景观水环境仿生强化净化方法

摘要

一种用于封闭、半封闭的景观水环境仿生强力净化方法，采用湖外湖内、点源面源污染、内源外源污染综合治理。设置适宜流动的湖体形状、足够的湖体深度、生态护岸、生态防渗、水体平衡调节堰；对补充水采用速分净化床、速分处理工艺和湿地工艺进行仿生生物净化处理；对集中汇流的雨水采用弃流过滤装置，地面径流雨水采用植物渗渠渗井系统，截留初期雨水；湖内采用植物系统、生物系统、推流复氧净化器、生物量增殖系统、底泥稳定与固定进行仿生生物净化处理。本发明能提高封闭半封闭水体的自净能力，延长水体水质保洁时间，只要较少的人工干预便可达到长时间保持水体的水质，尤其适合封闭、半封闭的湖泊治理和河流治理，保持其生态平衡，改善环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水净化技术，特别涉及一种综合治理、提升封闭半封闭水体自净化能力、辅助人工强化仿生处理的景观水环境仿生强化净化方法。

背景技术

水，是人类生存的基础；江河湖海等自然水体是人类生活的重要环境之一，也就是自然生态水环境。

但是随着人们的生产活动和生活的日益提高，产生的废水污水对于江河湖海的污染越来越厉害，以至于相当一部分自然水域，尤其是城市附近的江河湖严重污染，造成生活环境恶化、供水能力下降等等。

对于自然生态水环境，特别是城市的封闭、半封闭景观水体的净化必然的被提到日程上来。

江河湖及人工景观水体本身就有自净化能力，能够在一定程度上抵御来自外界的污染，保持水质。然而其自净化能力是有限的，当外界的污染大于这个自净化能力时，便造成江河湖的污染。更为严重的是，这种变化有时候几乎是不可逆的，特别是城市的封闭半封闭景观水体，水体容量小，水流速度慢、甚至不流动，水质更新时间长，水体渗漏能力低，污染严重，自净能力差，水环境保持、修复难度大。水质污染主要表现在两个方面，一是有机污染物的超标，有机污染物过多，溶解氧不足，厌氧分解产生的臭气和黑液造成的水体黑臭污染；二是富营养化污染，水中氮、磷含量多，造成藻类异常繁殖形成水华，几乎已经成了必然的过程。

纵观目前我国景观水环境研究与工程应用，主要集中的如下几个方面：a、进入景观水体的受污染水质处理技术；b、微生物进行培养、驯化、专性菌的研究；c、人工植物护岸；d、氮、磷的去除；e、水体复氧；f、底泥清除与覆盖；g、藻类控制技术等。这些研究与工程的特点是：注重局部，忽略系统，对水体研究应用较多，而对水体与周边环境的互相作用关系研究较少。即将景观水环境作为一个有机整体研究较少。如目前城市景观水环境治理技术中采用了许多认为的强制手段，如：化学药剂沉淀、强氧化降解技术、化学药剂除藻、底泥覆盖等，虽然在一定时段、一定条件下起到部分治理作用，但由于这些手段并非自然界原有存在的，人工干预过于严重造成了其它相关副作用。比如：人工投加的硫酸铜虽然能在一定程度上抑制藻类生长，但并未削除藻类大量生长的根本原因，反而造成重金属及对其它水生物的伤害。

发明内容

本发明是为了弥补上述不足，特别提供一种以提高水体自净能力为主，仿生强化人工处理为辅，湖内外综合治理，包括水体仿生恢复：采用仿生技术恢复、修补、完善生物循环链条，水体仿生强化：采用强化生物功能，利用电能、风能、太阳能、使水体循环流动，增加溶解氧含量，促使微生物生长及有机物分解，配合对补充水的处理，使水体达到动态平衡、水体仿生构建：采用在水环境中合理引入、补充、强化生物物种，以自然构建为主，人工手段为辅，使系统中物种多样性及相互平衡，以尽量少的人工干预来恢复自然生态水的自净化能力的景观水环境仿生强化净化方法。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，包括：

按水文及动力学原则开挖或修缮形状为狭长形的湖体，在湖体内形成上游下游；

按水体自净的要求确定湖体的深度，对于过浅的湖体，至少湖体的中心附近部分挖深，并对湖体进行防渗处理，保证透气阻水，形成生态湖床；

依据透气阻水防坍塌的原则设置生态护岸；

在湖内顺流而下设置若干个水位调节堰，制造利于水流动的落差，避免产生死区；

在湖内构建植物系统、生物系统、生物类增殖系统；

在湖底部放置若干个推流复氧净化器；

用以生物固定技术为主、物理稳定为辅的综合处理技术，稳定与固定湖内的底泥；

对湖体的每一部分补充水均设置补充水深度处理区，在补充水深度处理区中使用速分生物处理工艺、速分净化床、人工湿地、气浮工艺、过滤工艺、混凝工艺、化学加药工艺中的一种、几种或者全部对补充水进行深度处理，处理后的补充水送至湖区的上游；

在湖体周围区域内的雨水汇集设置雨水弃流过滤装置，对集流雨水选择性送入湖区；对湖体沿岸径流雨水采用植物渗渠渗井系统进行初期截留处理，减少下雨之初有机物、泥沙含量较多的雨水进入湖体。

在湖体外设置循环深度处理区，把湖区下游的水引至循环处理区，处理后再强制送到湖区上游。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述生态护岸为采用透气性和阻水性好的植物护岸、木材护岸、石材护岸和石笼护岸的一种或几种。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述植物系统包括在水体中栽培不同层次生存的沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物和质地植物；所述生物系统包括在高等水生植物，附在水生植物根、茎、叶及护底底泥中的微生物、生活在不同水层食性不一的水生动物；所述生物类增殖系统是在湖体、护坡、护岸和局部挖深区，设置比表面积较大的生物载体材料，增加水体中的生物生存空间。

本发明景观水环境仿生强力净化方法中，所述速分净化床是在长20-80m的水流渠道中，分3-4段开挖宽度1.2-2.5m，深度1.5-2.5m的净化床，内填充大量的生物速分净化球，在每段速分净化床之间，设置1-2台潜水曝气机，或采用风机在速分净化球池底部设置穿孔曝气管的集中曝气，速分净化床沿水体岸边设置。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述速分生物处理工艺是对补充水进行深度处理，构建速分处理的构筑物，在构筑物内填充速分生物球填料，底部设置穿孔曝气管。通过空气压缩设备及管道，输送压缩空气至速分球底部。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述湿地工艺将补充水及循环水有控制地投配到人工构建的湿地，使之湿地内土壤处于饱和状态，利用湿地上生长的耐水沼泽植物、土壤的共同作用，降解、净化流经的水质。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述推流复氧净化器是在一底座上固定有推流混合导向管，在所述推流混合导向管的水流导入口内设有推流螺旋桨，与推流螺旋桨相接的桨轴支撑在射流泵体上并与潜水式电机上的轴相连接，所述射流泵体和潜水式电机固定在底座上，所述水流导入口处与进气管连通。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述雨水弃流过滤装置是一种自动化控制雨水集流装置，由若干入口和两个以上出口，其中一个出口是连接湖区的渠道，一个出口连接市政污水管道，各置阀门控制。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述植物渗渠渗井系统为离湖岸一定距离沿湖岸开掘渗弃渠，并按下坡方向间隔配置若干渗井，在渗弃渠表面可栽培植物或铺设卵石。

本发明景观水环境仿生强力净化方法，所述循环深度处理区中采用速分净化生物处理工艺、速分净化床、人工湿地气浮工艺、过滤工艺、混凝工艺、化学加药工艺中的一种或几种对循环水进行深度处理。

本发明景观水环境仿生强力净化方法采用湖外湖内综合治理，提高了自然生态水的自净化能力，对水的净化效果好、保持时间长，只需要较少的人工干预便可以达到长时间保持湖水的清澈，尤其适合较大面积的湖泊治理和河流治理，保持其生态平衡，改善环境。

附图说明

图1是本发明景观水环境仿生强力净化方法的平面示意图；

图2是本发明景观水环境仿生强力净化方法的剖面示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明景观水环境仿生强力净化方法，下面结合实施例作更详尽的说明。

本实施例采用本发明方法，采用湖外处理(点、面源控制)+湖内处理+湖水强制循环水质处理＝水体保持；具体见图1。

对湖区进行形状设计10，使其符合水文及动力学原则，一般应长度大于宽度，在湖区形成上游下游，促进湖区内水的流动。

生态湖床9，就是湖底的中心区域有足够的深度和适当的透气性和阻水性。硬质型湖床缺乏透气性，调节温度和湿度的能力也就比较差，且其光滑平面使许多水生生物失去了栖息和繁衍的场所导致水生生态系统失衡。

湖岸设置生态护岸8，生态护岸建设应遵循水文及动力学原则、稳定性原则、生态性原则、景观性原则和亲水性原则，在不同水域周围设置生态护岸。生态护岸材料可分为植物护岸、木材护岸、石材护岸和石笼护岸四种类型，也可以根据河道断面形式分成梯形护岸、矩形护岸、复合型护岸和双层护岸，还可以根据护岸的功能分为亲水护岸、景观护岸、动物护岸。

在不同河道断面，有选择性地设计生态护岸、生态湖床，即在边坡、湖底，设置球形多孔材料，形成生态湖泊。本系统的生态护岸、生态湖床应根据小区内整体园林规划，和不同水域功能的特点，进行不同的设置。

为确保湖区水的流动，在湖区内顺流而下依次设置若干水位平衡调节堰7，就是可以调整高度的拦水堰，人为造成湖区内水位的不等，确保湖水的深度，加强湖区水的流动。

湖外处理是对湖体补充水的预先处理，包括雨水处理和生活废水处理，雨水又分为面补充和点源补充两种；生活废水一般是通过汇集集中进入湖区，也是一种点源补充水。

雨水相对比较干净，有机物、杂质含量少，只是在下雨初期，容易携带较多的污染物及泥沙，即初期雨水的有机物、泥沙等含量很高。对于雨水采用专门的净化方式，其中对于点源补充的雨水，采用了雨水弃流过滤装置1，这是一种自动化控制雨水集流装置，由若干入口和两个以上出口，其中几个入口收集不同方向的雨水，一个出口是连接湖区的渠道，一个出口连接市政污水管道，各置阀门控制。本装置可以自动检测下雨的时间和集流雨水的清洁度，在下雨初期，由于雨水中灰尘、泥沙较多，比较混浊，雨水弃流过滤装置打开连接市政废水管道的阀门，集流雨水流入市政废水管道，而不进入湖区；当集流雨水较清时，雨水弃流过滤装置打开连接湖区的阀门，将集流雨水补充进湖区。雨水弃流过滤装置中有旋流式过滤装置，雨水集流后在装置中产生旋流，对雨水进行一次过滤，以保证进入湖区的水更清洁。

对于湖区周围从地面直接流入的雨水(面源补充)，可以在湖岸周围采用初期雨水控制技术，就是在湖岸周围开掘植物渗渠渗井系统6，渗渠设在湖岸周围，渗井设在渗渠上的不同点，一般以下坡方向间隔设置即可，渗渠中种植一些植物或者铺满卵石。在下雨初期，湖区周围的雨水向湖区流动时，先流入植物渗渠再汇流至渗井，只有当植物渗渠渗井系统6下渗量小于汇入量，渗沟中充满了雨水后，才可以流入湖区，这就避免了污染物浓度较高的初期雨水进入湖区。

对于生活废水，由于其中含有大量有机污染物、无机杂质，单纯的过滤处理工艺是不行的，应该进行深度净化处理，。一般在每条生活废水补充水的流入途径上设置一补充水深度处理区12，在该区内根据污染情况、周围环境等因素选用速分净化床、速分生化工艺、湿地工艺、气浮工艺、过滤工艺、混凝工艺、化学加药工艺中的一种或者几种的组合对补充水进行深度处理。其中：

速分净化床工艺：

速分净化床是在长20-80m的水流渠道中，分3-4段，开挖宽度1.2-2.5m，深度1.5-2.5m的净化床，其中填充大量的生物速分净化球，在每段速分净化床之间，设置1-2台潜水曝气机，或采用风机在速分净化球池底部设置穿孔曝气管的集中曝气。利用生物速分净化球所造成的球体内外流速的不同，将水体中携带的悬浮颗粒(非流解状态的有机物、固体颗粒、菌胶团等)由流速快的主体水流向流速慢的固液界面聚集，达到固液分离的目的。同时，通过水体的曝气复氧作用及速分球的巨大载体表面，使微生物附着繁殖在其表面，生成生物膜，在好氧、间氧、灰氧菌的作用下，对有机物进行降解，速分净化床沿水体岸边设置。

生物速分净化球，又称速分生化球，已另案申报专利。生物速分净化球由若干个多孔颗粒置于球形网罩内形成球体或近似球体，多孔颗粒的粒径为2.5cm～6cm，所述球体直径为100～600mm，所述球体的比重大于1，多孔颗粒的形状为球形和/或椭球形和/或多面体形，多孔颗粒的材质为沸石和或麦饭石或陶粒，或陶粒、水泥、沙子和水混合挤压成形，或炉渣、水泥、沙子和水混合挤压成形；球形网罩为两个半球型网罩组成，两个半球型网罩通过其上设有的插接倒钩扣合在一起。

速分生物处理工艺：

速分生物处理工艺是对补充水进行深度处理，构建速分处理的构筑物(可地下、半地下、地上)，在构筑物内填充速分生物球填料。底部设置穿孔曝气管。通过空气压缩设备及管道，输送压缩空气至速分球底部。满足好氧微生物需氧量及造成主体水流与固液界面之间的流速差，聚集悬浮颗粒，利用速分球巨大载体表面上附着的微生物、降解水中的污染物、有机物。

人工湿地工艺：

人工湿地技术是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好，成活率高，抗水性强，生长周期长，美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇，蒲草等)形成一个独特的动植物生态体系。

人工湿地去除的污染物范围广泛，包括N，P，SS，有机物，微量元素，病原体等。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85％——95％，COD去除率可达80％以上，处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。(2)废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2，H2O。人工湿地面积需根据被处理水质的污染物浓度，处理后的水质要求、处理水量、人工湿地的结构，再结合当地的环境最终确定，可在市郊结合部，也可在污水处理厂出水的附近建造。将污水处理厂二级出水或人工湖水排入，利用所种植物对其进行加强处理，提高其水质，然后再排入自然或人工水系，作为其补充水源，保护水体。

气浮工艺、过滤工艺、混凝工艺、化学加药工艺几种为现在公知的通用技术，这里不再累述。

即便对湖外补充水做了处理，湖内仍需要增强自净能力，其方法主要有推流复氧净化器2、生物增殖系统4、植物系统5、生物系统3的建设等，所有这些措施，可以根据湖内水的污染情况和净化要求，分别采用其中几种或全部。

生物系统3：

完整的水生生态系统主要由高等的水生植物、生活在不同水层食性不一的水生动物，附着在水生植物根、茎、叶以及部分水生动物体内河河底底泥中的大量微生物。此系统中水生植物通过光合作用将水中的氮、磷、钾等矿物质吸收合成滋生的植物体，为其它生物直接或间接地提供营养物质；微生物则是水体中的“清洁工”，把水生动物的排泄物、食物残骸、生物体的尸体、进入水体的部分污染物质加以分解，防止其腐败发酵污染环境，使得水体中的物质循环可以再循环，不出现间断；不同食性的动物对水体中的悬浮物、磷、浮游动物等有一定的摄食能力。

不同食物，不同水层的水生动物，可以对整个水生系统中的植物和微生物进行直接或间接的调控，延长了生物链，增加系统的稳定性，增加了系统的多样性滤食性的鱼类主要是以滤食浮游动、植物及藻类腐屑为主，浮游动植物主要有硅藻、金藻、隐藻、绿藻、蓝藻、裸藻等，常见的浮游动物有轮虫类、枝角类、桡足类等螺蛳、蚌等软体动物由于它们是滤食的动物，所以有利于水质的净化，蚌将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食去，提高了湖水的透明度，螺蛳主要摄食固着的藻类，同时分泌促絮凝的物质，使湖水中的悬浮物质絮凝，促使水变清。

一些草食性鱼类的主要食物为轮叶藻、聚草、苦草、菹草、马来眼子菜等等，数量不多草食性鱼类不会对沉水的金鱼藻和菹草造成威胁，相反还能促进植物体的生长。

植物系统5：

从水处理的工艺角度，在水体不同层次设置不同的水生植物——沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物、质地植物等，可以为水生生态系统其他成份的生存提供基础，其本身也可以通过根、茎、叶吸附作用，降解转化水体中的有机污染物，继而通过收获植物体的形式将有机污染物从水域系统中清除出去。

A挺水植物的作用：

挺水植物能吸收水、底泥中氮、磷等营养元素，通过竞争途径抑制同样吸收氮、磷等影院元素的藻类的繁殖。

细菌、浮游动物、着生藻类能吸附在挺水植物的枝杆上，形成一庞大的生物群落，对水质的净化作用很强。

水在流经挺水植物群落时，水中的悬浮物、高分子有机物由于植物的阻挡作用，及植物表面微生物所分泌的粘液的凝聚作用而沉降，降低水的浑浊度，挺水植物通过中空的杆向根部供氧，改善根部周围底泥的好氧环境。

B沉水植物的作用：

沉水植物整个植株都处于水中，根、茎、叶等都可以对税种的营养物质进行吸附，在营养竞争方面占据了极大的优势，并且沉水植物是整个水体主要的氧气来源，给其他生物提供了生存所需的氧气，同时也为水生生物提供了生存所需的空间，能够在此栖息、躲避敌害。沉水植物一旦形成相当高度和密度，其冠层能截取大部分太阳光能，形成较强的遮荫能力，对其冠层以下的浮游藻类发生强烈的光抑制效应，从而抑制浮游藻类生长。

C浮叶植物的作用：

浮叶植物的茎杆，能为水中的细菌、浮游动物、着生藻类提供依附的场所，同时浮叶植物由于叶片漂浮于水面之上，会影响阳光在水中的反射率，可以抑制藻类生长，但也使得下层沉水植物得不到足够的阳光，而不能进行光和作用，同时减少了空气中氧气和水的接触面积，减少溶解氧在水中的含量，所以要控制浮叶植物在水面的分布面积。

D漂浮植物的作用：

对营养物质有很强的吸附能力，能直接从污水中吸附有害物质和过剩营养物质，可净化水体。但它们繁殖力很强，并能够随着水流及水中营养物质的分布不同而漂移。所以对于漂浮植物控制的关键在于限制其生长活动的范围。

推流复氧净化器2：

推流复氧净化工艺是采用推流复氧净化器，推流复氧净化器是在底座上固定有推流混合导向管，在所述推流混合导向管的水流导入口处设有推流螺旋桨，与推流螺旋桨相接的桨轴支撑在射流泵体上并与潜水式电机上的轴相连接，所述射流泵体和潜水式电机固定在底座上，所述水流导入口处与进气管连通。电机带动螺旋桨转动时，可使水在推流混合导向管内以一定的速度流动并自端口射出，推动水体产生流动，与此同时，由于水流的作用在一定区域内产生负压，可自进气管向推流混合导向管内腔吸入空气，使水流与空气充分接触，达到对水质进行复氧的作用，从而净化了水质，水内有机物在富氧情况下可充分的分解。

生物类增殖系统4：

景观水环境由于人工构建的原因，自然生态综合体很难形成，为保证系统中各种生物种群共存，各种物质正常循环。必须设置水环境的生物量。通过湖体、护坡、护岸的生态材料，局部挖深护网的生态材料或在一定深度区域内，设置比表面积较大的生物载体材料，直接、间接增加水体的生物量。

最后，在必要的时候还需要对湖内水进行强制性外循环。在湖区下游，设一出水堰11，在该处水质低于要求时，动用外循环处理系统，强制性外循环是在湖区外构建一个循环水深度处理区13，在循环水深度处理区13采用上边介绍的速分生物处理工艺、速分净化床、人工湿地工艺、气浮工艺、过滤工艺、混凝工艺、化学加药工艺中的一种、几种或者全部，处理后的循环水通过强制提升后从湖区上游的布水管12重新补充到湖区。

运用本发明景观水环境仿生强力净化方法综合治理水系，有效的保持了水体自身的自净化能力，能够通过尽可能少的人工干预，取得最佳的自然生态水净化效果，通过实际项目的试验，是目前最好的自然生态水净化方法。