CN104829034A - 一种水体修复系统及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。本发明提供的水体修复系统抑制了藻类的繁殖，提高了对藻毒素的降解能力，加强了水体的净化能力。

Description

一种水体修复系统及修复方法

技术领域

本发明涉及能源与生态环境修复技术领域，尤其涉及一种水体修复系统及修复方法。

背景技术

人类的生存发展离不开水资源，水是整个人类社会稳定与发展的基础，尤其是与人类生产和生活息息相关的饮用水资源。近年来我国环境污染日趋严重，生态环境遭到极度破坏，不仅外源性污染加剧，内源性污染源也成为水体污染的一个重要来源，大量有毒有害污染物质排放到水环境中，水体呈现出富营养化、溶解氧降低、发黑发臭、透明度降低、水生生物死亡、大量污染物质堆积到水底引起淤泥层不断增厚等状况，致使水体生态系统遭到破坏，使得可利用水资源遭到严重污染,甚至水体利用价值完全丧失，从而导致了我国水资源短缺现状进一步恶化。

近年来，随着众多河流、湖泊等水体污染不断加剧，水体净化和水生生态系统修复技术也越来越受到社会各界关注。水体的富营养化、藻类大面积爆发、水体生态系统遭到破坏等环境问题，导致了水体水质不断恶化。其中，由于藻类大面积爆发向水体释放大量藻毒素，藻毒素在水中溶解性大于1g/L，化学性质稳定，而藻毒素在水中自然降解过程是十分缓慢的。藻毒素有很高的耐热性，加热煮沸不能将毒素破坏，也不能将其去除；自来水处理工艺的混凝沉淀、过滤、加氯也不能将其彻底去除。有调查试验研究显示我国某湖泊周围三个自来水厂出厂水中检出低浓度藻毒素(120～1400ng/L)，也就是说，采用常规饮水处理工艺不能完全消除水体中的藻毒素。

藻毒素是一种肝毒素，这种毒素是肝癌的强烈促癌剂，引起社会的广泛关注。世界各国针对饮用水水源地的不断恶化,提出了许多办法用以改善水源水继续恶化的趋势，其中大多发达国家投入了大量财力物力，强化了常规的水处理工艺，又引入了先进的水质深度处理工艺，使饮用水水源各种污染物污染得以暂时的控制。但是寻求一种廉价的、有效的、长期维持的方法彻底地改善饮用水源地生态环境、恢复遭到破坏的水体生态系统则是一个不可忽视的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水体修复系统和修复方法，本发明提供的水体修复系统能够长期有效地改善水体的生态环境。

本发明提供了一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；

所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；

所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；

所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；

所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；

所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。

优选的，所述供电系统为风光互补供电系统；

所述风光互补供电系统包括风力发电机、太阳能电池、整流器和蓄电池；

所述风力发电机和太阳能电池通过所述整流器将电能储存在蓄电池中。

优选的，所述供电系统在水体中的设置密度为1套/(10～1000)m²。

优选的，所述曝气系统包括曝气泵和与所述曝气泵相连的微孔曝气器；

所述曝气泵与所述供电系统相连；

所述电解池设置在所述微型曝气器的曝气范围内。

优选的，所述曝气系统的在水体溶解氧低于3mg/L～4mg/L时运行。

优选的，相邻人工介质的间隔距离为0.5m～2.5m。

优选的，所述沉水植物在水体中的设置区域宽度为1.0m～3.0m；

所述沉水植物的设置密度为(10～100)株/m²。

本发明提供了采用上述技术方案所述的水体修复系统对待处理的水体进行水体修复的方法。

优选的，所述水体修复的方法包括以下步骤：

在所述待处理的水体中铺设人工介质、供电系统、曝气系统、电解池和电阻器；

在所述待处理的水体中设置沉水植物；

在所述待处理的水体中放养水生动物。

优选的，所述水体修复系统在待处理水体中设置的面积大于待净化面积的20％；

所述水体修复系统在所述待处理水体中设置的深度为0.5m～3.0m。

本发明提供了一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。将本发明提供的水体修复系统用于待处理的水体中，所述供电系统为所述曝气系统和电解池提供电力，所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内，电解池的阳极区利用水体中已经存在的氯离子，将其原位转化为活性氯混合氧化试剂，降解水体中的藻毒素等难降解的有机污染物，阴极区还原曝气系统附近的氧气，生成双氧水等物质；所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连，组成微生物燃料电池，其中铁碳结合碳素纤维介质构成微生物燃料电池的阴极电极，曝气系统构成微生物燃料电池的空气阴极电极，空气阴极电极区通过还原曝气系统附近的氧气，生成双氧水等物质，所述铁碳结合碳素纤维介质还能够通过铁碳微电解反应，源源不断的向水体中提供Fe²⁺，形成的微生物燃料电池和所述电解池生成的双氧水，利用芬顿原理，生成羟基自由基，可达到高效灭活藻细胞、快速降解藻毒素等有机物的目的。

通过本发明提供的水体修复系统的各组件相互作用，充分发挥了芬顿反应的优势，抑制藻类的繁殖，提高对藻毒素的降解能力，进一步加强了水体的净化能力。在此过程中水质净化和水底有机淤泥分解同时进行，各个系统得以有机的结合，无需清淤排泥，不仅降低了水体氮磷含量，使水体生态系统得以恢复，而且把底泥中的有机质转变为可被人类食用的大量肉类蛋白，减少底泥中有机质的累积量，从根本上改善了水体环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的水体修复系统的一个系统单元总体结构示意图；

图2为本发明实施例采用的风光互补供电系统一个组合方式的结构示意图；

图3为本发明实施例采用的风力发电机叶片和太阳能电池板结合的两种方式；

图4为本发明实施例采用的风光互补的发电系统；

图5为本发明实施例采用的曝气系统的结构示意图；

图6为本发明实施例采用的固定装置的结构示意图；

图7为本发明实施例采用的人工介质单元的设置方式；

图8为本发明实施例采用的一种铁碳结合方式示意图；

图9为本发明实施例采用的微型电解池装置的结构示意图。

具体实施方式

本本发明提供了一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；

所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；

所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；

所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；

所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；

所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。

本发明提供的水体修复系统将曝气系统、铁碳微电极、微生物燃料电池和电解池有机结合，使其相互协调作用，充分发挥了芬顿反应的优势，抑制了藻类的繁殖，提高藻毒素降解能力，进一步加强了水体的净化能力。在此过程中水质净化和水底有机淤泥分解同时进行，各个系统得以有机的结合，无需清淤排泥，不仅降低了水体氮磷含量，使水体生态系统得以恢复，而且把底泥中的有机质转变为可被人类食用的大量肉类蛋白，减少底泥中有机质的累积量，从根本上改善了水体环境。

参见图1，图1为本发明实施例提供的水体修复系统的一个系统单元总体结构示意图，其中1为供电系统，2为曝气泵，3为微孔曝气器，4为沉水植物，5为水生动物，6为人工介质，7为电阻器，8为电解池。

本发明提供的水体修复系统包括供电系统1，本发明对所述供电系统的类别没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的能够提高电力的设备即可。如可以为风力发电、太阳能发电或外接电路。本发明可根据水域地理条件、景观布局要求对供电系统进行设置，在实施例中，所述供电系统的设置密度可以为1套/(10～1000)m²，还可以为1套/(50～900)m²，也可以为1套/(100～800)m²。

参见图2，图2为本发明实施例采用的风光互补供电系统一个组合方式的结构示意图，其中11为风力发电机，12为太阳能电池，13为蓄电池。

在本发明的实施例中，所述供电系统可以为风力发电机和/或太阳能电池，还包括蓄电池；所述风力发电机和太阳能电池可以彼此独立，也可以两者结合设置，本发明对此不作特殊的限制，本领域技术人员可根据水体周围的具体情况和水体景观的总体布局来确定。在本发明的实施例中，所述供电系统还包括整流器，所述风力发电机和太阳能电池与整流器相连，当所述风力发电机和太阳能电池独立设置时，所述分离风力发电机与太阳能电池分别与整流器相连；当所述风力发电机和太阳能电池结合设置时，所述风力发电机和太阳能电池先结合设置，再与整流器相连；所述整流器与所述蓄电池相连，供电系统通过整流器将电能储存在蓄电池中，从而通过蓄电池为曝气系统和电解池提供动力。

在本发明中，当所述风力发电机和太阳能电池结合设置时，可以采用将太阳能电池设置在风力发电机叶片中的设置方式。参见图3，图3为本发明实施例采用的风力发电机叶片和太阳能电池板集合的两种方式，其中112为第一种方式中的风力发电机叶片，113为第一种方式中的太阳能电池板；114为第二种方式中的风力发电机，115为第二种方式中的太阳能电池板。

本发明对所述风力发电机叶片的形状没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的风力发电机的叶片即可。在本发明的实施例中，所述风力发电机叶片的纵切面可以为椭圆形，也可以为长方形；在所述风力发电机的叶片上嵌入太阳能电池板。本发明对所述太阳能电池板的形状和尺寸大小没有特殊的限制，能够嵌入风力发电机叶片中即可。

在本发明中，当所述风力发电机与太阳能电池结合设置时，采用将太阳能电池板嵌入风力发电机叶片中的方式，得到设置有太阳能电池板的叶片，采用所述设置有太阳电池板的叶片制造风力发电机。参见图4，图4为本发明实施例采用的风光互补的发电系统。本发明对所述风力发电机的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的风力发电机的制备的技术方案即可。在本发明中，所述单个风力发电机中的叶片数可以为3～5，具体的，可以为3个、4个或5个。

本发明采用风光互补供电系统，不但可以减少对环境的污染负荷，节约能源，太阳能与风能互补性强，可以获得比较稳定的输出电压，系统有比较高的稳定性和可靠性，在保证持续供电的情况下可为曝气系统和电解池提供稳定的动力输出，同时，该系统也适合水源地距岸边较远的地方，不用外接电源，可获得较好的经济效益和环境效益。

本发明提供的水体修复系统包括曝气系统，用于对水体进行曝气，保证水体中的溶解氧含量；在本发明中，所述曝气系统在水体溶解氧低于3mg/L～4mg/L时开始运行。

参见图5，图5为本发明实施例采用的曝气系统的结构示意图，其中2为曝气泵，21为曝气泵的进气管，22为连接曝气泵和微孔曝气器的扩散管，3为与所述曝气泵相连的微孔曝气器。

在本发明的实施例中，所述水体修复系统包括曝气系统，所述曝气系统包括曝气泵2和与所述曝气泵相连的微孔曝气器3；具体的，所述供电系统中的蓄电池通过逆变器与所述曝气泵通过电线相连，为所述曝气系统提供动力。本发明对所述微孔曝气器的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的微孔曝气器即可，如可以采用悬挂链曝气和/或射流曝气器。

在本发明中，所述曝气系统向水体持续的曝气，提高了水体溶解氧含量，有利于水生动植物和好氧微生物的生长，不仅可增强水体中污染物质的氧化分解作用，而且可以抑制水体反硝化作用和磷的释放，确保了水体不会出现发黑发臭等现象；同时，曝气也在不断搅拌水体，使水体中各种物质均匀分布，如后续系统中的Fe²⁺和H₂O₂，更有利于芬顿反应的发生。

本发明提供的水体修复系统包括人工介质，所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维。

参见图6～图8，图6为本发明实施例采用的固定装置的结构示意图，其中61为固定架，62为固定架点；图7为本发明实施例采用的人工介质单元的设置方式，该附图列出了本发明实施例采用的人工介质设置的3中方式：向上悬浮63、向下悬浮64和拱桥式65，其中631为碳素纤维，632为上浮浮子，633为铁质材料，641为支持碳素纤维支架，651为铁质材料；图8为本发明实施例采用的一种铁碳结合方式示意图。

在本发明中，所述水体修复系统包括人工介质，所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂在所述铁质材料上的碳素纤维。本发明对所述悬挂的方式没有特殊的限制，可以通过缠绕的方式进行悬挂；所述碳素纤维的悬挂长度可以为0.5m～1.5m，还可以为0.8m～1.2m。本发明对所述碳素纤维和铁质材料的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳素纤维和铁质材料即可，在本发明的实施例中，所述碳素纤维可以为聚丙烯腈基碳素纤维、沥青基碳素纤维或酚醛树脂基碳素纤维。在本发明的实施例中，所述铁质材料可以为铁丝、钢架、钢管或钢筋。

本发明对所述固定装置的结构没有特殊的限制，能够将实现铁碳结合碳素纤维介质的固定即可，在本发明的实施例中，所述固定装置可以为钢筋或重锤。

本发明对所述铁碳结合碳素纤维介质在苏搜狐固定装置上的设置方式没有特殊的限制，如可以采用图7所示的向上悬浮的方式、向下悬浮的方式或拱桥式。在本发明中，所述向上悬浮为将铁质材料竖直向上设置在固定装置上，所述铁质材料上悬挂有碳素纤维；所述向下悬挂为，在所述固定装置中包括悬空的支架，所述铁质材料数值设置在所述悬空支架的下方，所述铁质材料上悬挂有碳素纤维；所述拱桥式为，将铁质材料以拱桥的形状设置在所述固定装置上，所述铁质材料上悬挂有碳素纤维。

在本发明的实施例中，所述碳素纤维优选为碳素纤维束，所述碳素纤维束包括铁丝和设置在所述铁丝上的碳素纤维形成的丝状材料，具体的，可以将所述碳素纤维缠绕在所述铁丝上，形成碳素纤维束。在本发明的实施例中，所述碳素纤维束的长度为0.5m～1.5m，还可以为0.8m～1.2m。

在本发明中，所述人工介质分散在待修复的水体中。本发明对所述人工介质在水体中的设置方式没有特殊的限制，可以无规律的分散在水体中，也可以在水体中成列设置，每列中相邻人工介质单元的间隔距离为0.5m～2.5m，还可以为1.0m～2.0m；所述人工介质设置的俯瞰直径为1.0m～2.5m，还可以为1.5m～2.0m。

在本发明中，所述碳素纤维材料吸附性与生物亲和性强，具有高比表面积，在污染水体的净化中起到“先锋植物”的作用，投入水体可迅速提高水体透明度，为沉水植物提供充足的光照，使水体适合沉水植物生长；且碳素纤维材料在太阳光的照射下能发出一定超音波，吸引大量的微生物菌群，迅速形成高活性生物膜。这些生物膜上的微生物通过新陈代谢作用达到去除水体中有机污染物的目的。同时以微生物为食的众多水生动物聚集在碳素纤维材料周围，碳素纤维材料为鱼类等水生动物提供优良的哺育环境，更有利于沉水植物和水生动物的繁育。

再者，碳素纤维与铁丝结合形成的碳素纤维束在水体中可形成无数的铁碳微电解系统，这些微电池是以电位低的铁为阳极，电位高的碳为阴极，在水环境中发生电化学反应。反应中铁受到腐蚀转变成Fe²⁺进入水环境。一部分Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，由于Fe³⁺的混凝作用，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物而沉降到底泥中，同时由于Fe³⁺能与溶解性磷酸根等离子结合形成稳定的化合物而去除这些富营养离子，从而降低了水体可溶解性总磷等富营养化物质的含量。一部分的Fe²⁺在水体中与微生物燃料电池、电解池中生成的H₂O₂结合发生芬顿反应，提高水体去除难降解有机物如藻毒素的能力，同时也有高效灭活藻细胞的作用，抑制了蓝藻的爆发。

本发明提供的水体修复系统包括电阻器，上述技术方案所述的铁碳结合纤维介质经由所述电阻器通过导线与所述曝气系统相连，形成了微生物燃料电池。具体的，所述铁碳结合碳素纤维介质通过导线连接电阻器，所述电阻器通过导线连接曝气系统中的微孔曝气器，形成了微生物燃料电池。在本发明中，所述为微孔曝气器表面附带有导电材料，由所述附带有导电材料的微孔曝气器构成了微生物电池的空气阴极电极，所述铁碳结合碳素纤维介质构成了微生物燃料电池的阳极电极；在所述空气阴极电极区，通过还原微孔曝气器附近的氧气，能够生成双氧水等物质，从而能够跟水体中的Fe²⁺发生芬顿反应，提高水体去除难降解有机物如藻毒素的能力，同时也有高效灭活藻细胞的作用，抑制了蓝藻的爆发。

本发明对所述电阻器的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的电阻器即可，如可以为水下景观灯。本发明对所述导线的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的导线即可，如可以为铜线，也可以为铝线。

在本发明中，形成的微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。在燃料电池阳极厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换介质(本发明介质为水体)传递到阴极，氧化剂(一般指氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成H₂O₂或水。

本发明以碳素纤维介质作为微生物燃料电池的阳极电极，以表面附带导电材料的微孔曝气器作为微生物燃料电池空气阴极电极，利用微生物厌氧作用将有机物质及无机物质氧化并产生电能，该系统在常温环境条件下就能够有效运作，不但可以充分利用电能，而且在阴极得到电子被还原与质子结合成H₂O₂或水，又可为芬顿反应提供一部分H₂O₂。该系统能够提高碳素纤维生物膜内层厌氧微生物对有机物降解能力，加速水体净化速度。

本发明提供的水体修复系统包括电解池，所述电解池与所述供电系统相连，由所述供电系统为所述电解池提供电源，无需外界电力输送。在本发明中，所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内，从而能够成分利用曝气系统曝气中的氧气。在本发明的实施例中，所述电解池为微型电解池。

参见图9，图9为本发明实施例采用的电解池的结构示意图。在本发明的实施例中，所述电解池包括壳体和设置在壳体中的阳极、阴极和电解质。在本发明的实施例中，所述电解池的阳极为形稳阳极，所述电解池的阴极为炭基电极。在阳极区，阳极利用水体中已经存在的氯离子，将所述氯离子原位转化为活性氯混合氧化试剂，从而降解水体中藻毒素等难降解的有机污染物；在阴极区，所述阴极还原曝气系统附近的氧气，生成双氧水等物质，其反应的历程如式I～式IV所示：

O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂式I

O₂+e^-→O₂ ^-·式II

O₂ ^-·+H⁺→HO₂·式III

2HO₂·→H₂O₂+O₂式IV

本发明利用铁碳微电极释放的Fe²⁺，微生物燃料电池和电解池还原的H₂O₂，在水体中Fe²⁺和H₂O₂发生芬顿反应，加速水体中游离难降解有机污染物如藻毒素的降解，抑制藻类的繁殖，确保饮用水源地环境的安全；芬顿反应中可生成氧化性极强的羟基自由基，正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力，其反应的历程如式V所示：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe²⁺+·OH+·OH式V

本发明提供的水体修复系统包括沉水植物，所述沉水植物分散在待修复的水体中。本发明对所述沉水植物的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的沉水植物即可，如可以为苦草、轮叶黑藻、菹草、金鱼藻和狐尾藻中的一种或几种。本发明对所述沉水植物在水体中的分散方式没有特殊的限制，可以采用播种、扦插或沉栽法将沉水植物种植在水体中，所述沉水植物种类的选择可根据水文情况进行，本发明对此没有特殊的限制。

在本发明的实施例中，所述沉水植物成列设置在水体中，并与所述人工介质间隔设置，可以为一列人工介质、一列沉水植物的设置方式，也可以为一列人工介质、两列沉水植物的设置方式，本发明对此没有特殊的限制。在本发明的实施例中，所述沉水植物的设置密度可以为(10～100)株/m²，也可以为(20～90)株/m²，还可以为(30～80)株/m²。

在本发明中，所述曝气系统对水体的曝气，碳素纤维降低了水体的浊度，水域适合了沉水植物的生长；而利用沉水植物茬口生长时间差，将一些氮磷吸收效果好的沉水植物如菹草、轮叶黑藻、金鱼藻等进行栽植，形成种群优势，清除无利用价值水草，改良水体水草品种。沉水植物具有维护水生生态系统结构与功能稳定的作用，水生植物，尤其是沉水植物可降低水体营养水平、吸收过量营养物质从而降低总氮、总磷的含量。沉水植物的大量生长不仅可以带走底泥中大量的有机质，减少底泥中有机质的积累，可为草食性鱼类等动物提供足够食物，提高水体生物多样性，也可以增加溶解氧浓度和减少因为风浪等轻微扰动所引起的沉积物再悬浮，从而降低水体浊度。

本发明提供的水体修复系统还包括水生动物，本发明对所述水生动物的种类没有特殊的限制，本领域技术人员可根据水体的情况自行选择水生动物的种类。在本发明中，所述水生动物的选择遵循从低等向高等的进化缩影修复原则去进行，避免系统的不稳定性。在本发明的实施例中，所述水生动物可以为鱼类水生动物、蟹类水生动物和虾类水生动物中的一种或几种；具体的鱼类水生动物可以为生长速度较快、食量较大的鱼种，如可以为草鱼、鲢鱼、鳙鱼和鲤鱼中的一种或几种。

在本发明中，在经过净化的水体中沉水植物大量生长，如果不从水体分离这些植物，就会大量沉积到底泥中，形成二次污染源头。本发明向水体中投放水生动物，如草食性鱼类、蟹类等，其可以大量摄食各种水草，把水草直接转化为可被人类食用的肉类蛋白，从水体中带走大量的有机质，防止因水草腐败而引起的二次污染发生；鱼类等水生动物也把碳素纤维表面生成的生物膜作为部分饵料的来源，当生物膜成熟时就不会大量脱落到水底，也阻止了底泥的不断累积。而大量水生动物如鱼类的捕捞，也可带来不菲的经济价值，间接把环境的污染物质转变为宝。

本发明提供的水体修复系统可应用于湖泊型饮用水源地的水体修复，具体的，对于水体富营养化、透明度低、溶解氧低等水生生态系统遭到破坏的湖泊型饮用水源地进行修复；也可以用于对景观水体的修复，具体的，可以对水体富营养化、透明度低、散发异味、淤泥沉积严重等景观水体进行修复。

本发明提供了采用上述技术方案所述水体修复系统对待处理的水体进行修复的方法，具体为：

在所述待处理的水体中铺设人工介质、供电系统、曝气系统和电解池；

在所述待处理的水体中设置沉水植物；

在所述待处理的水体中放养水生动物。

在本发明的实施例中，在设置上述水体修复系统前，可以先对待净化的水域进行清理和整治，清除水体中的干扰物质，如大型枯枝。

本发明可以根据待处理水域周围环境的特点，结合待处理水域的总体要求，合理选择合适的供电方式和供电设备类型；根据水体污染的情况选择修复区域占总水域的比值，以及选择合适的沉水植物和水生动物的种类、搭配方式，可以根据水体的深浅选择人工介质设置的方式。

在本发明的实施例中，所述水体修复系统在待处理水体中设置的面积大于待净化面积的20％，还可以大于待净化面积的25％，也可以大于待净化面积的30％；所述水体修复系统在待处理水体中设置的深度可以为0.5m～3.0m，还可以为1.0m～2.5m，也可以为1.5m～2.0m。

采用本发明提供的水体修复系统对景观水体进行修复时，可结合景观布置的总体要求合理选择供电系统的供电方式以及供电设备，如可以把太阳能电池板和景观水体周边的景观柱相结合，曝气系统和喷泉、水转筒车等景观装置结合；根据水体污染情况选择修复区域占总水域的比值，以及选择沉水植物和水生动物的种类、搭配方式，根据水体的深浅等特点选择人工介质单元设置方式。

本发明提供了一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。将本发明提供的水体修复系统用于待处理的水体中，所述供电系统为所述曝气系统和电解池提供电力，所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内，电解池的阳极区利用水体中已经存在的氯离子，将其原位转化为活性氯混合氧化试剂，降解水体中的藻毒素等难降解的有机污染物，阴极区还原曝气系统附近的氧气，生成双氧水等物质；所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连，组成微生物燃料电池，其中铁碳结合碳素纤维介质构成微生物燃料电池的阴极电极，曝气系统构成微生物燃料电池的空气阴极电极，空气阴极电极区通过还原曝气系统附近的氧气，生成双氧水等物质，所述铁碳结合碳素纤维介质还能够通过铁碳微电解反应，源源不断的向水体中提供Fe²⁺，形成的微生物燃料电池和所述电解池生成的双氧水，利用芬顿原理，生成羟基自由基，可达到高效灭活藻细胞、快速降解藻毒素等有机物的目的。

通过本发明提供的水体修复系统的各组件相互作用，充分发挥了芬顿反应的优势，抑制藻类的繁殖，提高对藻毒素的降解能力，进一步加强了水体的净化能力。在此过程中水质净化和水底有机淤泥分解同时进行，各个系统得以有机的结合，无需清淤排泥，不仅降低了水体氮磷含量，使水体生态系统得以恢复，而且把底泥中的有机质转变为可被人类食用的大量肉类蛋白，减少底泥中有机质的累积量，从根本上改善了水体环境。

本发明提供的水体修复系统通过营造微生物、沉水植物和水生动物良好的生存环境，使水体生态系统得以恢复，形成良性生物链，增强了水体自净能力。本发明可根据待处理水域的具体条件选择合理的搭配方式，不但能改善水体质量，而且碳纤维材料用量少且能重复利用，铁质材料的来源广泛，价格低廉，操作简便，净化效果好，不会对环境产生二次污染，风能太阳能可以长久利用，节约了大量的能源，可适合较大范围的使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水体修复系统，包括供电系统、曝气系统、沉水植物、水生动物、人工介质、电解池和电阻器；

所述供电系统分别与所述曝气系统和电解池相连，为所述曝气系统和电解池提供动力；

所述人工介质包括固定装置和设置在所述固定装置上的铁碳结合碳素纤维介质，所述铁碳结合碳素纤维介质包括铁质材料和悬挂于所述铁质材料上的碳素纤维；

所述铁碳结合碳素纤维介质通过电阻器与曝气系统相连；

所述电解池设置在所述曝气系统的曝气范围内；

所述沉水植物、水生动物和人工介质分散在待修复的水体中。

2.根据权利要求1所述的水体修复系统，其特征在于，所述供电系统为风光互补供电系统；

所述风光互补供电系统包括风力发电机、太阳能电池、整流器和蓄电池；

所述风力发电机和太阳能电池通过所述整流器将电能储存在蓄电池中。

3.根据权利要求1或2所述的水体修复系统，其特征在于，所述供电系统在水体中的设置密度为1套/(10～1000)m²。

4.根据权利要求1所述的水体修复系统，其特征在于，所述曝气系统包括曝气泵和与所述曝气泵相连的微孔曝气器；

所述曝气泵与所述供电系统相连；

所述电解池设置在所述微型曝气器的曝气范围内。

5.根据权利要求4所述的水体修复系统，其特征在于，所述曝气系统的在水体溶解氧低于3mg/L～4mg/L时运行。

6.根据权利要求1所述的水体修复系统，其特征在于，相邻人工介质的间隔距离为0.5m～2.5m。

7.根据权利要求1所述的水体修复系统，其特征在于，所述沉水植物在水体中的设置区域宽度为1.0m～3.0m；

所述沉水植物的设置密度为(10～100)株/m²。

8.采用权利要求1～7任意一项所述的水体修复系统对待处理的水体进行水体修复的方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水体修复的方法包括以下步骤：

在所述待处理的水体中铺设人工介质、供电系统、曝气系统、电解池和电阻器；

在所述待处理的水体中设置沉水植物；

在所述待处理的水体中放养水生动物。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述水体修复系统在待处理水体中设置的面积大于待净化面积的20％；

所述水体修复系统在所述待处理水体中设置的深度为0.5m～3.0m。