一种山区流动性水源取水处理系统

1.本发明涉及污水处理技术领域，涉及地表水处理，具体涉及一种山区流动性水源取水处理系统。


背景技术：

2.目前，一些村镇供水的水源主要以地表水为主，与地下水相比，地表水受污染威胁程度大且不易进行卫生防护，尤其是山区溪流、湖泊等浅水水源，其水量水质无法到保证，给村镇居民的正常生产生活带来极大不便。
3.山区溪流作为村镇用水的流动性水源存在以下缺陷：溪流河道较窄、洪/枯流量变化大、枯水季水深较浅。为达到水厂所需的取水高度，通常需要设置拦河坝或者在河床内修建集水池，但上述作业造价高、工程量大。当雨洪季来临时，由于洪水中携带有大量泥沙、漂浮物，会造成漂浮物堵塞、泥沙淤积，影响正常取水，给水厂的运行管理带来不便；山区溪流附近的含水层厚度较小，且多为砂层、砾石层，渗透性较好，加之地形坡度较大，难以续存水源；雨水的冲刷会使得地表大量污染物进入山区溪流中，使得山区溪流的水质变差，且水流的浊度、氮含量、磷含量增高，因此，有必要对溪流水源中的水进行预处理，以保证其水质稳定。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种山区流动性水源取水处理系统，以解决现有技术中因山区流动性水源中存在污染物和漂浮物而导致的山区流动性水源的水质不稳定问题。
5.本发明采用如下技术方案予以实现：
6.一种山区流动性水源取水处理系统，包括由靠近水源侧向远离水源侧顺序埋设在河流一侧河岸上的岸滤机构和第一集蓄坝；
7.还包括迎水流方向埋设在河岸上的第二集蓄坝；
8.所述岸滤机构、第一集蓄坝和第二集蓄坝之间形成安置空间，所述安置空间内挖设有用于集水的渗水井，安置空间内还布设有多个用于向地下含水层输氧的空气导管；
9.所述渗水井底部连接有出水管，所述出水管上还连接有抽水泵。
10.本发明还具有以下技术特征：
11.具体的，所述岸滤机构内填充有土石混合填料。
12.更进一步的，所述土石混合填料包括粒径为8.5～10.5mm的砾石和河流岸泥。
13.更进一步的，所述岸滤机构的宽度为50～60cm。
14.更进一步的，所述渗水井的直径为2.5～3.0m，深度为6～8m。
15.更进一步的，所述空气导管的侧壁上布设有多个透气孔。
16.更进一步的，所述透气孔呈阵列式均匀排布。
17.更进一步的，所述流动性水源包括溪流。
18.更进一步的，所述渗水井底部设置有砾石反滤层。
19.更进一步的，所述砾石反滤层包括由上至下顺序布设的第一砾石层、第二砾石层和第三砾石层，所述第一砾石层中砾石的粒径为4～6cm，所述第二砾石层中砾石的粒径为1～2cm，所述第三砾石层中砾石的粒径为0.2～0.4cm。
20.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
21.(1)本发明在水源边上设置渗水井和岸滤机构，岸滤机构对污染物具有良好的去除效果，即便在雨洪季浊度以及污染物浓度较大的情况下，均能保持良好的去除效果，通过在岸上设置的岸滤机构和集蓄坝形成地下蓄水池，从而保证渗水井水量的稳定，通过设置空气导管可以向地下引入空气，有效增强微生物对水的清洁作用。
22.(2)本发明采用的土石混合填料使岸滤机构具有更强的去除能力以及抗冲击负荷。
23.(3)本发明结构简单，尤其适用于含水层较薄且多为砂层砾石层的山区，可有效解决山区溪流蓄水量不充足以及溪流水质差的问题，具有推广使用价值。
附图说明
24.图1是本发明的俯视图，其中，箭头为水流方向；
25.图2是本发明的垂直河流方向剖视图；
26.图3是本发明的顺河流方向剖视图；
27.图4是不同岸滤系统污染物去除效果图；
28.图5是不同岸滤系统抗冲击负荷效果图：
29.图6是空气导管强化过滤效果图；
30.图7(a)是单位时间渗井产流水量图；
31.图7(b)是单位时间河水入渗水量图；
32.图7(c)是单位时间安置空间总蓄水量图；
33.图中各个标号的含义为：
34.1-河岸，2-岸滤机构，3-第一集蓄坝，4-第二集蓄坝，5-渗水井，6-空气导管，7-抽水泵，8-出水管，9-砾石反滤层。
35.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
36.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
37.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
39.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.实施例：
41.遵从上述技术方案，如图1至图3所示，本实施例提供一种山区流动性水源取水处理系统，包括由靠近水源侧向远离水源侧顺序埋设在河流一侧河岸1上的岸滤机构2和第一集蓄坝3；还包括迎水流方向埋设在河岸1上的第二集蓄坝4；如果流动性水源的旁边为山体，则可以将山体作为第一集蓄坝3；河岸1上迎向水流方向埋设有第二集蓄坝4；
42.如图1所示，岸滤机构2、第一集蓄坝3和第二集蓄坝4均位于河岸同侧，三者之间形成的u形区域为安置空间，成为一个地下蓄水池，安置空间内挖设有用于集水的渗水井5；如图1所示，河岸1上由左至右依次布设岸滤机构2、渗水井5和第一集蓄坝3，安置空间内还布设有多个用于向地下含水层输氧的空气导管6，本实施例中，设置了两排，共8根空气导管，空气导管6的作用是：增强地下含水层内的好氧微生物，在地下含水层内形成好氧区域和厌氧区域，更好地去除渗水中的污染物。在实际操作中，可以根据需要在河岸1的两侧设置水处理系统，也可以根据需要选择渗水井5的数量。
43.根据各地实际情况的不同，空气导管6也可以用输氧性能好的植物来代替，如菖蒲、芦苇等。
44.渗水井5底部连接有出水管8，出水管8上还连接有抽水泵7，抽水泵7用于将渗水井5中收集的渗水抽出。
45.作为本实施例的一种优选方案，岸滤机构2内填充有土石混合填料，岸滤机构2用于对渗水进行过滤。
46.作为本实施例的一种优选方案，土石混合填料包括粒径为8.0～10.5mm的砾石和河流岸泥，本实施例中，土石混合填料中以质量百分比计，8.0～10.5mm的砾石30％～40％，河流岸泥60％～70％。
47.作为本实施例的一种优选方案，岸滤机构2的宽度为50～60cm。
48.作为本实施例的一种优选方案，渗水井5的直径为2.5～3.0m，深度为6～8m。
49.作为本实施例的一种优选方案，空气导管6的侧壁上布设有多个透气孔。
50.作为本实施例的一种优选方案，透气孔呈阵列式均匀排布。
51.作为本实施例的一种优选方案，流动性水源包括溪流。
52.作为本实施例的一种优选方案，渗水井5底部设置有砾石反滤层9，设置砾石反滤层的主要目的是防止取水时出现井底涌砂，以及保持含水层渗透稳定性，当含水层的主要组分为细砂、粉砂时，适当增加砾石反滤层的厚度和层数。
53.作为本实施例的一种优选方案，砾石反滤层9包括由上至下顺序布设的第一砾石层、第二砾石层和第三砾石层，第一砾石层中砾石的粒径为4～6cm，第二砾石层中砾石的粒径为1～2cm，第三砾石层中砾石的粒径为0.2～0.4cm，每个砾石层的厚度均为0.20～0.30m。
54.本实施例中，本发明的具体使用过程如下：
55.如图1所示，通过岸滤机构2对河道入渗水进行净化处理，处理后的入渗水进入到第一集蓄坝3以及第二集蓄坝4所形成的安置空间内，入渗水在安置空间的地表以下，由于空气导管6输氧，所以可以再次接受到微生物的净化作用，最终进入渗水井，由抽水泵7将渗水井中的水输送至水厂。
56.检测试验：
57.为验证岸滤机构2的渗水效果，搭建了三套岸滤机构，第一套岸滤机构采用粒径为0.5～1.2mm的石英砂，第二套岸滤机构采用粒径为8.5.～10.5mm砾石，第三套岸滤机构用烘干后的泥与粒径为8.5～10.5mm的砾石模拟本方案中所用的石土混合填料。
58.岸滤机构高100cm，直径15cm，填料高80cm，自上而下分别在5cm、20cm、35cm、50cm、75cm、90cm处设置出水口，底部为小粒径卵石承托层，通过蠕动泵顶端进水，底部出水。实验初期控制滤速为0.3m/h，运行40天，保证三个岸滤机构挂膜完成，达到稳定运行阶段，其中，砾石岸滤机构达到稳定运行阶段需要30天，砂岸滤机构达到稳定运行阶段需要27天，而土石混合填料层的岸滤机构达到稳定运行阶段需要20天。
59.如图4所示，达到稳定运行阶段后三种岸滤机构对污染物的去除效果由好到差依次是土石混合填料岸滤机构、砂岸滤机构和砾石岸滤机构。这是由于砾石的颗粒较大，使得颗粒间的通道较宽，造成入渗过程中水流流速较快，影响了微生物的附着，从而降低了污染物的去除效果，相比之下，土石混合填料和砂由于其结构比较紧密，更有利于微生物的附着，发挥其降解作用，同时土石混合填料层中含有较多土壤，其本身富含大量微生物并且具有极强的吸附性，因而去除污染物的效果最好，由此可见，本发明中所采用的土石混合物构成的岸滤机构比传统岸滤系统具有更好的去除效果。
60.滤速与污染物去除效果关系如图5所示，随着滤速的增加，砾石岸滤机构和砂岸滤机构对污染物的去除效果明显降低，滤速越高，污染物去除效果越差，这种现象主要是由两个原因造成的：一方面，滤速增加会增大水流对滤层的冲刷力，造成穿透现象，导致一部分微生物被破坏冲离滤料表面，使其无法很好的发挥作用，并降低了系统物理吸附和截留作用；另一方面，滤速增加会导致水力停留时间变短，使得水中微生物没有充足的时间进行生物作用，生物活性降低。相比之下，滤速对土石混合填料岸滤机构的影响不大，随着滤速的增加，土石混合填料岸滤机构仍能保持较稳定的污染物去除率，这主要得益于土石混合填料有着较强的吸附能力和比表面积，具有良好的稳定性。由此可见，本发明中所采用的土石混合物构成的岸滤机构具有更好的耐冲击负荷，能抵御水位变化而导致的滤速过快的问题。
61.如图6所示，为验证空气导管6的作用，在一个反应器内插入四根带有透气孔的空气导管6，另一反应器内则不设置空气导管6，将其作为对照组，运行40天后，记录两个反应器内污染物的平均去除率，设置有空气导管6的反应器内污染物的去除效果明显更好，这是因为空气导管6向装置内输送氧气，增强了土壤内生物的好氧活动，含有空气导管6的反应器所产水的溶解氧浓度比未设置空气导管6的反应器内产水的溶解氧浓度高10％。
62.采用hydrus2d/3d软件进行系统模拟，在初始河流水深为20cm，含水层厚度为6m，渗水井直径为2.5m，第一集蓄坝和第二集蓄坝长度均为10m的条件下，本系统在24小时内能达到饱和状态，并且取水处理系统在非饱和状态下单位时间的入渗速度和产流速度较快，在饱和阶段速度趋于稳定。如图7所示，当处于饱和阶段时，系统的河水入渗总量为285m3，
渗水井的产流量为121m3，除去溢流的水外，总蓄水量为156m3，由此可见，对于该山区薄含水层而言，本系统的建设有利于储存地下水，保证渗水井的水量。
63.上述实施过程仅仅是为清楚地说明本技术所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术型的保护范围之中。