[發明專利]一種天然河道污水防治系統和方法及設計方法

有效

• 申請號: 202010040118.2
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111115835B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 曾天龠;曾平;焦劍;魯欣;冷艷杰;張婷
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/30;C02F3/34;G16B5/00
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 袁建水

1.一種天然河道污水防治方法，所述方法所使用的系統包括：構成梯級人工濕地系統的自天然河道上游至下游跨河斷面設置多個漫水低堰或分隔地梁，其間設置耦合型單元系列，包括：沿天然河道的橫剖面自河岸坡頂至河道近岸區設置潛流邊界層單元、沿天然河道的縱剖面自上游至下游在主河道區設置梯級表流人工濕地單元、沿河道近岸區設置耦合單元；所述的潛流邊界層單元沿兩岸并聯布置，各單元從河岸到河道近岸區橫向依次設置進水區、潛流區、出水區；所述的進水區布置在天然河道沿岸濱河路面及兩側堤防部位，下設粗碎石反濾層，上設植物隔離帶；所述的潛流區布置在河道駁岸部位，采用下滲型生態護坡駁岸結構，下設中碎石潛流層，上設生態駁岸護砌層及生態植物；所述的出水區布置在坡腳近岸區，采用干砌塊石結構；所述的表流人工濕地單元沿主河道從上游向下游縱向串聯布置，各單元依次設置：長滿植物區、敞水區、部分生長植物區，所述各區的水底面層為種植土層，所述的種植土層下方為河床砂礫石層；所述的耦合單元在河道近岸區縱橫耦合搭接潛流邊界層單元與表流人工濕地單元，耦合區由底層向表層依次設置：連接潛流邊界層單元出水區的干砌石層、相對不透水層、連接表流人工濕地單元種植土層和水生植物；所述的干砌石層用于引導潛流邊界層單元滲水延伸至主河道，所述的相對不透水層主要為壓實壤土或粘土結構；

其特征在于，所述方法的步驟如下：

步驟1，污水匯入及運動過程：沿河各種污水污染源通過多個途徑匯流進入河道并隨河流輸移運動，主要包括：沿岸面源污染下滲匯入過程，沿程子流域點源匯流匯入過程，沿程子流域污染物沉降過程，污染物在天然河道的遷移擴散過程；

步驟2，一級處理區：以潛流邊界層單元為一級處理區，對沿岸外側匯入的農村面源污染進行下滲初步處理；潛流邊界層單元通過面層植物根系的沉淀和吸附、基層孔隙基質的絮凝、沉淀和過濾的擬潛流濕地機理，形成天然河道耦合型人工濕地系統的預處理區；同時，構造多樣化、自然的植被固定型河流水體岸線，構造生態型水岸景觀空間；

步驟3，縱橫耦合區：以耦合單元為一級處理出水區和二級處理進水區，潛流邊界層單元與表流人工濕地單元上下縱橫搭接耦合，梯級水體在潛流區、長滿植物區、敞水區、部分生長植物區交替循環運行，無動力設施的天然河道系統中發生硝化過程所需的大量氧氣和水力停留時間分解到各個梯級，在有效消減水體中污染物的同時，避免單級人工濕地水力停留時間過長；

步驟4，二級處理區：以梯級表流人工濕地單元為二級處理區，對一級處理區出水以及天然河道沿程各子流域匯入的點源污染污水進行深入處理：

i.濕地1區：布置在河流近岸及表流人工濕地單元上游區域，為長滿植物區，在植物生長季節整個濕地深度范圍都是厭氧環境，該區主要處理機理是絮凝和沉淀，對TSS、微粒BOD、有機氮和有機磷、金屬及某些半揮發有機化合物發揮處理效果；

ii.濕地2區：布置于主河槽區域，結合汛期行洪通道的預留，為敞水區面積100％的無挺水植物濕地區域，是好氧環境，可溶性BOD的減少和硝化作用在這里進行，處理機理與兼性氧化塘類似，把含碳化合物BOD氧化到很低的水平，促進NH₄-N進行硝化反應轉化成NO₃-N；

iii.濕地3區：布置于跨河建筑物或分隔梁控制斷面附近的上游區域，為部分生長植物區，是植物強化處理區域，通過反硝化作用能夠進一步減少TSS及相關污染物和氮，反硝化的產物是N₂和N₂O氣體。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的面源污染下滲匯入過程中，面源污染下滲匯入潛流邊界層單元隨次降雨產流遷移到徑流中并沿天然河道兩岸坡面下滲匯入的面源污染物負荷的計算：

式中，R₀為遷移到徑流中的污染物負荷；為降雨下滲期間混合層中污染物的平均濃度；為產流期間混合層污染物的平均濃度；為降雨中污染物的濃度；EXK₁為反映污染物向下入滲釋放系數；EXK₂為反映污染物在地表徑流中釋放系數；Q為徑流量；k₁為污染物的向下釋放率；k₂為污染物的徑流釋放率；F為下滲量，單位為mm；d為混合層厚度，模型視其為10mm；por為土壤孔隙度，為混合前表層土壤可交換態污染物含量。