一種河道圍隔截污導流原位凈化處理方法和系統與流程

本發明屬于污水治理、生態修復等技術領域，具體為黑臭河道原位凈化技術和生態修復技術。

背景技術：

我國河道水環境質量在近20年中急劇下降，絕大多數河流水質屬劣Ⅴ類，水質污染和生態退化問題十分突出，還原性有機污染物和氮、磷營養鹽含量居高不下，甚至出現了常年性水體黑臭現象。這不僅阻礙著經濟社會的可持續發展，還嚴重影響了沿岸居民的健康和生活。消除河道的黑臭現象、恢復河道的生態功能成為社會可持續發展過程中的關鍵任務之一。

我國在近幾年十分重視黑臭河道的治理，致力于治理技術的研究并投入實踐，目前我國推行的河道治理技術主要有：物理方法，包括人工曝氣、底泥疏浚和調水等，通過提高水體氧化性，控制內源污染和稀釋污染物等緩解水體黑臭，但是不能保證水質的長期穩定改善；化學方法，主要包括絮凝、化學氧化等，如鐵鹽鋁鹽混凝劑的使用可以有效提高水體透明度以及吸附溶解態磷，CaO₂、MgO₂可以提高溶解氧，有助于有機物降解和氨氮的轉化，并緩解了底泥向上覆水中磷的釋放，專利201610320572.7中就采用了這種方法，專利文獻201610076802.X中采用納米氣泡機提供溶解氧，所產生的氣泡粒徑很小，幾乎對水體不造成擾動，產生的氣泡可附著在底泥表層，氧傳質速率高；生物-生態方法，專利文獻201510845266.0早碳纖維生態草上掛膜，并向黑臭河道不同水域段的開始端噴灑經培養后的土著微生物，這是利用了生物膜技術和微生物強化技術，生物膜上的微生物可以吸附降解污染物，促進了污染物的化學反應過程，專利發明201610006876.6提供了一種構建穩定的沉水植被群落的方法，利用伊樂藻-苦草組合建立常綠型沉水植被，并配植伴生種為金魚藻、穗花狐尾藻、輪葉黑藻，并采用升降式浮床，可根據水體透明度調整浮床的深度，這是利用了植物凈化技術，目前被廣泛使用的技術有水生植物氧化塘、生態浮床等。

然而，目前大多數河道治理專利技術都集中在原位凈化修復上，對外源污染物的分流、截污和處置技術較少，專利文獻201510847564.3涉及對入河污水的導流和凈化，其將河道按位置劃分為污水導流和收集區、污水深度凈化區、水體生態系統構建和水質凈化區，并分別對三個區域采取治理措施，其所述污水導流和收集區為在河道兩側寬為0.5 ～ 2m 的區域采用PVC微孔膜對污水進行收集和導流，但是采用PVC微孔膜易造成堵塞，需頻繁更換，使用周期不長，而且對管道的具體鋪設和連接未做詳述。

鑒于上述技術背景，針對城鎮及農村沿河兩岸生活污水、農田廢水通過排污口直排入河、截污不徹底、污水流量大的黑臭河道治理工程，發明了一種快速完全截污的方式，無需抽干河道布設排污管的情況下在河道兩側采用浮體、防水布構成的圍隔將入河污水全部收集導流至深度集中凈化區，然后利用物理曝氣、植物凈化和微生物結合的方式對污水進行處理，截污徹底，凈化效果長久穩定，工程量小，對環境友好。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種河道圍隔截污導流原位凈化處理的方法和系統，所述方法和系統能快速徹底地攔截并凈化入河污水，同時在河道內原位消除污染物，適用于外源污染嚴重的黑臭河道的黑臭消除、水質提升及生態修復工程。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種河道圍隔截污導流原位凈化處理系統，包括污水原位凈化區和污水集中凈化區；污水原位凈化區和污水集中凈化區相連，污水原位凈化區布設于待治理河道上游河段，污水原位凈化區內設置截污導流凈化系統，污水集中凈化區布設于待治理河道下游河段，污水集中凈化區內設置污水集中凈化系統；

所述截污導流凈化系統包括截污圍隔系統、底層微孔曝氣系統和組合生態浮島；所述截污圍隔系統和底層微孔曝氣系統沿河岸布設，組合生態浮島布設于水面；

所述截污圍隔系統包括截污支管道和截污圍隔裝置；所述截污圍隔裝置沿河岸布設，將河岸排污口圍欄在內，與河岸、河道底部之間形成槽體結構，即截污導流凈化槽；所述截污支管道連接排污口，將排污口流出的污水引流至截污導流凈化槽，截污導流凈化槽內種植漂浮植物，凈化槽內污水；所述截污圍隔裝置由浮體、防水布和石籠組成，浮體浮于水面，石籠沉入河底底泥，防水布上下端分別通過鋼繩包裹連接浮體和石籠，形成圍隔；

所述底層微孔曝氣系統包括曝氣機、曝氣主管、曝氣支管和微孔曝氣裝置；曝氣機通過通氣管向曝氣主管內通氣；曝氣主管沿河岸鋪設，通過三通管與曝氣支管一端相連；曝氣支管另一端連接微孔曝氣裝置；

所述組合生態浮島包括漂浮植物和彈性填料；漂浮植物種植在圓形框架和網構成的植物浮床上；彈性填料與網相連，懸掛在植物浮床下方；每個生態浮島用毛竹樁固定在河道水面上方；

污水原位凈化區的污水通過截污導流凈化系統進行截污和原位凈化，經截污導流凈化槽導流至河道下游的污水進入污水集中凈化區域，通過污水集中凈化系統進行集中凈化；

所述集中污水凈化系統包括底層微孔曝氣系統和組合生態浮島；所述底層微孔曝氣系統、組合生態浮島結構、布設方式與截污導流凈化系統相同；兩個底層微孔曝氣系統共用曝氣機和曝氣主管。

其中，所述截污圍隔裝置上每隔10~30米安裝毛竹樁固定浮體，毛竹樁高度高于河道最高水位。

所述浮體選用長50~80cm、直徑Φ10~30cm的圓形塑料泡沫，浮體之間通過包裹的防水布相連。

所述漂浮植物選用狐尾藻或銅錢草，截污導流凈化槽內漂浮植物覆蓋度80%以上。

所述微孔曝氣裝置由微孔曝氣管和鋼筋組成，用鋼筋制成圓錐塔形支架，將微孔曝氣管纏繞其上，形成微孔曝氣裝置，具體為：將鋼筋彎曲成環形結構呈彈簧狀盤旋上升，環形結構從下至上直徑依次遞減，四周采用鋼筋連接固定，形成圓錐塔型結構的支架，微孔曝氣管纏繞在支架上；支架頂層，即環形直徑最小的一端與曝氣支管相連；支架底層環形結構用十字形的鐵皮焊接固定。優選的，所述支架環形結構共4層，微孔曝氣管從頂層往下纏繞3層，底層環形結構直徑Φ500，頂層環形結構直徑Φ150；所述微孔曝氣裝置空氣流量為，每個微孔曝氣裝置5m³/h，微孔曝氣裝置安裝密度為1個/5m²。

所述污水原位凈化區的組合生態浮島的覆蓋度為水面面積的30%~50%，污水集中凈化區的組合生態浮島的覆蓋度為水面面積的50%~60%；每個組合生態浮島用3個毛竹樁按三角形方向固定，毛竹樁頂部高出水面的部分高于河道最高水位。

所述組合生態浮島的構建方式為：利用PE管或PVC管圍成圓形框架，用一層聚乙烯網覆蓋，構成植物浮床；將彈性填料間隔與聚乙烯網相連懸掛在植物浮床下方，再將漂浮植物放置在植物浮床內填滿；所述漂浮植物選用綠狐尾藻、銅錢草或水花生。

本發明的另一目的在于提供一種河道圍隔截污導流原位凈化處理方法，本發明的方法通過如下技術方案實現：

一種河道圍隔截污導流原位凈化處理方法，具體包括如下步驟：

（1）將待治理河道劃分為污水原位凈化區和污水集中凈化區；污水原位凈化區和污水集中凈化區相連，污水原位凈化區位于待治理河道上游河段，污水集中凈化區位于待治理河道下游河段；

在污水原位凈化區所處河道兩岸距離岸邊1.0m~2.0m處分別布設截污圍隔裝置，截污圍隔裝置、河岸、河道底部之間形成槽體結構，即截污導流凈化槽；沿岸查找排污口，在排污口處安裝截污支管道，使排污口排出的污水通過截污支管道流入截污導流凈化槽；截污導流凈化槽內種植漂浮植物，凈化槽內污水；

其中，所述截污圍隔裝置由浮體、防水布和石籠組成，浮體浮于水面，石籠沉入河底底泥，防水布上下端分別通過鋼繩包裹連接浮體和石籠，形成圍隔；截污圍隔裝置上每隔10~30米安裝毛竹樁固定浮體，毛竹樁高度高于河道最高水位；

（2）在污水原位凈化區和污水集中凈化區所在河道布設底層微孔曝氣系統，包括曝氣機、曝氣主管、曝氣支管和微孔曝氣裝置；在河岸內側安裝曝氣機，曝氣機通過通氣管向曝氣主管內通氣；曝氣主管沿河岸鋪設，通過三通管與曝氣支管一端相連；曝氣支管另一端連接微孔曝氣裝置；污水原位凈化區和污水集中凈化區共用曝氣機和曝氣主管；

（3）在污水原位凈化區和污水集中凈化區所在河道水面布設組合生態浮島，所述組合生態浮島包括漂浮植物和彈性填料；漂浮植物種植在圓形框架和網構成的植物浮床上；彈性填料與網相連，懸掛在植物浮床下方；每個生態浮島用毛竹樁固定在河道水面上方；

（4）在污水集中凈化區底泥表面投放生物沸石，吸附氨氮；

（5）上述步驟中所有設施布設完畢后，運行底層微孔曝氣系統，對水體增氧，管護組合生態浮島，在運行污水處理過程中，在污水集中凈化區噴灑微生物菌劑，調節水質。

其中，所述微孔曝氣裝置由微孔曝氣管和鋼筋組成，用鋼筋制成圓錐塔形支架，將微孔曝氣管纏繞其上，形成微孔曝氣裝置，具體為：將鋼筋彎曲成環形結構呈彈簧狀盤旋上升，環形結構從下至上直徑依次遞減，四周采用鋼筋連接固定，形成圓錐塔型結構的支架，微孔曝氣管纏繞在支架上；支架頂層，即環形直徑最小的一端與曝氣支管相連；支架底層環形結構用十字形的鐵皮焊接固定；所述支架環形結構共4層，微孔曝氣管從頂層往下纏繞3層，底層環形結構直徑Φ500，頂層環形結構直徑Φ150；所述微孔曝氣裝置空氣流量為，每個微孔曝氣裝置5m³/h，微孔曝氣裝置安裝密度為1個/5m²。

污水原位凈化區的組合生態浮島的覆蓋度為水面面積的30%~50%，污水集中凈化區的組合生態浮島的覆蓋度為水面面積的50%~60%；每個組合生態浮島用3個毛竹樁按三角形方向固定，毛竹樁頂部高出水面的部分高于河道最高水位；所述組合生態浮島的構建方式為：利用PE管或PVC管圍成圓形框架，用一層聚乙烯網覆蓋，構成植物浮床；將彈性填料間隔與聚乙烯網相連懸掛在植物浮床下方，再將漂浮植物放置在植物浮床內填滿；所述漂浮植物選用綠狐尾藻、銅錢草或水花生。

本發明的方法和系統在無需抽干河道布設排污管的情況下，就可以將河道的主要治理河段徹底截污，減少了工程施工量，節約了施工時間，切斷了污染源，快速地將河道致黑致臭物以及氮磷等污染物徹底攔截并集中處置，適用于城鎮及農村沿河兩岸生活污水、農田廢水通過排污口直排入河、截污不徹底或抽干河道截污施工有難度的黑臭河道治理工程。

附圖說明

圖1是本發明河道圍隔截污導流原位處理凈化系統平面結構示意圖；其中1是需要治理的河道；2是污水原位凈化區；3是污水集中凈化區；4是截污圍隔裝置；5是截污支管道；6是排污口；7是截污導流凈化槽；8是曝氣機；9是曝氣主管道；10是曝氣支管道；11是微孔曝氣裝置；12是通氣管；13是三通管；14是組合生態浮島。

圖2是用于截污圍隔裝置的裝置結構示意圖；41是石籠；42是浮體；43是防水布；44是鋼繩；45是浮體連接。

圖3是微孔曝氣裝置的裝置結構示意圖；111是微孔曝氣管；112是鋼筋；113是鐵皮。

圖4是組合生態浮島的結構示意圖；141是漂浮植物；142是彈性填料；143是圓形框架；144是網；145是毛竹樁。

具體實施方式

下面結合附圖說明和具體實施例對本發明的技術方案做進一步描述。

實施例1

本實施例說明本發明系統的具體實施方式。

如圖1所示的河道圍隔截污導流原位凈化處理系統，待治理的水道1劃分為污水原位凈化區2和污水集中凈化區3；污水原位凈化區2和污水集中凈化區3相連，污水原位凈化區1布設于待治理河道1上游河段，污水原位凈化區2內設置截污導流凈化系統，污水集中凈化區3布設于待治理河道1下游河段，污水集中凈化區3內設置污水集中凈化系統；

所述截污導流凈化系統包括截污圍隔系統、底層微孔曝氣系統和組合生態浮島14；所述截污圍隔系統和底層微孔曝氣系統沿河岸布設，組合生態浮島14布設于水面；

所述截污圍隔系統包括截污支管道5和截污圍隔裝置4；所述截污圍隔裝置4沿河岸布設，將河岸排污口6圍欄在內，與河岸、河道底部之間形成槽體結構，即截污導流凈化槽7；所述截污支管道5連接排污口6，將排污口6流出的污水引流至截污導流凈化槽7，截污導流凈化槽7內種植漂浮植物，凈化槽內污水，所述漂浮植物選用狐尾藻或銅錢草，截污導流凈化槽內漂浮植物覆蓋度80%以上；所述截污圍隔裝置4由浮體42、防水布43和石籠41組成，浮體42浮于水面，石籠41沉入河底底泥，防水布43上下端分別通過鋼繩44包裹連接浮體42和石籠41，形成圍隔；截污圍隔裝置的具體結構如圖2所示，浮體42之間通過浮體連接45相連。所述截污圍隔裝置4上每隔10~30米安裝毛竹樁固定浮體42，毛竹樁高度高于河道最高水位；所述浮體42選用長50~80cm、直徑Φ10~30cm的圓形塑料泡沫，浮體42之間通過包裹的防水布相連。

所述底層微孔曝氣系統包括曝氣機8、曝氣主管9、曝氣支管10和微孔曝氣裝置11；曝氣9機通過通氣管12向曝氣主管9內通氣；曝氣主管9位于截污導流凈化槽7內沿河岸鋪設，通過三通管13與曝氣支管10一端相連；曝氣支管10另一端連接微孔曝氣裝置11；微孔曝氣裝置11部分位于截污導流凈化槽7內，部分穿過浮體連接45進入主河道；所述微孔曝氣裝置11用于增氧，本實施例中的微孔曝氣裝置11結構如圖3所示，微孔曝氣裝置11由微孔曝氣管111和鋼筋112組成，用鋼筋112制成圓錐塔形支架，將微孔曝氣管111纏繞其上，形成微孔曝氣裝置11，具體為：將鋼筋112彎曲成環形結構呈彈簧狀盤旋上升，環形結構從下至上直徑依次遞減，四周采用鋼筋112連接固定，形成圓錐塔型結構的支架，微孔曝氣管111纏繞在支架上；支架頂層，即環形直徑最小的一端與曝氣支管10相連；支架底層環形結構用十字形的鐵皮113焊接固定。其中，所述支架環形結構共4層，微孔曝氣管111從頂層往下纏繞3層，底層環形結構直徑Φ500，頂層環形結構直徑Φ150；所述微孔曝氣裝置11空氣流量為，每個微孔曝氣裝置5m³/h，微孔曝氣裝置11安裝密度為1個/5m²。。

所述組合生態浮島14結構如圖4所示，包括漂浮植物141和彈性填料142；漂浮植物141種植在圓形框架143和網144構成的植物浮床上；彈性填料142與網144相連，懸掛在植物浮床下方；每個生態浮島14用毛竹樁145固定在河道水面上方。其中，污水原位凈化區2的組合生態浮島14的覆蓋度為水面面積的30%~50%，污水集中凈化區3的組合生態浮島14的覆蓋度為水面面積的50%~60%；每個組合生態浮島14用3個毛竹樁145按三角形方向固定，毛竹樁145頂部高出水面的部分高于河道最高水位。本實施例中組合生態浮島14的構建方式為：利用PE管或PVC管圍成圓形框架143，用一層聚乙烯網144覆蓋，構成植物浮床；將彈性填料142間隔與聚乙烯網144相連懸掛在植物浮床下方，再將漂浮植物141放置在植物浮床內填滿；所述漂浮植物141選用綠狐尾藻、銅錢草或水花生。

污水原位凈化區2的污水通過截污導流凈化系統進行截污和原位凈化，經截污導流凈化槽導流至河道下游的污水進入污水集中凈化區域3，通過污水集中凈化系統進行集中凈化；

所述集中污水凈化系統包括底層微孔曝氣系統和組合生態浮島14；所述底層微孔曝氣系統、組合生態浮島結構、布設方式與截污導流凈化系統相同；兩個底層微孔曝氣系統共用曝氣機8和曝氣主管9。

實施例2

本實施例說明本發明方法的具體實施方式。

本發明所述的方法包括如下步驟：

（1）如圖1所示，將待治理河道1劃分為污水原位凈化區2和污水集中凈化區3；污水原位凈化區2和污水集中凈化區3相連，污水原位凈化區2位于待治理河道1上游河段，污水集中凈化區3位于待治理河道1下游河段；污水集中凈化區3選在較偏僻、無居民區的下游河段，依據污染負荷確定區域面積，通常長1km河道利用60-100m長的區域；

對于普通寬度（<30m）的河道，在污水原位凈化區2所處河道兩岸距離岸邊1.0m~2.0m處分別布設截污圍隔裝置4，截污圍隔裝置4、河岸、河道底部之間形成槽體結構，即截污導流凈化槽7；沿岸查找排污口6，在排污口處6安裝截污支管道5，使排污口6排出的污水通過截污支管道5流入截污導流凈化槽7；截污導流凈化槽7內種植漂浮植物，凈化槽內污水，漂浮植物選用狐尾藻或銅錢草，將株長為20~40cm的優良植物體均勻投放進去即可，蓋度達80%以上；

其中，所述截污圍隔裝置4由浮體42、防水布43和石籠41組成，浮體42浮于水面，石籠41沉入河底底泥，防水布43上下端分別通過鋼繩44包裹連接浮體和石籠，形成圍隔；所述浮體42選用長50~80cm、直徑Φ10~30cm的圓形塑料泡沫，浮體42之間通過包裹的防水布相連；防水布43可從市場購買，盡量選擇防水效果好，不易腐蝕的耐用型材料，高度由河道最高水位決定；截污圍隔裝置4上每隔10~30米安裝毛竹樁固定浮體，毛竹樁高度高于河道最高水位；

（2）在污水原位凈化區2和污水集中凈化區3所在河道布設底層微孔曝氣系統，包括曝氣機8、曝氣主管9、曝氣支管10和微孔曝氣裝置11；在河岸內側安裝曝氣機8，曝氣機8通過通氣管12向曝氣主管9內通氣；曝氣主管9位于截污導流凈化槽7內，沿河岸鋪設，通過三通管13與曝氣支管10一端相連；曝氣支管10另一端連接微孔曝氣裝置11；污水原位凈化區2處的微孔曝氣裝置11部分位于截污導流凈化槽7內輔助槽內凈化，部分穿過浮體連接45進入河道主體，污水原位凈化區2和污水集中凈化區3共用曝氣機8和曝氣主管9；

（3）在污水原位凈化區2和污水集中凈化區3所在河道水面布設組合生態浮島14，所述組合生態浮島14包括漂浮植物141和彈性填料142；漂浮植物141種植在圓形框架143和網144構成的植物浮床上；彈性填料142與網144相連，懸掛在植物浮床下方；每個生態浮島14用毛竹樁145固定在河道水面上方；污水原位凈化區2的組合生態浮島14的覆蓋度為水面面積的30%~50%，污水集中凈化區3的組合生態浮島14的覆蓋度為水面面積的50%~60%；每個組合生態浮島14用3個毛竹樁145按三角形方向固定，毛竹樁145頂部高出水面的部分高于河道最高水位；所述組合生態浮島14的構建方式為：利用PE管或PVC管圍成圓形框架143，用一層聚乙烯網144覆蓋，構成植物浮床；將彈性填料142間隔與聚乙烯網144相連懸掛在植物浮床下方，再將漂浮植物142放置在植物浮床內填滿；所述漂浮植物142選用綠狐尾藻、銅錢草或水花生；

（4）在污水集中凈化區3底泥表面投放生物沸石，吸附氨氮，投放量根據水體污染狀況確定；

（5）上述步驟中所有設施布設完畢后，運行底層微孔曝氣系統，對水體增氧，管護組合生態浮島14，在運行污水處理過程中，在污水集中凈化區3噴灑微生物菌劑，調節水質，可以依據水質狀況，從市場選擇購置含有光合細菌、氨氧化細菌、硝化細菌等菌群的生物活性液、EM富集液，按產品使用劑量說明處理調節水質。

其中，所述微孔曝氣裝置11結構如圖3所示，由微孔曝氣管111和鋼筋112組成，用鋼筋112制成圓錐塔形支架，將微孔曝氣管111纏繞其上，形成微孔曝氣裝置11，具體為：將鋼筋112彎曲成環形結構呈彈簧狀盤旋上升，環形結構從下至上直徑依次遞減，四周采用鋼筋112連接固定，形成圓錐塔型結構的支架，微孔曝氣管111纏繞在支架上；支架頂層，即環形直徑最小的一端與曝氣支管10相連；支架底層環形結構用十字形的鐵皮113焊接固定；所述支架環形結構共4層，微孔曝氣管111從頂層往下纏繞3層，底層環形結構直徑Φ500，頂層環形結構直徑Φ150；所述微孔曝氣裝置11空氣流量為，每個微孔曝氣裝置5m³/h，微孔曝氣裝置11安裝密度為1個/5m²。

將本實施例所述方法投入使用到浙江嘉興朱家橋港河道觀測污水處理情況。依據2014年11月份監測數據，與治理前夕（2014年7月）相比，治理后各河道COD_Mn、TP、NH₄-N分別降低了36%左右、50-80%、80%以上，溶解氧DO提高了125-310%。到2015年10月份，根據地方環保部門監測數據，河道水質穩定在IV-III類之間，黑臭現象完全消除，水質得到根本性改善。

本發明的方法和系統實現了排污口污水的快速完全截留，減少了布設排污管道等繁瑣工程，并且在污染物去除效率上有了一定的提高，是一種工程投資低、見效快的適合廣泛推廣應用的黑臭河道治理技術。