，以利于水體的自然復氧，增強在濾水壩內微生物的活性；整個系統中，三類濾水壩系統的依次排列布置是河水凈化的關鍵，為適應不同污染程度的河水的生態修復需求，三類濾水壩系統可以依次增加單元數，但其排列次序不可顛倒，否則難以起到應有的效果，反而容易導致壩體堵塞， 水漫壩體的情況。該系統的操作流程河水經由提水機提水后，引入布水渠，再進入跌水臺，河水跌落后，進入凈化處理系統，首先緩慢經過“粗砂-水芹復合生態濾水壩”，通過沉淀、過濾、和水芹根系吸附去除水中營養鹽、懸浮污染物，再通過“細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩”，水中殘留的懸浮物得到過濾去除，而水中溶解的含量物質及磷酸根等被粉煤灰吸附去除，再通過“細沙-狗牙根濾水壩”，使河水中殘留的微量懸浮污染物及可溶性污染物得到去除，出水經收集后，經由出水引水系統導引，重新注入城市河道的適當河段，補充河道。
權利要求
1.水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于由進水引水系統(1)、跌水臺(2)、粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)、細沙-狗牙根濾水壩(5)和出水引水系統(6)構成，所述的進水引水系統(1)由提水機(101)和布水渠(102 )構成，提水機(101)的出水端設置在布水渠(102 )內，布水渠(102 ) 的排水端一側依次設有跌水臺(2)、粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)、細沙-狗牙根濾水壩(5)和出水引水系統(6)，跌水臺(2)高度為 0. 5—2m,布水渠(102)排水端流出的水從跌水臺(2)下落后依次經過粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)和細沙-狗牙根濾水壩(5)流至出水引水系統(6)，水面高度不超過粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)和細沙-狗牙根濾水壩(5)的壩體頂面；所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)，壩體由粒徑為5—10 mm的粗河砂構成，其橫切面為梯形，在壩體上端面種植有水芹菜；所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)，壩體橫切面為梯形，壩體由細河砂、 粉煤灰混合構成，細河沙和粉煤灰的體積比為2:1，其中細河砂粒徑為0. 5-1. 5 mm，粉煤灰的粒徑125 ym-2 mm，在壩體上端面種植有黑麥草；所述的細沙-狗牙根濾水壩(5)，壩體由粒徑為0. 25-1 mm的細河砂構成，壩體橫切面為梯形，在壩體上端面種植有狗牙根。
2.根據權利要求1所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)與跌水臺(2)的水平間距為50— 80 cm。
3.根據權利要求1所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)至少設有兩組，濾水壩間的間距為50— 80 cm。
4.根據權利要求3所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的粗砂-水芹復合生態濾水壩(3)，壩體下底面寬30— 60 cm，上表面寬為 20—35 cm，高度為 10 — 30 cm。
5.根據權利要求1所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)至少設有兩組，濾水壩間的間距為 50—80 cm。
6.根據權利要求5所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩(4)，壩體下底面寬30—60 cm，上表面寬為20— 35 cm，高度為10 — 30 cm。
7.根據權利要求1所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的細沙-狗牙根濾水壩(5)至少設有兩組，濾水壩間的間距為50—80 cm。
8.根據權利要求7所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的細沙-狗牙根濾水壩(5)，壩體下底面寬30— 60 cm，上表面寬為20 — 35 cm,高度為 10—30 cm。
9.根據權利要求1所述的水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，其特征在于所述的出水引水系統(6)由集水區(601)、出水引水渠(602)組成，集水區(601) 與細沙-狗牙根濾水壩(5)的出水端間的距離為25—50 cm。
全文摘要
水培植物與濾水壩相結合的富營養化水體異位修復系統，由進水引水系統、跌水臺、粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩、細沙-狗牙根濾水壩和出水引水系統構成，所述的進水引水系統由提水機和布水渠構成，提水機的出水端設置在布水渠內，布水渠的排水端一側依次設有跌水臺、粗砂-水芹復合生態濾水壩、細沙-粉煤灰-黑麥草復合生態濾水壩、細沙-狗牙根濾水壩和出水引水系統，布水渠的排水端通過跌水臺與粗砂-水芹復合生態濾水壩的進水端連通；該系統結構簡單，運行管理成本低，效果好；即可適應高度污染的城市河道水質凈化，也可適應微污染的河道水質修復，適應性強。
文檔編號C02F9/14GK102503037SQ20111035189
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者張雅莉, 徐曉峰, 苗艷芳, 陶士鋒 申請人:河南科技大學