一种污染河道水体净化模块化系统及应用

摘要

本发明属于水环境污染治理技术领域，具体涉及一种污染河道水体净化模块化系统及其应用。污染河道水体净化模块化主要由生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物生态分解悬床模块、以及沉水植物生态净化悬床模块组成；生物格栅模块由框架及沉水植物、浮水植物、挺水植物组成，弹性填料模块由框架结构与亲水型弹性填料、疏水性弹性填料构成，微生物床模块由框架结构、微孔曝气装置、微生物构成，沉水植物净化床模块由沉水植物种群及床体构成。本发明技术提供的污染河道水质净化模块，可以根据河道水体污染程度对模块在水体中的位置进行调节，高效净化污染河道水体和黑臭河道水体水质，有效降低河道污染负荷，对河道水体净化具有重要意义。

权利要求

1.一种污染河道水体净化模块化系统，其特征是由以下模块构成：

（1）生物格栅模块由沉水植物、浮水植物、挺水植物组成，通过2×2cm孔径的筛网固定水生植物；

（2）弹性填料吸附床模块由亲水型弹性填料、疏水性弹性填料构成，支撑框架为PVC管；

（3）微生物分解床模块由氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌及床体构成，床体支撑框架为PVC管，所述的微生物分解床模块上附有微曝气装置；

（4）沉水植物净化床模块由沉水植物及床体构成，床体支撑框架为铁管或钢管构成，沉水植物种植板由筛网构建而成，通过床体顶部带绳索的中央绞升架的牵拉调节种植板高度, 适应于沉水植物对光照的要求;（5）在Ⅴ类水或劣Ⅴ类水污染河道，利用河道的水流方向依次布设生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块；

（6）在重污染河道，利用河道的水流方向，依次布置生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块,依据污染程度对模块在水体中的位置进行调节，达到高效净化污染河道水体水质的目的。

2.权利要求1所述污染河道水体净化模块化系统在河道水环境污染防治中的应用。

说明书

一种污染河道水体净化模块化系统及应用

技术领域

[0001] 本发明属于水环境污染治理技术领域，具体涉及一种污染河道水体净化模块化系统及应用。

背景技术

[0002] 随着我国社会、经济的不断发展、城市化进程的加速，越来越多的工业废水和生活污水排入河流，造成河流水质不断下降。2008年中国环境状况公报显示，全国203条河流408个地表水国控监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为57.3%、24.3%和18.4%。主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。其中淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。说明全国河流水体污染整体较为严重，形势严峻，严重污染的河流不仅会散失自净化能力，还会引起河中生物的中毒死亡，破坏河流生态环境。因此，改善河流水质，对河流进行净化处理，进而进行生态修复具有重要意义。

[0003] 传统的河道治理技术包括原位处理、旁位处理两大类方式，相对应的技术包括物理处理、化学处理、生物-生态处理技术，土地处理技术（快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流）、人工湿地技术、塘类技术等。由于生物-生态技术作为一种生态、无害的治理方法，结合了生物方法、生态方法两者的优点，具有操作简便、投资少、无二次污染等特点受到了环境界的关注。

[0004] 目前在原位生物-生态净化技术中通常采用生物浮床技术、水生植物修复技术等。专利申请号为200910224164.1公布了一种组合式水体栽种植物花卉生态浮床，专利申请号为201010159154.7公开了一种适用于高泥沙大流速水体的生态浮床，专利申请号为200910055699.0公开了一种集成性污水河道水质净化方法，该专利主要采用生态浮床结合河道曝气船进行河道净化。

[0005] 另外，李华等人（环境科学与技术，2011，生态浮床与人工湿地净水效果比较小试研究）报道了通过对生态浮床和人工湿地这两种方法的净化水质的效果进行对比分析，对净化河道湖泊水体方面的进行了小试应用，徐玉荣等人（华东师范大学学报(自然科学版)，2011，梯级生态浮床净化城市黑臭河水中氮污染物的试验研究）报道了采用水生植物，并应用逐级下沉的运行方式,构建立体生态系统，李海英（湖泊科学，2009，微曝气生态浮床净化入湖河口污染河水原位模型实验）报道了生物膜、水生植物浮床结合微曝气净化河口的试验研究。

[0006] 但上述方法大多数为采用生态浮床，其净化河道水质过程往往在秋冬季气温降低时随着漂浮植物的死亡净化河道污染水体能力受到限制，从而限制了生态浮床的应用。另外，上述技术大多为单项技术，其净化水质和改善生境的效果较慢，也不适合大面积实施，且技术集成化程度不高、缺乏有效的集成方法，从而限制了技术的应用。

发明内容

[0007] 本发明需要解决的问题是提供一种集合生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、以及沉水植物净化床模块为一体的河道净化模块化系统。由于我国大部分河道是城乡居民水源地，并具有航运、养殖、旅游等多种功能，近年来沿岸工业点源污染、城镇生活污水的大量排放、农田面源污染，使得河道污染、富营养化现象愈加严重，河道水质的恶化不仅制约了社会经济的可持续发展，也对城镇居民的健康产生巨大危害。本发明设计出污染河道水体净化模块化技术，在污染（Ⅴ类水或劣Ⅴ类水）河道利用河道的水流方向，依次布置生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块，污染河水经过生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块强化净化后，可以有效降低污染负荷，净化河道水质；在重污染河道（如黑臭河道），利用河道的水流方向，依次布置生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块，污染河水经过生物格栅模块、微生物分解模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块时，经过生物格栅模块对水体悬浮颗粒物拦截，微生物分解床模块中微生物降解、微孔曝气处理，弹性填料吸附床模块上生物膜降解，以及沉水植物净化床模块对水体污染物吸收降解过程，可以有效降低河道污染负荷，使得河道水体得到净化，在冬季运行过程中也有较好效果。

[0008] 本发明的技术方案

[0009] 本发明提供一种污染河道水体净化模块化技术，按照本发明技术构建的污染河道水质净化模块，可以根据河道水体污染程度对模块在水体中的位置进行调节，高效净化河道水体及在河道水体净化中的应用。

[0010] 所述的污染河道水体净化模块化技术构建方法为：在污染（Ⅴ类水或劣Ⅴ类水）河道利用河道的水流方向依次布设生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块；而在重污染河道（如黑臭河道），利用河道的水流方向，依次布置生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块。

[0011] 所述的生物格栅模块由沉水植物、浮水植物、挺水植物组成，可对污染河道水体悬浮颗粒物进行有效拦截，生物格栅模块的支撑框架为PVC管，潜没于河道水体中，通过2×2cm孔径的筛网固定水生植物。

[0012] 所述的弹性填料吸附床模块由亲水型弹性填料、疏水性弹性填料构成，支撑框架为PVC管，弹性填料悬挂于支撑框架上，可对污染河道水体悬浮颗粒物进行二次拦截并通过挂膜在弹性填料上的微生物群落对水体中的氮磷有机物进行降解。

[0013] 所述的微生物分解床模块由氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌及床体构成，床体支撑框架为PVC管；所述的微生物分解床模块上附有微孔曝气装置，当河道水体黑臭时，可以采用微孔曝气装置对水体进行曝气。

[0014] 所述的沉水植物净化床模块由沉水植物种群及床体构成。

[0015] 优选所述沉水植物种群由水竹、香蒲、黑藻等组成。

[0016] 优选所述弹性填料由亲水性填料组成。

[0017] 作为优选方案，微生物分解床由PVC管构建而成，微生物分解床设有多个可抽拉式箱体，内部放置具有良好微孔结构的固定化载体，构成了一种适宜于微生物生存、生长、增殖的“微生态”环境，适宜于微生物的生长，载体上负载土著氮循环细菌（包括氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、及反硝化细菌），床体四周由浮体组成，当需要换置载体时，先调节浮力调节装置，使微生物分解床浮出水面，然后拉开微生物分解床可抽拉式箱体，更换载体。微生物分解床六个面密布孔径1～3cm的圆孔，使微生物能向周围水体扩散；微生物分解床模块上附有微孔曝气装置，当河道水体黑臭、溶解氧较低时，可以采用微孔曝气装置对水体进行曝气。

[0018] 作为优选方案，沉水植物净化床模块床由沉水植物及床体构成，床体主体框架长宽高尺寸为4×4×1.5m，由6分圆管和方管底架构成。沉水植物种植板由尺寸为2×2cm的角铁框架与扁铁条紧固构成，沉水植物种植板由筛网构建而成，通过沉水植物床顶部带绳索的中央绞升架的牵拉调节种植板高度，沉水植物优选伊乐藻、黑藻、马来眼子菜。通过绞升架可以根据透明度高低调节种植板在水体中的深度，适应于沉水植物对光照的要求。

[0019] 作为优选方案，污染河道水体净化模块化技术根据水流方向的构建顺序依次为布设生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化悬模块，利用生物格栅模块降低河道水体悬浮颗粒物，利用弹性填料吸附模块吸附部分水体悬浮颗粒物、通过弹性填料吸附床模块上附着的微生物转化河道水体中的营养盐，通过微生物分解床模块进一步分解、转化河道水体氮磷，最后利用沉水植物净化床模块中沉水植物吸收转化水体氮、磷、有机物，达到有效降低水体污染负荷，净化水质目的；在重污染河道（如黑臭河道），利用河道的水流方向，依次布置生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块，污染河水经过生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块时，经过生物格栅模块对水体悬浮颗粒物拦截，微生物分解床模块中微生物降解、微孔曝气处理，弹性填料吸附床模块上生物膜降解，以及沉水植物净化床模块对水体污染物吸收降解过程，可以有效降低河道污染负荷，使得河道水体得到净化。

[0020] 本发明的有益效果是提供的污染河道水体净化模块化系统，包含的生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块，可分别对污染河道水体中的颗粒物进行有效拦截，对水体中的氮磷有机物进行有效降解、吸收，有效降低河道污染负荷，使得河道水体得到净化，在冬季运行过程中也有较好效果。

附图说明

[0021] 图1污染河道水体净化模块化技术净化河道水体位置图

[0022] 图2黑臭河道水体净化模块化技术净化河道水体位置图

[0023] 图3生物格栅模块结构图

[0024] 1挺水植物，2浮力调节装置，3沉水植物，4锚定装置，5浮水植物

[0025] 图4弹性填料吸附床模块结构图

[0026] 1浮力调节装置，2弹性填料，3锚定装置

[0027] 图5微生物分解床模块结构图

[0028] 1浮力调节装置，2微生物床，3锚定装置，4微孔曝气装置

[0029] 图6沉水植物净化床模块结构图

[0030] 1浮力调节装置，2沉水植物，3锚定装置

具体实施方式

[0031] 实施例一

[0032] 以苏南武进港红旗河为例进行了实验研究，该河东入武进港，全长1.68km，河宽平均16m，河深平均1.68m，底泥深0.16m，水流缓慢。河流穿过马弛村和天井村，汇水面积约1944亩，其中耕地约702亩。红旗河周边有农村生活污水排放、农田尾水以及企业排污，水体浊度较大。监测显示，红旗河主要是总氮、总磷超标，河流水质总体为劣Ⅴ类。实验河道长度约1000米，在河道中采用污染河道水体净化模块化技术构建河道净化系统，顺水流方向依次布设生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块，首先，布设生物格栅模块，模块长宽高分别为4×4×1.5米，由PVC管构成，潜没于河道水体中，模块中植物采用水竹、香蒲、黑藻，利用生物格栅模块降低河道水体悬浮颗粒物；其次布置弹性调料吸附模块，模块长宽高分别为4×4×1.5米，由PVC管构成，潜没于河道水体中，模块框架上悬挂亲水型弹性填料，利用弹性填料吸附床模块吸附部分水体悬浮颗粒物、通过弹性填料模块上附着的微生物转化河道水体中的营养盐；第三步布设微生物分解床模块，微生物分解床模块由PVC管构建而成，模块长宽高分别为4×4×1.5米，微生物分解床设有多个可抽拉式箱体，内部放置具有良好微孔结构的固定化载体，载体上固定有氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌，可通过水流向下游扩散，附着在水生植物根系，通过植物-微生物互利共生关系有效增加水生植物吸收转化河道水体氮磷有机物，通过微生物分解床模块上安装的微曝气装置，在河水溶解氧较低时，启动微曝气装置对河水进行曝气，增加河道水体溶解氧，分解有机物；最后布设水生植物净化床模块，模块由6分圆管和方管底架构成，床体主体框架长宽高尺寸为4×4×1.5m，模块中间设置种植板，种植板由筛网构成，上种植沉水植物，优选伊乐藻、黑藻、马来眼子菜，通过绞升架调节种植板深度，适应于沉水植物对光照的要求，通过水生植物对水体氮磷营养盐进行吸收，逐步净化河道水体水质。

[0033] 通过本河道水体净化模块化技术的处理（从10月起约8周），实验区河道水体水质净化水质效果明显，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分别达到45%、42%、54%、45%和37%，SS从56下降为11，净化效果明显。

[0034] 实施例二

[0035] 以苏北某河道为例进行实施研究，该河全长10.6km，河宽平均13m，河深平均2.15m，底泥厚0.23m，水流缓慢。河流汇水面积约2541亩。河道周边有农村生活污水排放、农田灌溉出水以及企业污染处理尾水，水体浊度较大，河水污染物主要是总氮、总磷、有机物超标，河流水质总体为劣Ⅴ类。实验河道长度约1000米，在河道中采用污染河道水体净化模块化技术构建河道净化系统，顺水流方向依次布设生物格栅模块、弹性填料吸附床模块、微生物分解床模块、沉水植物净化床模块，四种模块长宽高分别为模块长宽高分别为
4×4×1.5米、4×4×1.5米、4×4×1.5米、和4×4×1.5米，经过约8周的净化处理，实验区河道水体水质净化水质效果明显，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分别达到41%、45%、
59%、51%和41%，SS从66下降为13，净化效果明显。

[0036] 实施例三

[0037] 以淮北某入湖河道为例进行实施研究，该河全长12.4km，河宽平均16m，河深平均2.45m，底泥厚0.34m，水流缓慢。河流汇水面积约3564亩。河道周边有企业污染处理尾水、农村生活污水排放、农田灌溉出水，河道黑臭、有机污染物含量高、溶解氧低。实验河道长度约1300米，工程开始实施时，由于水体发黑发臭，沉水植物难以存活，针对该情况在河道中采用污染河道水体净化模块化技术构建河道净化系统，顺水流方向依次布设生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块，四种模块长宽高分别为模块长宽高分别为6×6×2米、6×6×2米、6×6×2米、和6×6×2米，污染河水经过生物物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块时，经过生物格栅模块对水体悬浮颗粒物拦截，微生物分解床模块中微生物降解、通过微生物分解床的曝气装置（兴德高效节能微孔曝气系统XD-40）进行微孔曝气，并每隔一周换置一次固定化微生物载体，使水体微生物保持较高密度，再通过弹性填料吸附床模块上生物膜降解，以及沉水植物净化床模块对水体污染物吸收降解过程，有效降低了该入湖河道污染负荷，使得河道水体得到净化，经过约10周的净化处理，实验区河道水体水质净化水质效果明显，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分别达到57%、55%、64%、54%和65%，SS从71下降为15，净化效果明显。

[0038] 实施例四

[0039] 以山东某入湖河道为例进行实施研究，该河全长8.5km，河宽平均11m，河深平均2.07m，底泥厚0.17m，水流缓慢。河流汇水面积约2417亩。由于河道周边有企业污染处理尾水、农村生活污水排放、农田灌溉出水，导致河道黑臭、有机污染物含量高、溶解氧低、水生植物难以生长。实验河道长度约1300米，工程开始实施时，由于水体发黑发臭，沉水植物难以存活，针对该情况在河道中采用污染河道水体净化模块化技术构建河道净化系统，顺水流方向依次布设生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块，四种模块长宽高分别为模块长宽高分别为5×5×1.5米、5×5×1.5米、5×5×1.5米、和5×5×1.5米，污染河水经过生物格栅模块、微生物分解床模块、弹性填料吸附床模块、沉水植物净化床模块时，经过生物格栅模块对水体悬浮颗粒物拦截，微生物分解床模块中微生物降解、通过微生物分解床的曝气装置（兴德高效节能微孔曝气系统XD-40）进行微孔曝气，并每隔二周换置一次固定化微生物载体，使水体微生物保持较高密度，再通过弹性填料吸附床模块上生物膜降解，以及沉水植物净化床模块对水体污染物吸收降解过程，有效降低了该入湖河道污染负荷，使得河道水体得到净化，经过约12周的净化处理，实验区河道水体水质净化水质效果明显，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分别达到62%、54%、62%、
51%和58%，SS从65下降为11，净化效果明显。