CN102976492B - 水体生态净化系统和水体生态净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种水体生态净化系统和水体生态净化方法。本发明是在水体边缘设置隔墙，在隔墙围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，将水草生长区与鱼类生长区由隔网横向或竖向隔离，在水草生长区的种植土中种植沉水植物，不同颜色和株形的沉水植物进行拼图，营造水底景观，在鱼类生长区中生长着搭配合理能建立稳定生态链的水生动物，在水中还按比例分布生物基。本发明构建成沉水植物-水生动物共生水质净化系统，沉水植物具有控制富营养化的功能，本发明可使水体形成稳定生物链，具有净化水体的效果。

Description

水体生态净化系统和水体生态净化方法

技术领域

本发明属于生态修复领域，尤其涉及一种针对微污染富营养水体的水体生态净化系统和水体生态净化方法。

背景技术

人类文明的发展，导致大量氮磷营养物质排入河流、湖泊，如化肥、农药、生活洗涤用水等等。自然界水体本身具有自净能力，但自净能力有最大极值，污染源的大量注入，超出了水体的净化最大极值，导致大量营养物质过剩，给水体中藻类的生长提供了便利条件，所以藻类成了优势种群，导致泛滥成灾，覆盖水面，抢阳光和氧气，导致水体生态系统失衡，并释放藻毒素，严重污染水质，破坏景观。藻类因个体小，很难被消化，通过过滤和高等水生动物无法有效抑制。虽然通过化学的方法和絮凝剂可以控制藻类，但是会产生二次污染，从生态学的角度来说是最坏的一种方法。湿地的方法虽然有一定的作用，但是具有占地面积大，易受病虫害干扰、建造成本高，处理效率比较低等缺点，不适合大面积推广。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有水体存在的上述问题，提供一种可形成稳定生物链、净化水体的水体生态净化系统。

本发明的第二个目的在于针对现有水体水质处理方法存在的上述问题，提供一种可以净化水体的水体生态净化方法。

本发明的水体生态净化系统，包括在水体边缘设置的隔墙，在隔墙围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，水草生长区与鱼类生长区由隔网横向或竖向隔离；所述水草生长区包括种植在种植土中的沉水植物，沉水植物选择对环境适应性强、净化水体效果明显、景观效果好的品种，选择苦草、红九冠、狐尾藻、伊乐藻、马来眼子菜之一或它们的任意组合，将不同颜色和株形的沉水植物进行拼图，营造水底景观；所述鱼类生长区中生长着能建立稳定生态链的水生动物，所述水生动物包括鱼类、螺类、虾类；在所述鱼类生长区的水中还分布有生物基。

本发明的水体生态净化方法如下：

（1）在水体的边缘设置隔墙，在隔墙围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，水草生长区与鱼类生长区由隔网横向或竖向隔离；

（2）在所述水草生长区的种植土中种植沉水植物，沉水植物选择对环境适应性强、净化水体效果明显、景观效果好的品种，选择苦草（学名Vallisneriaspiralis）、红九冠（学名Echinodorus major）、狐尾藻（学名Myricphyllumspicatum）、伊乐藻（学名Elodea Canadensis）、马来眼子菜（学名Potamogetonmaackianus）等沉水植物之一或它们的任意组合，选择不同颜色和株形的沉水植物进行拼图，营造水底景观；

（3）在所述鱼类生长区中生长水生动物，包括搭配合理的鱼类、螺类、虾类，建立稳定的生态链；

（4）在所述鱼类生长区的水中还分布有生物基，创造超大微生物生存空间，快速分解水中有机物。

本发明把水草生长区与鱼类生长区用隔网分隔，既能隔离鱼类和草类相互干扰，避免鱼类对水草的破坏影响，又能友好共生，能让鱼类采食长在隔网处的水草或长高的水草，抑制草类长高露出水面。作为较佳方案，所述隔网采用塑料平网，塑料平网防腐蚀，不挡植物光合作用需要的光线，无毒不溶于水。更好地，采用绿色的塑料平网，与沉水植物颜色相近。

所述拼图可以是几何图形、企业LOGO、立体和平面构造体等，不限于此。

本发明的系统和方法中，较佳方案是，所述沉水植物的种植密度是80-100棵/平米，所述沉水植物的生长空间不低于25cm，所述沉水植物的覆盖面积在60%以上（含60%）；所述种植土不低于10CM，尤其当水体底部为砂浆硬底的情况。

较佳地，所述鱼类可选花白鲢等，控制丝状藻类和捕食螺贝鱼虾，形成生物链，维持生态平衡。螺类可选择田螺、萝卜螺。所述水生动物还可以包括贝类。

较佳地，所述生物基为水草状，由中间的泡沫胶夹层和具有微米级多孔结构的化纤惰性材料外层构成，这样生物基可以在水中垂直悬浮，呈水草状，并且生物基具有微米级多孔结构，给微生物的生存和附着提供超大空间，比常规生物基容纳微生物数量多200多倍，大量微生物的附着可以快速的分解水中有机物，微生物的数量并且随水中有机物的增减而自动调节；所述生物基按1平米/每10立方水的比例分布在鱼类生长区的水中。更好地，所述化纤惰性材料外层由直径3-5微米的聚乙烯材料纤维编织而成。所述生物基最好是绿色，与沉水植物颜色相近。

本发明的方法在沉水植物的前期种植培育期按照水质情况，即当透明度低于0.5米，水体浑浊时，添加能改善溶解氧、降低氨氮、稳定PH值、抑制藻类的光合细菌，辅助控制水质稳定。

本发明的原理如下：

1、沉水植物具有控制富营养化的功能：

沉水植物指根扎于底质中，茎叶飘浮生长在水气界面以下的高等水生植物(大型水生植物)类群，这个类群可在浅水水体中大量繁育形成水下植被，即沉水植被。沉水植被在水体中可以发挥强大的环境生态功能。

（1）吸收固定水中的氮、磷等营养物质：

沉水植物既可以通过根吸收底质中的氮、磷营养也可通过茎叶利用水中的营养物质，并且它们生活史较长，因此当水体中沉水植被发育良好时，就会有大量的营养物质被长时间地固定在其体内，这样就减缓了营养物质在水中的循环速度。沉水植物对水体中总氮和总磷的去除效果参见图1至图6。

（2）抑制藻类生长：

作为水体的初级生产者，沉水植物和藻类之间在营养物质、光照等方面存在竞争排斥，因此若水体具有发育良好的沉水植被就可强烈地抑制藻类的生长。首先是沉水植物通过竞争生长资源，即大量固定水中的氮、磷营养，使藻类生长受到抑制。再就是一些沉水植物种类可分泌针对藻类的化感物质杀死藻类或抑制其生长。而且，沉水植被为大型浮游动物提供庞大的栖息表面积，从而抚育出高密度的浮游动物群落，大量捕食浮游藻类，也间接地控制藻类的群体数量。

（3）凝集颗粒物澄清水质：

沉水植物密集的枝叶与水有着庞大的接触面积，能够吸附沉降水中的悬浮颗粒物质，一些种类还可以分泌助凝物质，促进水中小的颗粒絮凝沉降。除此之外，沉水植物好氧的根基环境也可以起到固持底泥，减少或抑制底泥中氮、磷等污染物质溶解释放的功能。

（4）提高水生生态系统的生物多样性：

沉水植被的良好发育可以为其他水生生物提供多样化的生存环境，例如改善生物的生活基质，鱼类等水生动物的栖息、避难和产卵场所等。

浅水湖泊在富营养化状态时可表现为2种状态，浮游植物占优势的浑浊状态和沉水植物占优势的清澈状态，在我国通常称为藻型浊水状态和草型清水状态。在浅水湖泊发育的贫营养阶段，作为湖泊初级生产者的高等水生植物和藻类生长均受到营养缺乏的制约不能充分发育。随着营养物质的输人与积累，就有可能分化出两条演变途径：一条是沉水植物的不断发展抑制了藻类，形成的沉水植被可以增强湖泊的污染自净能力，污染物质可以通过沉积、生物转化、生物产品收获等途径离开水体，湖水可保持清澈状态且营养水平上升比较缓慢，这种状态称为“大型水生植物占优势的清水状态”，即“草型清水状态”；另一条途径是浮游藻类的不断增长抑制了沉水植物，沉积物的再悬浮作用比较强烈，增加了湖水的混浊度，营养盐的生物输出和沉积输出减少，湖水营养水平上升比较迅速，这种状态称为“浮游藻类占优势的浊水状态”，即“藻型浊水状态”。在受到人为干扰较小的情况下，湖泊往往可自然发育成“草型清水状态”，但是在强烈的人为干扰下，湖泊的“草型清水状态”就往往会被“藻型浊水状态”所取代。

本发明的技术效果在于：

1、将净水效果比较理想的沉水植物种植在水体底部，通过水草的吸收分解水质的氨氮的富营养化成分，来降低水中的氨氮等值，有效抑制藻类的爆发。

2、通过隔离水草生长区与鱼类生长区，来保护水草避免被鱼类严重破坏，尤其社区或者公园湖体不可避免会有杂食类鱼进入（天然，客户养鱼观赏，放生等），长高部分被鱼类吃掉，既减少了喂食量，又控制沉水植物疯涨。

3、在水中固定生物基，给微生物的生存和附着提供超大空间，比常规生物基容纳微生物数量多200多倍，大量微生物的附着可以快速的分解水中有机物，微生物的数量并且随水中有机物的增减而自动调节。

4、部分社区有用中水补水的情况，草类的营养有了充分的保障。过量营养物可以通过收割水草等方法将氮磷等移出水体。

附图说明

图1是沉水植物系统对水体总氮的去除效果图。

图2是沉水植物系统对水体氨氮的去除效果图。

图3是沉水植物系统对水体硝态氮的去除效果图。

图4是沉水植物系统对水体总磷的去除效果图。

图5是沉水植物系统对水体活性磷的去除效果图。

图6是沉水植物系统对水体有机物（COD_Mn）的去除效果图。

图7是本发明水体生态净化系统的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图7，本实施例为面积为400平米的人工湖的水体生态净化系统，在人工湖水体的边缘往内构筑有隔墙6，隔墙为30cm高，在隔墙6围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，具体是在隔墙6上架设有绿色的塑料平网1，塑料平网1之间的拼接用4MM钢索链接，塑料平网1设置为活动式，便于以后维护保养，塑料平网1将水体分隔为上方的鱼类生长区和下方的水草生长区，水草生长区与鱼类生长区竖向隔离；本实施例为砂浆底水体，在底部铺红粘土10cm，覆盖塘泥1cm，增加基肥，红粘土和塘泥构成种植土5，沉水植物4种植在种植土5中，沉水植物4选择苦草、狐尾藻、红九冠，沉水植物4的种植密度为80-100棵/平米，本实施例为100棵/平米，用苦草绿色做背景色，用红九冠的深红色做直径2M的圆和用翠绿色狐尾藻做对角线是2m×4m菱形，营造水底景观，达到一种净化和景观的最佳状态，水草生长区的底部至塑料平网1的间距为25cm，为沉水植物4生长空间；本发明如果是自然泥底的水体，需测试底泥参数，看是否符合植物生长要求，不符合参数按相应措施调整，调节PH值；施底肥或改良土壤，本发明中种植土的厚度不少于10CM；本实施例在鱼类生长区中放养锦鲤、田螺、河虾等水生动物3，建立稳定生态链；本实施例中在鱼类生长区的水中还分布有22.5平米水草状生物基2，水草状生物基2按1平米/每10立方水的比例分布，水草状生物基2的底部固定在塑料平网1上，水草状生物基2由中间的泡沫胶夹层和具有微米级多孔结构的化纤惰性材料外层粘接在一起构成，化纤惰性材料外层由直径3-5微米的聚乙烯材料纤维编织而成。本实施例中的生物基2为购自广州中禹水生态有限公司的漂浮型生态藻。

参见图7，本实施例的水体生态净化方法如下：

（1）在面积为400平方米的人工湖水体的边缘往内构筑30cm高的隔墙6，在隔墙6上架设塑料平网1，平网1之间的拼接用4MM钢索链接，设置为活动式，便于以后维护保养，塑料平网1将水体上下分隔为鱼类生长区与水草生长区，水草生长区与鱼类生长区竖向隔离；

（2）在砂浆底水体的底部铺红粘土10cm，覆盖塘泥1cm，增加基肥，沉水植物4种植在上述种植土5中，沉水植物4选择苦草、狐尾藻、红九冠，沉水植物4的种植密度为80-100棵/平米，本实施例为100棵/平米，用苦草绿色做背景色，用红九冠的深红色做直径2M的圆和用翠绿色狐尾藻做对角线是2m×4m菱形，营造水底景观，达到一种净化和景观的最佳状态，水草生长区的底部与塑料平网1的间距为25cm，为植物生长空间；本发明如果是自然泥底的水体，需测试底泥参数，看是否符合植物生长要求，不符合参数按相应措施调整，调节PH值；施底肥或改良土壤，本发明中种植土的厚度不少于10CM；

（3）在鱼类生长区中放置水生动物3，水生动物3有锦鲤、田螺、河虾，建立稳定的生态链；

（4）在鱼类生长区的水中按1平米/每10立方水的比例分布有22.5平米水草状生物基2，创造超大微生物生存空间，快速分解水中有机物。

（5）进行临时性曝气和喷洒光合细菌，增加溶解氧、提高透明度和稳定水质。

本发明适用给水为自来水，或PH6-9的地下水，如果是中水则需相应调整种植密度及植物种类。本发明的系统和方法不适合高浓度污水。

本发明在开始时放水10-20cm，包证充足阳光和温度，植物扎根后逐步加水至正常深度。

本发明构建成鱼-草-贝-螺-虾等共生水质净化系统，通过合理打捞鱼虾、水草残叶等方法将氮磷等营养物质移离水体，形成稳态平衡，达到水体自净能力高于进入的污染量。

本发明的生态净化效果可以保证水体常年清澈透明，水质达地表水III类，水质透明堵2米以上。本发明对藻类、总磷、总氮和COD（化学需氧量）的去除率分别为98%-99%，90-96%，81-92%，73-83%，由水质监测权威机构测定。

本发明可以有效解决水体微中度污染导致的水体浑浊，水体生态系统崩溃的问题，保持水体常年清澈。

Claims (10)

1.一种水体生态净化系统，其特征在于：包括在水体边缘设置的隔墙，在隔墙围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，水草生长区与鱼类生长区由隔网横向或竖向隔离；所述水草生长区包括种植在种植土中的沉水植物，沉水植物选择苦草、红九冠、狐尾藻、伊乐藻、马来眼子菜之一或它们的任意组合，将不同颜色和株形的沉水植物进行拼图，营造水底景观；所述鱼类生长区中生长着能建立稳定生态链的水生动物，包括鱼类、螺类、虾类；在所述鱼类生长区的水中还分布有生物基。

2.根据权利要求1所述的水体生态净化系统，其特征在于：所述水生动物还包括贝类。

3.根据权利要求1或2所述的水体生态净化系统，其特征在于：所述沉水植物的种植密度是80-100棵/平米，沉水植物的生长空间不低于25cm，沉水植物的覆盖面积在60%以上；所述种植土不低于10CM。

4.根据权利要求1或2所述的水体生态净化系统，其特征在于：所述生物基为水草状，由中间的泡沫胶夹层和具有微米级多孔结构的化纤惰性材料外层构成；所述生物基按1平米/每10立方水的比例分布在鱼类生长区的水中。

5.一种水体生态净化方法，其特征在于：

（1）在水体的边缘设置隔墙，在隔墙围成的水域内设置水草生长区与鱼类生长区，水草生长区与鱼类生长区由隔网横向或竖向隔离；

（2）在所述水草生长区的种植土中种植沉水植物，沉水植物选择对环境适应性强、净化水体效果明显、景观效果好的品种，选择苦草、红九冠、狐尾藻、伊乐藻、马来眼子菜之一或它们的任意组合，将不同颜色和株形的沉水植物进行拼图，营造水底景观；

（3）在所述鱼类生长区中生长水生动物，所述水生动物包括鱼类、螺类、虾类，建立稳定的生态链；

（4）在所述鱼类生长区的水中还分布有生物基，创造超大微生物生存空间，快速分解水中有机物。

6.根据权利要求5所述的水体生态净化方法，其特征在于：在沉水植物的前期种植培育期按照水质情况，即当透明度低于0.5米，水体浑浊时添加能改善溶解氧、降低氨氮、稳定PH值、抑制藻类的光合细菌，辅助控制水质稳定。

7.根据权利要求5或6所述的水体生态净化方法，其特征在于：所述隔网采用塑料平网。

8.根据权利要求5或6所述的水体生态净化方法，其特征在于：所述沉水植物种植密度是80-100棵/平米，沉水植物的生长空间不低于25cm，沉水植物的覆盖面积在60%以上；所述种植土不低于10CM。

9.根据权利要求5或6所述的水体生态净化方法，其特征在于：所述生物基为水草状，由中间的泡沫胶夹层和具有微米级多孔结构的化纤惰性材料外层构成；所述生物基按1平米/每10立方水的比例分布在鱼类生长区的水中。

10.根据权利要求9所述的水体生态净化方法，其特征在于：所述化纤惰性材料外层由直径3-5微米的聚乙烯材料纤维编织而成。

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