CN109987713A

CN109987713A - 用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方

Info

Publication number: CN109987713A
Application number: CN201711482430.1A
Authority: CN
Inventors: 谢悦波; 姚竣耀; 刘才群; 罗昆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-09

Abstract

本发明公开一种潜浮式生态水立方系统，应用于河流、湖泊、水库、河口及海湾黑臭污染治理、生态修复、水质提升及水体维；该系统包括箱体、曝气导杆、“生态水肺”、挺水植物、沉水植物、植入微生物的微生物载体、外接人工光源等装置；挺水植物及沉水植物分别生长于系统上表面和四周侧表面，充分利用水底到水面的立体空间，增加植物与水体接触作用面积，充分吸收氮磷、降低悬浮物及提供生态需氧量；微生物载体中植入微生物菌剂，增加微生物接触作用的比表面积；利用水生动物组成的“生态水肺”滤食浮游藻类、悬浮颗粒及有机碎屑等富营养物质，提高水生植物的光合作用和对氮磷的吸收作用，消除水体黑臭，建立水体生态系统。

Description

用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方

技术领域

本发明涉及生态环境工程技术领域，特别是一种用于河流、湖泊、水库、河口及海湾黑臭污染治理、生态修复及水质提升的潜浮式生态水立方系统。

背景技术

随着社会经济的发展和人口的增加，我国水环境污染问题日趋严重。城市河湖景观水体是一个复杂的生态系统，影响景观水感官的因素包括悬浮物、溶氧、富营养物质等，单靠传统单一的技术处理是不能完全解决的，而是要采用综合技术手段，即通过构建完整的水生态系统，充分利用生态系统修复能力的优势，才能从根本上解决问题。

目前主要通过建设人工湿地、植物缓冲带、生态浮床或生态浮岛对污染河流、湖泊、水库进行治理及修复，生态浮床或生态浮岛是以水生植物为主体，运用无土栽培技术，使用可漂浮于水面的材料为载体，采用现代农艺的水面无土种植植物技术，建立人工小生态环境，以削减水体中的污染负荷。但现有的生态浮床或浮岛其缺点主要体现在以下几方面：

1)仅在表面种植挺水植物，或在其下悬挂填料组合使用，但填料挂膜受水流、微生物种类等的影响，对水体污染物的作用效果单一，具有局限性。

2)对水体空间的利用率小。普通生态浮床或浮岛仅使用了河流、湖泊、水库的水面、浅表面，作用空间范围较小，治理效果有限。

3)覆盖面积较大，会遮蔽射入水体中的阳光，严重影响水体中沉水植物、浮游植物、微生物等的光合作用及呼吸作用，抑制沉水植物正常的生长、繁殖，从而影响植物的治理效果并带来次生污染。

4)受水体溶解氧的限制。污染河流、湖泊、水库溶解氧较低，悬浮物含量高，过低的溶解氧会影响植物的生长，从而影响治理效果。

5)随着水深的增加，普通生态浮床对水位相对较深的河流、湖泊、水库中下层污染物的吸收逐渐减小，并且对水体底泥中的污染物降解产生不了直接作用。

现有生态修复系统中也会涉及到对沉水植物的应用，但该应用同样有局限性：

1)一般的沉水植物种植需在河流、湖泊、水库排水、清淤后进行人工栽培，成本较高；

2)栽培方式有抛种、抛苗、扦插等，在河流、湖泊、水库存量或增量污染超过其纳污及耐污能力的范围后，其成活率低、维护成本高，在行洪河流、湖泊、水库或季节性河、湖等不适宜该种植方式；

3)对于硬化河床不适宜生长；

4)易被底栖水生动物及水流破坏，维护成本高；

5)在污染河流、湖泊、水库中，高含量的悬浮物不仅会显著降低水体透明度，其次悬浮物在沉水植物表面附着，受光照的限制，会严重影响沉水植物的光合作用及呼吸作用，抑制沉水植物正常的生长、繁殖，从而影响沉水植物的治理效果并带来次生污染。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构完整的由挺水植物、“生态水肺”、沉水植物、微生物、微生物载体、曝气导杆、曝气装置、外接人工光源等共同组成的潜浮式“生态水立方”系统，该系统以充分利用水体营养和空间的原则，应用物种间共生关系，建立人工小生态环境，以削减水体中的污染负荷，同时该“生态水立方”系统可根据水位的高低自动调节单元体在水体中的上下位置，不妨碍水体的行洪；本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于河流、湖泊、水库、河口及海湾黑臭污染治理、生态修复及水质提升的潜浮式生态水立方系统，包括浮箱及贯穿浮箱中心的曝气导杆以及“生态水肺”、挺水植物、沉水植物、生物填料，该系统(浮箱)的形状可为规则或不规则形态，体积根据治理地水体实际情况进行设计调整；

1)所述浮箱为采用高分子材料(如聚乙烯)或金属材料(如合金金属)的中空腔体，浮箱上表面和下表面的中心均设有通孔，曝气导杆通过通孔纵向贯穿浮箱，浮箱沿着曝气导杆上下浮动；

2)浮箱内部沿侧壁及底面设有生物填料(厚度范围10～20cm)，浮箱浮力≥生态水立方自重，浮箱形状根据整个生态系统形状而定，可为规则型或异型，提供整个系统在水中的浮力，使系统能随水位高低上下浮动，以确保挺水植物的根系与水接触、沉水植物始终没入水中；

3)所述曝气导杆材料为空心硬质管(如金属或高分子材料)，曝气导杆直径范围为(Φ25～Φ50，即25～50mm)，曝气导杆表面设有贯通曝气导杆表面的曝气孔，曝气孔孔径φ5～8(5～8mm)左右，10～15个/m均匀分布于曝气导杆表面，曝气导杆与外接的曝气系统相连；启动曝气或在水流推动下，曝气导杆是“生态水立方”的旋转轴心；曝气导杆的直径和长度根据待治理水体的污染程度及水位纵深确定。

具体实践中，曝气导杆通过锚索固定(悬浮状态)于河床或河岸，起到定位、牵引的作用，并提供生态水立方随水位浮沉的行程，具体而言，曝气导杆可以通过扦插固定或锚串串链式固定的方式固定于河床，或者通过拉索或挑杆固定于河岸。

4)浮箱上表面外侧设有筛网，筛网与浮箱上表面之间填充生物填料，二者(及筛网与填充与筛网与浮箱上表面之间的生物填料)共同组成的挺水植物生长界面，设置筛网是为了达到固定挺水植物和挺水植物生长界面的填料的目的，筛网的孔径约50×50mm，具体孔径根据所种植植物品种及水体情况而定。

挺水植物生长界面的生物填料厚度10～15cm，该生物填料由微生物载体和微生物组成，其中，微生物载体可以选择疏松的无机载体(如火山岩、硅藻土、硅胶粉、湖珊瑚石、沸石、麦饭石、高岭土、金属氧化物、金属氧化物纳米粒子、微孔陶瓷或微孔玻璃)或有机载体(如高分子聚合物或多糖)，利于通气、排水、植物生根；

浮箱表面引入食腐动物，如蜗牛、蚯蚓等，加速分解死亡植株、落叶形成的腐殖质，减少腐殖质对水质的影响。

挺水植物生长界面内种植挺水植物，其根系通过顶部浮箱孔隙向下生长没入水中，通过发达的根系吸收水中的富营养物质，达到降解水体有机物的目的；具体实施中挺水植物的种植密度根据所种品种视情况而定，可以选择的所述挺水植物包括萍蓬草、燕子花、水葱、鸢尾草、水芹、大薸、大聚藻、小香蒲和千屈菜中的一种或多种。(参考以下文献：金树权，周金波，朱晓丽，等.10种水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究[J].农业环境科学学报，2010，29(8):1571-1575.)

5)浮箱1外壁四周设有网状骨架(孔径约50×50mm，具体孔径根据所种植物品种及水体情况而定)，网状骨架与浮箱外壁之间填充生物填料，二者(即网状骨架与填充于网状骨架与浮箱外壁四周之间的生物填料)共同构成沉水植物种植界面，填充与沉水植物种植界面中的生物填料厚度范围10～15cm；网状骨架材质可以选择金属、陶瓷、塑料及生物质等可降解或回收的环保材料；

具体实施过程中，本发明提供的生态水立方可应用水体条件为：水深H≥0.5m、水体流速V＜0.9m/s；

沉水植物的种植密度根据所种植物品种视情况而定，可选择的沉水植物有黑藻、轮叶黑藻、苦草、金鱼藻、狐尾藻、穗花狐尾藻、茨藻、小茨藻、菹草、马来眼子菜、篦齿眼子菜、微齿眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜、狸藻、伊乐藻、水蕴草、水毛茛、杉叶藻和角果藻等。

6)曝气导杆6与浮箱1中空腔体所形成的空间内养殖有水生动物5，所选择的水生动物应可在－20℃以内生存，如螺蛳、河蚌等；该空间与水生动物共同组成“生态水肺”；

“生态水肺”中，水生动物的养殖密度20～30个/㎡，水生动物滤食水中的浮游藻类，滤食性贝类对浮游藻类的摄食过程是一个将水体中营养盐从水体向沉积物转移的过程，从而降低了水体营养盐浓度。此外，水体中的悬浮颗粒及有机碎屑是水体营养盐和污染物的主要载体，它们的大量存在会影响水体的透明度、不利于水体的自净作用正常进行，贝类对悬浮颗粒物的去除可显著增加水体透明度，提高水生大型植物的光合作用和对氮磷营养盐的吸收作用，达到降低水中营养盐的目的。

6)本发明所述生物填料(包括沉水植物种植界面内的生物填料、挺水植物种植界面内的生物填料和浮箱内侧壁和底面的生物填料)是由微生物载体和微生物组成；其中，微生物载体可以选择无机载体或有机载体；所述无机载体可以选择具有吸附作用且对水体不会造成次生污染的无机填料，具体可以选择如火山岩、硅藻土、硅胶粉、湖珊瑚石、沸石、麦饭石、高岭土、金属氧化物、金属氧化物纳米粒子、微孔陶瓷或微孔玻璃中的一种或多种；所述有机载体可以选择高分子聚合物或多糖。

在实际应用中，根据被污染水体污染物质的不同，所用微生物种类各不相同，主要包括如光合细菌、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌等微生物中的一种或多种对水质有净化作用的菌类，通过微生物的吸收、转化、分解和降解被污染水体中的污染物。(如参考以下文献：吴霞，谢悦波.直接投菌法在城市重污染河流、湖泊、水库治理中的应用研究[J].环境工程学报，2014，8(8):3331-3336；或者，宋雅静，谢悦波，黄小丹.本源微生物菌剂修复城市污染河流、湖泊、水库[J].环境工程学报，2012，6(7):2173-2177；或者，范荣亮，谢悦波，Yudianto D，等.复合微生物菌剂及酶制剂治理湖泊蓝藻的研究[J].水电能源科学，2010(2):35-37；或者，聂秋月，谢悦波，庄景，等.高效微生物治理蓝藻实验[J].世界科技研究与发展，2008，30(4):430-432；或者，王平，吴晓芙，李科林，等.应用有效微生物群(EM)处理富营养化源水试验研究[J].环境科学研究，2004，17(3):39-43)。

8)曝气导杆内部连有曝气装置，气体通过曝气导杆表面的曝气孔进入“生态水肺”内，曝气的方式可根据被污染水体实际情况而确定，可进行纯氧曝气、空气曝气、臭氧曝气或气液混和曝气，同时还可通过曝气装置进行生物絮凝剂的添加；

进一步，该生态水立方系统还安装有外接人工光源，外接人工光源可安装在生态水立方腔体(浮箱)的内部(沉水植物与曝气导杆之间的任意位置如“生态水肺”)或外部(沉水植物种植界面外)，竖直或横向安装均可；

外接人工光源使沉水植物、微生物、水生动物的生长不再受光照和温度的限制，加强沉水植物的光合作用，同时利用浮游动植物及微生物的趋光性，在外接人工光源附近富集，通过“生态水肺”、微生物的共同作用，有效提高水体透明度。

进一步，该生态水立方系统浮箱底端处设有射流泵，当水流量低或水体静止时，可推动生态水立方围绕曝气导杆转动，沉水植物生长的每一面都能与阳光接触进行光合作用，同时生态水立方的转动可给水体增加溶解氧。

进一步，浮箱的上端设有提升环，便于维护及修理，在行洪时提出水面进行异位保养、维护。

进一步，该生态水立方系统浮箱的下端还悬挂设有生物填料或生物膜(微生物附着于微生物载体上生长即形成生物膜)，生物膜在微生物生长中脱落，可将微生物带入水体和水底，继续产生作用，生物膜还可补充水体中微生物的碳源；同时也可以提高氧的转移速率和利用率，使水、气、生物膜得到充分交换，高效降解、转化水中的有机污染物。

具体实施过程中，该生态水立方的单元体(即单个浮箱箱体)可为规则或不规则的几何立体形状，单元体的体积为0.01～1.0m³，并可根据被污染水体实际情况，仅应用生态水立方的部分功能或全部功能，单元体可进行任意组合使用。

本发明提供的生态水立方系统中，设有曝气孔的曝气导杆提供“潜浮式生态水立方”系统上下行程、提供曝气、旋转轴心，为挺水植物、沉水植物以及微生物提供氧气，增加水体溶解氧，并加快生物膜挂膜效率；系统内设置外接人工光源，减小温度及光照对水生动植物、微生物生长的影响，提高治理效率和效果；同时外接人工光源富集浮游动植物和藻类，通过水生动物的摄取，提高水体透明度；在生态水立方系统曝气导杆上端固定设有提升环结构，可用于对生态水立方的安装、提取、维护等；生态水立方系统的固定方式有锚链固定及多个系统进行串、并联组合固定等。

具体而言，本申请具有以下有益效果：

1)由“生态水肺”、挺水植物、沉水植物、植入微生物的微生物载体、外接人工光源、曝气、曝气导杆组成的生态水立方系统，应用于污染水体治理、水质提升、水体维护，对生态环境进行综合治理，大大提高了工作效率和治理效果。

2)整个生态水立方为立体结构，沉水植物生长于立体结构的四周侧表面，充分利用了水体的立面空间，不仅仅局限于水面或水体底部的平面，增加了沉水植物、植入微生物的微生物载体等与水体的接触和作用面积，处理效果更高效。

以表面积πr²(㎡)，没水深度h(m)的圆柱形“生态水立方”系统为例，相较于普通的表面积为πr²(㎡)的生态浮床或普通种植于水体底部面积为πr²(㎡)的沉水植物，“生态水立方”增加的作用面积为：2πrh(㎡)；若“生态水立方”悬挂有植入微生物的微生物载体，则增加的作用面积＞2πrh(㎡)。

3)系统使用如金属、高分子材料及生物等可降解或回收的环保等材料，无次生污染。

4)利用水生动物组成的“生态水肺”，滤食浮游藻类、悬浮颗粒及有机碎屑等水体营养盐和污染物，显著增加水体透明度，提高水生大型植物的光合作用和对氮磷营养盐的吸收作用，提高治理效率和效果。

5)外接人工光源的使用不仅解决了透光性不足对沉水植物生长限制的问题，同时富集水体中的浮游植物和藻类，通过水生动物进行降解，提高水体透明度。

6)结合曝气系统不但增加了水中溶解氧浓度，同时加快植入微生物的微生物载体的挂膜速度，形成一种有多种微生物和水生动植物共存的复杂生态系统，有细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物、底栖动物和深水动物等，并增加生物膜上微生物的种类及数量，通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及微生物和水生生物功能上的协同作用去除污染物，提高生物膜食物链结构，降低生物膜的产泥量，同时能提高对水体有机负荷以及NH₃—N的去除率。

所用曝气方式根据被污染水体实际情况确定，可为纯氧曝气、空气曝气、臭氧曝气或气液混和曝气，同时可通过曝气装置进行生物絮凝剂的添加。

7)植入微生物的微生物载体中使用的微生物为由几十种微生物组成的土著微生物菌群及采自长江上游雪线以上的微生物组成，微生物种类包含光合细菌、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、古生厌氧菌、极端微生物等等，投放时可以通过逐渐增加污染物浓度进行驯化后接种，提高了挂膜效率；植入微生物的微生物载体表面粘附的来自河流、湖泊、水库中的悬浮有机物为藻类的生长提供了部分营养物质，填料载体为藻类的附着生长提供了较为固定的基质，中层的水力扰动较表层低，受水力冲刷较小，微型动物更容易附着于填料上；植入微生物的微生物载体与挺水植物、沉水植物、曝气系统结合，植物根系和曝气系统为好氧异养菌及微型动物创造良好的环境条件，通过微生物的作用，显著降低水体浊度，并且削减水体COD、N和P等污染负荷，提高水体DO含量，提高水体透明度，从而为后续的高等水生动植物的生态修复创造有利的前提条件。

8)沉水植物的种植不受水体水位影响，生长于生态水立方四周侧表面，便于清理和收割，同时结合植入微生物的微生物载体为浮游动物提供了食物来源和栖息、生长场所，沉水植物不再局限于生长在水体底部，不再受底栖水生动物及水流的破坏。

9)通过锚索或串链式串联固定曝气导杆于河床或河岸，使生态水立方以曝气导杆为中心轴、随水位高低进行升降；整个生态水立方可由曝气导杆上安装或取出，如若进入汛期，可将整个生态系统从滑杆曝气导杆中取出进行异位养护，不影响水体的行洪；安装及养护更简便。

10)根据被污染水体实际情况，生态水立方的每一个功能块可自由组合全部或部分使用。

11)治理同时提升水质，无需清淤和减排水。

12)通过外接人工光源对局部水温进行调节，使局部范围内的水生动植物、微生物保持活性，提高治理效率。

13)抑制和减少有害藻类(如蓝藻等)的产生。

14)系统中的电源可以由节能环保的太阳能、水能或风能提供。

15)该系统可实现工厂化、标准化、模块化生产，利于现场的组装和维护、多功能污染治理技术的集成。

本发明提供的生态水立方系统可应用于自然及人工河流、湖泊、水库、湖泊、江、海等的生态重建与恢复，保护水源地，治理硬质底型的水体黑臭、富营养化及水生植物退化、SS含量高、溶解氧低的现状，可实现水质提升、恢复水体自净及纳污能力、实现生态修复及维护。

附图说明

图1为本发明生态水立方系统结构及其局部放大示意图；

其中图1A生态水立方系统的结构示意图，图1B为图1A中I处局部放大示意图。

图2为本发明生态水立方系统结构及其局部放大示意图；

其中图2A生态水立方系统的结构示意图，图2B为图1A中I处局部放大示意图。

图3为本发明生态水立方系统在射流泵作用下旋转示意图。

图4为本发明系统实施例两种结构示意图。

图5为本发明生态水立方系统河床固定示意图。

图6为本发明生态水立方系统河岸固定示意图。

图7为本发明生态水立方系统组合使用示意图。

图中，1)浮箱；2)挺水植物；3)筛网；4)沉水植物生长界面；5)水生动物；6)曝气导杆；7)挺水植物种植界面；8)网状骨架；9)人工光源；10)沉水植物；11)生物填料；12)生物膜；13)射流泵；14)曝气孔：15)提升环。

具体实施方式

实施例中涉及的菌种均为本领域常规菌种，其中：

1)酵母菌、放线菌、乳酸菌、硝化细菌和反硝化细菌参见以下文献：

吴霞，谢悦波.直接投菌法在城市重污染河流治理中的应用研究[J].环境工程学报，2014，8(8):3331-3336.

宋雅静，谢悦波，黄小丹.本源微生物菌剂修复城市污染河流[J].环境工程学报，2012，6(7):2173-2177.

范荣亮，谢悦波，Yudianto D，等.复合微生物菌剂及酶制剂治理湖泊蓝藻的研究[J].水电能源科学，2010(2):35-37.

聂秋月，谢悦波，庄景，等.高效微生物治理蓝藻实验[J].世界科技研究与发展，2008，30(4):430-432.

王平，吴晓芙，李科林，等.应用有效微生物群(EM)处理富营养化源水试验研究[J].环境科学研究，2004，17(3):39-43。

(上述参考文献中“谢悦波”与本申请发明人“谢悦波”为同一人)。

其他菌种和微生物载体均可通过市购途径得到。

实施例1黑臭河流、湖泊、水库治理

在江苏某地黑臭河流、湖泊、水库投放潜浮式生态修复水立方系统，该系统结构如附图1-5所示：

一种生态水立方系统，包括浮箱1及贯穿浮箱中心的曝气导杆6、“生态水肺”、挺水植物2、沉水植物10、生物填料11、人工光源9、曝气装置、射流泵13；

1)浮箱1为采用高分子聚乙烯材料的中空腔体，浮箱1上表面和下表面的中心均设有通孔，曝气导杆6通过通孔纵向贯穿浮箱1，浮箱1沿着曝气导杆6在水体内上下浮动；

浮箱1内部沿侧壁及底面设有生物填料11(厚度范围10～20cm)，浮箱1形状根据具体需要而确定，可为规则型或异型；浮箱1提供整个生态水立方系统的浮力，其浮力≥生态水立方系统自重，以确保生态水立方系统能随水位高低上下浮动，挺水植物2的根系与水接触、沉水植物10始终没入水中。

2)曝气导杆6材料为空心硬质管(本实施例中为金属，具体实施中也可以使用陶瓷或塑料)，曝气导杆6直径为25mm(具体实施中，曝气导杆6可以根据实际情况选择25～50mm直径的空心管)，曝气导杆6表面设有贯通表面的曝气孔14，曝气孔14的孔径约为6mm左右(具体操作中可以根据实际情况确定)，曝气孔14以密度10个/m均匀分布于曝气导杆6表面，曝气孔14与曝气系统相连；曝气导杆6的直径、长度可以根据待治理河流、湖泊、水库的污染程度、水位及纵深确定；

本实施例中，潜浮式生态修复水立方系统是通过曝气导杆6末端悬浮固定于河床(图5A所示，扦插固定)，在具体实施中，曝气导杆6末端也可以通过锚串串链式固定(图5B)、或者其他方式(如销式固定)于河床；或者曝气导杆6可以通过顶端提升环15(图6)串串链式悬浮固定于河岸，此时，曝气导杆6末端还可以设有铅锤，以确保潜浮式生态修复水立方系统的稳定，并提供潜浮式生态修复水立方随水位浮沉的行程。

3)浮箱1上表面外侧设有筛网3，筛网3与浮箱1上表面之间填充生物填料，筛网3与填充于筛网3与浮箱1上表面之间的生物填料共同构成挺水植物生长界面7，本实施例中，筛网的孔径约50×50mm(具体实施中，孔径大小可以根据所种植植物品种及河流、湖泊、水库情况而定)；

挺水植物生长界面7的内生物填料的厚度范围10～15cm，该界面的无机填料中引入食腐性动物蚯蚓，并种植有挺水植物2，其根系通过浮箱顶部孔隙向下生长没入水中；

本实施例中所种植的挺水植物2为再力花10芽/丛、1～2丛/㎡，香蒲20～25株/㎡，黄菖蒲2～3芽/丛、20～25丛/㎡，水葱15～20芽/丛、8～12丛/㎡，千屈菜16～25株/㎡。

实际应用中，可以根据治理地情况，选择适宜的挺水植物，如再力花、香蒲、菖蒲、水葱、萍蓬草、燕子花、小香蒲、千屈菜等。

4)浮箱1外壁四周设有网状骨架8，其孔径约50×50mm，(具体孔径根据所种植植物品种及河流、湖泊、水库情况而定)，网状骨架8内填充生物填料，网状骨架8与填充于网状骨架8与浮箱1外壁之间的生物填料共同构成沉水植物种植界面(界面内生物填料的厚度范围10～15cm)；该网状骨架8为硬质材料，具体可以选择如金属、陶瓷、塑料及生物等可降解或回收的环保材料，无次生污染；

具体实施过程中，沉水植物10的种植密度根据所种植品种视情况而定，本实施例中选择的沉水植物10为苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻。

5)曝气导杆6与浮箱1中空腔体所形成的空间内养殖有水生生物，该空间与水生动物共同组成“生态水肺”；

本实施例中，所投放的水生动物为螺蛳和河蚌，投放密度为20～30个/m³，

实际应用中，还可以选择其他可在－20℃以下生存的水生动物。

6)本实施例中，所述生物填料8是由微生物与微生物载体组成：本实施例中微生物选用酵母菌和乳酸菌，具体实施中，还以使用其他光合细菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等对水质有净化作用的菌类；

微生物载体使用无机载体硅藻土，在具体应用中，微生物载体可以选择无机载体或有机载体；所述无机载体包括火山岩、硅藻土、硅胶粉、湖珊瑚石、分子筛、沸石、麦饭石、高岭土、金属氧化物、金属氧化物纳米粒子、微孔陶瓷、微孔玻璃中的至少一种；所述有机载体为高分子聚合物或多糖；

具体实施过程中，无机载体中植入微生物菌剂后使用，使之在潜浮式生态修复水立方系统上形成具有稳定降解有机物的生物膜。

7)曝气导杆6内部连有曝气装置，气体通过曝气导杆6表面的曝气孔14进入“生态水肺”内，曝气的方式可根据被污染水体实际情况而确定，本实施例中为空气曝气，具体实施中，还可以选择氧气曝气、臭氧曝气或气液混和曝气，同时可通过曝气装置进行生物絮凝剂的添加。

浮箱1底端处设有射流泵13，其推动生态水立方围绕曝气导杆转动(图3)，旋转确保沉水植物10生长的每一面都能与阳光接触进行光合作用，同时潜浮式生态修复水立方的转动可给水体增加溶解氧。

8)该生态水立方系统“生态水肺”还纵向安装有外接人工光源9，本实施例中外接人工光源9为LED灯管，在具体实施中，外接人工光源还可以选择其他冷外接人工光源或热外接人工光源(如光纤)；外接人工光源可安装在生态水立方腔体(浮箱1)的内部(沉水植物与曝气导杆之间的任意位置如)或外部(沉水植物种植界面外)，竖直或横向安装均可。

9)该生态水立方系统下端还悬挂设有生物填料，生物填料中的微生物附着于微生物载体上生长即形成生物膜12(图4)，本实施例中，生物填料的规格为φ150×100mm，悬挂长度根据水深确定。

本实施例中使用的潜浮式生态修复水立方系统在该黑臭河流、湖泊、水库的投放量为1～2个/平方米，投放方式为组合使用(图7)，治理时间为5月～10月，治理时长3～6个月，治理前后河流、湖泊、水库水质对比如表1所示：

表1河流、湖泊、水库治理前后水质对比

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，该潜浮式生态修复水立方包括浮箱、曝气导杆、生态水肺、挺水植物、沉水植物、微生物载体、微生物和曝气装置；

所述浮箱为中空腔体，浮箱上表面和下表面的中心均设有通孔，曝气导杆通过通孔纵向贯穿浮箱，浮箱内部沿侧壁及底面均设有生物填料；浮箱浮力≥生态水立方自重，且挺水植物的根系与水面接触、沉水植物始终没入水中；

所述曝气导杆为空心管，管壁设有曝气孔，曝气导杆与外接的曝气装置相连；曝气导杆悬浮固定于河床或河岸；

浮箱上表面外侧设有筛网，筛网与浮箱上表面之间填充生物填料，二者共同构成挺水植物生长界面；挺水植物生长界面内种植挺水植物；

浮箱外壁四周设有网状骨架，网状骨架与浮箱外壁之间填充生物填料，二者共同构成沉水植物种植界面，沉水植物种植界面内种植沉水植物；

曝气导杆与浮箱内中空腔体所形成的空间内养殖水生软体动物，该空间与水生动物共同组成生态水肺；

所述生物填料由微生物载体和微生物组成；

所述微生物载体为无机载体或有机载体；所述无机载体包括火山岩、硅藻土、硅胶粉、湖珊瑚石、分子筛、沸石、麦饭石、高岭土、金属氧化物、金属氧化物纳米粒子、微孔陶瓷、微孔玻璃中的至少一种；所述有机载体为高分子聚合物或多糖；

所述微生物包括光合细菌、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌等微生物中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述浮箱的材质为聚乙烯或金属；所述曝气导管的材质为金属或聚乙烯；所述网状骨架的材质为金属或聚乙烯。

3.根据权利要求1所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述挺水植物生长界面内还引入食腐动物，所述食腐动物包括蜗牛或蚯蚓中的至少一种。

4.根据权利要求1所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述挺水植物至少包括萍蓬草、燕子花、水葱、鸢尾草、水芹、大薸、大聚藻、小香蒲或千屈菜中的一种；所述沉水植物至少包括黑藻、轮叶黑藻、苦草、金鱼藻、狐尾藻、穗花狐尾藻、茨藻、小茨藻、菹草、马来眼子菜、篦齿眼子菜、微齿眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜、狸藻、伊乐藻、水蕴草、水毛茛、杉叶藻、角果藻中的一种或多种；所述水生动物至少包括螺蛳或河蚌中的一种。

5.根据权利要求1～4之一所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述潜浮式生态水立方系统还包括安装于浮箱内部或外部的人工光源。

6.根据权利要求1～4之一所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述浮箱底端处还设有射流增氧泵。

7.根据权利要求1～4之一所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述浮箱下端还悬挂设有生物填料或生物膜。

8.根据权利要求1～4之一所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述浮箱的上端设有提升环装置。

9.根据权利要求5所述用于水体黑臭治理及水质提升的潜浮式生态修复水立方，其特征在于，所述人工光源为LED灯或光纤。