一种生态河道护坡装置及方法与流程

本发明涉及河道护坡，更具体地说，涉及一种生态河道护坡装置及方法。

背景技术：

1、随着我国城镇化的高速发展，硬化道路面积显著增加，地表径流性质改变，自然生态系统间的水循环也随之改变。这一方面导致城市内涝灾害频发，另一方面初期雨水径流污染直接进入河道导致河道逐渐丧失了原有的自净能力，各类污染物质浓度增加，水体过量纳污，超出其水环境容量导致水体污染，水质变差，产生黑臭水体。尤其在多雨季节，黑臭水体严重影响城市形象及周边居民生活和身心健康，制约经济发展。研究发现雨水径流中悬浮颗粒(ss)浓度超过300mg/l，化学需氧量(cod)达250mg/l，初雨径流污染是黑臭水体治理反弹的主要原因之一。因此，初期雨水径流污染的生态治理成为现实和迫切的环保问题。

2、目前，城市道路径流雨水的排放大多采用“雨水口/溢流井―连接管―市政雨水管网”的传统方式，通过在路边设置雨水口或在绿化带设置溢流井，将雨水收集汇流至雨水管网排放。由于道路初期雨水含有悬浮固体、重金属、油脂、cod、富营养化植物(n、p)、有机物和腐殖质等，污染程度较高，直接排入河湖等自然水体会造成严重的水环境污染及水资源浪费。另外，雨水作为丰富的优质淡水资源，通过对其回收处理实现雨水资源化利用，能有效缓解我国城市水资源短缺问题。可见，传统雨水排放方式难以满足现代城市雨洪管理要求。

3、现有初期雨水径流污染治理通常采用末端处理技术，包括活性污泥法、水力旋流、快速过滤池、混凝-絮凝等。活性污泥法等生物技术抗水质水量冲击负荷的能力较弱，难以应对雨天溢流污染水质水量的变化。水力旋流、快速过滤等物理法处理速度快，能够实现对ss、非溶解性cod、tp等污染物的快速削减，但对溶解性cod和nh3-n几乎没有去除作用，对溶解性污染的去除效果有限。由于城市道路径流雨水与排水系统排放污染点多面散，排放过程随机，排放污染物来源广种类多，水质水量负荷波动大，常规点源治理措施难以适用且不能有效解决上述问题，污染治理难度较大。同时，处理设备占地面积大，装置复杂，建设及运维成本较高，截止目前，排水系统面源污染的分散式末端净化技术相对缺乏。因此，亟需开发高效便捷、生态环保的城市道路径流雨水面源污染末端净化技术，通过自然净化方式将径流雨水进行净化蓄存并加以利用。

技术实现思路

1、1.发明要解决的技术问题

2、针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种生态河道护坡装置及方法，本发明采用过滤池、反应池、生态池及净化系统组合进行道路径流雨水面源污染处理，基于自然手段，通过过滤吸附-氧化还原-微生物降解的多级协同作用，彻底去除初雨径流中的污染物并改善雨水水质，将净化雨水回用为河道生态补水，能够恢复水体自净与生态景观功能，具有成本较低、净化高效、结构简单、适用性强、维护方便、生态环保等优点。

3、2.技术方案

4、为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

5、本发明的一种生态河道护坡装置，包括植草沟、过滤池、反应池、生态池及净化系统，所述的过滤池、反应池、生态池沿水流方向设置并依次连通；

6、所述的植草沟位于过滤池的进水侧，植草沟与过滤池交界处设有截污网；

7、所述的生态池的出水侧为河道，净化系统位于河道内；

8、所述的净化系统由高效生态浮床、曝气装置、浮床推流装置及样品自动检测分析装置组成，净化系统由太阳能光伏装置供电，通过plc系统自动控制运行。

9、进一步地，所述的过滤池、反应池及生态池组合形成河道驳岸挡墙，过滤池、反应池及生态池的池体框架均固定在河岸基础上，池底高程统一，池顶高程逐级降低；

10、过滤池、反应池及生态池的池体框架均采用格宾网构建形成箱笼式结构，箱笼尺寸为3m*1m*0.5m，网孔小于15mm，各箱笼通过高镀锌钢丝连接堆叠成阶梯状。

11、进一步地，所述的植草沟沿过滤池进水侧外直接铺砌，并沿过滤池纵向方向通长设置；

12、所述的植草沟截面为梯形或沟底下凹的弧形，上口宽20～35cm，深度为20cm，上侧上端面高于下侧上端面，下侧上端面与过滤池顶部齐平，植草沟内种植耐冲刷植草。

13、进一步地，所述的过滤池内填充过滤净化填料，包括卵石、砾石、陶粒及改性活性炭，填料从上到下粒径依次减小；

14、所述的过滤池顶部高于反应池10～15cm，且过滤池与反应池交界处设有防渗土工膜，防渗土工膜底部距离过滤池池底10cm处留有开口，使过滤后的雨水能够进入反应池。

15、进一步地，所述的反应池内填充多功能纳米颗粒，粒径为3～6mm；反应池从上到下依次划分为cod去除层、氨氮去除层和磷去除层，cod去除层的厚度为10～18cm，氨氮去除层厚度为2～10cm，磷去除层的厚度为2～10cm；

16、所述的反应池与生态池交界处设有防渗土工膜，防渗土工膜从池体顶部敷设至池底，反应池与生态池交界处顶部还设置溢流堰，使净化后的雨水能够溢流至生态池。

17、进一步地，所述的生态池从上至下依次设置有种植土层、多级填充层以及缓释氧材料填充层；

18、种植土层厚度为10cm～15cm，种植挺水植物；

19、多级填充层包括陶粒填料层、石英砂填料层、玉米芯、废木块填料层，陶粒粒径为5～8mm，石英砂粒径为1～2mm，玉米芯、废木块粒径3～5mm，各填料层厚5～8cm；

20、缓释氧材料填充层包括质量分数10～20％纳米过氧化钙或过氧化镁、15～25％钠蒙脱石膨润土、40％沸石、1～3％磷酸二氢钾与10～15％聚乳酸，沸石粒径2～5mm；

21、所述的生态池顶部高出常水位30cm，且生态池与河道相邻一侧设有防渗土工膜，防渗土工膜底部距离生态池池底10cm处留有开口，使净化后的雨水能够进入河道。

22、进一步地，所述的高效生态浮床包括浮床载体、微生物挂膜填料和水生植物；浮床载体漂浮于水面上，上部种植槽种植水生植物且位于水面以上，底部悬挂微生物挂膜填料且位于水面以下，微生物挂膜填料为碳素纤维水草；

23、所述的曝气装置包括曝气风机和曝气管道，曝气管道与曝气风机连接，曝气管道安装在高效生态浮床底部，用于向水体内曝气，增大溶解氧容量；

24、所述的浮床推流装置包括电机、转动轴和叶轮，电机通过转动轴与叶轮连接，通过叶轮旋转推动高效生态浮床移动，并控制高效生态浮床的移动速度；

25、所述的样品自动检测分析装置通过管卡固定在浮床载体底部，通过传感器和检测仪来获取水体样品，进而分析水体的各项指标，包括温度传感器、浊度传感器、电导率传感器、微生物传感器、cod传感器、nh3-n传感器、溶解氧传感器和水体流动速率传感器，样品自动检测分析装置54通过a/d转换器与plc系统连接。

26、进一步地，所述的水生植物为挺水植物和浮叶植物组合搭配，挺水植物为芦苇、香蒲、鸢尾、千屈菜、再力花、美人蕉净化污水能力强的植物；浮叶植物为金鱼藻、铜钱草。

27、进一步地，所述的植草沟内还设置有溢流井，溢流井位于植草沟中央，溢流井的侧壁开设有出水口，出水口与植草沟连通；

28、生态河道道路边设有雨水口，雨水口端口处设置有截污网，雨水口底部通过排水管道与溢流井连通。

29、一种生态河道护坡装置的方法，其特征在于：所述的过滤池、反应池、生态池沿水流方向设置并依次连通；过滤池、反应池、生态池组合形成河道驳岸挡墙，三组池体的池底高程统一，池顶高程逐级降低呈阶梯状；

30、植草沟位于过滤池进水侧并沿过滤池纵向通长设置，用于承接转输道路及坡地雨水至过滤池；

31、植草沟与过滤池交界处，且位于植草沟内设有截污网，用于拦截树枝、杂物；

32、过滤池内填充净化滤料，包括卵石、砾石、陶粒及改性活性炭，用于过滤吸附初期雨水中悬浮物，预处理后的雨水进入反应池；

33、反应池内填充功能材料，包括cod、氨氮和磷去除层，用于降解氮磷等污染物，反应池与生态池交界处顶部还设置溢流堰，处理后的雨水溢流至生态池；

34、所述的生态池内填充缓释材料，用于吸附污染物并为净化系统提供营养物质；净化后的雨水进入河道；

35、所述的净化系统位于河道内，用于深度净化水质，增大环境容量，恢复水体自净能力，净化系统由太阳能光伏装置供电，通过plc系统自动控制运行；

36、所述的净化系统包括高效生态浮床、曝气装置、浮床推流装置及样品自动检测分析装置；

37、高效生态浮床包括浮床载体、微生物挂膜填料和水生植物；浮床载体漂浮于水面上，上部种植槽种植水生植物且位于水面以上，底部悬挂微生物挂膜填料且位于水面以下，微生物挂膜填料为碳素纤维水草；

38、通过向河道投加土著微生物，微生物在碳纤维水草挂膜后继续降解氮磷、有机物，实现水体自我净化；

39、曝气装置用于向水体内曝气，为微生物提供溶解氧；

40、浮床推流装置用于推动高效生态浮床移动，并控制高效生态浮床的移动速度；

41、样品自动检测分析装置通过各类传感器和检测仪来获取水体样品，并分析水体的各项指标，水质分析数据传输至plc控制系统，plc系统根据水质状况自动控制生态浮床的移动速度和方向，进一步深度净化水质，增大河道环境容量，恢复水体自净功能和景观。

42、3.有益效果

43、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

44、(1)本发明针对初雨径流污染问题，采用过滤池、反应池及生态池组合的海绵设施构建多级阶梯式复合型河道护坡挡墙，基于多层填料、多级净化、植物-微生物深度净化的设计工艺构建并恢复水体生态系统。过滤池填充净化填料吸附油脂、重金属等污染物，反应池填充功能材料降解氮磷等污染物，生态池填充缓释材料为后续净化系统提供营养物质。另外，该工艺流程有效延长雨水在河道护坡中的停留时间，便于填料、植物和微生物吸附降解初期径流雨水中的污染物，提高截污效果和净化功能，自然净化后的雨水可直接用于河道生态补水。净化系统通过曝气复氧、水生植物和微生物菌种的协同作用持续加速降解氮磷、有机物等，从而深度净化水质，增大环境容量，实现水体自我净化、生态景观功能。

45、(2)本发明采用阶梯型河道护坡，初期雨水通过折流方式在坡体中流动，形成好氧厌氧区域，有利于填料、植物和微生物吸附降解污染物，增强净化效果。净化雨水通过溢流堰进入生态池，实现跌水曝气，有效解决生态池缺氧问题，水体从生态池底部流入河道，扰动滞水，补充水体溶解氧，可有效缓解河底死水现象。

46、(3)本发明采用集中方式通过植物、滤料和生物系统原位净化径流雨水，能够实现多级深度控制和削减雨水径流面源污染物，确保净化效果稳定高效，充分发挥多种生态系统对雨水的吸纳、蓄渗、缓释和净化作用，改善水环境，显著提高雨水资源利用率。

47、(4)本发明复合型河道生态护坡充分利用护坡空间，不影响河道过水及行洪排涝功能，且原位过滤、净化及初雨径流污染治理效果不受雨季河道水流冲刷的影响。

48、(5)本发明基于生态护坡将净化后的道路雨水导向河道用作生态补水，并搭配景观设计，实现功能与环境的有机融合，打造宜居、智慧、韧性城市。本发明具有成本较低、结构简单、填料更换方便、适用性强、净化高效、经济美观、生态环保、绿色节能等优点。