CN108545832A - 一种适用于微污染水源水的生态工程净化*** - Google Patents

一种适用于微污染水源水的生态工程净化*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，所述***依次由表流湿地、沉水植物塘和生态塘组成，所述表流湿地、沉水植物塘和生态塘之间依次通过管道连通；所述表流湿地包括布水区以及湿地区，所述湿地区纵向上依次包括黄沙基质和挺水植物；所述沉水植物塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物；所述生态塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，所述生态塘内投放滤食性鱼类；本发明提供了一种适用于微污染水源水的生态工程净化***该***能够解决饮用水原水浊度高以及氨氮、耗氧量超标问题，可有效改善微污染原水水质，具有工艺简单、成本低、易维护的优点，并可产生良好的社会效益、经济效益和生态效益。

Description

一种适用于微污染水源水的生态工程净化***
技术领域
本发明属于饮用水源水预处理技术领域，涉及一种适用于微污染水源水的生态工程净化***。
背景技术
伴随着经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，大量生活污水和工业废水随之产生，江河湖泊等水体均受到不同程度的污染。2016年《中国环境状况公报》显示，全国地表水1940个评价、考核、排名断面（点位）中，Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类分别占16.8%、6.9%和8.6%。6124 个地下水水质监测点中，水质为较差级和极差级的监测点分别占45.4% 和14.7%。地级及以上城市 897 个在用集中式生活饮用水水源监测断面（点位）中，有86个未满足全年水质均达标的要求。污水中携带的氮、磷等营养盐及有机物进入水体后，易造成水体富营养化，导致蓝藻暴发，藻类及其代谢物不仅对净水处理造成不利影响，还会威胁饮用水安全。
近年来，通过在水源地建设生态工程改善微污染水源水质成为热点，如盐城市盐龙湖生态工程、嘉兴市石臼漾水源生态湿地、上海青草沙水库和金泽水库等。水源地生态工程通常采用增氧曝气、人工介质强化净化、水生植物净化、水生生物操纵等技术，在保证蓄水量的同时，通过人工强化生态***的净化作用，较为有效地改善了原水水质，为保障饮用水安全提供了基础。
水源地生态工程属于原位净化技术，具有水质净化效果好、运行费用低、对环境影响小等优点，可产生良好的社会效益和生态效益。社会效益：水源地生态工程的实施与应用可有效提高原水水质，为饮用水安全提供了基础和保障。环境效益：水源地生态工程提高了区域内的植被覆盖率，可以发挥净化空气、调节气温与湿度的作用，改善了周边区域的生态环境。生态工程建成后能吸引鸟类和其他动物来此栖息，增加了生物多样性。
发明内容
本发明从改善水源地原水水质出发，寻求设计一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，解决微污染原水部分指标（如氨氮、耗氧量等）超标的问题，为保障饮用水安全提供技术支持。
一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，包括表流湿地、沉水植物塘和生态塘，所述表流湿地、沉水植物塘和生态塘之间依次通过管道连通，所述表流湿地包括布水区以及湿地区，所述湿地区纵向上依次包括黄沙基质和挺水植物，布水区可保证配水的均匀性；挺水植物种植在黄沙基质上，是去除原水中氮磷元素和有机物的主要单元，出水自流进入沉水植物塘；所述沉水植物塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，通过沉水植物的作用进一步削减营养盐和有机物，沉水植物塘通过管道与生态塘相连接；所述生态塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，所述生态塘内投放滤食性鱼类，沉水植物种植在土壤基质上，滤食性鱼类投放于池体中，通过滤食性鱼类控制水中藻类的数量。生态塘具有储水和净化的双重作用，生态塘出水可作为饮用水源。
所述表流湿地、沉水植物塘、生态塘为沿水流方向逐渐降低的台阶状。
为了提高表流湿地的处理效率，采用粒径直径小于2 mm的黄沙作为基质，强化表流湿地对污染物的去除效果，黄沙基质的厚度不小于20 cm；为了保证表流湿地一年四季均具有相对稳定的净化效果，夏秋季节种植狭叶香蒲、茭草、芦苇中的一种或多种，冬春季节种植水芹、耐寒鸢尾的一种或多种，种植密度为20 ~ 30株/m2；为了保证表流湿地配水的均匀性，湿地区前端设置布水区和三角堰板；湿地区水位控制在0.3 ~ 0.6 m，水力停留时间不少于0.5 天，在保证出水水质的基础上，可根据原水水质和季节特征进行调节。
为了保证沉水植物塘一年四季均具有相对稳定的净化效果，根据沉水植物的生长周期、对水温的适应能力等方面，选择性种植菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m2。菹草作为耐寒的冷水性植物，是冬季保证沉水植物塘净化效果的主体。通过不同沉水植物的搭配，建立起暖季和寒季交替的全面净化植物生态***，可有效解决年内植物生长茬口衔接问题，保障冬季原水净化的有效性与稳定性。沉水植物塘的基质为土壤，厚度不小于20 cm。沉水植物塘水位控制在1.0 ~ 2.0 m，水力停留时间不少于2天，可根据实际运行情况进行调节。
为了保证生态塘的处理效果，采用沉水植物与滤食性鱼类进行搭配。沉水植物为菹草、黑藻、金鱼藻、苦草的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m2，耐寒性植物菹草可保证生态塘冬季对水质的净化效果，进而保证生态塘一年四季均具有相对稳定的净化效果。投放滤食性鱼类控藻属于非经典生物操纵技术，投放的滤食性鱼类为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m3。沉水植物和藻类都是初级生产者，沉水植物在生长过程中需要吸收大量营养盐，是藻类生存的竞争者，可以抑制藻类的生长，另外，沉水植物通过光合作用增加水体溶解氧密度，为滤食性鱼类提供良好的生存条件。滤食性鱼类通过腮的特殊结构滤取水体中的藻类，也可控制藻类数量，而滤食性鱼类的***物可作为沉水植物的养料，促进沉水植物的生长。通过沉水植物与滤食性鱼类的共同作用，构建完整的食物链，强化水生生态***，降低水体营养盐浓度，控制藻类数量，避免水体富营养化和蓝藻暴发，保证出水水质的稳定。生态塘基质为土壤，厚度不小于20 cm，水位控制在2.0 ~ 5.0 m，水力停留时间不小于5 天，可根据实际运行情况进行调节。
表流湿地充分利用黄沙基质、挺水植物以及微生物的作用，是去除微污染水体中污染物的重要单元，微污染水源水经过表流湿地后，部分浊度、营养盐和有机物被削减，水质得到初步净化；沉水植物塘是进一步去除营养盐和有机物的处理单元，经过土壤基质、沉水植物和微生物的作用进一步去除水体中的污染物，水质再次得到净化。而生态塘是水质保障单元，来自沉水植物塘的水体在生态塘中再次得到净化，浊度、营养盐和有机物进一步被削减，且生态塘水力停留时间较长，可以起到储水和应急保障作用。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
1、本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化***水力停留时间较长，在原水供应方面可发挥应急保障作用。当水源地突发污染事故时，可切断受污染水源水，避免影响自来水厂的正常生产。由于***的水力停留时间较长，库容较大，可在一段时间内保证合格原水的供应，避免突发性水污染事故对供水造成不利影响，发挥了良好的社会效益。
2、本发明有机地结合了人工湿地、沉水植物塘和生态塘等常见的生态工程技术单元，充分发挥各技术单元的优势，可有效削减微污染原水中的浊度、氮磷元素和有机物，并改善溶解氧。
3、本发明降低了微污染水源水中污染物质的浓度，从而减少了自来水厂药剂消耗，具有一定的经济效益；本发明属于生态修复类方法，通过种植水生植物在发挥净水功能的同时，还可改善周边的生态环境，因此具有一定的生态效益。
附图说明
图1为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化***的工艺流程图；
图2为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化***的结构示意图。
图中：1、表流湿地，2、沉水植物塘，3、生态塘，4、布水区，5、黄沙基质，6、挺水植物，7、土壤基质，8、沉水植物，9、滤食性鱼类，10、湿地区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1
图1为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化***的工艺流程图，图2为本发明一种适用于微污染水源水的生态工程净化***的结构示意图。如图1和图2所示，所述一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，设有表流湿地1、沉水植物塘2和生态塘3。所述表流湿地1、沉水植物塘2和生态塘3之间通过管道相连接，三个单元的水位依次降低。
首先，微污染水源水由泵提升或自流至表流湿地1前端的布水区4，进入布水区4的原水流入湿地区10内，布水区4的作用是保证***配水的均匀性。湿地区10由黄沙基质5和挺水植物6组成。黄沙基质5厚度不小于20 cm，黄沙粒径小于2 mm。挺水植物6由香蒲、茭草、芦苇、水芹、耐寒鸢尾的一种或多种组成，其中春、夏、秋三季种植香蒲、茭草、芦苇的一种或多种，冬季的植物由水芹、耐寒鸢尾的一种或多种组成，可保证表流湿地1冬季低温条件下对微污染水源水的净化效果。微污染水源水中的浊度、氮磷等营养盐和有机物经过黄沙基质5、挺水植物6和微生物的吸收、转化和利用得到削减，水质得到初步净化。
表流湿地1出水自流进入沉水植物塘2，沉水植物塘2包括土壤基质7和沉水植物8，沉水植物8由菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种组成，种植密度10 ~ 20株/m2，土壤基质7厚度不小于20 cm。沉水植物塘2的水深为1.0 ~ 2.0 m，停留时间不少于2 天。经过土壤基质7、沉水植物8和微生物的作用进一步去除水体中的污染物，水质再次得到净化。
沉水植物塘2出水经自流进入生态塘3，生态塘3具有储水和水质净化的双重作用。通过生态塘3中的沉水植物8的作用，进一步净化水质，并保证出水水质的稳定性。生态塘3纵向上依次包括土壤基质7、沉水植物8，沉水植物8为菹草、金鱼藻、黑藻、苦草的一种或多种混合种植，种植密度为10~20株/m2；土壤基质7厚度不小于20 cm。生态塘3水深为2.0 ~5.0 m，水力停留时间不少于5 天。由于生态塘3水力停留时间较长，为了抑制藻类的生长，控制水中藻类数量，采用非经典生物操纵法，在生态塘3中投放滤食性鱼类9，滤食性鱼类9为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼中的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m3。通过投放滤食性鱼类9，一方面可以控制藻类数量，避免蓝藻暴发，另一方面构建完整的生态***，保证出水水质。
实施例2
某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度35 ~ 70 NTU，耗氧量6 ~ 7 mg/L，氨氮0.5 ~ 1.0 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***进行处理：
微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，前二分之一区域种植茭草，后二分之一区域种植狭叶香蒲，种植密度均为20株/m2；表流湿地1水深是0.3m，水力停留时间1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻，种植密度10株/m2；沉水植物塘2的水深是1.0m，水力停留时间是2天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是20株/m2；生态塘3内投放鲢鱼、鳙鱼苗，投放密度为30 g/m3；生态塘3水深为2.0m，水力停留时间是6天。
微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程***处理后，浊度降为5 ~ 10 NTU，耗氧量降为4 ~ 5 mg/L，氨氮降为0.2 ~ 0.5 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。
实施例3
某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度40 ~ 80 NTU，耗氧量5 ~ 6 mg/L，氨氮0.6 ~ 0.9 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***进行处理：
微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，种植水芹和耐寒鸢尾，种植密度均为25株/m2；表流湿地1水深是0.4m，水力停留时间是1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植菹草和黑藻，种植密度15株/m2；沉水植物塘2水深是1.5m，水力停留时间是2.25天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是15株/m2；生态塘3内投放鲢鱼、鲴鱼苗，投放密度为40g/m3；生态塘3水深为3.5 m，水力停留时间是7.9天。
微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程***处理后，浊度降为5 ~ 15 NTU，耗氧量降为3 ~ 4 mg/L，氨氮降为0.3 ~ 0.4 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。
实施例4
某河道微污染水源水，各项水质指标为：浊度40 ~ 80 NTU，耗氧量5 ~ 7 mg/L，氨氮0.5 ~ 0.7 mg/L，使用实施例1的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***进行处理：
微污染水源水由泵提升至表流湿地1，表流湿地1长5.15m×宽0.8m×高0.8m，其中布水区4长0.15 m，由布水区4实现均匀配水；表流湿地1基质为粒径小于2 mm的黄沙，种植狭叶香蒲、茭草和芦苇，种植密度均为30株/m2；表流湿地1水深是0.5m，水力停留时间是1天；原水经表流湿地1后进入沉水植物塘2，沉水植物塘2长3.0m×宽0.8m×高2.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻，种植密度20株/m2；沉水植物塘2水深是2.0m，水力停留时间是2.4天；原水经沉水植物塘2后进入生态塘3，生态塘3长3.6m×宽1.0m×高5.5m，基质为土壤，厚度为20 cm，塘内种植金鱼藻和黑藻，种植密度是10株/m2；生态塘3内投放鳙鱼、鲴鱼苗，投放密度为50 g/m3；生态塘3水深为5.0 m，水力停留时间是9天。
微污染水源水经本发明一种适用于微污染水源水的生态工程***处理后，浊度降为5 ~ 15 NTU，耗氧量降为3 ~ 5 mg/L，氨氮降为0.1 ~ 0.3 mg/L，三项指标均满足地表Ⅲ类水标准，效果良好且稳定。

Claims (8)

1.一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述***依次由表流湿地（1）、沉水植物塘（2）和生态塘（3）组成，所述表流湿地（1）、沉水植物塘（2）和生态塘（3）之间依次通过管道连通；所述表流湿地（1）包括布水区（4）以及湿地区（10），所述湿地区（10）纵向上依次包括黄沙基质（5）和挺水植物（6）；所述沉水植物塘（2）纵向上依次包括土壤基质（7）和沉水植物（8）；所述生态塘（3）纵向上依次包括土壤基质（7）和沉水植物（8），所述生态塘（3）内投放滤食性鱼类（9）。
2.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述表流湿地（1）、沉水植物塘（2）、生态塘（3）为沿水流方向逐渐降低的台阶状。
3.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述黄沙基质（5）厚度不小于20 cm，黄沙粒径小于2 mm；土壤基质（7）厚度不小于20 cm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述挺水植物（6）为狭叶香蒲、茭草、芦苇、水芹、耐寒鸢尾中的一种或多种，种植密度为20~ 30株/m2。
5.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述沉水植物（8）为菹草、金鱼藻、黑藻、苦草中的一种或多种，种植密度为10 ~ 20株/m2。
6.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述滤食性鱼类（9）为鲢鱼、鳙鱼、鲴鱼中的一种或多种，投放密度为30 ~ 50 g/m3。
7.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述表流湿地（1）水深为0.3 ~ 0.6 m，所述沉水植物塘（2）水深为1.0 ~ 2.0 m，所述生态塘（3）水深为2.0 ~ 5.0 m。
8.根据权利要求1所述的一种适用于微污染水源水的生态工程净化***，其特征在于：所述表流湿地（1）的水力停留时间不少于0.5天，所述沉水植物塘（2）的水力停留时间不少于2天，所述生态塘（3）的水力停留时间不少于5天。
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