CN103663702B - 一种城乡污染水体污染源生态拦截技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城乡污染水体污染源生态拦截技术，以解决开放性的污染水体外源污染的拦截问题及污染水体的生态修复问题，通过在（1）在河道污染源入口段沿河道长度方向设置两道污染源生态拦截墙形成拦截区；（2）在拦截区内的河道两侧，设置生态浮岛；（3）向拦截区内投放复合酶和复合微生物来净化水体；（4）向拦截区内投放水生动物来净化水体。从而提升水质，改善水体生态环境，同时达到优化景观的效果。
Description
技术领域
本发明涉及水环境生态修复领域，特别涉及一种城乡污染水体污染源生态拦截技术。
背景技术
城乡开放性水体本身具有一定的自净能力，只要控制好外源污染，污染水体的治理将更有效彻底。但是由于目前城乡污水管网和污水处理设施建设滞后，无法有效阻止各种工业污水、农业污水、生活污水直接或间接排入河道扩散污染河网水体。因此，在污染源没有得到有效地控制的情况下，对开放性的污染河道水体进行治理修复不仅严重影响治理效果，而且水质状况经常性地出现反复；对于河网众多的城区，在无法做到互相连通的各河道生态修复的同时性、一致性的情况下，因上下游、支流水体交换，难以凸显某一区段水域阶段性的治理效果，甚至因受未治理河道水体污染的影响，大大增加了修复治理段水域的难度和成本。因此，亟需一种有效的拦截隔离污染源入境或分段修复技术方法来解决这一难题。
污染源的拦截常用闸门水坝，不仅成本较高，不利于防汛抗旱，而且将原本的“活水”变为“死水”，极易破坏生态平衡，不仅工程量大、费用高更难以达到生态修复的效果，更重要的是，河流、船只已是江南水乡百姓生活中的一部分，更是水乡的特色，因此大部分河道并不适宜设立闸门或堤坝。另外，以种植水生植物作为拦截污染的措施，在一定程度上吸收降解了部分污染，但对于较深的河道水体并不能取得理想的效果。在农业面源污染治理中已广泛应用了各种生态沟渠拦截技术，更有人在河面上设置人工浮岛以拦截农业面源污染（公开号：CN 102874929A），但此类技术仅局限在农业面源氮磷污染的拦截上，未有效转移到开放性河道上污染水体生态修复上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城乡污染水体污染源生态拦截技术，以解决开放性的污染水体外源污染的拦截问题及污染水体的生态修复问题，提升水质，改善水体生态环境，同时达到优化景观的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种城乡污染水体污染源生态拦截技术，包括以下措施：
（1）在河道污染源入口段沿河道长度方向设置两道污染源生态拦截墙，两道污染源生态拦截墙间隔距离100-200米，两道污染源生态拦截墙之间形成拦截区；
（2）在拦截区内的河道两侧，每隔5-10米交替设置生态浮岛，生态浮岛占拦截区面积的5%-20%；
（3）向拦截区内投放复合酶和复合微生物来净化水体，复合酶的投加量为0.01-0.05g/m3，复合微生物的投加量为5-8g/m3；
（4）向拦截区内投放水生动物来净化水体，水生动物投放量为每1000 m3水体中，投放15-25kg。
作为优选，所述污染源生态拦截墙的宽度与河道宽度相配，污染源生态拦截墙沿河道长度方向的长度在2-10米。
作为优选，所述污染源生态拦截墙包括生态浮岛、生态基和立体人工水草，生态浮岛分别设置在河道两侧，生态基设置于生态浮岛之间的河道底部，所述生态基由间隔设置的多排生态基单体组成，生态基单体竖直设置，每个生态基单体底部卷绕形成套筒，套筒内装填重物，立体人工水草设于相邻的两排生态基单体之间，立体人工水草的下端设有套筒，套筒内装填重物。
作为优选，立体人工水草单体为圆柱体，直径为5-10cm，高度0.5-4米；生态基单体高1-3m，宽1-2m，厚2-4mm。
作为优选，所述生态浮岛上种植水生植物，水生植物品种为美人蕉、旱伞草、路易斯安那鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草、圆币草和聚草中的一种或几种，水生植物的种植密度为27-45株/m2。
作为优选，所述生态浮岛由若干浮盘单元构成，浮盘单元包括浮盘、种植篮和连接扣，生态浮岛中配置有组合填料，组合填料采用组合式多孔环填料，组合填料固定在浮盘单元上并置于水生植物下方。
作为优选，所述复合酶由30-55%的蛋白酶、20-30%的淀粉酶、15-20%的脲酶和10-20%的纤维素酶构成。
作为优选，所述复合微生物由35-45%的沼泽红假单胞菌、20-30%的枯草芽孢杆菌、10-20%的蜡状芽孢杆菌和15-25%干酪乳杆菌组成。
作为优选，拦截区内河道两侧相邻的生态浮岛之间设有浮板，浮板中心下部连接有线绳，线绳下端固定连接有重物，浮板位于水面下3-5cm，所述浮板上表面均布有多个半球状凸点，半球状凸点的直径为0.5-1cm，半球状凸点的分布密度为每平方米500-1000个；浮板上表面均匀涂覆有光触媒，光触媒的厚度为4-8μm。通过在生态浮岛之间设浮板，利用光催化技术，能有效分解水体中的污物，环保且效果好，配合污染源生态拦截墙、复合微生物、复合酶及水生动植物发挥作用，形成了相对完善的净化体系，净化水体效果好。浮板上表面均布有多个半球状凸点，半球状凸点的直径为0.5-1cm，半球状凸点的分布密度为每平方米500-1000个，这样能达到增加浮板的表面积，而且半球状凸点更好地能适应阳光的照射角度，以发挥光触媒的分解活性。
作为优选，所述浮板长3-5m，宽3-5m。
本发明在污染源入口段设置两道污染源生态拦截墙可将上游污水中污染物进行一定程度的降解，并在一定范围内形成水质与水体生态相对稳定的区域。设置两道污染源生态拦截墙用于开放水域的局部治理时，不影响水体交换，在拦截区形成相对封闭的稳定环境，便于采用微生物强化修复技术（复合酶和复合微生物）进行生态修复。
污染源生态拦截墙所用生态拦截设施主要由生态浮岛、生态基及立体人工水草组成。生态浮岛中配置有组合填料，组合填料采用组合式多孔环填料（市售），具有软性填料和半软性填料的特点，其结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率。使水气生物膜得到充分交换，使水中的有机物得到高效处理。利用仿生技术使得填料犹如水中生长的水草，随着水流有一定幅度的摆动，并依靠浮体在水中的浮力将填料直立于水中。
生态基单体的中间为泡沫层，泡沫层的两侧表面均复合有编织层。生态基单体外表面为编织层，具有合理的内部孔结构，这样利于藻类及微生物的附着，最大限度的为微生物的生长提供有力条件，使其表面形成藻菌共生的微生物体系，利于净化水质。通过微生物的附着生长，生态基表面形成微 A-O 处理环境，可对有机物进行有效的吸附、氧化分解，具有高效地脱氮除磷效果，并可促进悬浮物的沉淀、絮凝。立体人工水草(市售)，具有高吸水性和极强的吸附能力，更有利于微生物的负载增殖，能长期净化污水，降低悬浮物含量，提高水体透明度，增加溶解氧，改善水体生态环境，维护水体生物多样性，保持水体生态平衡，抑制藻类过度滋生。
微生物强化修复技术（复合酶和复合微生物）是基于微生物在水体有机物降解、转化过程中的核心作用，利用微生物将污染水体中有毒有害物质现场去除和降解，达到清除水体污染，恢复水体生态系统的修复技术，是原位生物修复中最根本、最关键和最重要的修复技术，也是唯一可与各种环境污染修复方法耦合的生态修复技术。该技术是当前最适宜于城市污染河道原位修复的、但仍未受到广泛重视和应用的治污技术。该技术具有成本经济和应用简单，便于与其它治污技术耦合使用，进行综合生态整治的特点。
在正常状态下，水体生态系统维持着一定规模的物质和能量循环，微生物对有机物质的矿化作用使其成为水体生态系统物质循环、能量代谢的核心和生态系统稳定的基础。简言之，微生物矿化有机物以供给藻类、水生植物等初级生产者，初级生产者供给水生动物等各级消费者，初级生产者和各级消费者产生的有机物质由微生物矿化，从而生态系统保持稳定。大量外源污染物进入水环境，超出了水体生态循环的承受范围，即超出水体自净能力，便造成水体生态失衡和水体污染。
微生物强化修复技术的核心是促进水环境中污染物降解功能微生物的生态活性，加快水体污染物的降解和转化。在开放水域区域生态治理的工程实践中，我们根据河道水质状况，在拦截区域定时定量向水体中喷洒高效净水复合微生物制剂，使污染水体中微生物维持较高的净化吸收污染活性，快速有效地达到最佳净水效果。
本发明所述的微生物都未市售产品，通过由35-45%的沼泽红假单胞菌、20-30%的枯草芽孢杆菌、10-20%的蜡状芽孢杆菌和15-25%干酪乳杆菌组成形成复合微生物，协同发挥功效，能够高效降解水体中氮、磷等污染，对水体不会造成二次污染，同时配合复合酶的组合，协同发挥净化水体的功效佳。
本发明还利用水生植物、动物对水体无机、有机污染物的利用和转化来修复污染水体的技术。是开放性污染水体综合生态治理中不可或缺的应用技术之一。
水生植物能吸收水、底泥中氮、磷等营养元素，通过竞争途径抑制藻类的过度繁殖；其根系又可作为净水微生物培育床，形成一庞大的生物群落，提高微生物对水质的净化作用。水生动物能吸收和迁移污染物，如底栖动物螺蛳、贝类等能通过食物链摄食藻类、沉水植物和有机碎屑等，间接地降低水体中的氮、磷含量。更重要的是，作为水生态系统消费者，水生动物是水生态系统稳定不可或缺的组分。在开放水域区域生态治理的工程实践中，在治理河道水域设置生态浮岛，种植美人蕉、旱伞草、路易斯安那鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草、圆币草和聚草等挺水植物和浮游植物，在水体中放养贝类螺丝等水生动物，强化了水体污染物，尤其是无机污染物的吸收、转化，促进了微生物原位强化修复的效果，在污染水体中形成了立体生态修复体系，为逐渐恢复水体生态平衡奠定了有力的基础，又凸显了河道生态景观。
所述水生动物选择鳙鱼、鲢鱼、螺丝、河蚌、蚯蚓中的一种或几种，滤食性水生动物能以水体中蓝藻为食，完善水体中的食物链，建立生态系统的平衡，促进水体氮、磷的物质和能量循环。水生动物投放量为每1000 m3，水生动物15-25kg，螺丝、河蚌等可以结合污染源生态拦截墙，投放在生态基、立体人工水草和组合填料上。
本发明的有益效果是：
污染源生态拦截墙不仅可以有效地拦截外源污染扩散进入水体，同时可迅速降解吸收水体中的污染物，而水面上又可形成植物景观，因此从水下到水上建立了一种立体生态修复体系，是一种原生态的污染水体修复手段。与此同时，在两道污染源生态拦截墙之间又可形成相对稳定的缓冲区域，加强微生物强化修复技术对污染水体进行生态修复的效果。针对需要通航的河道、湖泊等可更改污染源生态拦截墙的设置，便能在保证污染源拦截效果的前提下可允许船只通过。另外，对于污染特别严重，严重缺氧的水体，本发明也可以有效结合人工增氧技术，当河道水体中的溶解氧低于2mg/L时，在河道中部间隔设置太阳能曝气机；太阳能曝气机间隔距离为50-100米。总而言之，本发明可有效拦截外源污染进入水体，同时形成相对稳定的水域环境，便于各种技术结合应用于该水域的治理中。与传统的治理方法相比，在开放性的水体中，能更彻底有效地根除外源污染的影响，同时操作简便，景观优美，不影响河道原有的通航等功能，更可为其他治理方法提供更理想的环境条件。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的另一种结构示意图
图中：1、河道，2、生态基单体，3、生态浮岛，4、立体人工水草，5、浮板。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
某湿地内河网与外围河道连通处某一段长260m，平均宽度41m，水深2.5-3m。因外界河道受工业生产生活污染严重，导致连通段河道发黑变臭，为防止湿地外污染水体流入湿地河网，进一步影响湿地水体水质，因此采取本发明污染源生态拦截技术以拦截有效外源污染水体的流入。治理前湿地外围连接河道、连通段、湿地内河道水质结果检测如下：
根据河道外源污染水体流入情况和水质检测结果确定该河道治理实施方案（见附图1）如下：
(1)在连通段河道1两端各设置一道污染源生态拦截墙，中间间隔200米，污染源生态拦截墙的宽度与河道宽度相配，污染源生态拦截墙沿河道长度方向的长度在10米，污染源生态拦截墙包括生态浮岛3、生态基和立体人工水草4，生态浮岛分别设置在河道两侧，生态基设置于生态浮岛3之间的河道底部，所述生态基由间隔设置的多排生态基单体2组成，生态基单体2竖直设置，每个生态基单2体底部卷绕形成套筒，套筒内装填砂石重物，立体人工水草设于相邻的两排生态基单体之间，两条立体人工水草4间距为0.25m，立体人工水草4的下端设有套筒，其中可以装入砂石重物，使其稳定地放置在水体的底部，上端系浮球，令其悬浮于水体中。
生态浮岛（具体结构可参见CN201450931U实用新型专利公开的内容及CN 103214143 A的发明公开的内容）由若干浮盘单元构成，浮盘单元包括浮盘、种植篮和连接扣，生态浮岛中配置有组合填料，组合填料采用组合式多孔环填料（市售），组合填料固定在浮盘单元上并置于水生植物下方。组合填料规格为单元直径Φ150mm，间距80mm，中心绳为纤维绳。组合填料下端系重物沉至河底，上端系在生态浮盘上，每个浮盘系4条组合填料。
立体人工水草单体为圆柱体状，立体人工水草直径为5-10cm，高度1.5米；生态基单体高1.5m，宽1m，厚4mm。
生态浮岛上的种植篮内种植水生植物，水生植物品种为美人蕉、旱伞草、路易斯安那鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草、圆币草和聚草中的一种或几种，水生植物的种植密度为40株/m2。
生态浮岛在河道水面两侧长度为15米宽度为10米，污染源生态拦截墙的生态浮岛之间预留20米航道。
（2）在污染源生态拦截墙之间 200米长水域内设置生态浮岛，生态浮岛上种植美人蕉、旱伞草、路易斯安那鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草、圆币草和聚草，浮岛之间平均间隔8米，生态浮岛总面积约1650㎡。
（3）治理期间根据实测水质情况定时定量在连通段河道喷洒微生物-酶复合制剂。所述复合微生物由35%的沼泽红假单胞菌（市售）、30%的枯草芽孢杆菌（市售，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号22099）、10%的蜡状芽孢杆菌（市售，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号20477）和25%干酪乳杆菌（市售，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号6108）组成。所述复合酶由30%的蛋白酶（市售）、30%的淀粉酶（市售）、20%的脲酶（市售）和20%的纤维素酶（市售）构成。复合酶的投加量为0.01-0.05g/m3，复合微生物的投加量为5-8g/m3。其中微生物各组分的活菌数不低于100亿CFU/g，复合酶各组分的酶活性不低于1万U/g。根据水质变化定时定量喷洒。前期在晴朗天气每天固定时间泼洒一次，一般为上午9点左右，每天泼洒前在同一位置取水进行水质检测，测定水体中的氨氮、总氮、溶解氧（DO）和高锰酸钾指数(CODMn)。后期根据水质检测的结果确定微生物菌剂的投入量以及投菌周期。
（4）治理后期投放螺丝、河蚌和蚯蚓，投放量为每1000m3水体中，投放15-25kg。
经过三个月净化期，共投放复合微生物及复合酶共3.5吨；投放螺丝、河蚌和蚯蚓分别为170kg、150kg和200kg。污染源生态拦截系统通过3个月的运行连通段水质保持基本稳定状态氨氮、总氮和CODMn均有明显下降的趋势，湿地内河网水质态氨氮、总氮和CODMn均有缓慢下降的趋势。稳定后河道水质指标参数如下表：
连通段河道即污染源生态拦截段水域水质变化明显，氨氮去除率达44%，总氮去除率达48%,CODMn去除率达22%，透明度提高30cm；因其有效拦截外源污染水体流入湿地河网，与连通段相接的湿地内河道水体水质改善明显氨氮去除率达28%，总氮去除率达31%，CODMn去除率达16%，透明度提高30cm，与湿地外河道水质差别明显。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：所述复合微生物由45%的沼泽红假单胞菌、20%的枯草芽孢杆菌、20%的蜡状芽孢杆菌和15%干酪乳杆菌组成。所述复合酶由55%的蛋白酶、20%的淀粉酶、15%的脲酶和10%的纤维素酶构成。
拦截区内河道两侧相邻的生态浮岛3之间设有浮板5（见附图2），浮板5长3m，宽3m，浮板5中心下部连接有线绳，线绳下端固定连接有重物，浮板位于水面下3-5cm，所述浮板5上表面均布有多个半球状凸点，半球状凸点的直径为0.5-1cm，半球状凸点的分布密度为每平方米500-1000个；浮板上表面均匀涂覆有光触媒，光触媒的厚度为4-8μm。
其它与实施例1相同。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种城乡污染水体污染源生态拦截方法，其特征在于：包括以下措施：
（1）在河道污染源入口段沿河道长度方向设置两道污染源生态拦截墙，两道污染源生态拦截墙间隔距离100-200米，两道污染源生态拦截墙之间形成拦截区；
（2）在拦截区内的河道两侧，每隔5-10米交替设置生态浮岛，生态浮岛占拦截区面积的5%-20%；
（3）向拦截区内投放复合酶和复合微生物来净化水体，复合酶的投加量为0.01-0.05g/m3，复合微生物的投加量为5-8g/m3；
（4）向拦截区内投放水生动物来净化水体，水生动物投放量为每1000m3水体中，投放15-25kg；
所述污染源生态拦截墙的宽度与河道宽度相配，污染源生态拦截墙沿河道长度方向的长度在2-10米；所述污染源生态拦截墙包括生态浮岛、生态基和立体人工水草，生态浮岛分别设置在河道两侧，生态基设置于生态浮岛之间的河道底部，所述生态基由间隔设置的多排生态基单体组成，生态基单体竖直设置，每个生态基单体底部卷绕形成套筒，套筒内装填重物，立体人工水草设于相邻的两排生态基单体之间，立体人工水草的下端设有套筒，套筒内装填重物；立体人工水草单体为圆柱体，直径为5-10cm，高度0.5-4米；生态基单体高1-3m，宽1-2m，厚2-4mm；所述复合酶由30-55%的蛋白酶、20-30%的淀粉酶、15-20%的脲酶和10-20%的纤维素酶构成；所述复合微生物由35-45%的沼泽红假单胞菌、20-30%的枯草芽孢杆菌、10-20%的蜡状芽孢杆菌和15-25%干酪乳杆菌组成。
2.根据权利要求1所述的一种城乡污染水体污染源生态拦截方法，其特征在于：所述生态浮岛上种植水生植物，水生植物品种为美人蕉、旱伞草、路易斯安那鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草、圆币草和聚草中的一种或几种，水生植物的种植密度为27-45株/m2。
3.根据权利要求2所述的一种城乡污染水体污染源生态拦截方法，其特征在于：所述生态浮岛由若干浮盘单元构成，浮盘单元包括浮盘、种植篮和连接扣，生态浮岛中配置有组合填料，组合填料采用组合式多孔环填料，组合填料固定在浮盘单元上并置于水生植物下方。
4.根据权利要求1所述的一种城乡污染水体污染源生态拦截方法，其特征在于：拦截区内河道两侧相邻的生态浮岛之间设有浮板，浮板中心下部连接有线绳，线绳下端固定连接有重物，浮板位于水面下3-5cm，所述浮板上表面均布有多个半球状凸点，半球状凸点的直径为0.5-1cm，半球状凸点的分布密度为每平方米500-1000个；浮板上表面均匀涂覆有光触媒，光触媒的厚度为4-8μm。
5.根据权利要求4所述的一种城乡污染水体污染源生态拦截方法，其特征在于：所述浮板长3-5m，宽3-5m。
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