技术领域
[0001] 本
发明属于水净化领域，具体涉及一种适用于河道型水源地的微污染水体生态净化系统。
背景技术
[0002]
饮用水安全关系到人民群众生命健康和社会发展和谐稳定，是实现人类社会可持续发展的重要物质
基础。河道型水源地作为人类生活用水的主要供水水源地之一，长期处于一个开放、复杂的环境，其水质较差且不稳定，因此提高河道型水源地饮用水
质量，保障居民饮用水安全已成为我国社会可发展迫切需要解决的关键问题。
[0003] 微污染河水是指受到有机物污染，其中一些指标不满足《地表水环境质量标准》III类标准的水体，具有有机物含量偏高、
碳氮比偏低的特点，目前我国微污染河水净化技术主要有三大类，分别为物理技术、化学技术以及
生物预处理技术，上述技术中物理技术以及化学技术的净化效率都较高，但需要使用到的系统设备复杂昂贵，能耗大，运行、维护和管理
费用高，并且化学技术也具有一定的
副作用。生物预处理技术污染物去除效果好，
污泥生成量少且受外界环境变化的影响较小，但其填料饱和、堵塞等问题仍待深入解决。因此，可将人工湿地这种近自然态的污
水处理方法引入到微污染河水净化中，中国
专利CN208517204U公开了一种污水生态净化系统，包括有依次连接的格栅水池、水生植被湿地区、颗粒物
吸附池、滤膜池，所述的格栅水池内间隔设置有多个过滤栅板，水生植被湿地区上种植水生
植物，水生植被湿地区自进水端至出水端呈渐低状，颗粒物吸附池分为缓冲段、吸附段、调节段，吸附段内并置排列有多个过
滤芯体，过滤芯体是由化纤
滤布包裹
活性炭颗粒构成，所述的滤膜池内设有首尾交错排布的引水板，引水板外表面设有帘式
超滤膜。然而该净化系统存在缺
氧、碳氮比低的问题，导致污水中氮磷等污染物质的去除效果不好。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对
现有技术存在的问题，提供一种按照污染物转化规律设置连续的好氧—厌氧过程，并投加植物碳源，使得水体中不同污染物在不同阶段得到较好的去除，并且养殖和种植具有景观效益和经济效益的水生动植物，在增加系统净化能
力的同时，提高系统内部
生物多样性，改善系统内部生态环境。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0005] 一种适用于河道型水源地的微污染水体生态净化系统，由进水渠、生态蓄水塘、表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和生态氧化塘
串联而成。其中所述进水渠的出水口设置有跌水堰与所述生态蓄水塘连通，微污染河水通过进水渠后，经进水渠出水口处的跌水堰跌水进入生态蓄水塘，跌水堰既可以保证布水均匀，又可增加水体溶解氧浓度，从而有利于后续水质净化。所述生态蓄水塘的出水口设置有布水渠与所述表面流人工湿地连通，布水渠可保障水体均匀进入表面流人工湿地中。所述生态蓄水塘与所述布水渠以及所述表面流人工湿地与所述水平潜流人工湿地均通过集水管连通，所述水平潜流人工湿地的出口设置有滚
水坝与所述生态氧化塘连通。所述水平潜流人工湿地内设有碳源投加区，通过向碳源投加区内加入碳源，可增大水体的碳氮比，有利于
微生物的反
硝化作用以去除水体中的
硝酸盐，脱氮效果好。所述生态氧化塘的出水口与
自来水厂连通，水体在生态氧化塘内进一步净化达标后，输送至当地自来水厂处理以供居民饮用。
[0006] 优选地，所述进水渠的进水口处设有机械粗格栅，所述进水渠的边坡种植挺水植物，所述进水渠的底坡种植沉水植物。其中机械粗格栅可以拦截河水中较大悬浮物，种植的水生植物可以拦截水体中的不溶性有机物，起到环境绿化的同时增加经济效益。所述进水渠水深1.5～2.5m，边坡比为1:1～1:2，坡度为0.5‰，进水渠的边坡为植被型生态
混凝土护坡，进水渠的底坡为土质底坡。
[0007] 优选地，所述跌水堰顶部1/3处嵌有跌水
挡板，所述跌水挡板的宽度为30～40cm，所述跌水挡板上设有垂直交叉的开缝，所述开缝的缝隙宽度为3～6mm，缝隙间距为3～5cm。该跌水挡板可进一步增加水体与空气的
接触面积，利于后续的水质净化。
[0008] 优选地，所述生态蓄水塘水深4～6m，
水力停留时间2～4天，边坡比为1:1～1:2，所述生态蓄水塘内设有丁字坝，所述丁字坝的边坡比为1:2～1:3，所述生态蓄水塘内还设置有
太阳能曝气机。生态蓄水塘可以承受进水量大范围的
波动,具有较强的适应能力和抗冲击和能力，通过自然沉淀、拦截、植物和微生物的吸收转化等作用提高水体透明度并降低水体污染物浓度。生态态蓄水塘内的丁字坝可增加水体流动路径，改善水体流态，促进大颗粒泥沙沉淀。水体中部分细小颗粒物可被水生植物茎叶拦截去除，水体中部分氮磷及有机污染物可被塘内水生植物有效吸收、吸附。生态蓄水塘内的太阳能曝气机可增加水体中的溶氧量，以提高水体自净能力，并且该曝气机以太阳能为动力，可降低运行电费成本。
[0009] 优选地，所述布水渠水深1.0～2.0m，边坡比为1:1～1:1.5，所述布水渠内种植有浮叶植物和沉水植物，所述布水渠内的水体以溢流的方式进入所述表面流人工湿地。布水渠不仅可保障水体均匀进入表面流人工湿地中，并且布水渠内种植的水生植物具有较好的景观和经济价值，同时还可以对水体污染物起到良好的吸收净化作用。所述表面流人工湿地水深0.2～0.4m，所述表面流人工湿地的基质为当地表层种植
土壤，所述基质的厚度为40～60cm，所述表面流人工湿地的滩面上种植挺水植物，并定期对所述挺水植物进行收割。表面流人工湿地由挺水植物、微生物以及湿地土壤共同作用，水深较浅，对有机物及
氨氮具有较好的净化效果。定期对表面流人工湿地的挺水植物进行收割可以从系统中移除被植物吸收的氮磷等污染物，并且收割的植物秆经简单加工处理后可作为碳源投入水平潜流人工湿地的碳源投加区中，实现物质的循环利用。
[0010] 优选地，所述碳源投加区设置在水平潜流人工湿地的床体前1/3处且垂直于水流方向放置，所述碳源投加区由直径为40～60cm的PVC管构成，所述PVC管内设置有滤网，所述PVC管上设有滤孔，所述滤孔的孔径为0.5～1.0cm，孔距为10～15cm。将表面流人工湿地收割的芦苇秸秆和千屈菜秸秆简单处理成长度1～2cm的碎屑作为天然植物碳源投加到碳源投加区中，可增加水体的碳氮比，有效提高水平潜流人工湿地的脱氮效果。该天然碳源来源充足并且取材方便，可充分发挥植物的作用。所述水平潜流人工湿地的水力坡度为1‰，所述水平潜流人工湿地的表面种有挺水植物，并且所述水平潜流人工湿地的填料厚度为0.8～1.2m，所述填料包括表层填料和下层填料，所述表层填料为厚度为10～20cm细沙石，所述下层填料为粒径级别不同的砾石和碎石的混合物，所述下层填料的孔隙度为40％，砾石填料价格低廉且对水体中的磷具有较好吸附作用。
[0011] 优选地，所述生态氧化塘水深2～3m，边坡比为1:2～1:3，水力停留时间为7～10天，所述生态氧化塘的边坡上种植有挺水植物，塘底种植有沉水植物，塘内投放有滤食浮游生物，如鳙鱼、鲢鱼以及螺蛳等，其中螺蛳投放
密度为100～150g/m2；鳙鱼、鲢鱼比例为10：3，投放密度为200-400尾/亩。因此生态氧化塘中形成了一个完整的、多样性较高的
生态系统，可有效降低水体有机物及营养盐浓度，改善水体水质。所述生态氧化塘的进水口和出水口为对
角线设置，可加大水体流动性，水体净化效果更好。
[0012] 优选地，所述挺水植物为黄菖蒲、水葱、千屈菜中的1～2种以及慈姑、茭白、芦苇、香蒲、美人蕉中的1～2种。其中黄菖蒲、水葱和千屈菜具有较好的耐寒性，可提高冬季低温条件下系统的净水能力，美人蕉和黄菖蒲具有较好的景观价值，慈姑、茭白、芦苇、和香蒲具有良好经济效益。
[0013] 优选地，所述沉水植物为伊乐藻、苦草中的1～2种以及金鱼藻、菹草、轮叶黑藻中的1～2种。其中伊乐藻和苦草具有较好的耐寒性，可提高冬季低温条件下系统的净水能力。金鱼藻、菹草和轮叶黑藻也都具有良好的水体净化效果和经济效益。
[0014] 优选地，所述浮叶植物为菱角、睡莲中的1～2种。其中睡莲具有较好的景观价值，而菱角具有良好经济效益。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016] (1)在水平潜流人工湿地内设有碳源投加区，并且将表面流人工湿地收割的植物作为天然碳源加入到碳源投加区中，不仅增加了水体的碳氮比以增强脱氮效果，并且取材方便，实现了物质的循环利用。
[0017] (2)进水渠出口设置有跌水堰和跌水挡板，生态蓄水塘中设有太阳能曝气机，增加了水体中溶解氧的浓度，有利于后续水质净化。
[0018] (3)在净化系统的各个阶段都种植有挺水植物、浮叶植物或沉水植物，可过滤和沉淀水体中的细小颗粒物，吸附水体中的氮磷及有机污染物，对水体具有良好的净化作用，同时具有较好的景观价值和良好经济效益。
[0019] (4)生态氧化塘内的水生植物与投放的滤食浮游生物可形成一个完整的、多样性较高的生态系统，可有效降低水体有机物及营养盐浓度，改善水体水质，同时采用对角线进出水的方法，加大水体流动性，增强水体净化效果。
附图说明
[0021] 图2为本发明实施例1中的跌水堰的剖面图；
[0022] 图3为本发明实施例1中的跌水挡板的结构示意图；
[0023] 图中：1、跌水堰；2、跌水挡板。
具体实施方式
[0024] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 实施例1
[0026] 以某市处理微污染河水的饮用水源生态净化工程为例，该工程建设主要目的是对城市河道型水源地微污染水源进行处理，改善城市供水水源，确保湿地净化后水质稳定达到Ⅲ类水标准，满足城市水厂近期30万m3/d的供水规模。同时，充分利用工程的蓄水能力，在发生突发性环境事件时，能够迅速切断污染源，保证7天的正常供水，保障水厂的供水安全。工程总占地面积3350亩，主体工程分为进水渠、生态蓄水塘、表面流人工湿地、水平潜流人工湿地以及生态氧化塘五个处理单元，具体工艺流程见附图1，工艺流程说明如下：
[0027] (1)进水渠：进水渠具有引水和净化水质双重功能，通过土壤吸附、植物拦截吸收等作用，对进入系统的微污染河水起到初步净化作用。进水渠长度180.5m，水深2m，边坡比1:1，底宽6m，口宽20.5m，底面坡度0.5‰，进水渠进水端口安装机械粗格栅，用于拦截河水中较大悬浮物。边坡使用植被型生态混凝土做护坡，搭配种植芦苇、香蒲以及水葱，土质底坡上种植伊乐藻、苦草和金鱼藻，种植密度见表1；跌水堰顶宽2m，流量10m3/s，距跌水堰顶部1/3处嵌有跌水挡板，详见附图2-附图3，跌水挡板宽度为40cm，挡板上设有垂直交叉的开缝，缝隙宽度为5mm，缝隙间距为5cm，该跌水挡板可进一步增加水体与空气的接触面积，利于后续的水质净化。
[0028] (2)生态蓄水塘：生态蓄水塘通过自然沉淀、植物拦截等作用降低水体悬浮物，提高出水透明度，可以承受进水水量大范围的波动，具有较强的适应能力和抗冲击和能力，并采用太阳能曝气技术快速增加水体溶解氧，初步净化水质。生态蓄水塘平均水深4.7m，面积1.2×105m2，水力停留时间2天，边坡比1:2，塘内设有丁字坝，丁字坝边坡比1:3，坝顶宽2m，生态蓄水塘和丁字坝边坡上搭配种植黄菖蒲、芦苇、慈姑，种植密度见表1；生态蓄水塘内设置两台功率600W的太阳能曝气机，用于增加水体溶解氧，提高水体自净能力。
[0029] (3)表面流人工湿地：表面流人工湿地是进一步去除水体营养物质、净化水质的重要场所，主要依靠土壤吸附和植物、微生物吸收对水体进行净化。表面流人工湿地和布水渠的总占地面积7.5×105m2，水力负荷为0.4m/d，其中布水渠长856.9m，渠断面4.6×2.9m，边坡比1:1.5，布水渠内种植有睡莲和菱角以及轮叶黑藻、苦草和眼子菜，种植密度见表1，布水渠内的微污染河水以溢流方式均匀布水至表面流人工湿地。表面流人工湿地水深0.4m，以当地常见的轻粉质壤土作为湿地基质，基质厚度为50cm，表面流人工湿地的滩面上种植千屈菜、芦苇、香蒲，通过上层的挺水植物、水下微生物及土壤共同作用，发挥湿地拦截、净化等功能，吸附、降解和转化水体中可溶性有机物；每年11月中旬完成千屈菜、芦苇、香蒲的齐地面收割，以将被植物吸收转化的有机物、营养盐从系统中去除。
[0030] (4)水平潜流人工湿地：占地面积4.5×105m2，水力负荷0.6m/d，水力坡度1‰，湿地床体前1/3处垂直于水流方向设置有碳源投加区，由直径60cm的PVC管组成，PVC管上滤孔的孔径为1.0cm，孔距15cm，PVC管内设置有滤网，将表面流人工湿地收割的芦苇秸秆和千屈菜秸秆简单处理成长度1cm的碎屑作为天然碳源装入尼龙袋，投加到PVC管当中；水平潜流人工湿地填料深度为1.2m，表层铺设20cm的细沙石用于种植黄菖蒲和香蒲，种植密度见表1，黄菖蒲和香蒲的耐寒效果好，可提高冬季低温下系统的净水能力。下层铺设厚度30cm粒径5～10mm的细砾石，再向下是厚度30cm，粒径20～30mm的粗砾石，最底层为厚度40cm粒径为40～60mm的碎石，填料孔隙度为40％；净化后的河水经滚水坝进入生态氧化塘，滚水坝由不规则大石
块组成，高度为75cm，坡度为35°。
[0031] (5)生态氧化塘：生态氧化塘平均水深2.5m，面积8.4×105m2，水力停留时间为7天；采用对角线进出水方式，加大水体流动性，增强水体净化效果；生态氧化塘边坡比1:3，边坡上搭配种植茭白、慈姑以及耐寒的挺水植物黄菖蒲；塘底种植苦草、伊乐藻、菹草进一步改善水质，水生植物种植密度见表1；塘内投放滤食浮游生物：鳙鱼、鲢鱼和螺蛳，降低水体悬浮物浓度，形成完整的食物链，人工构建良性生态系统，维持并改善水体水质。水生生物的投放密度见表1。
[0032] 利用该生态净化系统对河道型水源地微污染水源的多年平均水质净化效果如表2所示。河道型水源地河道型水源地微污染水体经本生态净化系统处理后，出水水体中DO浓度，即溶解氧的含量有所升高，pH值较为稳定，各指标污染物浓度如
化学需氧量(CODMn)、氨氮含量(NH3-N)、总氮量(TN)和总磷量(TP)均显著降低，其中NH3-N的去除率为84.00％，TN的去除率为85.12％，TP的去除率达到了90.91％。最终得到的水体中各污染物浓度的指标满足《地表水环境质量标准》III类标准。即本
申请所述的一种适用于河道型水源地的微污染水体生态净化系统，对河道型水源地微污染水源的水体中的有机物及氮磷具有较好的去除效果，并且整个系统结构简单，处理规模大，运行管理成本低，具有良好的环境和生态效益。
[0033] 表1水生动植物种植/投放密度
[0034]
[0035]
[0036] 表2水质净化效果
[0037] 水质指标 OD pH CODMn NH3-N TN TP进水浓度(mg/L) 7.4 8.0 9.85 1.25 1.68 0.22
出水浓度(mg/L) 9.2 8.1 3.12 0.20 0.25 0.02
去除率(％) / / 68.32 84.00 85.12 90.91
[0038] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由所附
权利要求及其等同物限定。
