CN105540858B - 利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了利用底层微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统和方法。本发明利用底层微曝气改良黑臭河道污染底泥，控制底泥污染物释放，辅助沉水植物生长，削减氨氮；同时根据植物的季相变化，利用伊乐藻‑苦草组合建立常绿型沉水植被，并配植伴生种为金鱼藻、穗花狐尾藻、轮叶黑藻，建立稳定的沉水植被，达到改善河道水质的目的。沉水植物的引入利用可升降浮床克服黑臭河道水质改善工程初期透明度低的问题。本发明验证了特定沉水植被可以在黑臭河道中构建的可能性，水质改善显著，操作简单，工程量小，经济实用。

Description

利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统及方法
技术领域
本发明属于水环境治理与生态修复领域，具体涉及河道污染治理、生态修复及水体景观营造技术。
背景技术
城市河道由于长期污染物质的输入，导致河流污染负荷增加，不足以完成污染物质的转移和降解，水体自净能力下降，破坏河道的生境，导致河流生态系统的退化。同时，由于城市河道长期的滞留，大量的营养物质、重金属严重积累沉积在底泥中，形成恶性循环，污染的底泥也成为内源性污染源。另外，城市河流边坡的硬质化截断了河流的自然生态链，使得滨岸带在污染截留和控制方面的功能几乎消失殆尽。外源城市污水排放、内源污染底泥释放，污染严重；而滨岸带控制能力减弱使城市河流水质恶化并产生黑臭现象已成为我国水环境的一个重要的问题，严重影响生态环境的美观，影响当地居民的正常生活，甚至危害当地居民的身体健康。因此，治理黑臭河道已是我国当前迫切任务。
水生植被恢复是水环境生态修复过程中关键步骤，沉水植物的生长有助于提高水体的自净能力，在水质净化中起着关键性的作用：1）沉水植物能吸收无机磷酸盐、铵态氮、硝态氮转化利用成为植物体一部分，与浮游植物竞争营养物质；2）沉水植物根系、茎叶形成天然的拦截网络，对水流有一定的阻拦作用，降低水流速度，改善水力条件，减缓养分的运输，加速N、P界面交换和传递，使植物、微生物能够与污水更充分地接触和反应；3）沉水植物可以为微生物提供介质环境，利于微生物的生产。植物的分泌物可以提供碳源，还可以通过茎叶向根部输送O2以在根部形成好氧微区；4）沉水植物占据水-陆界面及沉积物-上覆水界面，可以为浮游动物提供避难所、产卵地，减少浮游动物被鱼类捕食的危险；5）沉水植物可以释放硫化物、聚乙炔、多元酚、含氧脂肪酸等化感物质限制浮游植物生长。由于上述水生植物的生态功能，利用水生植物治理河道、修复生态技术已有较多应用与实践，但是利用沉水植物治理黑臭河道还没有成功案例，研发该方面技术，攻克沉水植物在黑臭河道水体中生长难题、选择适应黑臭水体生长的物种对于我国开展黑臭河道治理具有重要意义。
不同植物特性不同，伊乐藻适应力极强，只要水上无冰即可栽培，气温在5℃以上即可生长，在寒冷的冬季能以营养体越冬，当苦草、轮叶黑藻尚未发芽时，该草已大量生长，而且通过我们现场研究方发现，伊乐藻能够很好适应重污染水体；金鱼藻、狐尾藻耐污能力强，狐尾藻耐碱，有一定去污能力；菹草、苦草、轮叶黑藻等净化效果较好，繁殖速度也较快，但耐污能力适中，高浓度N、P对苦草生长有一定方面影响，研究发现水体充氧可以改善其生长条件，促进繁育。微齿眼子菜净化效果非常好，繁殖效率也高，但耐污能力相对较弱。然而，修复初期水体浊度高、透光少，污染严重，很难直接重建一些耐污能力一般的沉水植物，一般情况下需要一步一步进行。因此，我们采用可升降浮床种植沉水植物，待水体改善、透明度提高后逐步下降植物生长承载床的方法建立沉水植被。
通过疏浚、清淤等物化方法减少内外源营养负荷，但通常疏浚、清淤需要较大的工程耗费，且很多河段由于周围建筑物较多、护岸基础较弱而不能开展河道疏浚。因此，采用底层微孔曝气方法可以改善污染底泥，抑制底泥中污染物释放，同时可以促进沉水植物生长。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用沉水植物改善黑臭河道水质、修复生态的系统及方法。其特点是工程量小、工程造价低廉、操作简单易行、效果好。该方案主要适用于氨氮含量低于15mg/L的黑臭河道。
本发明所要解决的问题在于，筛选适应于黑臭水体生长的沉水植物；黑臭河道透明度低，初期沉水植物难以种植；大部分植物夏季生长旺盛，冬季净水能力减弱，建立常绿型沉水植被。
本发明的目的之一是提供一种利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统，该系统由底层微孔曝气装置和沉水植物承载床构成。
所述底层微孔曝气装置包括微孔曝气盘，主曝气管道，支曝气管道及空气压缩机，所述空气压缩机固定于护岸上且与主曝气管道相连通，所述微孔曝气盘安装于河道底部距离底泥表面30cm处，且与主曝气管道通过支曝气管道相连，该微孔曝气盘的支架共4层，最上端直径25cm，底部圆圈直径40cm，上端3层盘绕微孔曝气管，下端第2层距离底圈0.3m，底圈放置于底泥表面。
所述沉水植物承载床为可升降浮床，包括承载床体、毛竹桩及连接绳；所述承载床体用6分镀锌铁管制做成长方形框，用三维植生网作为植物生长基床，厚度3cm；用毛竹桩和塑料绳固定承载床，初期在水下悬挂高度为水体透明度的1-1.5倍深度，随水体透明度提高和植物生长可以依据实际情况逐步下降承载床，直至放置河底，放置河底时水体透明度>1/2水深，以保证沉水植物可以充分利用水下光照供其生长。
所述微孔曝气盘安装密度为1个/50m2，所述植物生长基床上种植有沉水植物，所述沉水植物包括伊乐藻、苦草、穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻中的一种或几种。
本发明的目的之二是提供一种利用上述系统改善黑臭河道水质的方法，先利用底层微孔曝气装置对黑臭河道进行底层微曝气，然后在沉水植物承载床中种植沉水植物，秋季11月下旬种植伊乐藻，翌年春季（3-4月份）种植苦草，构建建群种，穗花狐尾藻、黑藻、金鱼藻等于4-6月份在时空方面配合种植，利用植物群落净化水体、改善水质，恢复受损河道生态系统。
所述沉水植物包括伊乐藻、苦草、穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻中的一种或几种；利用伊乐藻与苦草为建群种，穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻为伴生种，在时空方面配合种植。伊乐藻与苦草在不同时间引入种植；金鱼藻、穗花狐尾藻与轮叶黑藻在不同修复阶段逐步引入种植。在河道中利用可调控浮床种植沉水植物，调节植物种植深度以适应黑臭黑道不同阶段河水透明度。
具体地，采用底层微孔曝气，曝气盘出气量以不掀起表层底泥为标准，河道曝气抑制底泥释放。
具体地，伊乐藻可在冬季生长，另外配合种植夏季生长的沉水植物可以选用苦草、轮叶黑藻、穗花狐尾藻、金鱼藻等。伊乐藻栽种时选择秋季（11月下旬）植株移栽；苦草于翌年3-4月采用球茎栽种；轮叶黑藻采用冬芽于4月份种植和5月份植株移栽；穗花狐尾藻和金鱼藻于5-6月采用植株移栽。移栽植物时可以将可升降浮床提升至水面进行。
本发明的有益效果在于：采用底层微孔曝气方法可以改善污染底泥，抑制底泥中污染物释放，同时可以促进沉水植物生长。利用可升降浮床种植沉水植物可以克服黑臭河道水质改善工程初期透明度低的问题。本发明验证了沉水植被可以在黑臭河道中构建的可能性，水质改善显著，操作简单，工程量小，经济实用。
附图说明
图1是底层微孔曝气安装示意图。在河道底部距离底泥表面30cm处安装微孔曝气盘，微孔曝气盘安装密度1个/50m2，曝气盘出气量以不掀起表层底泥为标准。
图2是沉水植物承载床安装示意图。（1）承载床体用6分镀锌铁管和镀锌弯头制作成长方形框，大小可根据河道宽度确定，用三维植生网作为植物生长基床，厚度3cm，固定在镀锌铁管方框上；（2）用毛竹桩和塑料绳在四角处固定承载床，初期在水下悬挂高度为水体透明度的1-1.5倍深度，随水体透明度提高和植物生长可以依据实际情况逐步下降承载床，直至放置河底，放置河底时水体透明度>1/2水深。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明。
实施例1
一种利用沉水植物改善黑臭河道水质、修复生态的系统，构建方法包括以下步骤：
1.拦截外源排污口废水。禁止不合理、非法排污，封闭排污口。
2.河道曝气，采用河底微孔曝气，在河道底部距离底泥表面30cm处安装微孔曝气盘，微孔曝气盘支架最上端直径25cm，底部圆圈直径40cm，共4层，上端3层盘绕微孔曝气管，最下端2层间距离30cm，微孔曝气盘安装密度1个/50m2，曝气盘出气量以不掀起表层底泥为标准，抑制底泥释放，改善植物生存环境。
3.可调控浮床，1）承载床体用6分镀锌铁管和镀锌弯头制作成长方形框，大小可根据河道宽度确定，用三维植生网作为植物生长基床，厚度3cm，固定在镀锌铁管方框上；2）用毛竹桩和塑料绳在四角处固定承载床，初期在水下悬挂高度为水体透明度的1-1.5倍深度，随水体透明度提高和植物生长可以依据实际情况逐步下降承载床，直至放置河底，放置河底时水体透明度>1/2水深。
4.种植植物：1）于秋季11月下旬种植伊乐藻，种植密度为5丛/m2；翌年3-4月份采用苦草球茎种植苦草，构建建群种。2）轮叶黑藻采用冬芽于4月份种植，或5月份植株移栽，冬芽密度约100个/m2，植株移栽5-6丛/m2；穗花狐尾藻和金鱼藻于5-6月采用植株移栽，植株移栽5-6丛/m2；构建伴生种。
5.待水质提高，水体透明度增加后，将植物下降至<水体透明度2倍处，直至放置于水底。
实施例2：嘉兴市南湖区吉洋浜部分黑臭岸段水体修复工程
（1）首先，2014年2月在拟实施的水质修复的工程区内，铺设底泥微曝气主管道及支管道，在河道底部距离底泥表面30cm处安装微孔曝气盘，微孔曝气盘支架最上端直径25cm，底部圆圈直径40cm，共4层，上端3层盘绕微孔曝气管，最下端2层间距离30cm，微孔曝气盘安装密度1个/50m2，曝气盘出空气量5m3/m2•h。
（2）安装沉水植物承载床。1）承载床体用6分镀锌铁管和镀锌弯头制作成长方形框尺寸为1m×2m，用三维植生网作为植物生长基床，厚度3cm，固定在镀锌铁管方框上；2）用毛竹桩和塑料绳在四角处固定承载床，初期在水下悬挂高度为水体透明度的1倍深度，水深为60cm。
（3）恢复沉水植物。然后在沉水植物承载床中种植沉水植物， 11月下旬种植伊乐藻，春季3月5日~8日种植苦草，构建建群种。穗花狐尾藻、黑藻、金鱼藻在4月5~10日配合种植，利用植物群落净化水体、改善水质，恢复受损河道生态系统。
（4）工程水质净化效果跟踪测定。沉水水生植物恢复一年后，2015年五月对工程区内水质及沉水植被进行检测，发现在工程区内水体透明度由工程实施前的不足30cm提高至目前的60~80cm，水中氨氮及总磷平均下降45%和58%。底泥磷酸盐的释放速率为由对照区的8.5±1.2mg/(m2•d)下降至0.25±0.02mg/(m2•d), 水生植物盖度由对照区的不足5%，工程区内沉水植物52%。

Claims (9)

1.一种利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统，其特征在于，该系统由底层微孔曝气装置和沉水植物承载床构成；
所述底层微孔曝气装置包括微孔曝气盘，主曝气管道，支曝气管道及空气压缩机，所述空气压缩机固定于护岸上且与主曝气管道相连通，所述微孔曝气盘安装于河道底部距离底泥表面30cm处，且与主曝气管道通过支曝气管道相连，该微孔曝气盘的支架共4层，最上端直径25cm，底部圆圈直径40cm，上端3层盘绕微孔曝气管，下端第2层距离底圈0.3m，底圈放置于底泥表面；
所述沉水植物承载床为可升降浮床，包括承载床体、毛竹桩及连接绳；所述承载床体用6分镀锌铁管制做成长方形框，用三维植生网作为植物生长基床，厚度3cm；用毛竹桩和塑料绳固定承载床，初期在水下悬挂高度为水体透明度的1-1.5倍深度。
2.根据权利要求1所述的利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统，其特征在于，所述微孔曝气盘安装密度为1个/50m2。
3.根据权利要求1所述的利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统，其特征在于，所述植物生长基床上种植有沉水植物。
4.根据权利要求3所述的利用微曝气和沉水植物改善黑臭河道水质的系统，其特征在于，所述沉水植物包括伊乐藻、苦草、穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻中的一种或几种。
5.一种利用权利要求1所述系统改善黑臭河道水质的方法，其特征在于，先利用底层微孔曝气装置对黑臭河道进行底层微曝气，然后在沉水植物承载床中种植沉水植物改善水质，恢复受损河道生态系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述沉水植物包括伊乐藻、苦草、穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻中的一种或几种；利用伊乐藻与苦草为建群种，穗花狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻为伴生种，在时空方面配合种植。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：伊乐藻与苦草在不同时间引入种植；金鱼藻、穗花狐尾藻与轮叶黑藻在不同修复阶段逐步引入种植。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在河道中利用可升降的沉水植物承载床种植沉水植物，调节植物种植深度以适应黑臭黑道治理初期阶段河水的低透明度。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述曝气盘出气量以不掀起表层底泥为标准。
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