一种感潮河道生态净化岛及其反冲排泥方法与流程

1.本发明涉及生态净化岛技术领域，尤其涉及一种感潮河道生态净化岛及其反冲排泥方法。


背景技术：

2.目前，全国大部分河道的水体，特别是位于城市中的河湖水体，尚未达到水功能区划目标，部分水体仍处于黑臭状态，因此消除黑臭及消除劣v类水将是我国今后很长一段时间内河道治理的重点目标。感潮河道因潮涨潮落呈现水位不断变动的状态，且水位变动幅度较大，比如黄浦江干流黄浦公园站多年平均高潮位为3.14m，多年平均低潮位为1.29m，历史最高潮位为5.72，平均涨潮历时4小时18分，平均落潮历时8小时08分。
3.鉴于感潮河道具有水位变动幅度大，水体流速较快、水质浑浊、水生植物不易存活等特点，一般多采用浮动式、可随着水位变动自由起伏的浮床、浮岛等净化设施对水体进行原位净化，部分工程也尝试采用生态滤岛原位净化、化学法旁位净化等方式。虽然浮床、浮岛上面可以种植浮叶或挺水植物，但种植面积小，去除污染物有限，且浮床和浮岛的框架载体易被水流冲刷破损，净化效果无法稳定；生态滤岛采用生态石笼等堆叠而成，无法对水体中的泥沙进行拦截，对枯叶树枝的拦截去除效果较好，但是容易被泥沙沉积堵塞，较难形成生物膜，且生态滤岛无法对生物膜及沉淀物进行冲洗，净化效果无法持续。而生物化学法旁位净化，是将水体通过水泵提升至河道旁的净化设施，投加混凝剂及助凝剂，进行混凝沉淀及生物处理，将处理后的清水排入河道，方法简单、净化效率高、水质效果好，但是需要征地，运行费包括电费、人工费及药剂费等，因征地及运行费较高等原因，难以全面推广使用。
4.综上，目前亟需一种无需征地、建设简单、运行费用少、净化效果好、可利用潮汐特性可持续发挥净化效果的技术方案，从而对感潮河道内的水质进行净化，削减水体中的污染物，提升水体整体水质。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种感潮河道生态净化岛，以解决现有技术存在的缺陷。
6.本发明提供了一种感潮河道生态净化岛，包括沿生态净化岛长度方向依次连通的清水段、整流段、生态净化段和出水段，所述清水段包括单向流入口以及由下向上依次设置的沉沙区和沉淀区；所述整流段包括与所述沉淀区相连通的布水洞；所述生态净化段包括沿所述生态净化岛长度方向依次设置的进水布水墙、进水端填料保护层、净化填料、出水端填料保护层和出水花墙，所述进水布水墙上开有与所述整流段相连通的布水孔，所述出水花墙上开有与所述出水段相连通的出水孔，所述进水端填料保护层和出水端填料保护层分别用于防止所述净化填料从所述布水孔和出水孔中流失；所述出水段包括单向流出口；在河道涨潮时，带有泥沙的感潮河水在水位差的作用下通过所述单向流入口自流进入所述沉淀区进行泥沙颗粒分离，泥沙沉淀在所述沉沙区中，清水进入所述整流段进行水体流态缓冲整理，再自流进入所述生态净化段进行生物净化，净化后的洁水进入所述出水段待排；在
河道落潮时，净化后的洁水在水位差的作用下通过所述单向流出口自流排入河道。
7.优选地，在所述清水段、整流段、生态净化段和出水段的顶部分别设有第一植物区、第二植物区、第三植物区和第四植物区，用于净化河水。
8.优选地，每个植物区包括由下向上依次设置的盖板层、种植基质层以及防冲保护层，所述盖板层中开有多个透水孔，所述种植基质层中种植有挺水植物，所述防冲保护层用于防止所述种植基质层被水流冲刷流失。
9.优选地，在所述沉沙区和沉淀区之间还设有缓冲区，用于降低所述单向流入口的进水对所述沉沙区中的泥沙造成的冲击。
10.优选地，所述单向流入口和单向流出口为拍门或鸭嘴阀。
11.优选地，所述净化填料为砾石、沸石、火山岩或人工塑料，
12.优选地，还包括设置在所述生态净化岛底部的生物栖息与通行段，所述生物栖息与通行段与河道底部相连接，包括生物栖息区和生物通道区。
13.优选地，还包括反冲排泥机构，所述反冲排泥机构包括水泵以及分别与所述水泵相连通的进水管和出水管，所述清水段的顶部开有与所述沉淀区相连通的检修孔，所述出水段的顶部开有检修口。
14.本发明还提供了一种前述的生态净化岛的反冲方法，包括以下步骤：
15.s1、当生态净化岛内的水位位于最高设计水位时，关闭单向流入口和单向流出口，使得生态净化岛内部的水不外排；
16.s2、将水泵放置在生态净化岛顶部，将进水管通过检修孔放置到沉淀区中部，将出水管的端部放置在河道里，开启水泵，并在清水段内的水位降低0.3-0.5m后关闭水泵；
17.s3、将出水管通过检修口插入出水段中，开启水泵，将沉淀区内的清水抽至出水段中，清水段的水位逐渐降低，出水段的水位逐渐升高，使出水段与清水段中的水位形成0.5～1.0m的水位差，利用水位差让生态净化段中的水流逆向流动，从而将附着在净化填料缝隙中的生物膜及沉淀的泥沙反向冲入沉淀区中，杂质会在重力作用下逐步沉淀至沉沙区中；
18.s4、关闭水泵，打开单向流入口和单向流出口，生态净化岛重新正常工作。
19.本发明还提供了一种前述的生态净化岛的排泥方法，包括以下步骤：
20.s1、在河道水位处于平均低潮位、生态净化岛内的水位位于最低设计水位时，关闭单向流入口和单向流出口，使河道水不能进入生态净化岛；
21.s2、将水泵放置在生态净化岛顶部，将进水管通过检修孔放置到沉沙区底部，将出水管的端部放置在清淤船中；
22.s3、开启水泵，将沉沙区中的泥水混合物排入清淤船中，然后在排出液体中的泥沙浓度大幅降低时关闭水泵，完成排泥工作。
23.本发明通过提供一种感潮河道生态净化岛结构，充分利用了感潮河道潮差大、潮位起伏变动、潮涨潮落时间具有一定周期性的特征，解决了稳定净化感潮河道的问题，形成运行期间无动力序批式运行模式，其仅在排泥及反冲期间需要提供少量水泵用电，同时可以利用清水段内储存的清水对生态净化段内的净化填料实现反冲，节能环保。该生态净化岛整体结构简单、造型多样、运维方便、污染物去除稳定、运维费用低、景观效果好、可持续发挥净化作用，建成后不影响河道防洪排涝，可建设在岸边形成半岛，也可作为生态岛建设
中水体中央。
附图说明
24.图1为设有本发明感潮河道生态净化岛的河道俯视图；
25.图2为本发明感潮河道生态净化岛的剖视图。
26.元件标号说明：
[0027]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
清水段
[0028]
11
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单向流入口
[0029]
12
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沉沙区
[0030]
13
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缓冲区
[0031]
14
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沉淀区
[0032]
15
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第一植物区
[0033]
151
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种植基质层
[0034]
152
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防冲保护层
[0035]
153
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挺水植物
[0036]
154
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盖板层
[0037]
155
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透水孔
[0038]
156
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检修孔
[0039]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
整流段
[0040]
21
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布水洞
[0041]
22
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第二植物区
[0042]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
生态净化段
[0043]
31
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进水布水墙
[0044]
32
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布水孔
[0045]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
进水端填料保护层
[0046]
34
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净化填料
[0047]
35
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第三植物区
[0048]
36
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出水端填料保护层
[0049]
37
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出水孔
[0050]
38
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出水花墙
[0051]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
出水段
[0052]
41
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单向流出口
[0053]
42
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第四植物区
[0054]
43
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检修口
[0055]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
生物栖息与通行段
[0056]
51
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生物栖息区
[0057]
52
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生物通道区
[0058]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反冲排泥机构
[0059]
61
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水泵
[0060]
62
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进水管
[0061]
63
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出水管
具体实施方式
[0062]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
[0063]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0064]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0065]
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0066]
本发明提供了一种如图1和图2所示的感潮河道生态净化岛，该生态净化岛包括沿生态净化岛长度方向依次连通的清水段1、整流段2、生态净化段3和出水段4，以及设置在生态净化岛底部的生物栖息与通行段5。带有泥沙的感潮河水，在河道涨潮时通过水位差自流进入清水段1进行泥沙颗粒分离，分离后的清水进入整流段2进行水体流态缓冲整理，再自流进入生态净化段3进行生物净化，净化后的洁水进入出水段4待排。在河道落潮时，经过净化后的洁水在水位差作用下自流排入河道。随着潮涨潮落，本发明的生态净化岛可以根据河道潮水特性分批次进出水，形成无动力序批式净化流程和运行模式。生物栖息与通行段5设置在生态净化段3底部，可以为河道中的鱼虾贝螺等提供栖息及通行的场所。
[0067]
清水段1包括单向流入口11以及由下向上依次设置的沉沙区12、缓冲区13和沉淀区14，其中单向流入口11为拍门或鸭嘴阀等无动力设施，其可以在5-10cm的水位差作用下自动启闭，减少用电需求。本领域技术人员可以将单向流入口11的数量设置为1个或多个，从单向流入口11进入的总流量需满足在一个平均涨潮时段内将生态净化岛内的水位抬升至设计最高水位的要求。工作时，带有泥沙的感潮河水会在生态净化岛内外的水位差作用下，通过单向流入口11进入沉淀区14，水中的泥沙会在重力作用下自由沉落并储存在沉沙区12中，位于沉淀区14与整流段2交界处的水中含沙量较低。在具体实施中，沉淀区14的截面呈矩形，长宽比6-10:1，这样设置可以使得水流停留1.5-3h。沉沙区12的截面可以呈矩形或漏斗型，深度为0.5～2.0m，其体积需根据感潮河水的含沙量来确定，要满足能够储存正常运行3个月以上带来的泥沙量，避免频繁清排泥导致的较大工作量。缓冲区13可以防止通过单向流入口11进入的河水对沉沙区12中的泥沙造成冲击导致泥沙再次悬浮，优选地，缓冲区13的深度≥0.5m。
[0068]
整流段2包括与沉淀区14相连通的布水洞21，布水洞21为清水段1与整流段2之间的水流通道，为保证在平均低潮位时清水段1内的水能放空，最低处的布水洞21底部与缓冲区13顶部平齐。
[0069]
生态净化段3包括沿生态净化岛长度方向依次设置的进水布水墙31、进水端填料保护层33、净化填料34、出水端填料保护层36和出水花墙38，进水布水墙31上开有与整流段2相连通的布水孔32，最底部的布水孔32尺寸最小，直径为3-5cm，随着高度的增加，布水孔32的尺寸逐渐增大，孔口总面积为进水布水墙总面积的1/4-1/3，这样设置可以保障整流段2的水流能从进水布水墙31均匀进入生态净化段3。类似地，出水花墙38上开有与出水段4相连通的出水孔37，出水孔37的孔径与布水孔32的最大孔径一致，孔口总面积为出水花墙38面积的1/3-1/2。进水端填料保护层33和出水端填料保护层36分别用于防止净化填料34从布水孔32和出水孔37中流失。具体地，进水端填料保护层33和出水端填料保护层36为砾石、卵石填充层或者内部填充有砾石或废砖瓦块的生态石笼。采用砾石、卵石填充层填充层时，砾石和卵石的尺寸需大于布水孔32的直径2-3cm；采用生态石笼时，填充的砾石或废砖瓦块尺寸需大于石笼孔径1-3cm。净化填料34为具有一定硬度、比表面积大、孔隙率大、能为生物提供附着载体且不会释放污染物的基质，比如砾石、沸石、火山岩、人工塑料填料等刚性填料，净化填料34的总容积需保障水力停留时间为4-6h。
[0070]
出水段4包括单向流出口41，其与单向流入口11相同，为拍门或鸭嘴阀等无动力设施。本领域技术人员可以将单向流出口41的数量设置为1个或多个，从单向流出口41通过的总流量需满足在一个平均落潮时段内将生态净化岛内水位下降至设计最低水位的要求。
[0071]
在本发明的一个具体实施例中，在清水段1、整流段2、生态净化段3和出水段4的顶部分别设有第一植物区15、第二植物区22、第三植物区35和第四植物区42。设置植物区既可以对浑浊的河水起到一定的拦截过滤作用，同时能够减少藻类的滋生，还可以起到一定的美化景观作用。每个植物区包括由下向上依次设置的盖板层154、种植基质层151以及防冲保护层152。盖板层154采用具有一定承载力的刚性材料，如钢筋混凝土板、混凝土板、塑料板、土工格栅等，其位于平均高潮位以上5-10cm处；盖板层154中开有多个透水孔155，透水孔155为3-5cm直径的圆形或3-5cm
×
3-5cm的矩形，其一方面便于植物的根系下穿到沉淀区，使植物根系吸收水份并净化水质；另一方面在遇到高潮位时，水体将淹没生态净化岛顶部，此时植物区上部的淹没水会经拦截过滤后通过透水孔155进入清水段1/整流段2/生态净化段3/出水段4。种植基质层151铺设在盖板层154上，其一般为土壤、椰壳碎、椰壳纤维、纤维球、树木块茎，接近盖板层154的种植基质粒径较大，可以避免其通过透水孔155掉落至生态净化岛内的水体中。种植基质层151中种植有挺水植物153，挺水植物153主要选用植株高、耐水淹、耐干旱、根系发达的芦苇、香蒲等，从美化景观角度考虑，可少量种植水葱、旱伞草、鸢尾等。防冲保护层152覆盖在种植基质层151上，其为密度大、质量重、尺寸为5-10cm、不易被水流冲走的砾石、卵石、火山岩等，厚度为10-20cm，既能防止种植基质层151被高于平均高潮位的水流冲刷流失，也能不影响挺水植物的生长。
[0072]
生物栖息与通行段5设置在生态净化岛底部，且与河道底部相连接，包括生物栖息区51和生物通道区52。生物栖息区51由石头、木头、废弃砖瓦、鱼巢等材料堆成，便于鱼虾贝螺觅食和栖息。生物通道区52不堆放杂物，形成中空通道，便于水生生物游弋通行。
[0073]
本发明的生态净化岛还包括反冲排泥机构6，反冲排泥机构6属于移动式装备，通常情况下不放置在生态净化岛上，而是放置在陆地上的可遮雨房屋中。当需要开展反冲洗或者排泥工作时，再将反冲排泥机构6临时移动到生态净化岛上，对清水段1中沉淀的泥沙进行排泥，或者利用清水段1中沉淀后的清水来反冲洗生态净化段3，恢复生态净化段3的生
物净化作用。反冲排泥机构6具体地包括水泵61以及分别与水泵61相连通的进水管62和出水管63，清水段1的顶部开有与沉淀区14相连通的检修孔156，出水段4的顶部开有检修口43。
[0074]
本发明还提供了一种前述生态净化岛的反冲方法，该反冲方法的目的在于定期对生态净化段3中的净化填料34反冲洗，防止潜流湿地板结和堵塞。该反冲方法包括以下步骤：
[0075]
s1、当生态净化岛内的水位位于最高设计水位时，关闭单向流入口11和单向流出口41，使得生态净化岛内部的水不外排；
[0076]
s2、将水泵61放置在生态净化岛顶部，将进水管62通过检修孔156放置到沉淀区14中部，且进水管62的管口距离缓冲区13顶部的距离不小于0.5m，避免抽水导致沉沙区12中的泥沙被搅起。接着将出水管63的端部放置在河道里，开启水泵61，并在清水段1内的水位降低0.3-0.5m后关闭水泵61；
[0077]
s3、将出水管63通过检修口43插入出水段4中，开启水泵61，将沉淀区14内的清水抽至出水段4中，清水段1中的水位逐渐降低，出水段4中的水位逐渐升高，使出水段4与清水段1中的水位形成0.5～1.0m的水位差，利用水位差让生态净化段3中的水流逆向流动，从而将附着在净化填料34缝隙中的生物膜及沉淀的泥沙反向冲入沉淀区14中，杂质会在重力作用下逐步沉淀至沉沙区12中；
[0078]
s4、关闭水泵61，打开单向流入口11和单向流出口41，生态净化岛重新正常工作。
[0079]
本发明还提供了一种前述生态净化岛的排泥方法，该排泥方法的目的在于每季度或每半年对沉沙区12进行泥沙清除，防止沉淀的污染物再次进入清水中，同时腾出泥沙储存空间。该排泥方法包括以下步骤：
[0080]
s1、在河道水位处于平均低潮位、生态净化岛内的水位位于最低设计水位时，关闭单向流入口11和单向流出口41，使河道水不能进入生态净化岛；
[0081]
s2、将水泵61放置在生态净化岛顶部，将进水管62通过检修孔156放置到沉沙区12底部，将出水管63的端部放置在清淤船中；
[0082]
s3、开启水泵61，将沉沙区12中的泥水混合物排入清淤船中，然后在排出液体中的泥沙浓度大幅降低时关闭水泵61，完成排泥工作。
[0083]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。