CN110204047A - 一种构建高密植定点复氧固定生态床的方法 - Google Patents

一种构建高密植定点复氧固定生态床的方法 Download PDF

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Abstract

本专利公开了一种适合应用于水深超过2m左右的湖泊水库的高密植定点复氧固定生态床，包括植株培养系统、植株系统、漂浮器。所述系统采用PVC管，管体由防腐钢丝固定形成固定生态床主体，利用浮力作用悬浮于自然水体中，水上高度10‑15cm，水下深度100‑200cm。管体上有直径为15‑25mm孔，孔的位置为可改善溶解氧的位置，根据浮力与重力的关系进行调节。在最底端孔以下5‑10cm处将PVC管封死。植株系统根据地域环境选取植物，种植于植株培养系统，植物种植密度300‑400株/m2。该发明可定点改善湖泊水库水下100‑200cm范围内目标深度的微环境，提高水环境的溶解氧含量，增强人工湿地对污染物的去除效果，避免堵塞问题，减少基建费用，高效利用了被闲置的水上空间，避免人工湿地植物多次种植。

Description

一种构建高密植定点复氧固定生态床的方法
技术领域
本专利涉及环保污水处理技术领域，特别涉及一种人工湿地系统。
背景技术
根据有关统计显示，中国2017年年末农村人口有57661万人，占总人口数的58.52％。目前，农村水污染物排放量占全国水污染物排放量50％以上，前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国农村污水处理行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》显示：2016年我国农村污水排放量达到202万吨，2010-2016年复合增速超过10％，预测到2020年可达到近300万吨/年，由此可见农村污水排放量体量惊人。
全国农村污水对环境污染严重，农村废水的主要来源为村民的日常生活用水及畜禽养殖废水，具有氮磷含量高、排放密度分散、一天之内的各个时段水量差值大且水质变化大、重金属和有毒有害物质含量低等特点。很多河流和湖泊的水源均在农村地区，农村水质污染已经造成了全国范围内湖泊不同程度的富营养化现象。随着污染程度的加重，水中溶解氧含量下降，厌氧细菌大量繁殖，引起有机物腐败，造成水质变坏(柏钦玺，封冻期高纬度湖泊底层溶解氧浓度的变化特征分析，数学的实践与认识)。
受污染的水库、湖泊水体体量大，而且水深深度大，水流缓慢，具有溶解氧浓度低、环境承载力下降等特点，严重威胁了农业用水安全和水生生态结构，复氧和净化迫在眉睫。现阶段，在外源污染被治理的情况下，我国主要采用压缩空气爆气原位修复技术等改善水体水质恶化。但是该技术耗能严重，对原生境影响较大。
本发明针对水深超过2m的湖泊水库原位修复问题，提出一种构建定点复氧的高密植固定生态床的方法。该发明实现了水深超过2m的湖泊水库水下100-200cm 范围内指定深度直接复氧，200cm以下间接复氧，同时解决了人工湿地处理效果相对较低、易堵塞(GuofenHua，Influence of clogging and resting processes on flow patterns in verticalflow constructed wetlands.)等问题，为湖泊水库原位修复技术提供了较好的技术指导。
发明内容
为了达到上述目的，本专利的提供了一种针对水深超过2m的湖泊水库的高密植定点复氧固定生态床，包括：植株培养系统、植株系统、漂浮器。
其中，植株培养系统，植株培养系统由直径为20-40cm的PVC管作为植株生长容器，PVC管管体经防腐钢丝固定成植株生长床主体。利用浮力使其悬浮于自然水体中，水上高度10-15cm，水下深度100-200cm。
其中，支撑固定床漂浮的浮力由漂浮器提供，漂浮器选用两头堵死、主体中空的PVC管，将其与植株生长容器穿插固定，浮力恰巧使固定生态床悬浮于水面上，并使水上露出高度与管体开孔位置达到要求的高度。
其中，PVC管的水下管体带有直径为15-25mm孔，孔径位置即为待改善溶解氧位置。当需要调节待改善溶解氧位置时，调节飘浮器的数量即可；减少漂浮器数量，目标位置下移动；增加漂浮器数量，目标位置上移。
其中，在植物培养系统的管体最下端开孔位置以下5-10cm处将管封死。该设计实现了保存植物根茎的作用，待秋冬季节收割后，植物根茎自然留存其中，不易受水下环境的影响，次年自然生长，进而不需要反复种植植物。
其中，植物种植密度300-400株/m2。植株选取常年生挺水作物，如芦苇、香蒲、菖蒲、凤眼莲、水芹菜等。
其中，温度下降到一定程度，收割植物水上部位，根茎继续留在根茎储存器中，次年无需再次种植。
应用本专利所提供的高密植定点复氧固定生态床，其有益效果是：
高密植定点复氧固定生态床是针对于水深超过2m的湖泊水库进行的原位修复技术。该技术首先实现了在水面以下100-200cm范围内指定深度直接复氧，200cm 以下间接复氧的目的；其次，解决了传统人工湿地的堵塞问题，提高了人工湿地的净化效果，实现了污染物的高效去除；再次，充分利用湖泊水库水上空间，减少了征地、湿地建设费用，有效缓解了土地资源压力；最后，湿地植物秋季收割水上部位，根系留于植株生长床内，次年自然生长，后期维护费用较低。
附图说明
下面结合附图1和图2对本发明进一步说明。
附图1为一种适用于水深超过2m的湖泊水库的高密植定点复氧固定生态床的构建示意图，图中对应的结构如下：
1.植株培养器上部；2.隔板；3.植株培养器下部；4.气孔；5.植株；6.漂浮器
附图2为水芹菜高密植固定生态床对水质的净化效果，其中各曲线对应指标如下：
a.溶解氧浓度变化；b.TOC浓度变化；c.氨氮浓度变化；d.硝酸盐氮浓度变化； e.亚硝酸盐氮浓度变化；f.总磷浓度变化
具体实施方式
下面将参照附图1更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图1中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1，本专利的具体实施例提供了一种适合水深超过2m的湖泊水库的高密植定点复氧固定生态床，实施于水深超过2m的湖泊水库等自然水体表面。一种高密植定点复氧固定生态床，包括：植株培养系统(包括1，2，3，4)、植株5、漂浮器6 三部分。
其中，植株培养系统包括植株培养器上部1，挡板2，植株培养器下部3和气孔 4共四部分。植株培养器直径为20-40cm的PVC管。根据需要调节溶解氧的水深位置设置孔4，孔4可在管体的任何位置，最下端孔4距离挡板2的长度为5-10cm，孔直径为15-25mm。
漂浮器为直径20-40cm的PVC管，长度与培养系统相同，两端堵死，水无法进入PVC管内部。单个飘浮器6提供的浮力计算公式为F1＝ρg∏r2h，其中，F1为漂浮器提供的浮力，ρ为自然水体密度，g为常量，取9.8N/kg，r为漂浮器直径，h 为漂浮器浸没在水体中的高度。整体浮力为各飘浮器提供浮力的总和。漂浮器6与植株培养系统由防腐钢丝固定在一起，使得植株培养系统水上高度10-15cm，水下深度100-200cm。
植株5，为常年生作物，秋季收割水上部位，根系留于植株生长床内，次年自然生长。
实施例1
植株生长容器长150cm、直径为30cm，系统水上高度10-15cm，水下深度 135-140cm。PVC管的水下管体带有直径为18mm孔。在植物培养系统的管体最下端开孔位置以下10cm处将管封死。植株选取菖蒲，密度300株/m2。
对照例1
植株生长容器长150cm、直径为30cm，系统水上高度10-15cm，水下深度 135-140cm。PVC管的水下管体带有直径为10mm孔。在植物培养系统的管体最下端开孔位置以下10cm处将管封死。植株选取菖蒲，密度300株/m2。
对照例2-5
植株生长容器长150cm、直径为30cm，系统水上高度10-15cm，水下深度 135-140cm。PVC管的水下管体带有直径为15mm(对照例2)、20mm(对照例3)、 25mm(对照例4)、30mm(对照例5)孔。在植物培养系统的管体最下端开孔位置以下10cm处将管封死。植株选取菖蒲，密度300株/m2。
表1管体孔径对复氧及污染物取出的影响
由表1可知，对照例1的复氧以及去除污染物等能力较其他组别能力较差。当孔径大于15mm时，复氧及降解污染物的能力相差不大。考虑到整体的稳固性能，认定本技术的孔径范围为15-25mm。
经试验，芦苇、凤眼莲、水芹菜均可取得较好的效果。
实施例2
高密植定点复氧固定生态床面积40m2。植株培养系统由长150cm、直径为30cm 的PVC管作为植株生长容器，PVC管管体经防腐钢丝固定成植株生长床主体。漂浮器与植株生长容器穿插固定。系统水上高度10-15cm，水下深度135-140cm。PVC 管的水下管体带有直径为18mm孔。在植物培养系统的管体最下端开孔位置以下 10cm处将管封死。植株选取水芹菜，密度300株/m2。
水质变化情况如图2所示。水下1m位置处，溶解氧浓度有原来的1.95mg/L逐渐增加至5.51mg/L。TOC、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和总磷的浓度由原始的 46.94mg/L、3.34mg/L、1.82mg/L、0.005mg/L和2.96mg/L降低至8.52mg/L、0.77mg/L、 0.63mg/L、0.002mg/L和0.87mg/L，去除率分别为81.85％、76.96％、65.34％、56.29 和70.65％。
吕丽萍(吕丽萍等，暖季型水生植物残体分解对冬季浮床氮去除效果的影响) 设计的浮床人工湿地中，水芹菜对氨氮和硝酸盐氮的去除率分别为41.00％和 26.50％，去除效果与本技术相较较低。高俊华(高俊华等，硝铵比对水芹菜生长及去除氮磷的影响)在水培试验中，水芹菜对氨氮、硝酸氮、总氮、总磷的去除率可达到36.43％、28.23％、23.87％和15.89％，与本技术相比，各项指标的去除率均明显较低。刘淑娇(刘淑娇，水生植物联合微生物强化修复技术治理水体富营养化) 在水培试验中，水芹菜对氨氮的去除率为52.8％，距离本研究中的去除效果仍有一定的差距。在其他学者研究中，未发现对水体溶解氧影响的报道。
研究结果表明本发明构建的高密植固定生态床在水质净化方面具有较好的效果。

Claims (10)

1.一种构建高密植定点复氧固定生态床，由植株培养系统、植株系统、漂浮器三大部分组成，其特征是：高密植固定生态床利用自身浮力悬浮于农村地区湖泊、水库等自然水体的超过2m的水面，准确改善自然水体目标深度的溶解氧微环境。
2.根据权利要求1所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：植株培养系统由直径为20-40cm的PVC管作为植株生长容器，PVC管管体经防腐钢丝固定成植株生长床主体，同时利用水体浮力使其悬浮于自然水体中，水上高度10-15cm，水下深度100-200cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：支撑固定床漂浮的浮力由漂浮器提供，漂浮器选用两头堵死、主体中空的PVC管，将其与植株生长容器穿插固定，浮力恰巧使固定生态床悬浮于水面上，并使水上露出高度与管体开孔位置均达到要求的高度。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：PVC管的水下管体带有直径为15-25mm孔，孔径位置即为待改善溶解氧位置。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：当需要调节待改善溶解氧位置时，通过调节飘浮器的数量即可实现。
6.根据权利要求5所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：减少漂浮器数量，目标位置下移动；增加漂浮器数量，目标位置上移。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：结合实际水体待复氧情况，在植物培养系统的管体开孔，最下端孔以下5-10cm处将管封死。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：植物种植密度300-400株/㎡。
9.根据权利要求8所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：植株选取常年生挺水作物。
10.根据权利要求8或9所述的一种高密植定点复氧固定生态床，其特征是：温度下降到一定程度，将水上部位进行收割，根茎继续留在根茎储存器中，次年无需再次种植。
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