CN110422967B - 一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，包括：外框、种植过滤层和固定化微生物组件；种植过滤层上种植有湿生植物，种植过滤层设置在外框内，固定化微生物组件设置在种植过滤层内；固定化微生物组件包括固定框和微生物板单元，微生物板单元设置在固定框内，微生物板单元包括好氧微生物板和厌氧微生物板，好氧微生物板上设置在厌氧微生物板的上方，好氧微生物板之间和厌氧微生物板之间设置有空隙。通过上述方式，本发明能够改善河道生态环境，增加生物多样性及景观效果，应用范围广，尤其适用于水位变化频繁、常断流的水域。适应常断流河道水位的自然变化造成的好氧/厌氧交替的环境，好氧微生物和厌氧微生物协同作用净化水质。

Description

一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛

技术领域

本发明涉及河道生态修复技术领域，特别是涉及一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛。

背景技术

近年来由于我国城市化进程的加快，城镇工业的超量排放污水、农村生活污水及农用化肥、农药的大量使用，造成河流水质的严重污染，局部地区形成黑臭水体，不仅给群众带来了极差的感官体验，也直接影响群众生产生活，河流污染已成为非常严重的环境问题。

在2015年住房城乡建设部牵头，会同环境保护部、水利部、农业部等部委编制的《城市黑臭水体整治工作指南》中明确了具体治理黑臭水体的技术，主要包括控源截污技术、内源治理技术、生态修复技术和其它治理措施。生态浮岛技术是河道生态修复技术的一种，生态浮岛的工作机理是：通过浮岛上的水生植物的强大根系吸收水体中氮、磷等物质，吸收后的氮、磷等物质可成为植物体的组成部分或通过代谢、矿化作用转化成二氧化碳和水，同时根系可释放出降解有机物的分泌物，促进水体净化。水生植物丰富的根系可为微生物提供良好的生活环境，可作为生物膜载体以提高净化效率；某些水生植物可以分泌抑制藻类生长的化学物质，水生植物、动物和微生物对富集水体重金属具有吸收、吸附、降解等综合作用，最终形成良好的生态系统，美化环境，为河道创造景观效果。

目前，生态浮岛多以漂浮在水面上设计，较少有直接布置在河道底部河床上的。我国部分河流及支流由于水资源贫乏，水资源时空分布不均，降雨量偏少，补给水源不足，水资源开发利用不利等原因，经常出现断流的情况，尤其在干旱地区，断流的范围不断扩大，断流的频次、历时不断增加，而断流后的河床直接裸漏毫无生机，底泥释放异味，河流水生生物减少，影响河流的景观效果，而裸露时间较长会蓄积一些污染物质，在来水时污染河流水质，进而影响生态环境。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，能够建设于河道底部河床上，在河道断流时，净化底泥的同时恢复河道生态景观，河道来水时，不影响水体流动，且留住部分水资源，对河道水质进行高效净化。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，包括：外框、种植过滤层和固定化微生物组件；

所述种植过滤层上种植有湿生植物，所述种植过滤层设置在所述外框内，所述固定化微生物组件设置在所述种植过滤层内；

所述固定化微生物组件包括固定框和微生物板单元，所述微生物板单元设置在所述固定框内，所述微生物板单元包括好氧微生物板和厌氧微生物板，所述好氧微生物板上设置在所述厌氧微生物板的上方，所述好氧微生物板之间和所述厌氧微生物板之间设置有空隙。

优选的，所述外框的材质为石笼网。

优选的，所述种植过滤层包括种植层和砾石层，所述种植层设置在所述砾石层的上方，所述固定化微生物组件设置在所述种植层和砾石层之间；所述种植层的材质包括种植土，所述砾石层的材质为砾石。

优选的，所述种植层的厚度为400mm～600mm，所述砾石层的厚度为100mm～200mm。

优选的，所述种植土里埋植有植物秸秆和树木枝干，所述埋植密度为单位土壤剖面面积内埋植的植物秸秆及枝干的主轴向截面积占土壤剖面总面积的比例为0.5％～10％。

优选的，所述种植层的材质为种植土、粗砂和碎石的混合物，所述种植土、粗砂和碎石的混合比例为1:1:1。

优选的，所述粗砂的粒径为2mm～5mm，所述碎石的粒径为10mm～20mm。

优选的，所述固定框内设置有固定槽，所述好氧微生物板和厌氧微生物板设置在所述固定槽内。

优选的，所述好氧微生物板包括好氧微生物菌剂粉和固定化载体，所述厌氧微生物板的材质包括厌氧微生物菌剂粉和固定化载体。

优选的，所述固定化载体为材质为琼脂、海藻酸钠和活性炭混合物的微生物料。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：

提供了一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，改善河道生态环境，增加生物多样性及景观效果，应用范围广，尤其适用于水位变化频繁、常断流的水域。微生物被固定在固定框中，强化旱岛净化能力且不易被水流冲走而影响下游水质。适应常断流河道水位的自然变化造成的好氧/厌氧交替的环境，好氧微生物和厌氧微生物协同作用净化水质。利用混有植物秸秆及枝干的自然基质实现旱岛基质填料介质的自我更新，克服了填料介质易发生堵塞的缺点。整体采用带有空隙的材料，不影响水体流动，不阻碍行洪。

附图说明

图1是本发明一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛放置在河道内的示意图。

图2是本发明一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛的示意图。

图3是本发明一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛中固定化微生物组件的示意图。

图4是本发明一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛中固定化微生物组件另一角度的示意图。

附图标记说明：

生态旱岛1；

外框11；

种植层121、砾石层122、湿生植物123；

固定框131、固定槽1311、好氧微生物板1321、厌氧微生物板1322；

河床2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅附图，一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，包括：外框、种植过滤层和固定化微生物组件。

外框作为生态旱岛的整体框架，将生态旱岛的种植过滤层与固定化微生物组件包裹起来，起到固定结构和形态的作用。外框的材质可以优选为石笼网，石笼网由高抗腐蚀、高强度、具有延展性的低碳钢丝或者包覆PVC的以上钢丝使用机械编织而成，抗冲刷能力较强，能使生态旱岛得到长时间保护。外框的尺寸和形状就是单个生态旱岛的尺寸和形状，本发明不限定外框的的尺寸和形状，实际生态旱岛尺寸和形状在应用时可根据水域面积进行合理设计，形状可根据美观效果设计成椭圆形、花瓣型、矩型等。

种植过滤层分为两层，包括种植层和砾石层，种植层设置在砾石层的上方。种植层的厚度为400mm～600mm，以土壤和泥石混合料为介质，混合料以种植土：粗砂(2mm～5mm)：碎石(10mm～20mm)1:1:1比例配制。砾石层的厚度为100mm～200mm，起到水质过滤的作用，同时起到支撑与配重的作用。

种植过滤层上种植有湿生植物，比如美人蕉、水杉、再生花等植物。根据当地气候、环境、水体污染程度和污染物类型选择一种或多种植物组合，同时进行景观搭配。水生植物的丰富的根系可以吸收水体中氮、磷等物质，为微生物提供良好的生活环境，同时可作为生物膜载体以提高净化效率。

种植土土壤表层下方10cm～60cm处预先埋植植物秸秆及树木枝干，植物秸秆中掺入的树木枝干因其降解慢，和秸秆配合，综合考虑短期和长期孔眼形成的效果。植物秸秆及枝干直径为2mm～20mm，其腐烂后形成的大孔隙人造根孔可在土壤层营造较发达的横/侧向过滤网络，使水分、氧气快速传导至旱岛土壤的内部。同时为土壤生物提供充足的活动空间，从而大幅度提旱岛的处理效率，埋植密度为单位土壤剖面面积内埋植的植物秸秆及枝干的主轴向截面积占土壤剖面总面积的比例维持在0.5％～10％。植物秸秆及枝干的主轴方向与河道流向方向平行。

种植土土壤表层种植植物的根状茎或根系为“活根孔”，待其死亡腐烂后形成“死根孔”补充事先埋植的人造根孔。形成人工和自然根孔的不断更新，实现旱岛基质填料介质的自我更新，克服了一般人工构筑填料介质易发生堵塞的缺点。同时生态旱岛建设在河床上，利用原河床的河底淤泥起到缓释肥的作用，逐渐释放出养分物质，以满足旱岛建造初期植物生长和根际微生物繁育的养分需求，起到了底泥净化的作用。

固定化微生物组件设置在种植过滤层内，固定化微生物组件位于种植层和砾石层之间。固定化微生物组件包括固定框和微生物板单元，微生物板单元设置在固定框内。固定框内设置有固定槽，固定化微生物组件设置在固定槽内。固定框为采用PE材料制成的矩形带孔框架，起到支撑和架空内部微生物板的作用。

微生物板单元包括好氧微生物板和厌氧微生物板，好氧微生物板上设置在厌氧微生物板的上方。好氧微生物板和厌氧微生物板设置在固定槽内，每个固定框安装有3～4块好氧微生物板或厌氧微生物板，好氧微生物板和厌氧微生物板设置在固定槽内，以此保障好氧微生物板之间和厌氧微生物板之间留有一定的空隙，增加微生物与水的接触面积。水通过固定框内的孔眼流过固定化微生物组件。好氧微生物板上放置好氧微生物，厌氧微生物板上放置厌氧微生物。不管是好氧微生物板还是厌氧微生物板，都是由混合微生物菌剂粉和固定化载体(琼脂、海藻酸钠、活性炭)得到初步固定挤压后组成的微生物料块，再进行交联反应后形成的。其中，好氧微生物板中的混合微生物菌剂粉为好氧微生物菌剂粉，厌氧微生物板中的混合微生物菌剂粉为厌氧微生物菌剂粉。

固定化微生物组件主要是利用固着的强化微生物去除水体中大部分的污染物质，当河流断水时，生态旱岛直接与空气接触，氧气充足，此时好氧微生物较活跃起主要作用；当河流来水时，固定化微生物组件在水面下，此时厌氧微生物起主要作用，以上固定化微生物分别在好氧和厌氧环境下进行，互相配合去除水体中的部分污染物质。固定化微生物组件是将微生物固定成一种放在污水中具有固定的形状且微生物不丧失活性，具有良好的污水处理效果的技术。

该生态旱岛直接建设在河道底，生态旱岛中的种植过滤层底部和砾石层埋在河床内，可以利用河道的底泥中营养物质维持自身植物生长，达到底泥净化的目的。旱季或水位较低时，固定化微生物组件裸露，为好氧微生物提供氧气以繁殖生长，将水中的污染物进行转化，同时起到河底裸露期间的景观美化作用；雨季或水位较高时，水漫过固定化微生物组件，微生物处于厌氧环境，厌氧微生物发挥主要作用，达到净化水体的目的。种植过滤层利用天然秸秆及树木枝干腐烂形成的人造根孔作为过滤传导介质，节约能耗，同时可实现填料的自更新。河底的微型动物可在旱岛处栖息生存，为水生动物提供栖息场所，增加生物多样性的同时实现改善河道生态环境。

将固定化微生物、天然过滤基质和植物净化相结合构造的生态旱岛具有生态风险小、运行简便不易导致堵塞、处理效果稳定等优点，不仅可以满足河道水体变化时的水质净化需求，还可以美化景观环境，改善河道底泥，增加生物多样性。

在实际使用过程中，一个河道内可以放置多个生态旱岛，单一的生态旱岛高0.6m～0.8m，面积、形状可根据水域面积设计。外层石笼网外框将旱岛种植过滤层包裹成一个整体，底部固定在河床或水塘底部。种植过滤层底层选用砾石支撑，砾石层厚20cm。在上层土壤和泥石混合料内竖直方向上安装2层固定化微生物组件，下层放置厌氧微生物板，上层放置好氧微生物板。沿河流方向(如图1中箭头所示)上安装多组固定化微生物组件，每块固定化微生物组件尺寸为长40cm、宽20cm、高10cm。为了保证水体中微生物的数量维持在较高水平从而保证水体的净化效果，固定化微生物板定期进行微生物数量注入。固定化微生物组件周围均匀铺上种植土和泥石混合料，混合料以土：粗砂(2mm～5mm)：碎石(10mm～20mm)1:1:1比例配制。种植过滤层表层下方10cm～60cm处预先埋植植物秸秆及枝干，植物秸秆及枝干直径为2-20mm，利用天然秸秆及树木枝干腐烂形成的人造根孔作为过滤传导介质，节约能耗，同时可实现填料的自更新。种植土表层栽种美人蕉、水杉、再生花等植物，根据当地气候、环境选择一种或多种植物组合。旱岛运行期间定期清除植物枯落物，必要时可收割植物，带走植物体内富集的污染物质。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，其特征在于，包括：外框、种植过滤层和固定化微生物组件；

所述种植过滤层上种植有湿生植物，所述种植过滤层设置在所述外框内，所述固定化微生物组件设置在所述种植过滤层内；

所述固定化微生物组件包括固定框和微生物板单元，所述微生物板单元设置在所述固定框内，所述固定框为矩形带孔框架，水通过所述固定框的孔眼流过固定化微生物组件；所述微生物板单元包括好氧微生物板和厌氧微生物板，所述好氧微生物板上设置在所述厌氧微生物板的上方，所述好氧微生物板之间和所述厌氧微生物板之间设置有空隙；

所述固定框内设置有固定槽，所述好氧微生物板和厌氧微生物板设置在所述固定槽内；

所述好氧微生物板包括好氧微生物菌剂粉和固定化载体，所述厌氧微生物板的材质包括厌氧微生物菌剂粉和固定化载体；所述厌氧微生物板和好氧微生物板都是由混合微生物菌剂粉和固定化载体得到初步固定挤压组件后组成的微生物料块，再进行交联反应后形成的；

所述种植过滤层包括种植层和砾石层，所述种植层设置在所述砾石层的上方，所述固定化微生物组件设置在所述种植层和砾石层之间；所述种植层的材质包括种植土，所述砾石层的材质为砾石；

所述种植层的厚度为400mm～600mm，所述砾石层的厚度为100mm～200mm；

所述种植土里埋植有植物秸秆和树木枝干，所述种植土土壤表层下方10cm～60cm处预先埋植植物秸秆及树木枝干，植物秸秆及枝干直径为2mm～20mm，其腐烂后形成的大孔隙人造根孔在土壤层营造较发达的横/侧向过滤网络，使水分、氧气快速传导至旱岛土壤的内部，所述埋植密度为单位土壤剖面面积内埋植的植物秸秆及枝干的主轴向截面积占土壤剖面总面积的比例为0.5％～10％；

所述植物秸秆及树木枝干的主轴方向与河道流向方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，其特征在于：所述外框的材质为石笼网。

3.根据权利要求1所述的一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，其特征在于：所述种植层的材质为种植土、粗砂和碎石的混合物，所述种植土、粗砂和碎石的混合比例为1:1:1。

4.根据权利要求3所述的一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，其特征在于：所述粗砂的粒径为2mm～5mm，所述碎石的粒径为10mm～20mm。

5.根据权利要求1所述的一种适用于间歇性断流河道的生态旱岛，其特征在于：所述固定化载体为材质为琼脂、海藻酸钠和活性炭混合物的微生物料。