CN102936884A

CN102936884A - 一种再生水河道减渗的方法

Info

Publication number: CN102936884A
Application number: CN2012104771875A
Authority: CN
Inventors: 李云开; 刘中伟; 宁兹功; 郎琪
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN102936884B

Abstract

本发明公开了一种再生水河道减渗的方法。包括如下步骤：（1）清理河道，然后在开挖清理后的河道上铺设细沙并压实得到垫层；（2）在所述垫层上铺设可降解土工膜；（3）在所述可降解土工膜上铺设河沙并压实得到生物膜减渗层；（4）将煮沸过的淀粉溶液和氯化铵加入至再生水中得到微生物培养液，然后与原生芽孢乳混合后喷洒在所述生物膜上，所述喷洒时的润湿深度不小于所述生物膜减渗层的厚度；（5）在经步骤（4）处理后的所述生物膜减渗层上依次铺设反滤层和保护层，即实现对再生水河道的减渗处理。本发明可从根本上有效解决土工膜在河道减渗中去污控污效应的不足和使用寿命短的缺点。

Description

一种再生水河道减渗的方法

技术领域

本发明涉及一种再生水河道减渗的方法，属于再生水回灌河道治理技术领域。

背景技术

近年来，我国城市化水平不断提高，带动城市人口大幅增加，人口的增加势必会导致作为城市安全饮用水的地下水过度开采，开采速度一旦大于自然界水分循环速度，就会引起河湖的干涸和水生态平衡的破坏，这些问题严重影响了城市河湖功能的发挥，因此，在地下水超采及城市河道水生态危机的形势下采取生态修复措施，利用再生水进行地下水回灌或补给河道成为解决此问题的有效措施之一。

城市再生水具有就地可取、稳定可靠等优点。将污水经过适度处理后再生回用作为城市河湖生态、环境与景观用水已成为缓解城市水资源短缺、水环境污染以及生态危机的有效途径之一。

再生水作为景观水补给河道已被广为利用，再生水补给型河道一般范围较小，其作为补给河道用水因为只是在干旱枯水期补给，在丰水年，降雨和地面汇水排入河道后要求能够进行稳定天然下渗，同时可以起到及时排涝和回补地下水的作用。由于再生水中含有大量的氮、磷元素，TN值可达20mg/L、TP值可达3mg/L左右，是地表水V类水体值的十倍左右，若不采取必要措施易造成地下水污染。河湖包气带层是再生水回用区地表水体入渗进入地下水体的必经通道，已有的研究表明：地表入渗回灌对于再生水水质改善有明显效果,起作用的关键部位通常位于地表入渗到含水层之间几米到几十米的范围，尤其是接近地表的堵塞层或淤积层，为此在维持适宜减渗需求条件下，大幅削减再生水中氮和磷已成为目前再生水回用河道生态治理中亟须解决的问题。

然而，已有减渗措施，存在缺乏净污效应，且无法恢复，与天然河道缺乏协调性等缺点。目前，用于河道减渗的材料和措施大致有以下几种：1、混凝土，一般采用现浇或是与块石、预制板结合对河道进行硬护砌；2、土工膜，直接铺设进行防渗；3、粘土，铺设一定厚度的粘土或膨润土层进行防渗；4、膨润土防水毯，直接铺设进行防渗；前两者虽能起到较好的防渗效果，但对河道自然生态***存在不良影响，有损水相、土壤相、气相和生物相的相互联系，破坏了河流自然生态***，河水失去自净能力，水质恶化加快；第三种材料相对前两者对自然生态***影响略小，但在河道中增加了一些难降解的异物层，与自然河道不太协调，同时，一旦受洪水冲刷可能会被成片掀起；第四种材料粘土层防渗则生态效果良好，但在山区砂砾石河道中存在抗冲刷能力弱的缺点，也有部分地区存在粘土短缺的情况，并且膨润土防水毯减渗基本是无法恢复的，且会隔断减渗层上下微生物等的迁移，从而导致减渗层以下包气带净污能力大幅度降低。目前国内已有天然河道减渗方法的研究报道：如中国发明专利（公开号101070698和公开号102296563A），其大多引入膨润土作为减渗夹层，减渗效果较佳，但仅在干旱地区河道的减渗方面较为实用，丰水时难以有效下渗回补地下水，局限性较大。基于此，本发明开发了一种再生水回用河道的减渗措施和具体实施方法，通过河床包气带渗滤介质中添加生物菌剂并借助其自净能力，在渗滤层形成大量生物膜，堵塞多孔介质，进一步达到减渗保水和去除回用水体中的污染物的双重目的，因此有望成为再生水利用与河湖治理工程领域最为经济可行的应用模式。

发明内容

本发明的目的是提供一种再生水河道减渗的方法，该方法既能满足河道减渗保水要求，又能对再生水起到控污去污作用，保持河道生态***的健康发展。

本发明所提供的一种再生水河道减渗的方法，包括如下步骤：

（1）清理河道，然后在开挖清理后的河道上铺设细沙并压实得到垫层；

（2）在所述垫层上铺设可降解土工膜；

（3）在所述可降解土工膜上铺设河沙并压实得到生物膜减渗层；

（4）将煮沸过的淀粉溶液和氯化铵加入至再生水中得到微生物培养液，然后与原生芽孢乳混合后喷洒在所述生物膜上，所述喷洒时的润湿深度不小于所述生物膜减渗层的厚度；

（5）在经步骤（4）处理后的所述生物膜减渗层上依次铺设反滤层和保护层，即实现对再生水河道的减渗处理。

上述的方法中，所述细沙的粒径不大于20mm，所述垫层的厚度可为8cm~12cm，如10cm；所述细沙是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

上述的方法中，所述可降解土工膜具体可为再生纤维素纤维土工膜；所述可降解土工膜沿河道轴线方向水平铺展，布面要平整、均匀，并适当留有变形余量。

上述的方法中，所述河沙的粒径小于1mm，所述生物膜减渗层的厚度可为25cm~35cm，如30cm；所述河沙是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

上述的方法中，所述微生物培养液中，淀粉的质量体积浓度可为40~60g/L，氯化铵的质量体积浓度为15~25g/L；

所述原生芽孢乳的质量体积浓度为15~18g/L。

上述的方法中，步骤（4）中，可利用行走式多功能喷灌机进行喷洒；相邻喷洒面的缝宽度不小于0.5m。

上述的方法中，所述反滤层的厚度可为8cm~12cm，如10cm，所述反滤层由沙砾料铺设得到，所述沙砾料是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

上述的方法中，所述沙砾料的粒径可为1mm~50mm。

上述的方法中，所述保护层的厚度可为14cm~16cm，如15cm，所述保护层由卵砾石铺设得到，所述卵砾石是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

上述的方法中，所述卵砾石的粒径可为50mm～100mm。

本发明提供的方法中，在铺设时应注意以下几点：

（1）施工时，应尽力避免卵砾石直接砸在可降解土工膜上，最好是边铺膜边进行生物膜减渗层的施工，可降解土工膜与周边结构连接应采用膨胀螺栓和钢板压条进行锚固，连接部位要涂刷乳化沥青（2cm）粘结，以防该处发生渗漏。

（2）菌剂喷洒时，应保证喷洒的均匀性、保证足够的喷洒深度，以保证生物膜减渗净污层的快速均匀形成。

本发明提供的方法具有如下有益效果：通过在河道底部铺设一层可降解土工膜作为初期减渗材料（一层细沙），然后再在上面敷设（可降解土工膜作为初期减渗材料），其上铺设生物膜减渗层，并喷洒一定浓度的微生物培养液和原生芽孢乳微生物制剂混合液，最后铺设砂砾料反滤层和卵砾石保护层，既防止了初期河道水大量渗漏导致地下水的污染，又能保证河道复合土工膜降解后，生物膜减渗作用的发挥，保持了河道的生态平衡，促进了生态去污控污效应的发挥；该方法使用寿命长、施工简单、成本低廉，因而大大节约了再生水河道治理的资金。本发明还可从根本上有效解决土工膜在河道减渗中去污控污效应的不足和使用寿命短的缺点。在整体衔接生物减渗效果方面明显是一项新型的生态减渗处理技术，在国内再生水河道减渗技术领域属领先水平。

附图说明

图1为本发明实施例得到的再生水河道减渗层的结构示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明提供的再生水河道的减渗方法的步骤如下：

（1）清理河道淤泥和杂物，并开挖至设计河道基础高程，将开挖出的河道沙石利用大型滚筒式筛沙机进行筛分，选择施工用级配砂石（垫层细沙粒径≤20mm、砂砾料粒径为1mm~50mm、卵砾石粒径为50mm～100mm），其中将粒径1mm以下的河沙作为生物膜减渗层的介质备用，筛分后的沙石利用大型铲车和碾压机直接分层铺设、碾压。

（2）以再生水为背景溶液，将40g/L~60g/L的煮沸过的淀粉溶液15g/L~25g/L的氯化铵添加到再生水背景溶液中，作为微生物培养液（其中淀粉的质量体积浓度为40~60g/L，氯化铵的质量体积浓度为15~25g/L）。在上述微生物培养液中添加15g/L~18g/L的原生芽孢乳微生物制剂，作为生物膜减渗层添加剂备用。

（3）施工作业范围内的坑槽沟等需要先进行回填平整夯实处理。基础处理合格后，在施工范围内均匀洒水，基础层润湿深度不小于15cm。

（4）在开挖清理平整后的河道上先铺设一层筛分好的（粒径20mm以下）的级配细沙作为垫层，压实，压实密度85%以上，厚度约10cm，表面平整。

（5）再生纤维素纤维土工膜以沿河道轴线方向水平滚铺的方式铺设得到可降解土工膜，布面要平整、均匀，并适当留有变形余量。其中土工膜不要绷得太紧，两端埋入土体部分呈波纹状。坡面铺设在坡面整平验收合格后，从顺坡面轴线方向滚铺，与河道底的土工膜连接采用丁字形连接。

（6）在再生纤维素纤维土工膜上面回填步骤（1）中所述备用河沙，厚度为30cm；碾压、夯实生物膜减渗层，要求密实度不小于90%，分两层碾压，以振动碾均匀压实，相邻碾压面的搭缝宽度不小于10cm，机械碾压不到的部位采用辅助夯具夯实。

（7）将微生物培养液和原生芽孢乳微生物制剂充分混合，搅拌均匀后，采用8YX-4型行走式多功能喷灌机喷洒，喷杆上配置近射程摇摆式喷头，喷洒宽幅为8米，相邻喷洒面的搭缝宽度不小于0.5m，喷洒润湿深度不小于30cm。

（8）上述得到的土工膜减渗层和生物膜减渗层应覆盖整个河道断面，边坡减渗层应延伸高出设计常水位30cm以上，生物膜减渗层同步向上延伸并完全覆盖土工膜减渗层。

（9）最后在生物膜减渗层上铺设砂砾料反滤层和卵砾石保护层，砂砾料反滤层（粒径1mm~50mm）厚度为10cm，卵砾石保护层（粒径5mm~100mm）厚度为15cm。

经本实施例减渗处理的河道的机构如图1所示，由4个结构层组成，从下至上依次为垫层、生物膜减渗层、砂砾料反滤层和卵砾石保护层，在垫层和生物膜减渗层之间为可降解土工膜。

根据室内土柱精细试验（柱高10cm，内径4cm），过0.45μm水系滤膜后的再生水，用0.85~1.00mm、0.45~0.50mm和0.120-0.150mm的玻璃珠及石英砂作为多孔介质，在加入所述浓度培养液和菌剂的条件下监测土柱渗透系数变化规律：（1）在试验运行的30天内，随着通入培养液的时间的增加，土柱的渗透系数逐渐降低，开始阶段降低较快，并且大多数集中在土柱下层4㎝以下；（2）随着通入培养液的时间的增加，移动孔隙均有一定程度的降低，但是降幅存在差异，由三种不同的方式模拟的实验结果可知，相对移动孔隙分别降低到25%、52%和76%左右。根据实验结论，因生物膜减渗层形成并达到相应减渗要求的生物膜大概需要1个月的时间，故需选择可降解土工膜：再生纤维素纤维土工膜的降解时间大于1个月即可。

本发明的技术方案是在大量的试验研究的基础上得到的，本发明不仅从根本上有效解决了土工膜在河道减渗中去污控污效应的不足和使用寿命短、膨润土减渗无法恢复入渗和下层去污效果差等的缺点，而且促进了河床可持续、可恢复型生物减渗作用的有力发挥。

Claims

1.一种再生水河道减渗的方法，包括如下步骤：

（2）在所述垫层上铺设可降解土工膜；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述细沙的粒径不大于20mm，所述垫层的厚度为8cm~12cm；所述细沙是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述可降解土工膜为再生纤维素纤维土工膜；所述可降解土工膜沿河道轴线方向水平铺展。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述河沙的粒径小于1mm，所述生物膜减渗层的厚度为25cm~35cm；所述河沙是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述微生物培养液中，淀粉的质量体积浓度为40~60g/L，氯化铵的质量体积浓度为15~25g/L；

所述原生芽孢乳的质量体积浓度为15~18g/L。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（4）中，利用行走式多功能喷灌机进行喷洒；相邻喷洒面的缝宽度不小于0.5m。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述反滤层的厚度为8cm~12cm，所述反滤层由沙砾料铺设得到，所述沙砾料是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述沙砾料的粒径为1mm~50mm。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述保护层的厚度为14cm~16cm，所述保护层由卵砾石铺设得到，所述卵砾石是开挖清理得到沙石经筛沙机筛分得到的。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述卵砾石的粒径为50mm～100mm。