CN111576339B - 一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，属于生态护岸技术领域。该生态护岸，包括枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元，所述枯水位区护岸单元包括抛石护脚、微生物柔性生态袋、松木桩支护，所述抛石护脚位于临水侧，所述松木桩支护密排设置且位于抛石护脚的内侧，所述微生物柔性生态袋沿原河岸带层叠设置且位于松木桩支护和抛石护脚的临土侧。本发明所提出的生态护岸主要用于生态治理领域。其可实现河道底泥的废物再利用，同时，可对黑臭水体进行高效治理，省去了河道底泥的处理工程，具有一定的环保价值，且具有成本低廉，微生物柔性生态袋便于更换，施工方便等特点。

Description

一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸

技术领域

本发明属于生态护岸技术领域，具体涉及一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸。

背景技术

传统的护岸工程多采用水泥、砂浆、石料、混凝土和沥青等材料，其在结构和工程材料上力求经济，施工简便，偏重于防洪功能，往往忽视了河流的生态效应，使河流丧失了最基本的生态功能，生态景观效果较差，功能相对单一。

生态护岸遵循再循环、再利用和可持续发展原则，通过人工和自然作用，重建或修复河道原有驳岸的水陆生态结构，将传统的护岸工程恢复成有自然河岸“可渗透性”的护岸，使其具有调节河流水文状态、滤除污染物、营造生物栖息环境、维持水体滨岸带生物多样性等功能。

CN201911010334.6公开了一种复合型生态护岸结构及其构建方法，根据河道护岸各区域不同特点，将河道护岸的防洪、生态和景观功能进行了有机的结合，既解决了传统护岸生态、景观效果差的问题，又提高和改善了河岸带生态***和护岸稳定性。

然而，现有生态护岸多数局限于植物生态的构成，且偏向于优良水体护岸景观效果建设，缺乏对水体的净化功能，尤其是对黑臭水体的净化作用。

发明内容

本发明提供了一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，兼具了护岸防洪、生态恢复和景观功能，解决了传统护岸对生态的破坏和景观效果差的问题，达到了对黑臭水体治理的功效以及对河岸带生态***的恢复与保护作用。

本发明提出一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，包括枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元；

其中，所述枯水位区护岸单元包括抛石护脚、第一微生物柔性生态袋、松木桩支护，所述抛石护脚位于临水侧，所述松木桩支护密排设置且位于抛石护脚的内侧，所述第一微生物柔性生态袋沿原河岸带层叠设置且位于松木桩支护和抛石护脚的临土侧。

进一步地，所述第一微生物柔性生态袋内设有水处理填料，所述水处理填料由河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、碳酸钙、海藻酸钠、活性炭构成。

进一步地，所述河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠的质量比为100:(8~12):(5~10): (0.8~1.2) :(0.8~1.2) :(0.8~1.2)。

进一步地，所述第一微生物柔性生态袋包括如下步骤制备而得：

1)从污染河道中取出污染底泥，脱水，得河道底泥；

2)将步骤1)所得河道底泥先与硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠混合，然后加入过氧化钙释氧剂颗粒，得水处理填料；

3)将步骤2)所得水处理填料装入柔性生态袋中，得微生物柔性生态袋。

进一步地，步骤1)中，脱水至河道底泥含水率低于80%；

步骤3)中，还包括，将步骤2)所得水处理填料放置至含水率低于45%后，装入柔性生态袋中。

进一步地，所述常水位区护岸单元包括生态缓冲槽；生态缓冲槽与最高处的第一微生物柔性生态袋相邻设置，生态缓冲槽的顶部与第一微生物柔性生态袋的最高处等高；

所述生态缓冲槽内设有净水湿地、集水暗渠，所述净水湿地位于集水暗渠的上部，净水湿地的底部设置通过排水口与集水暗渠相连通，所述集水暗渠通过连通管与原河岸带相连通。

进一步地，所述集水暗渠内部设有储水模块。

进一步地，所述洪水位区护岸单元，包括设置在原河岸带上的生态草地、设置在所述生态草地底部的引水横沟以及设置在引水横沟与净水湿地之间的渗滤坝。

进一步地，所述生态草地由下至上依次铺设第二微生物柔性生态袋、种植有观赏草的普通生态袋；所述第二微生物柔性生态袋占生态草地面积的1/2~1/3。

进一步地，所述渗滤坝设置在原河岸带上，渗滤坝的底部与生态缓冲槽的顶部等高。

本发明具有以下优势：

本发明提出一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，根据河道不同时期的水位，将护岸分为枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元，并分别针对护岸不同区域所承担的主要功能构建了符合其需求的生态护岸结构。

在枯水位区、洪水位区分别设置了具有强化微生物活性功能的微生物柔性生态袋，利用河道底泥与过氧化钙、硫铁矿、碳酸钙等的协同作用，促进河道底泥中净水微生物的活性，强化微生物净水功效，使得生态护岸具有行洪能力，生态景观效果，同时，还具有净水功能，从而进一步改善和恢复水生态***。

该生态护岸可对黑臭水体和雨水径流进行高效治理，同时，可实现河道底泥的废物再利用，省去了部分河道底泥的处理处置，具有一定的环保和经济价值，且具有成本低廉，微生物柔性生态袋便于更换，施工方便等特点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述生态护岸的结构示意图；

图2为本发明实施例生态草地的结构示意图；

附图标记说明：

抛石护脚1；第一微生物柔性生态袋2；集水暗渠3；净水湿地4；渗滤坝5；引水横沟6；生态草地7；第二微生物柔性生态袋71；普通生态袋72；松木桩支护8；原河岸带9；生态缓冲槽10；储水模块11。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一实施例提出一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，包括枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元，

所述枯水位区护岸单元包括抛石护脚1、第一微生物柔性生态袋2、松木桩支护8，所述抛石护脚1位于临水侧，所述松木桩支护8密排设置且位于抛石护脚1的内侧，所述第一微生物柔性生态袋2沿原河岸带9层叠设置且位于松木桩支护8和抛石护脚1的临土侧。

本发明实施例，所述枯水位区护岸单元中：

层叠布置的微生物柔性生态袋可通过增强微生物活性并对水体进行缓慢复氧，以物理和微生物作用对水体中的氮、磷和有机污染物进行去除，实现对河道水质的长期治理。同时，采用具有较好的防冲击能力的抛石护脚并在其内侧密排设置松木桩支护进行固定，以增加支撑能力和稳定性，也可为底栖动物提供栖息地。

本发明一实施例中，所述微生物柔性生态袋内设有水处理填料，所述水处理填料由河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠构成。

本发明一实施例中，所述河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠的质量比为100:(8~12):(5~10):(0.8~1.2):(0.8~1.2):(0.8~1.2)。

优选的，河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠的质量比为100:10:7:1:1:1。需要指出，过氧化钙释氧剂颗粒采用常规手段制备而得，例如过氧化钙释氧剂颗粒可通过CN110184072A的方法，以过氧化钙粉末为释氧剂、聚乳酸颗粒为包埋剂并以二氯甲烷为中间介质制备而得。

本发明实施例中，河道底泥中含有硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌等完整的脱氮微生物菌群，可降解水体中的污染物；过氧化钙释氧剂颗粒可为微生物的硝化反应和有机质的分解提供氧气，同时可适当调节周围pH，增强反硝化菌和厌氧氨氧化菌的活性；硫铁矿释放的铁离子增强反硝化效果，释放的硫离子可在硫铁矿表面产生共生效应吸引厌氧氨氧化菌的富集；碳酸钙可为硝化反应提供碱性环境以促进其进行硝化反应；海藻酸钠为微生物提供附着空间；活性炭为吸附底泥中的臭味防止其逸散。可见，水处理填料中各组分综合作用，从而实现黑臭水体的高效处理。

黑臭水体污染主要含有氨氮、磷和有机质等污染物，具体处理过程包括：

脱氮：

①硝化反应：过氧化钙缓释氧剂颗粒的释氧和碳酸钙提供的碱度强化硝化菌群的硝化作用，使得氨氮被硝化为亚硝氮和硝氮。

②反硝化反应：硫铁矿释放的铁离子和硫离子可强化反硝化菌群活性，过氧化钙分解引起pH的提高增强反硝化作用，碳酸钙提供碱度，使得亚硝氮和硝氮被转化为氮气达到脱氮的效果。

③厌氧氨氧化反应：硫铁矿表面游离的硫离子有利于吸引硫还原菌和厌氧氨氧化菌共生富集于硫铁矿表面，并通过碳酸钙提供碱度，过氧化钙分解提供的pH，提升厌氧氨氧化菌群的活性，厌氧氨氧化反应可将水中的氨氮及硝化反应产生的亚硝氮转化为氮气从而去除氮素。

除磷：

过氧化钙缓释氧剂在分解的同时会释放出钙离子，并导致附近环境pH的上升，引发游离的磷酸与钙离子结合形成磷酸盐沉淀，通过该反应固化磷达到除磷的效果。

去除有机质：

通过过氧化钙缓释氧剂颗粒释放的氧气促进相关微生物种群对有机质进行去除，一部分被分解为小分子的有机物，有利于反硝化菌的反应需要，保证反硝化菌具有所需的BOD环境。

需要指出，本发明实施例中，所述河道底泥主要是以砂质沉积物为宜，并具有丰富的微生物群落，包括硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌等。所述黑臭水体是一种污染较为严重的水体，当水体遭受污染时，有机物的好氧分解使水体中耗氧速率大于复氧速率，造成水体缺氧，致使有机物降解不完全、速度减缓，厌氧微生物在降解过程生成硫化氢、胺、氨、硫醇等发臭物质，同时形成硫化亚铁等黑色物质，使水体发生黑臭。

本发明一实施例中，所述微生物柔性生态袋包括如下步骤制备而得：

1)从污染河道中取出污染底泥，脱水，得河道底泥；

2)将步骤1)所得处理的河道底泥先与硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠混合，然后加入过氧化钙释氧剂颗粒，混合，得水处理填料。

3)将步骤2)所得水处理填料装入柔性生态袋中，得微生物柔性生态袋。

具体而言，步骤1)中，脱水至河道底泥含水率低于80%。具体地，所述河道底泥抽取应尽量避免水体扰动，并将抽取的底泥通过污泥脱水设备进行脱水，使得其含水率低于80%。

具体而言，步骤3)还包括，将步骤2)所得水处理填料放置至含水率低于45%后，再装入柔性生态袋中。如此，可保证水处理填料具有足够的密度，便于建设生态护岸净化污水。需要指出，含水率也可称为含水量，具体指水的重量在水处理填料总重量中的占比。

优选的，水处理填料的混合药剂组合本身不会发生反应，应使用旋转搅拌的方式混合均匀。优选的，为防止过氧化钙与底泥中残留的水分过多反应，最后加入过氧化钙缓释氧颗粒。

本发明一实施例中，所述常水位区护岸单元包括生态缓冲槽10；生态缓冲槽10与最高处的第一微生物柔性生态袋2相邻设置，生态缓冲槽10的顶部与第一微生物柔性生态袋2的最高处等高；

所述生态缓冲槽10内设有净水湿地4、集水暗渠3，所述净水湿地4位于集水暗渠3的上部，净水湿地4的底部设置通过排水口与集水暗渠相连通，所述集水暗渠3通过连通管与原河岸带9相连通。

本发明实施例，所述常水位区护岸单元中：

常水位区通过潜流和表流湿地进一步净化河水中的污染物，有效改善河流的水环境，并可通过种植湿地植物提供较好的景观效果。在平水期，可对河道水体进行进一步的净化，也可在雨季时对径流进入河道的雨水进行净化。

本发明一实施例中，所述生态缓冲槽10为混凝土结构，净水湿地4与集水暗渠3通过混凝土桩板相隔。集水暗渠3主要用于储水，净水湿地4的表层土壤层可种植湿地景观植物。

本发明一实施例中，所述集水暗渠3内部设有储水模块11。所述储水模块11可以用来储存水，但不占用空间，同时保证枯水期景观植物得到足够的水源。所述集水暗渠底部间隔设有排水阀。

本发明一实施例中，所述集水暗渠3的底部高度与枯水期河流水位等高。

本发明一实施例中，净水湿地4的底部设置的排水口孔径宜为2 cm~3 cm。

本发明一实施例中，所述净水湿地深度为60~90cm，自下而上依次设置排水层、过渡层、净水填料层、土壤层(可用于种植湿地景观植物)。净水填料层厚度宜为50~100 cm左右，填料孔隙率宜为30%~50%；过渡层由4~8 mm的砂砾构成，厚度为10 cm~30 cm左右；排水层一般由粒径为8~16 mm的砾石构成，厚度为20~30 cm。

本发明一实施例中，所述洪水位区护岸单元，包括设置在原河岸带9上的生态草地7、设置在所述生态草地7底部的引水横沟6以及设置在引水横沟6与净水湿地4之间的渗滤坝5。

本发明实施例，所述洪水位区护岸单元中：

在河道水位较高的时候可以提供行洪能力，并具有一定的防冲击能力，而且在雨季可以起到净化雨水径流，并达到对雨水滞蓄的作用。

如图2所示，具体而言，所述生态草地由下至上依次铺设第二微生物柔性生态袋71、种植有观赏草的普通生态袋72；所述第二微生物柔性生态袋71占生态草地面积的1/2~1/3。需要指出，普通生态袋72可以为腐殖质与素土混合而得。

本发明实施例中，所述生态草地由下至上依次铺设微生物柔性生态袋和种植有观赏草的普通生态袋，如此，河流的洪水期，由于生态袋的稳固性，可防止洪水对坡岸造成的侵蚀和垮塌风险；平水期和枯水期，表面雨水径流可以被内部的微生物柔性生态袋净化。

本发明一优选实施例中，所述渗滤坝5设置在原河岸带上，渗滤坝5的底部与生态缓冲槽10的顶部等高；所述渗滤坝5的底部高于引水横沟6的底部。所述引水横沟主要起到汇水的作用。所述渗滤坝由透水石笼以及由透水石笼包裹的砾石构成，可以拦截雨水径流中的垃圾，保证河道的清洁。

本发明还提出一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸的施工方法，具体包括：

所述枯水位区护岸单元由包括如下步骤制备：

a1)、整平原河岸带9，进行原河岸带9密排松木桩支护8的施工；

a2)、在松木桩支护8临水侧布置抛石护脚1；

a3)、松木桩支护8和抛石护脚1的临土侧，沿原河岸带9层叠设置第一微生物柔性生态袋2；

所述常水位区护岸单元由包括如下步骤制备：

b1)、在微生物柔性生态袋最高处的一侧，以混凝土块铺设生态缓冲槽10，生态缓冲槽10的混凝土桩需嵌入到原河岸带9中；

b2)、生态缓冲槽10上部和下部分别设置为净水湿地4与集水暗渠3，所述集水暗渠3的底部与原河岸带9连通管相连；

所述洪水位区护岸单元由包括如下步骤制备：

c1)、在原河岸带9上设置渗滤坝5，渗滤坝5的底部与生态缓冲槽10的顶部等高；

c2)、在渗滤坝5的一侧开挖引水横沟6，引水横沟6的底部低于渗滤坝10 cm，引水横沟6的宽度可以为30 cm；

c3)、引水横沟6内侧沿原河岸带9，由下至上依次铺设第二微生物柔性生态袋71和种植有观赏草的普通生态袋72，构成生态草地7。

具体而言，步骤a2)中，粒径大的抛石在下方，粒径小的在上方，抛石间采用砂浆进行连结，使得与密排松木桩支护8形成整体。

下面将结合实施例详细阐述本发明。

实施例1

一种利用生态护岸强化微生物治理黑臭水体的方法，所述生态护岸包括枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元；

其中，所述枯水位区护岸单元包括抛石护脚1、第一微生物柔性生态袋2、松木桩支护8，所述抛石护脚1位于临水侧，所述松木桩支护8密排设置且位于抛石护脚1的内侧，所述第一微生物柔性生态袋2沿原河岸带9层叠设置且位于松木桩支护8和抛石护脚1的临土侧，其中，所述微生物柔性生态袋内设有水处理填料，所述水处理填料由河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠按照质量比为100:10:7:1:1:1构成；

其中，所述微生物柔性生态袋由包括如下步骤制备：

1)从污染河道中取出污染底泥，脱水，得河道底泥；

2)将步骤1)所得处理的河道底泥先与硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠混合，最后加入过氧化钙释氧剂颗粒，得水处理填料；

3)将步骤2)所得水处理填料装入柔性生态袋中，得微生物柔性生态袋。

实施例2

同实施例1，不同之处在于，水处理填料中，河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠的质量比为100:10:8:1.2:1.2:1.2。

对比例1

同实施例1，不同之处在于，水处理填料中，未添加河道底泥。

对比例2

同实施例1，不同之处在于，水处理填料中，未添加过氧化钙释氧剂颗粒。

对比例3

同实施例1，不同之处在于，水处理填料中，未添加硫铁矿。

对比例4

同实施例1，不同之处在于，水处理填料中，未添加碳酸钙。

对比例5

同实施例1，不同之处在于，水处理填料制备过程中，将河道底泥、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠与过氧化钙释氧剂颗粒同时混合。

试验例1

测试上述生态护岸中水处理填料对黑臭水体的净化效果。将实施例1和对比例1-5制备得到的不同水处理填料分别装入柔性生态袋中，并置于装有相同的模拟黑臭水体的有机玻璃反应器中，以间歇进出水模式的运行，水力停留时间为24 h，每天取反应器出水对其氮、磷、COD进行检测，30天的实验中平均处理效果如下表1所示。

表1

	总磷去除率/%	总氮去除率/%	COD去除率/%
				实施例1	90	80	80
对比例1	90	20	30
				对比例2	30	10	20
对比例3	90	60	70
				对比例4	90	70	80
对比例5	70	80	80

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种强化微生物治理黑臭水体的生态护岸，包括枯水位区护岸单元、常水位区护岸单元、洪水位区护岸单元；

其中，所述枯水位区护岸单元包括抛石护脚(1)、第一微生物柔性生态袋(2)、松木桩支护(8)，所述抛石护脚(1)位于临水侧，所述松木桩支护(8)密排设置且位于抛石护脚(1)的内侧，所述第一微生物柔性生态袋(2)沿原河岸带(9)层叠设置且位于松木桩支护(8)和抛石护脚(1)的临土侧；

所述第一微生物柔性生态袋(2)内设有水处理填料，所述水处理填料由河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、碳酸钙、海藻酸钠、活性炭构成；所述河道底泥、过氧化钙释氧剂颗粒、硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠的质量比为100:(8~12):(5~10): (0.8~1.2) :(0.8~1.2) :(0.8~1.2)。

2.根据权利要求1所述的生态护岸，其特征在于，

所述第一微生物柔性生态袋(2)包括如下步骤制备而得：

1)从污染河道中取出污染底泥，脱水，得河道底泥；

2)将步骤1)所得河道底泥先与硫铁矿、活性炭、碳酸钙、海藻酸钠混合，然后加入过氧化钙释氧剂颗粒，得水处理填料；

3)将步骤2)所得水处理填料装入柔性生态袋中，得微生物柔性生态袋。

3.根据权利要求2所述的生态护岸，其特征在于，

步骤1)中，脱水至河道底泥含水率低于80%；

步骤3)中，还包括，将步骤2)所得水处理填料放置至含水率低于45%后，装入柔性生态袋中。

4.根据权利要求1所述的生态护岸，其特征在于，

所述常水位区护岸单元包括生态缓冲槽(10)；生态缓冲槽(10)与最高处的第一微生物柔性生态袋(2)相邻设置，生态缓冲槽(10)的顶部与第一微生物柔性生态袋(2)的最高处等高；

所述生态缓冲槽(10)内设有净水湿地(4)、集水暗渠(3)，所述净水湿地(4)位于集水暗渠(3)的上部，净水湿地(4)的底部设置通过排水口与集水暗渠(3)相连通，所述集水暗渠(3)通过连通管与原河岸带(9)相连通。

5.根据权利要求4所述的生态护岸，其特征在于，

所述集水暗渠(3)内部设有储水模块(11)。

6.根据权利要求1所述的生态护岸，其特征在于，

所述洪水位区护岸单元，包括设置在原河岸带(9)上的生态草地(7)、设置在所述生态草地(7)底部的引水横沟(6)、以及设置在引水横沟(6)与净水湿地(4)之间的渗滤坝(5)。

7.根据权利要求6所述的生态护岸，其特征在于，

所述生态草地(7)由下至上依次铺设第二微生物柔性生态袋(71)、种植有观赏草的普通生态袋(72)；所述第二微生物柔性生态袋(71)占生态草地(7)面积的1/2~1/3。

8.根据权利要求6所述的生态护岸，其特征在于，

所述渗滤坝(5)设置在原河岸带(9)上，渗滤坝(5)的底部与生态缓冲槽(10)的顶部等高。

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