一种低能耗地表水净化景观水系统的制作方法

本发明涉及一种水处理净化系统，特别是一种低能耗地表水净化景观水系统。
背景技术：
：水是生命之源，是人类赖以生存的最重要的物质之一。自20世纪80年代以来，联合国水资源大会曾向世界各国多次警告，由于缺水，全球经济和社会的持续发展必然会受到制约，预计到2050年，全世界淡水需求量将增加40％，届时将有近一半人口生活在缺水地区。水资源短缺已成为关系到可持续发展甚至国家安全的重大问题。我国是一个严重的缺水国家，以人均水资源为例，中国人均水资源仅为世界水平的1/4，美国的1/5，已成为全世界人均水资源最贫乏的国家之一。而近年来，我国水污染问题日趋严重，我们身边的水资源已是伤痕累累。我国水质级别分五类，一到三类简单处理就能饮用，四类及以下则不能作为饮用水源。而据《2015中国环境状况公报》显示，我国七大水系中四类以下水质就占27.9％。作为北方重要水源的黄河，有38.7％基本丧失使用功能。截止2015年年底，全国废水排放总量达735.3亿吨，相当于一个青海湖。其中，生活污水占了七成，主要体现为洗涤水、粪便水以及各种生活垃圾，工业废水和农业污水也是重要污染源。现今的景观设计中，具有高效净化功能的低能耗景观水系处于起步阶段，需要进一步的实验与探索。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种低能耗地表水净化景观水系统。通过各种净化景观设施的综合配制，完成了污水过滤、沉淀、增氧、物理净化和生物净化，有效降低水体内有害污染物，可将劣五类水净化为三类水，实现自然无形的水质自净。同时将设计和功能巧妙融合，在提高整体水质的同时，可作为供游人科普、驻足观赏的景观。为实现上述目的，本实用新型包括如下技术方案：一种低能耗地表水净化景观水系统，包括沿水流方向依次设置的取水口1、提水风车2、沉水池3、跌水墙4、梯田式土壤净化床5和人工湿地6，其中，取水口1设置在河/湖底部，由过滤网11和砾石层12构成；取水口1连接提水风车的取水井21，提水风车的出水口连接沉水池3；跌水墙4包括顶部的过水面41和至少一个侧面的落水面42；过水面41连通沉水池3；落水面由粗糙材料制成，落水面的平整度为±1～3cm；梯田式土壤净化床5由呈梯田式分布的若干个土壤净化床组成；土壤净化床包括上层的土壤层51和下层的过滤层52，各土壤净化床外围均设有挡墙56；相邻土壤净化床之间设有穿越挡墙的溢流管55，该溢流管入口置于高一阶土壤净化床的过滤层52底部，该溢流管出口位于低一阶土壤净化床的土壤层上方，且该溢流管出口位置高于高一阶土壤净化床的土壤层并低于两土壤净化床之间挡墙56的高度；人工湿地6包括沿水流方向依次设置的植物综合净化区61、重金属净化区62、病原体净化区63和营养物净化区64；其中，植物综合净化区61中混合种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，重金属净化区62中种植沉水植物，病原体净化区63中种植挺水植物，营养物净化区64中种植浮水植物和挺水植物。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述过滤网11的孔径为10～25mm，砾石层12中砾石的粒径为15～30mm，砾石层12的厚度为200～300mm。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述跌水墙4的高度为1～1.5m，所述落水面42为水泥砂浆砌筑的毛石墙或由片岩堆砌而成。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述土壤净化床由上至下依次为土壤层51、过滤层52、收集管网53和隔水层54；土壤层51中种植吸污能力强的植物；过滤层52由滤砂层、沸石层、粗砂层和砾石层组成；收集管网53设置在砾石层中；收集管网53的出水口连接所述溢流管55入口，该溢流管具有三个出水口，由上至下依次为：雨水溢出口553、水田溢出口554和旱田溢出口555；雨水溢出口553的位置高于高一级土壤净化床的水田水面高度并低于两土壤净化床之间挡墙56的高度，水田溢出口554的位置为高一级土壤净化床的水田水面高度，旱田溢出口555的位置略低于高一级土壤净化床的土壤面高度。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述土壤层51的厚度为400-500mm；滤砂层中滤砂的粒径为0.15～0.3mm，厚度为80-100mm；沸石层的厚度为150-200mm；粗砂层中粗砂的粒径为0.5～0.8mm，厚度为80-100mm；砾石层中的砾石粒径为15～30mm，厚度为200-250mm。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述土壤净化床的层阶数为3～4层，每层沿水流方向的长度为2～5m。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述人工湿地6包括植物综合净化区61、重金属净化区62、病原体净化区63、营养物净化区64和水质稳定控制区65，其中，植物综合净化区61中混合种植挺水植物、浮水植物和沉水植物；重金属净化区62种植的植物包括沉水植物和少量浮水植物，沉水植物选自：红线草，金鱼藻，黑藻伊乐藻和菹草，浮水植物选自：凤眼莲、睡莲和浮萍；病原体净化区63中种植的植物选自：芦苇、香蒲、水芹、菖蒲、黑三棱和灯心草；营养物净化区64中种植的植物包括挺水植物和浮水植物，挺水植物选自：芦苇、伞草、美人蕉、香蒲、水烛和灯心草；浮水植物选自：浮萍、眼子菜、凤眼莲、睡莲、彩藕和槐叶萍；水质稳定控制区65中挺水植物、沉水植物和浮水植物混合种植，同时投放食草鱼、虾和/或贝类，形成完整生物链；挺水植物选自：菖蒲、水葱、苦草、美人蕉和灯心草；沉水植物选自：金鱼藻、菹草和伊乐藻；浮水植物选自：睡莲、眼子菜和槐叶萍。如上所述的低能耗地表水净化景观水系统，优选地，所述人工湿地6还包括砾石净化区7和蓄水涵养区8；砾石净化区7设置在植物综合净化区61上游和/或水质稳定控制区65下游，砾石净化区7由多层砾石堆砌而成；砾石层总厚度为500～800mm，砾石粒径为100～300mm；通过多层砾石，再次进行过滤，滤去各种湿地生物材料，从而输出可供游人嬉戏及灌溉全园的内河净水。砾石上种植吸污力强、根系发达、固沙力强、耐淹的草本植物；蓄水涵养区8为蓄水池，设置在营养物净化区64或水质稳定控制区65下游，经人工湿地净化后的水流入蓄水涵养区8，其中设有大量亲水平台，供人观赏休息。本实用新型的工作原理如下：本实用新型设置五个净水功能单元对河、湖等地表水进行综合净化。净水功能单元依次为：取水口、沉水池、跌水墙、梯田式土壤净化床和人工湿地。各功能单元的作用为：1.地表水首先通过取水口中的过滤网和砾石过滤水中的漂浮物。2.随后在沉水池中进行沉淀，降低水中泥沙和沉淀物，该步骤可去掉水中约40％泥沙，去除ss及其携带的其它污染物，有效地防止土壤净化床的堵塞和减轻其污染负荷。3.沉淀后的水从落水墙上跌落，水经粗糙的1～1.5m高度墙体表面达到曝氧、增氧作用，富氧水有利于接下来土壤过滤步骤中植物根系吸附和降解营养物。4.跌落增氧的水通过梯田式土壤净化床进行多步过滤净化，经过植物、土壤、过滤层的吸附和降解，去除水中的漂浮物、杂质和部分营养物。相邻土壤净化床之间的溢流管利用u型管连通原理，通过控制水位来确定种植水田或旱田。该步骤可去除有机污染物(cod)、去除大部分氨氮和总磷、降低部分总氮。土壤过滤后的水营养物含量大幅降低，澄清度提高，符合接下来湿地植物的生长条件。5.土壤过滤后的水进入人工湿地，利用水生植物吸附重金属、吸收分解营养物、释放抗生素的作用对水体进行综合净化。根据不同植物的净化功效划分为至少三个功能区，依次为：重金属净化区、病原体净化区和营养物净化区，依次重点净化重金属、病原体和营养物。该步骤可去除大部分重金属、病原体和总氮，出水达到景观三类水标准。人工湿地还可包括水质稳定控制区，该区域的功能是保持水质稳定。植物综合净化区中合理配置挺水植物、沉水植物和浮水植物，同时投放食草鱼、虾、贝类，形成完整生物链。6.内河的水通过以上所述的净化系统净化后，水质已达到净化要求，注入蓄水涵养区的蓄水池中，可供游人驻足游憩。本实用新型的有益效果在于，本实用新型将多种不同功能的污水净化系统合理配置，实现了污水过滤、沉淀、增氧、物理净化和生物净化，有效降低水体内有害污染物，可将劣五类水净化为三类水。应用实例表明1.5公顷的水域面积，日净化劣质水1000吨以上。该景观水系充分利用风力和高度差推动水流，实现低能耗。同时将净化功能和景观设计巧妙融合，在提高整体水质的同时，可作为供游人科普、驻足观赏的景观。附图说明图1为实施例1的低能耗地表水净化景观水系结构示意图。图2为实施例1的跌水墙结构示意图。图3为实施例1的梯田式土壤净化床结构示意图。图4为实施例1的人工湿地结构示意图。具体实施方式实施例1低能耗地表水净化景观水系统(某滨江绿地)该景观水系沿一侧江岸设置。如图1所示，低能耗地表水净化景观水系包括沿水流方向依次设置的取水口1、提水风车2、沉水池3、跌水墙4、梯田式土壤净化床5和人工湿地6。(一)取水口如图1所示，取水口1设置在江底，由过滤网11和砾石层12构成。过滤网11的孔径为10～25mm，砾石层12中砾石的粒径为15～30mm，砾石层12的厚度为200～300mm。取水口1连接提水风车2的取水井21，提水风车的出水口连接沉水池3。(二)沉水池提水风车将江水提到地面的沉水池3中，对江水进行沉淀，可去掉水中约40％泥沙，去除ss及其携带的其它污染物，有效地防止湿地的堵塞和减轻湿地污染负荷。沉水池的尺寸为20m×7m×2m，沉水池采用200mm厚钢筋混凝土砌筑而成，沉水池周边做防渗处理。沉水池下部为200mm厚c20混凝土基础垫层、300mm厚级配碎石、素土夯实(夯实系数≥0.93)。(三)跌水墙如图2所示，跌水墙4包括顶部的过水面41和一个侧面的落水面42，过水面41连通沉水池3。落水面42的面层材质用m7.5水泥砂浆砌筑200mm宽灰色毛石墙(毛石墙表面向里30mm不见砂浆)，毛石规格为：长150mm～900mm，宽200mm，高150mm～600mm；也可采用片岩等其他粗糙材质堆砌而成，落水墙面层材质交错排列，平整度为±1～3cm。落水面42上铺设1.5m宽汀步，可增加游人的体验感，近距离体验提水净化过程。落水墙的高度为1-1.5m，落水墙整体长度为20m。(四)梯田式土壤净化床如图3所示，梯田式土壤净化床5由呈梯田式分布的若干个土壤净化床组成。土壤净化床由上至下依次为土壤层51、过滤层52、收集管网53和粘土层54，各土壤净化床外围均设有挡墙56。土壤层51中种植吸污能力强、向根部输氧能力强、根系对介质穿透能力强且景观效果好的植物。过滤层52由上至下依次为滤砂层、沸石层、粗砂层和砾石层；收集管网53设置在砾石层中。相邻土壤净化床之间设有穿越挡墙的溢流管55，溢流管入口与高一阶土壤净化床的收集管网53出水口连接，溢流管具有三个出水口，由上至下依次为：雨水溢出口553、水田溢出口554和旱田溢出口555。雨水溢出口553的位置高于高一级土壤净化床的水田水面高度并低于两土壤净化床之间挡墙56的高度，水田溢出口554的位置为高一级土壤净化床的水田水面高度，旱田溢出口555的位置略低于高一级土壤净化床的土壤面高度。梯田挡墙为400mm宽浆砌毛石砌体(毛石墙表面向里30mm不见砂浆)，毛石规格为：长150mm～900mm，宽400mm，高150mm～600mm，挡墙高度为1m。土壤层51的厚度为450mm；滤砂层中滤砂的粒径为0.15～0.3mm，厚度为80mm；沸石层的厚度为150mm；粗砂层中粗砂的粒径为0.5～0.8mm，厚度为80mm；砾石层中的砾石粒径为15～30mm，厚度为200mm。底部素土夯实(夯实系数≥0.93)，其上600mm厚粘土分层碾压。土壤净化床的层阶数为3层，每层沿水流方向的长度平均为4m，宽度为2.5m。土壤净化床中的植物配置采用具有吸污能力的农作物(包括旱作物和水作物)，水作物如：水稻、茨菇、荸荠、菱、茭白、芋、莲、藕等，旱作物如：小麦、玉米、油菜、蚕豆等。具有吸污能力的适种花卉植物，如：菖蒲、美人蕉、鸢尾、马蔺、千屈菜、水葱、水芹、水蓼等。(五)人工湿地如图4所示，人工湿地6包括沿水流方向依次设置的七个功能区域：砾石净化区7、植物综合净化区61、重金属净化区62、病原体净化区63、营养物净化区64、水质稳定控制区65和蓄水涵养区8。各功能区域间通过墙体隔离，污水通过溢流方式进入下一功能区。1.砾石净化区砾石净化区7由多层砾石堆砌而成，面积为810m2，入水口和出水口位于砾石净化区7的两端；砾石层总厚度为0.6m，砾石粒径为100～300mm。地表水通过多层砾石再次进行过滤，滤去各种湿地生物材料，从而输出可供游人嬉戏及灌溉全园的内河净水。砾石上种植吸污力强、根系发达、固沙力强、耐淹的草本植物。挺水植物如：芦苇、菰、荻、水芹，湿生植物如：苔草、莎草、镳草。2.植物综合净化区经过砾石滩过滤后，去除较大颗粒的悬浮物及少部分化学污染物，进入内湿地的水质仍较差。为保证水与植被接触的面积尽可能大，植物综合净化区61以挺水、漂浮、沉水植物混合种植对水中各污染物进行综合净化，该区域面积为2460m2。受潮汐影响，一般水位变化在2.2m(最低水位)至3.29m(平均高潮位)之间，选择植物耐淹性有永久性和间歇性水淹。选择种植对各种污染物有综合吸收能力的植物，或各种植物交错种植。挺水植物：芦苇、菰、荻、水芹、泽泻、菖蒲、千屈菜；漂浮植物：凤眼莲、浮萍、槐叶萍；沉水植物：眼子菜、金鱼藻。3.重金属净化区植物能吸附、富集一些有毒有害物质，如重金属铅、镉、汞、砷等，其吸收积累能力为：沉水植物＞漂浮植物＞挺水植物，不同部位浓缩作用也不同，一般为：根＞茎＞叶。因此重金属净化区62以种植沉水植物为主，以漂浮植物为辅。沉水植物如：红线草，金鱼藻，黑藻、伊乐藻和菹草等。漂浮和浮叶植物如：凤眼莲、睡莲、浮萍等。少量种植挺水植物，如：灯心草、风车草、香蒲、芦苇、鸢尾等，该区域面积为1855m2。4.病原体净化区一些水生植物可以从根部释放抗生素，当污水经过这些水生植物时，一系列病原体如大肠杆菌、沙门氏菌属和肠球菌等被去除。病原体净化区63的植物主要以挺水植物为主，如：芦苇、香蒲、水芹、菖蒲、黑三棱、灯心草等。该区域面积为3025m2。5.营养物净化区营养物净化区64的植物在受污江水中吸收大量的无机氮、磷等营养物质，供其生长发育。水中无机磷、氨氮被植物直接摄取，转化为植物的蛋白质、有机氮、atp、pna等有机成分，通过植物收割得以去除。其它不易被植物吸收的大部分氮通过水和土壤中微生物的降解，一部分释放空气中，一部分被植物吸收。生根植物直接从土壤中去除氮磷等营养物质，而浮水植物则在水中去除营养物质。挺水植物如：芦苇、伞草、美人蕉、香蒲、水烛、灯心草等；浮水植物如：浮萍、眼子菜、凤眼莲、睡莲、彩藕、槐叶萍等，该区域面积为2970m2。6.水质稳定控制区经过上述设施过滤净化后的江水，水质可以达到使用要求。为保持水质稳定，水质稳定控制区65可在水体中增设曝气增氧设施，提高水体含氧量，为动植物提供良好生存环境，维护水体内生态系统稳定，保持水质不变质。植物配置原则为挺水植物、沉水植物和浮水植物混合种植，协同净化。挺水植物如：菖蒲、水葱、苦草、美人蕉、灯心草等；沉水植物如：金鱼藻、菹草、伊乐藻等；浮水植物如：睡莲、眼子菜、槐叶萍等。同时投放食草鱼、虾、贝类，形成完整生物链，该区域面积为2480m2。7.蓄水涵养区蓄水涵养区8为蓄水池，经人工湿地净化后的水流入蓄水涵养区，其中设有大量亲水平台，供人观赏休息，该区域面积为2580m2。实施例2应用低能耗地表水净化景观水系净化地表水实例应用实施例1的景观水系对江水进行净化，进水水质和出水标准如表1所示。进水水质：劣iv类(总磷、氨氮、高锰酸盐满足iv类，总氮为5mg/l)，目标出水水质：iii类(总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐均满足)。表1指标codmnnh3-ntptn进水限值≤30mg/l≤1.5mg/l≤0.3mg/l≤5mg/l出水限值≤20mg/l≤1.0mg/l≤0.2mg/l≤1.0mg/l污染去除率＞33％＞33％＞33％＞80％具体净化步骤如下：i.取水过滤：江水经取水口进入取水井，取水口中的过滤网和砾石将水中漂浮物过滤。提水风车利用风力将取水井中的水提到地面的沉水池中。ii.蓄水沉淀：地表水在沉水池中进行沉淀，减少水中的泥沙和沉淀物。蓄水沉淀的水力负荷为1.20～1.78m3/m3沉水池·天，水体停留时间为：0.2-0.5天。iii.跌水增氧：沉淀后的水通过水渠引入落水墙的布水面，然后从落水面跌落，水经粗糙的墙体表面跌落达到曝氧、增氧作用。水流量为每延米落水墙2.21～2.42m3/小时。iv.土壤过滤：土壤过滤是通过梯田进行层层过滤净化。溢流管利用u型管连通原理，通过控制水位来确定种植水田和旱田，以及对雨水进行收集和净化。回填土壤1.1米，经过植物、土壤、过滤层的吸附和降解，去除有机污染物(cod)、去除大部分氨氮、降低部分总氮、去除部分总磷。土壤净化床的水力负荷为0.1～0.2m3/m2土壤净化床·天，水体停留时间为1天。v.生物净化：土壤过滤后的水进入人工湿地，根据种植植物不同划分为至少六个功能区，依次为：砾石净化区、植物综合净化区、重金属净化区、病原体净化区、营养物净化区和水质稳定控制区。地表水经砾石净化区过滤后，去除较大颗粒的悬浮物及少部分化学污染物，进入人工湿地的水质仍较差。砾石净化区的水力负荷为0.4～0.6m3/m2人工湿地·天。为保证水与植被接触的面积尽可能大。植物综合净化区以挺水、漂浮、沉水植物混合种植对水中各污染物进行综合净化。植物综合净化区的水力负荷为0.1～0.2m3/m2人工湿地·天。随后，地表水依次重点净化重金属、病原体和营养物，从而达到整体水质的净化。重金属净化区的水力负荷为0.15～0.26m3/m2人工湿地·天，病原体净化区的水力负荷为0.1～0.16m3/m2人工湿地·天，营养物净化区的水力负荷为0.1～0.16m3/m2人工湿地·天。此时的水质已达到使用要求，江水进入水质稳定控制区65，在该区域内具有完整的生物链和稳定的生态系统，可保持水质不变。水质稳定控制区的水力负荷为0.15～0.2m3/m2人工湿地·天。以上生物净化区水体总的停留时间为14天。蓄水涵养区8：经人工湿地净化后的水流入蓄水涵养区8的蓄水池中，蓄水池中设有大量亲水平台，供人观赏休息。应用上述步骤对江水进行净化处理，总体水体停留时间：不小于15天，污染物的去除结果如表2所示。表2该低能耗地表水净化景观水系共1.5公顷的水域面积，每天能将1000吨劣四类水净化为景观三类水；水体透明度从0.1米到1.2米以上。生物栖息鸟类从3种自然演化至30多种。该项生态净化设施通过水质生态净化技术，能够截留江面源污染、吸附吸收水体营养物质，从而达到保障、改善水质的目的。该项目的推广对我国水质改善具有重要的作用。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。当前第1页1 2 3