一种地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物

技术领域

本发明涉及微生物、植物处理河道污水，涉及河流生态护岸，属于河道污水治理及河流护岸技术领域，尤其涉及一种河道污水治理与生态护岸构筑物。

背景技术

在社会经济快速发展、城市进程稳步推进过程中，部分企业未经处理的生产废水以及部分沿岸居民的生活污水直接或间接排入就近河流，造成流经城市区域的河水水质污染严重，甚至已经出现黑臭现象。城市区域内的水体环境日益恶化严重影响了城市环境质量及沿岸居民的日常生活，也制约着社会经济的持续健康发展。因此，综合整治城市受污染河流，恢复周边生态系统已成为城市生态建设中需重点解决的问题。

针对河道污水的处理，已有部分工艺得到开发应用，如构建恢复缓冲带、降低河道边坡、重塑浅滩和深潭、人工增氧、人工浮岛、人工湿地等，但这些方法对污染较重河道污水难以取得理想的处理效果。生物-生态法是利用培育的植物及接种培养的微生物对河道污水中污染物进行转移、转化及降解，从而使污染河水得以净化的技术，其具有处理效果好、工程造价较低、运行成本低廉，且无需向水体中投放药剂，无二次污染，还可与周围景观相融合，营造优美的景观环境等优点，已成为河道污水治理技术新宠。但如何解决生物-生态法在河流治理中的功能微生物流失严重、生物量稳固聚增及不同污染物降解所需环境差异等问题成为该技术能否成功应用于河道污水治理的关键。

河道护岸是城市建设的重要工作之一，较前多采用传统的硬质护岸技术，该技术可满足防洪、航运等需要，但其主要关注工程构造安全性及耐久性，多采取单调的混凝土、浆砌石等传统硬质材料，忽略了河岸生态功能，导致生态结构失衡，生态系统退化，水体的自净能力降低。生态护岸是在传统护岸功能及作用的基础上，提升护岸工程的生态效果，使水体、土壤及生物之间和谐促进、共同发展，构建高质量的自然环境状态，既具有自然护岸的生态性、景观性和渗透性，又具有硬质护岸的结构性和稳定性，还有助于提高河流生态系统的自我维持和自我更新能力，提高生态系统的稳定性，已成为河道整治护岸工程的主流。

发明内容

本发明的目的为解决现广泛采用的河道污水治理技术效果不理想，而采用生物-生态污水治理工艺在河道污水治理工程中因生物流失严重而无法充分发挥功能的难题，且为解决现今河道治理过程中污水治理工程与护岸工程均单独开展，直接导致工程步骤重复、治理成本居高不下等问题，因此提出一种地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物，可有效解决前述问题，高效治理河道污水的同时具备生态护岸功能，保证整体河道安全稳定，同时对河道两岸进行生态建设。该构筑物通过区室化设计，实现不同功能微生物各自的物理空间，可稳固聚集各功能微生物并实现所需环境条件的相对独立且互不干扰，从而最大程度发挥其对不同污染物的降解功能；通过生物、生态二者间的优配，最大程度的保持生物、生态处理原有技术优势；采用砂卵石、混凝土预制块、抗冲击生态毯、护岸植物等硬质结构与植被结合方法在保证边坡稳定、防水力侵蚀、防水土流失效果的基础上，在水-土-生物之间形成物质、信息、能量的两性循环体系，进行自我组织和自我修复，使护坡不仅具有景观效果，还能修复污染的河流水体，提高河流的自净能力，从而为河流生态系统的健康提供保障。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种地埋式同步河道污水处理与生态护岸构筑物主体为钢筋混凝土结构或钢型预制件，可地埋于河道岸坡，与河道融为一体且景观协调。构筑物主要分为好氧室、过渡室、厌氧室、生态植被护岸区。其中，好氧室位于构筑物左侧，过渡室、厌氧室、生态植被护岸区位于构筑物的右侧；过渡室位于厌氧室左侧；过渡室、厌氧室通过盖板实现封闭覆盖；生态植被护岸区一部分位于过渡室、厌氧室的上部，一部分位于厌氧室右侧。

好氧室由上至下分别包括雨水篦子、进水管、砾石层、承托板、纤维填料、曝气管Ⅰ，好氧室内投加好氧活性污泥；好氧室通过好氧室右侧墙体与构筑物底部狭缝、好氧室右侧墙体与竖向隔板Ⅰ之间缝隙、竖向隔板Ⅰ与盖板之间的狭缝连通过渡室。过渡室内包含曝气管Ⅱ、纤维填料，曝气管Ⅱ位于过渡室左下角，过渡室内投加活性污泥，过渡室通过竖向隔板Ⅱ与构筑物底部狭缝、竖向隔板Ⅱ与竖向隔板Ⅲ之间缝隙、竖向隔板Ⅲ与盖板之间的狭缝连通厌氧室。厌氧室内置有纤维填料并投加厌氧反硝化污泥，其通过出水管与干砌石块区域相通。生态植被护岸区包含有砂卵石、土工布、混凝土预制块、抗冲击生态毯、棕榈石、干砌石块、种植土、护岸植物、挺水植物或沉水植物。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中好氧室、过渡室、厌氧室三者等长等宽。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中好氧室右侧墙体与构筑物底部狭缝与好氧室等宽，狭缝高度为5～10cm，好氧室右侧墙体与竖向隔板Ⅰ之间缝隙宽度5～8cm；竖向隔板Ⅰ、竖向隔板Ⅱ、竖向隔板Ⅲ、盖板均与构筑物等宽，竖向隔板Ⅰ、竖向隔板Ⅲ均与构筑物底部密封接合，与盖板之间留有与构筑物等宽狭缝，狭缝高度为5～10cm；竖向隔板Ⅱ与盖板密封接合，与构筑物底部留有与构筑物等宽狭缝，狭缝高度为5～10cm。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中好氧室长宽高比为1:(3～5):(2～6)，曝气管Ⅰ位于好氧室左下角，沿好氧室宽度方向铺设，曝气管Ⅰ上开有曝气圆孔，圆孔直径为1～2cm，开孔率为0.3～0.5。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中雨水篦子为好氧室的顶盖，进水管位于砾石层层面上，进水管左右两侧开有布水圆孔，圆孔直径1～1.5cm，砾石层厚度为15～20cm，砾石粒径为3～5cm，砾石层底部承托板开有缝隙，开缝率为0.5，缝隙长度为8～12cm，宽度为2～4cm。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物过渡室中曝气管Ⅱ位于过渡室左下角，沿过渡室宽度方向铺设，曝气管Ⅱ上开有曝气圆孔，圆孔直径1cm，开孔率为0.2～0.4。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物厌氧室中投加污泥类别为厌氧反硝化污泥。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中盖板倾斜角度与河道岸坡角度相同，且盖板与构筑物右侧墙体、竖向隔板Ⅱ顶部、好氧室右侧墙体密封接合；盖板顶部低于好氧室顶部10～20cm。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中生态植被护岸区包括盖板以上区域及构筑物右侧墙体外部区域。盖板之上区域依次覆有砂卵石、土工布、混凝土预制块、抗冲击生态毯、棕榈石，混凝土预制块中填充种植土；构筑物右侧墙体外部区域包含有干砌石块、河道底泥，其与河床底部衔接。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中混凝土预制块为正方形或正六边形，边长为20～30cm，边厚为2～4cm，高度为20～30cm，各边面的中心位置均开圆孔，圆孔直径3～5cm。混凝土预制块内部填充种植土并种植本土护岸植物；干砌石块及河道底泥区域种植挺水或沉水植物。

其中，所述地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物中抗冲击生态毯由下至上分为四层，第一层为聚酯复合纤维织物，第二层为聚酯系无纺布反滤层，第三层为草种、肥料层；第四层为木浆复合纤维织物。

本发明与现有技术相比，其有益效果与优点在于：

1)同步实现河道污水治理与河道生态护岸。该构筑物可按拟治理河道的相关尺寸参数优化设计后地埋于河道岸坡，形成与河道并行的旁路生物净化系统，可高效净化河道水体水质；同时构筑物生态植被护岸区具有生态护岸功能，实现护岸的结构性和稳定性的同时恢复河道生态结构，并可无缝融合河道自然景观，高效治污与生态护岸工程并举。

2)生态功能整体性。生态植被护岸区可解决传统护岸将土壤与水体隔绝的缺点，维持堤岸和河道生态的统一完整性，完成水陆之间的自然过渡。也可为一些需要到岸边觅食、产卵的水生动物提供了良好的生存环境，更好地保持了生物多样性。

3)水体自净功能。当陆域污染物向水域渗透时，植被护岸区生长的植物及根系微生物可将污染物作为营养源，达到污染物去除的效果，减少了农业灌溉等面源污染向河流的扩散，降低了河流受污染的风险。另外生态植被护岸区中干砌石块中生长的挺水或沉水植物可吸收利用河水中污染物，对河道污水起到净化作用，可对已经受到污染的河流尤其是城市内河，可以起到一定的修复作用。

4)防岸坡侵蚀与土壤流失。生态植被护岸区材料及材质的选取、结构形式、设置位置可有效防止水力侵蚀、土壤流失。土工布、混凝土预制块可在雨水渗流时有效防止土壤流失，砂卵石层可使雨水快速沿构筑物盖板流入河道；上部抗冲击生态毯防冲能力较强，抗冲流速可达4m/s，其与棕榈石结合可在强漫流条件下防止表层土壤的严重流失。

5)治污及抗冲击能力强。通过固定各功能微生物的工作区室及置有高附着性能的纤维填料可实现功能微生物的固定聚集，显著提高功能微生物量，解决传统河道污水生物治理过程中功能微生物流失严重，效果差的瓶颈问题；通过过渡室曝气启停的自主设定，可实现好氧区体积与厌氧区体积的灵活调配，从而最大限度的提高单位功能微生物的去污效率。河道在雨、旱季的水质、水量差别比较大，构筑物内高生物持有量、过渡室好氧与厌氧功能的灵活调节均可在水质水量的剧烈波动下保证治污效果。

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

图1为地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物结构示意图；

图2为混凝土预制块结构示意图；

其中：1、好氧室；2、过渡室；3、厌氧室；4、生态植被护岸区；5、雨水篦子；6、进水管；7、砾石层；8、承托板；9、纤维填料；10曝气管Ⅰ；11、竖向隔板Ⅰ；12、曝气管Ⅱ；13、竖向隔板Ⅱ；14、盖板；15、砂卵石；16、土工布；17、混凝土预制块；18、种植土；19、抗冲击生态毯；20、棕榈石； 21、护岸植物；22、干砌石块；23、挺水或沉水植物；24、出水管；25、竖向隔板Ⅲ。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。

如图1-2所示，一种地埋式同步河道污水处理与生态护岸构筑物主体为钢筋混凝土结构或钢型预制件，可地埋于河道岸坡，与河道融为一体且景观协调。构筑物主要分为好氧室1、过渡室2、厌氧室3、生态植被护岸区4。其中，好氧室1位于构筑物左侧，过渡室2、厌氧室3、生态植被护岸区4位于构筑物的右侧；生态植被护岸区4一部分位于过渡室2、厌氧室3的上部，一部分位于厌氧室3的右侧；过渡室2位于厌氧室3左侧；过渡室2、厌氧室3通过盖板14 实现封闭覆盖。

好氧室1由上至下分别包括雨水篦子5、进水管6、砾石层7、承托板8、纤维填料9、曝气管Ⅰ10，好氧室1内投加好氧活性污泥；好氧室1通过好氧室1 右侧墙体与构筑物底部狭缝、好氧室1右侧墙体与竖向隔板Ⅰ11之间缝隙、竖向隔板Ⅰ11与盖板14之间的狭缝连通过渡室2。过渡室2内包含曝气管Ⅱ12、纤维填料9，曝气管Ⅱ12位于过渡室2左下角，过渡室2内投加活性污泥，过渡室2通过竖向隔板Ⅱ13与构筑物底部狭缝、竖向隔板Ⅱ13与竖向隔板Ⅲ25之间缝隙、竖向隔板Ⅲ25与盖板14之间的狭缝连通厌氧室3。厌氧室3内置有纤维填料9并投加厌氧反硝化污泥，其通过出水管24与干砌石块区22域相通。生态植被护岸区4包含有砂卵石15、土工布16、混凝土预制块17、抗冲击生态毯19、棕榈石20、干砌石块22、种植土18、护岸植物21、挺水植物或沉水植物23。

本发明提供的地埋式同步河道污水治理与生态护岸构筑物的工作过程如下：

1)河道污水治理工作过程：河道污水由潜水泵泵入进水管6，经进水管6 左右两侧布水圆孔流入砾石层7，污水中悬浮物可被砾石层7截留去除，同时砾石层7可破碎分散水流，实现对好氧室1均匀布水，污水进入好氧室1后与由气体压缩机经曝气管Ⅰ10进入好氧室1的空气、附着于纤维填料9及悬浮于好氧室1中的好氧活性污泥三者充分混合接触下，好氧微生物可直接降解污水中有机物，吸附利用污水中的磷，污水中氨氮经好氧硝化作用生成硝酸盐。经好氧室1处理污水依次经好氧室1右侧墙体与构筑物底部狭缝、好氧室1右侧墙体与竖向隔板Ⅰ11之间缝隙、竖向隔板Ⅰ11与盖板14之间的狭缝进入过渡室2，过渡室2可根据出水水质情况采取曝气或停曝运行方式，不同方式下可分别形成好氧环境与厌氧环境，不同工况下实现污染物的好氧去除或厌氧脱除功能。经过渡室2处理后的污水通过竖向隔板Ⅱ13与构筑物底部狭缝、竖向隔板Ⅱ13 与竖向隔板Ⅲ25之间缝隙、竖向隔板Ⅲ25与盖板14之间的狭缝进入厌氧室3，厌氧条件下在厌氧反硝化污泥的作用下，污水中好氧条件下生成的硝氮发生反硝化反应生成氮气，过程中利用污水中剩余有机物作为碳源，去除氮污染物的同时进一步降解有机物。经厌氧室3降解后剩余的少量氮、磷污染物经出水管 24进入生态植物护岸区4的干砌石块22及河床底泥区域，与该区域的挺水或沉水植物根系接触，在根系及根系微生物作用下，剩余氮、磷进一步被吸收利用，河道污水得到净化后重新进入河道水体中。

沿岸坡漫流的面源污水及其他类型污水进入生态植被护岸区4后，生态植被护岸区4可行使类似人工湿地降污功能，污水中污染物在在流经种植土18、护岸植物21、土工布16、砂卵石15的过程中，污染物可被物理吸附截留、生物降解、根系吸收利用从而得到降解去除，净化后污水通过混凝土预制件17上的开孔或砂卵石15空隙最终进入河道水体。

2)河岸生态护岸原理：①生态植被护岸区4上层棕榈石20、抗冲击生态毯 19均可生长护岸植物21，且混凝土预制块17中填充有种植土18，也为护岸植被21的生长提供有力的生长环境，通过采用野生乡土植物，乔灌草结合，建立自然植被群落结构，建立生物栖息地；植物发达的根系可加强堤岸的蓄水和固土能力，增强水土保持及防侵蚀能力，还可形成良好的景观效果，兼具景观价值和防护价值；②棕榈石20、大量植被可有效减少风雨对土壤表面的侵蚀，减缓雨水、河水等对土壤的冲刷；③砂卵石15、开孔的混凝土预制件17、棕榈石20可保证水、土、气之间的相互联系，保持河流的横向连通性；④抗冲击生态毯19、土工布16具有透水不透土的过滤功能，既能防止土壤流失，又能实现水分在土壤中的正常交流；⑤干砌石块22有规律的垒砌或无规律的堆砌，河道底泥逐步填充于石块缝隙，其粗糙的表面均可为水生植物、水生动物、两栖动物提供了良好的生存繁衍场所，有利于维护河道水体的生物多样性。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。应当理解的是，对本领域技术人员，可以根据上述说明加以改进或变换，因此本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。