本发明属于水体净化处理技术领域，涉及一种湖库水体循环净化利用系统及其循环净化方法。
背景技术：
我国湖泊和水库众多，据统计，我国约有大小湖泊2.5万个，总面积8.3万km2，其中面积大于1km2以上的自然湖泊2693个，总面积8.1万km2；水库8.3万个，总库容430亿m3。湖库在防洪、灌溉、航运、发电等方面具有重要的作用，同时湖库还改善了当地的局部气候条件，丰富了当地生态系统。
近年来，由于经济的快速发展、人类的频繁活动以及对湖泊资源的不合理开发利用，引起了一系列湖库水体水环境污染问题，其中富营养化是当前湖库水体面临的突出问题。湖泊和水库中的氮、磷污染不断增加，出现严重的氮、磷富集问题，加重富营养化，也增加藻类水华爆发的频率。水体富营养化严重影响湖库的生态平衡以及人类的生存环境，导致生态系统结构和功能的退化，造成巨大的经济损失。针对这一现状，需要开发一种具有高效净水能力的湖库水体循环净化利用系统，以满足湖库水体实际工作需要。
技术实现要素：
针对目前湖库水体存在的上述问题，本发明提供了一种湖库水体循环净化利用系统及其循环净化方法。本发明水质净化能力较强，解决了湖库区易发生富营养化的问题，水质净化能力较好，显著改善了湖库区生态环境，能够促进水体循环利用，具有良好的生态景观性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种湖库水体循环净化利用系统，包括湖库水体、湖库出水泵站、旁通渠道、橡胶坝、引水渠道、固载填料沉箱预处理单元、地下渠道、提水泵站、生态砾石床净化单元、人工湿地净化单元、集水池、湖库进水泵站、太阳能/风能水质监测系统，其中：
所述湖库出水泵站设置于湖库下游出水口处，上与湖库水体相连，下与旁通渠道和下游河道相连；
所述旁通渠道与引水渠道相连；
所述橡胶坝设置于下游河道，且位于引水渠道入口处；
所述固载填料沉箱预处理单元设置于橡胶坝下游；
所述地下渠道与固载填料沉箱预处理单元相连；
所述提水泵站与地下渠道相连；
所述生态砾石床净化单元设置于提水泵站下游；
所述人工湿地净化单元与生态砾石床净化单元相连，人工湿地净化单元的出水汇入集水池；
所述湖库进水泵站设置于湖库进水口处，与集水池相连；
所述太阳能/风能水质监测系统设置于湖库水体内，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端。
上述湖库水体循环净化利用系统的循环净化方法，包括如下步骤：
步骤一、将湖库水体通过湖库出水泵站由旁通渠道输送至引水渠道；
步骤二、引水渠道中的水体经由固载填料沉箱预处理单元初步净化后，流入地下渠道；
步骤三、通过提水泵站将地下渠道内的水体加压泵送至生态砾石床净化单元进行净化；
步骤四、水体经生态砾石床净化单元净化后，流入人工湿地净化单元，经人工湿地净化后汇入集水池；
步骤五、通过湖库进水泵站将集水池内水体输回湖库水体，完成一次水体循环净化；
步骤六、在湖库水体内设置太阳能/风能水质监测系统，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端，用以实时监测湖库内水质情况，便于湖库区管理及紧急情况处理。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
（1）本发明固载填料沉箱预处理单元包括下部沉箱和上部沉水植物，上部沉水植物能够有效降低水体中氮磷营养盐及有机物，改善水体透明度，抑制藻类生长，且能阻截并沉淀水体中大颗粒悬浮物；下部沉箱中填料能够吸附悬浮杂质，杂质中有机质由植物根系吸收，初步净化水体。
（2）本发明生态砾石床净化单元包括下部生态砾石床和上部太阳能/风能曝气装置，下部生态砾石床具有较大比表面积，微生物易在其表面聚集挂膜，能够有效吸附降解水体中污染物质，截留水体ss，上部太阳能/风能曝气装置增加水体紊动，显著提高水体溶解氧含量，且能够促进水体中污染物与砾石生物膜充分接触，有效净化水体。
（3）本发明人工湿地净化单元为迂回型人工湿地，水体在湿地内迂回流动，经湿地充分吸附净化后汇入集水池内，最后由湖库进水泵站进入湖库。
（4）本发明解决了湖库区易发生富营养化的问题，显著改善了湖库区水环境和生态环境，促进水体循环利用，具有良好的生态景观性。
附图说明
图1为本发明湖库水体循环净化利用系统的俯视图；
图2为固载填料沉箱预处理单元的侧视图；
图3为生态砾石床净化单元的侧视图；
图4为人工湿地净化单元的侧视图；
图5为太阳能/风能水质监测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种湖库水体循环净化利用系统，如图1所示，所述系统包括湖库水体1、湖库出水泵站2、旁通渠道3、橡胶坝4、引水渠道、固载填料沉箱预处理单元5、地下渠道6、提水泵站7、生态砾石床净化单元8、人工湿地净化单元9、集水池10、湖库进水泵站11、太阳能/风能水质监测系统12，其中：
所述湖库出水泵站2设置于湖库下游出水口，上连接于湖库水体1，下连接于旁通渠道3和下游河道；
所述橡胶坝4设置于下游河道，且位于引水渠道入口处，用以控制出水；
所述固载填料沉箱预处理单元5设置于橡胶坝4下游，用以降低水体中氮磷营养盐及有机物，改善水体透明度，抑制藻类生长，且能阻截并沉淀水体中大颗粒悬浮物，初步净化水体；
所述地下渠道6与固载填料沉箱预处理单元5连接，渠道设置于地下，一方面保护水体免受外界污染的影响，另一方面无需开挖河道，破坏环境，满足生态景观需求；
所述提水泵站7与地下渠道6连接，用以加压水体，提升水头；
所述生态砾石床净化单元8设置于提水泵站7下游，用以吸附降解水体中污染物质，截留水体ss，提高水体溶解氧含量，有效净化水体；
所述人工湿地净化单元9与生态砾石床净化单元8连接，利用人工湿地生态系统中的一系列物理、化学、生物反应，通过沉积、过滤、吸附、挥发、分解、植物吸收、微生物分解代谢等途径有效净化水体，水体经净化后汇入集水池10；
所述湖库进水泵站11与集水池10连接，设置于湖库进水口处，用以将循环净化后的水体输送至湖库内；
所述太阳能/风能水质监测系统12设置于湖库水体1内，用以实时监测湖库内水质情况，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端，实时掌握湖库区内水质情况，便于湖库区管理及紧急情况（污染物泄露）处理。
如图2所示，所述固载填料沉箱预处理单元5由下部沉箱51和上部沉水植物52组成，沉箱51设置于河床上，沉箱内填料由砂砾石、沸石、火山岩、陶粒、石英砂、鹅卵石中的一种或多种组成，材料级配粒径为2~12mm，掺入20%的生物炭；沉水植物52为苦草、黑藻、伊乐藻、菹草、金鱼藻中的一种或多种，种植密度为2~4g/l。
如图3所示，所述生态砾石床净化单元8由下部生态砾石床81、生态浮岛载体82、浮岛上部喜水植物83、太阳能/风能发电装置84、增氧曝气装置85、气泡发生器86组成，其中：生态砾石床81的上部设置有生态浮岛载体82，生态浮岛载体82上种植有喜水植物83；生态砾石床81由级配砾石组成，材料级配粒径为60~80mm；生态浮岛载体82的材料采用椰丝纤维；喜水植物83为香根草、牛筋草、美人蕉、芦苇、水芹菜、香蒲、菖蒲、凤眼莲、茭白等中的一种或者多种；太阳能/风能发电装置84由小型太阳能发电设备、风力发电机、管道线路组成，固定于生态浮岛载体82上；增氧曝气装置85与太阳能/风能发电装置84连接，设置于生态浮岛载体82上，增氧曝气装置85的下部与气泡发生器86连接，气泡发生器86设置于生态浮岛载体82的底部。
如图4所示，所述人工湿地净化单元9由交错渠道91和人工湿地植物92组成，交错渠道91采用田字形或其他环形，人工湿地植物92为芦苇、茭白、芦竹、水竹、菖蒲等中的一种或者多种。
如图5所示，所述太阳能/风能水质监测系统12由生态浮岛载体121、浮岛上部喜水植物122、太阳能/风能发电装置123、多功能水质监测仪124、监测探头125组成，其中：生态浮岛载体121上种植有喜水植物122，生态浮岛载体121的材料采用椰丝纤维，喜水植物122为香根草、牛筋草、美人蕉、芦苇、水芹菜、香蒲、菖蒲、凤眼莲、茭白等中的一种或者多种；太阳能/风能发电装置123由小型太阳能发电设备、风力发电机、管道线路组成，固定于生态浮岛载体121上；多功能水质监测仪124与太阳能/风能发电装置123连接，设置于生态浮岛载体121上；监测探头125与多功能水质监测仪124连接，且设置于生态浮岛载体121底部。
一种上述湖库水体循环净化利用系统的循环净化方法，包括以下步骤：
步骤一、将湖库水体1通过湖库出水泵站2由旁通渠道3输送至引水渠道；
步骤二、引水渠道中的水体经由固载填料沉箱预处理单元5初步净化后，流入地下渠道6；
步骤三、通过提水泵站7将地下渠道6内水体加压泵送至生态砾石床净化单元8进行净化；
步骤四、水体经生态砾石床净化单元8净化后，流入人工湿地净化单元9，经人工湿地净化后汇入集水池10；
步骤五、通过湖库进水泵站11将集水池10内水体输回湖库水体1，完成一次水体循环净化；
步骤六、在湖库水体1内设置太阳能/风能水质监测系统12，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端，用以实时监测湖库内水质情况，便于湖库区管理及紧急情况（污染物泄露）处理。
技术特征：
1.一种湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述系统包括湖库水体、湖库出水泵站、旁通渠道、橡胶坝、引水渠道、固载填料沉箱预处理单元、地下渠道、提水泵站、生态砾石床净化单元、人工湿地净化单元、集水池、湖库进水泵站、太阳能/风能水质监测系统，其中：
所述湖库出水泵站设置于湖库下游出水口处，上与湖库水体相连，下与旁通渠道和下游河道相连；
所述旁通渠道与引水渠道相连；
所述橡胶坝设置于下游河道，且位于引水渠道入口处；
所述固载填料沉箱预处理单元设置于橡胶坝下游；
所述地下渠道与固载填料沉箱预处理单元相连；
所述提水泵站与地下渠道相连；
所述生态砾石床净化单元设置于提水泵站下游；
所述人工湿地净化单元与生态砾石床净化单元相连，人工湿地净化单元的出水汇入集水池；
所述湖库进水泵站设置于湖库进水口处，与集水池相连；
所述太阳能/风能水质监测系统设置于湖库水体内，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端。
2.根据权利要求1所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述固载填料沉箱预处理单元由下部沉箱和上部沉水植物组成，沉箱设置于河床上。
3.根据权利要求2所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述沉箱内填料由砂砾石、沸石、火山岩、陶粒、石英砂、鹅卵石中的一种或多种组成，材料级配粒径为2~12mm，掺入20%的生物炭。
4.根据权利要求2所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述沉水植物为苦草、黑藻、伊乐藻、菹草、金鱼藻中的一种或多种，种植密度为2~4g/l。
5.根据权利要求1所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述生态砾石床净化单元由下部生态砾石床、生态浮岛载体、浮岛上部喜水植物、太阳能/风能发电装置、增氧曝气装置、气泡发生器组成，其中：生态砾石床的上部设置有生态浮岛载体，生态浮岛载体上种植有喜水植物；太阳能/风能发电装置固定于生态浮岛载体上；增氧曝气装置与太阳能/风能发电装置连接，设置于生态浮岛载体上；增氧曝气装置的下部与气泡发生器连接，气泡发生器设置于生态浮岛载体的底部。
6.根据权利要求5所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述生态砾石床由级配砾石组成，材料级配粒径为60~80mm；生态浮岛载体的材料采用椰丝纤维；喜水植物为香根草、牛筋草、美人蕉、芦苇、水芹菜、香蒲、菖蒲、凤眼莲、茭白中的一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述人工湿地净化单元由交错渠道和人工湿地植物组成，交错渠道采用田字形或其他环形，人工湿地植物为芦苇、茭白、芦竹、水竹、菖蒲等中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述太阳能/风能水质监测系统由生态浮岛载体、浮岛上部喜水植物、太阳能/风能发电装置、多功能水质监测仪、监测探头组成，其中：生态浮岛载体上种植有喜水植物，太阳能/风能发电装置固定于生态浮岛载体上；多功能水质监测仪与太阳能/风能发电装置连接，设置于生态浮岛载体上；监测探头与多功能水质监测仪连接，且设置于生态浮岛载体底部。
9.根据权利要求1所述的湖库水体循环净化利用系统，其特征在于所述生态浮岛载体的材料采用椰丝纤维，喜水植物为香根草、牛筋草、美人蕉、芦苇、水芹菜、香蒲、菖蒲、凤眼莲、茭白中的一种或者多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述湖库水体循环净化利用系统的循环净化方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、将湖库水体通过湖库出水泵站由旁通渠道输送至引水渠道；
步骤二、引水渠道中的水体经由固载填料沉箱预处理单元初步净化后，流入地下渠道；
步骤三、通过提水泵站将地下渠道内的水体加压泵送至生态砾石床净化单元进行净化；
步骤四、水体经生态砾石床净化单元净化后，流入人工湿地净化单元，经人工湿地净化后汇入集水池；
步骤五、通过湖库进水泵站将集水池内水体输回湖库水体，完成一次水体循环净化；
步骤六、在湖库水体内设置太阳能/风能水质监测系统，通过无线通讯模块将水质数据输送至电脑终端，用以实时监测湖库内水质情况，便于湖库区管理及紧急情况处理。
技术总结
本发明公开了一种湖库水体循环净化利用系统及其循环净化方法，所述系统包括湖库水体、湖库出水泵站、旁通渠道、橡胶坝、引水渠道、固载填料沉箱预处理单元、地下渠道、提水泵站、生态砾石床净化单元、人工湿地净化单元、集水池、湖库进水泵站、太阳能/风能水质监测系统。本发明水质净化能力较强，解决了湖库区易发生富营养化的问题，水质净化能力较好，显著改善了湖库区生态环境，能够促进水体循环利用，具有良好的生态景观性。
技术开发人、权利持有人：高金花;杨微;毛硕;章晓晖;殷友超;孙佳琪;王致强
