CN110451654A - “三床一物”自净化立体生态系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种“三床一物”自净化立体生态系统，该系统用于净化水体，包括：菌床、草床、植物床和水生动物；所述菌床铺设于待净化水体底部，由包埋有微生物的多孔骨架材料形成；所述草床包括沉水植物和/或藻类，设置于所述待净化水体底部；所述植物床设置于待净化水体水面上，包括：漂浮于水面上的支撑物、和固定于所述支撑物中且与所述待净化水体有接触的可净化水体的植物；所述水生动物投放于所述待净化水体中。本发明“三床一物”自净化立体生态系统中各部分之间相互配合形成自我循环、自我平衡的水体环境，可以较优地改善咸水河道的水质。

Description

“三床一物”自净化立体生态系统
技术领域
本发明属于水污染处理领域，具体涉及一种咸水河道污染治理的“三床一物”自净化立体生态系统。
背景技术
咸水河道大多数与大海相通，涨潮时海水倒灌，雨季水满泄洪，水质属半咸水，旱季盐度高，雨季盐度低。由于咸水河道有机质和无机质逐渐增加，生物和化学耗氧量迅速上升，且大多数河道不具备水质净化设施，经常出现水质恶化，有异味，通常采取涨潮时灌入新鲜海水，落潮时将多余水量放回大海，希望促进水体流动性，减少水质恶化现象。但是单纯靠放进海水冲换除去污染源，无法从根本上解决污染问题。目前关于河道污染治理的生态系统已有相关报道，如：一种池塘水体生态净化系统(CN201710433281.3)，其中公开了一种池塘水质生态净化系统，所述池塘水质生态净化系统包括：种植蔓藤漂浮植物的遮阴网、种植不能漂浮生长植物的浮岛及陆生植物；所述遮阴网的两侧栓有牵引绳；所述浮岛放置有多个育苗盆。用于河道治理的生态净化系统(CN201610676456.9)，其中提供了一种用于河道治理的生态净化系统，包括依次相连通的格栅池、调节池、配水渠、人工湿地、稳定塘和集水井；其中，污水经格栅池的初步过滤后，进入调节池进行均质均量调节，经调节池调节后的污水进入配水渠，然后依次经过阶梯状的多级人工湿地进行进一步过滤，污水经多级人工湿地的过滤处理后进入稳定塘，在稳定塘中进行净化，经稳定塘净化后的污水通过集水井排入下游河道。河道污染水体的生态修复方法(CN201710268054.X)，其中提供了一种河道污染水体的生态修复方法，包括：调查受污染河道水体的自然地理情况，选取合适的缓流河道，在所述缓流河道中构建仿生填料区以及在所述缓流河道中投放微生物、水生植物和水生动物以构建微生物-水生植物-水生动物的自然循环生态链，对河道污染水体进行生态修复。
目前河道污染治理的研究报道，均是针对淡水河道的污染，采用相应的水质净化生态系统进行修复治理，尚未发现针对咸水河道的污染控制系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明的目的在于提供一种“三床一物”自净化立体生态系统。该系统各部分之间通过食物链能量传递的方式，将水中的N、P等营养盐富集到高等植物上，形成自我循环、自我平衡的水体环境，可以将改善与大海相通的咸水河道的水质，解决水质污染问题同时美化环境。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种“三床一物”自净化立体生态系统，用于净化水体，所述系统包括：菌床、草床、植物床和水生动物；所述菌床铺设于待净化水体底部，由包埋有微生物的多孔骨架材料形成；所述草床包括沉水植物和/或藻类，设置于所述待净化水体底部；所述植物床设置于待净化水体水面上，包括：漂浮于水面上的支撑物、和固定于所述支撑物中且与所述待净化水体有接触的可净化水体的植物；所述水生动物投放于所述待净化水体中。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述待净化水体为咸水水体，优选为与大海相连通的咸水河道中的水体，或是盐度低于3.5％的其他咸水水体。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述多孔骨架材料为贝壳或/和沸石粉；更优选地，所述贝壳或沸石粉的粒度为80-200目，更优选地，所述贝壳或沸石粉按照如下方法制备：将原料贝壳或沸石在600-900℃温度下无氧煅烧3-5h，然后粉碎、过筛得到所述贝壳或沸石粉。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述微生物为复合硝化细菌，更优选地，所述复合硝化细菌为硝化细菌和光合细菌的混合物，所述硝化细菌和光合细菌的质量比例为6:4；其中硝化细菌和光合细菌来源于市售的硝化细菌溶液(50×108cfu/mL，购自山东水悦环保科技有限公司)和光合细菌溶液(50×108cfu/mL，购自山东宝来利来生物工程股份公司)。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述包埋有微生物的多孔骨架材料是按照如下方法制备的：将所述多孔骨架材料置于复合硝化细菌溶液中，搅拌均匀，静置1-2h，包埋有微生物的多孔骨架材料(负载所述复合硝化细菌的多孔骨架材料)会沉积到溶液底部，之后进行固液分离(即去除上面的液体，该液体为复合硝化细菌溶液中所包含的培养液)，即得到包埋有微生物的多孔骨架材料；所述多孔骨架材料占所述复合硝化细菌溶液的质量比为20-50％；所述复合硝化细菌溶液中硝化细菌和光合细菌的质量比例为6:4。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，铺设于待净化水体底部的菌床是按照如下方法获得的，将包埋有微生物的多孔骨架材料均匀洒入待净化水体中，其会沉入水体底部并分布于所述待净化水体底部，从而在水体底部形成菌床；更优选地，形成所述菌床的包埋有微生物的多孔骨架材料的体积占待净化水体的体积比例为10-20％(即1升水体中添加100-200mL的包埋有微生物的多孔骨架材料)。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述沉水植物或藻类为耐盐的可吸附水体中富营养物质的沉水植物或藻类，优选地，所述沉水植物为苦草，所述藻类为石莼(Ulva lactuca L)。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述草床固定于所述待净化水体底部，优选地，将所述沉水植物或藻类固定在位于河底的石块上；形成所述草床的沉水植物或藻类可以采用常规沉水植物或藻类的种植方法将其固定到水体底部，更优选地，形成所述草床的所述沉水植物或/和藻类在待净化水体底部的种植面积占待净化水体底部总面积的20-40％。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述漂浮于水面上的支撑物为多块支撑物，均匀分布于待净化水体水面上；多块支撑物的总面积占待净化水体水面的面积比例为20-30％。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，固定于所述支撑物中且与所述待净化水体有接触的可净化水体的植物为耐盐植物，更优选地，所述耐盐植物为海马齿和/或碱蓬。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述水生动物为经驯化后的水生动物；优选地，所述驯化后的水生动物为鱼、虾、贝等；更优选地，所述经驯化后的水生动物为梭鱼、咸水虾、泥蚶；进一步优选地，所述梭鱼：咸水虾：泥蚶的质量比为3:3:4。
在上述“三床一物”自净化立体生态系统中，作为一种优选实施方式，所述水生动物与待净化水体的体积比为5-10％。
本发明的优选方案可以任一组合使用。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
由耐盐植物固定在人工浮床上形成浮于水体表面的植物床。其中，菌床利用其中的微生物将硫化氢、氨氮等有毒物质合成有机物，并间接提高水体溶氧量。草床可以吸附水体中N、P等富营养物质，并能抑制微藻的生长。植物床利用其强大的植物根系不仅可以固定N、P等有机物质，而且可以吸附水体中的重金属。水生动物可以摄取水体中的浮游藻类、有机碎屑等，减少水体中悬浮物的含量。这四者之间通过食物链能量传递的方式，将水中的N、P等营养盐富集到高等植物上，形成自我循环、自我平衡的水体环境。
通过构建咸水河道三维“食物链”自净化生态系统，将塑造咸水水体新生态系统，同时可美化河道及周边环境。
附图说明
为更清晰地描述本发明，此处结合附图对本发明进一步说明。其中：
图1为本发明“三床一物”自净化立体生态系统的结构图；
其中，1为堤坝，2为咸水河道，3为人工浮床，4为耐盐植物，5为草床，6为菌床，7为水生动物。
具体实施方式
为了突出表达本发明的目的、技术方案及优点，下面结合实施例对本发明进一步说明，示例通过本发明的解释方式表述而非限制本发明。本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
如附图1所示，一种用于净化水体的“三床一物”自净化立体生态系统，包括：“三床”和“一物”，其中，“三床”分别为菌床6、草床5、植物床；“一物”为水生动物7；菌床6铺设于待净化水体底部，由包埋有微生物的多孔骨架材料形成；草床5包括沉水植物和/或藻类，设置于待净化水体底部；植物床(又称为人工浮岛)设置于待净化水体水面上，包括：漂浮于水面上的支撑物、和固定于支撑物中且与待净化水体有接触的可净化水体的植物；水生动物7投放于待净化水体中。
该“三床一物”自净化立体生态系统可用于咸水河道2中，即该系统所用于净化的水体为咸水水体，优选地，该净化水体为与大海相连通的咸水河道中的水体，当然也可以是盐度低于3.5％的其他咸水水体。
在菌床6中的、包埋有微生物的多孔骨架材料可以是在待处理水体中不容易腐烂对水体污染甚微的微生物载体，可以是颗粒状或粉状。优选为贝壳或/和沸石粉；为了该多孔骨架材料具有更加理想的微生物吸附效果，优选地，该多孔骨架材料即贝壳或/和沸石粉的粒度选择为80-200目，更优选地，按照如下方法制备该贝壳或沸石粉：将原料贝壳或沸石在600-900℃(700℃、720℃、740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃)温度下无氧煅烧3-5h(3.5h、4.0h、4.5h)，然后粉碎、过筛得到该贝壳或沸石粉。另外，包埋于多孔骨架材料中的微生物可以是任何适合净化被污染水体的微生物，当所需净化的水体为与大海相连通的咸水河道中的水体时，结合其水体特性比如高氮磷、高有机碳等，优选地，该微生物为复合硝化细菌，其应该包括可以将硫化氢、氨氮等有毒物质合成有机物的细菌。优选地，该复合硝化细菌包括硝化细菌和光合细菌，且硝化细菌和光合细菌的质量比为6:4。
本发明使用的上述包埋有微生物的多孔骨架材料是按照如下方法制备的：(1)配制复合硝化细菌溶液：将市售的硝化细菌溶液(50×108cfu/mL，购自山东水悦环保科技有限公司)和光合细菌溶液(50×108cfu/mL，购自山东宝来利来生物工程股份公司)按照质量比6：4混合；(2)将多孔骨架材料置于复合硝化细菌溶液中，搅拌均匀，静置1-2h，包埋有微生物的多孔骨架材料(负载所述复合硝化细菌的多孔骨架材料)会沉积到溶液底部，之后进行固液分离，去除上面的液体，得到包埋有微生物的多孔骨架材料；其中，多孔骨架材料占复合硝化细菌溶液的质量比为20-50％(例如25％、28％、30％、35％、40％、45％、48％)。
在本发明的实施例中，将包埋有微生物的多孔骨架材料均匀洒入待净化水体中，包埋有微生物的多孔骨架材料会逐渐向下沉，并最后分布于待净化水体底部，从而在水体底部即河道2的底部形成菌床。
草床5中的沉水植物或藻类为耐盐的可吸附水体中富营养物质的沉水植物和/或藻类，以适应河道的环境，并且可以吸附水体中N、P等富营养物质及抑制微藻的生长；其中沉水植物优选为苦草，藻类优选为石莼，以达到更好的效果。优选地，可将草床5所包含的沉水植物和/或藻类固定在位于河底的石块上，从而固定在水体的底部以使得沉水植物和/或藻类的各部分均可吸附水体中N、P等富营养物质。为了达到最优的对水体的处理效果，形成草床5的沉水植物或/和藻类在待净化水体底部的种植面积占待净化水体底部总面积的20-40％(例如22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％)，种植过多或过少对水体的处理效果均不利。
在本发明中，形成菌床6的包埋有微生物的多孔骨架材料可分布于形成草床5的沉水植物或藻类中间，也就是说，草床5和菌床6不一定是独立设置的，形成草床5的沉水植物或藻类与包埋有微生物的多孔骨架材料也可以是间隔设置的。
漂浮于水面上的支撑物可以是人工浮床3、带有空穴的泡沫板等，为了防止其随水流随处漂浮，优选将漂浮于水面上的支撑物通过固定件固定在待净化水体水面特定位置。漂浮于水面上的支撑物优选为多块支撑物，其均匀分布于待净化水体水面上；多块支撑物的总面积占待净化水体水面的面积比例优选为20-30％(例如22％、24％、26％、28％)，以使得具有较好的净化效果。在本发明中，固定于该漂浮于水面上的支撑物中的可净化水体的植物的根系可以是深入待净化水体中直接利用待净化水体中的水来补给植物生长所需的水分，该植物的根部也可以是通过间接吸附的方式来利用待净化水体中的水。从而达到利用植物根系固定N、P等有机物质并吸附水体中重金属的作用。该植物也可以种植于盆体中，然后将盆体固定于支撑物的空穴中。固定于支撑物中且与待净化水体有接触的可净化水体的植物为耐盐植物4，优选地，耐盐植物4为海马齿和/或碱蓬，其中海马齿和碱蓬的生长速度较快且拥有较发达的根系，可以较多地吸收水体中富营养物质和重金属。利用海水植物(即上述种植于支撑物上的耐盐植物)构建人工浮岛，主要由于海水植物本身具有较陆地植物有更高的碳汇效应，除利用光合作用可吸收大量二氧化碳外，还能有效去除水体中的富营养化物质及有毒有害物质。另外，支撑物上按照植物正常生长所需的种植密度种植耐盐植物。
在本发明的优选实施例中，投放于待净化水体中的水生动物7为经驯化后的水生动物，如鱼、虾、贝等；优选地，选择梭鱼、咸水虾、泥蚶等，驯化后的水生动物能够适应待净化水体的生长环境。水生生物的驯化可以采用常规方法进行驯化，优选地，所述水生动物驯化的方法为：将准备投入待净化水体的水生动物提前在与待净化水体水质接近的水环境中驯化一段时间，以防止水生动物在投入待净化水体时发生大面积死亡；更优选驯化水生动物的水环境的水质略好于待净化水体水质，以使水生动物逐步适应待净化水体的环境。水生动物7的占待净化水体的体积比为5-10％(例如6％、7％、8％、9％)以维持水体生态平衡。
本发明“三床一物”自净化立体生态系统中各部分之间相互配合形成自我循环、自我平衡的水体环境，可以较优地改善咸水河道的水质。
舟山普陀区里西河约800米，水深0.5-2米，均宽15米。水质主要由海水、雨水和生活污水构成，其旱季和雨季的盐度分别为10-15‰和5-10‰，经太阳暴晒，河底泛起大片油污、块状污物等，散发异味。水体中悬浮物、总有机碳、总磷和总氮均严重超出Ⅴ类水最高限值。采用上述本实施例的“三床一物”自净化立体生态系统，经过一年时间的生态修复，水体中悬浮物降低了30％，总有机碳降低了25％，总磷降低了30％，总氮降低了25％。

Claims (10)

1.一种“三床一物”自净化立体生态系统，用于净化水体，其特征在于，所述系统包括：菌床、草床、植物床和水生动物；所述菌床铺设于待净化水体底部，由包埋有微生物的多孔骨架材料形成；所述草床包括沉水植物和/或藻类，设置于所述待净化水体底部；所述植物床设置于待净化水体水面上，包括：漂浮于水面上的支撑物、和固定于所述支撑物中且与所述待净化水体有接触的可净化水体的植物；所述水生动物投放于所述待净化水体中。
2.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述待净化水体为咸水水体，优选为与大海相连通的咸水河道中的水体，或是盐度低于3.5％的其他咸水水体；
优选地，所述多孔骨架材料为贝壳或/和沸石粉；更优选地，所述贝壳或沸石粉的粒度为80-200目，更优选地，所述贝壳或沸石粉按照如下方法制备：将原料贝壳或沸石在600-900℃温度下无氧煅烧3-5h，然后粉碎、过筛得到所述贝壳或沸石粉。
3.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述微生物为复合硝化细菌，优选地，所述复合硝化细菌为硝化细菌和光合细菌的混合物，所述硝化细菌和光合细菌的质量比为6:4。
4.根据权利要求3所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述包埋有微生物的多孔骨架材料是按照如下方法制备的：将所述多孔骨架材料置于复合硝化细菌溶液中，搅拌均匀，静置1-2h，之后进行固液分离，即得；所述多孔骨架材料占所述复合硝化细菌溶液的质量比为20-50％。
5.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，铺设于待净化水体底部的菌床是按照如下方法获得的，将包埋有微生物的多孔骨架材料均匀洒入待净化水体中，其会沉入水体底部并分布于所述待净化水体底部，从而在水体底部形成菌床；更优选地，形成所述菌床的包埋有微生物的多孔骨架材料的体积占待净化水体的体积比例为10-20％。
6.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述沉水植物或藻类为耐盐的可吸附水体中富营养物质的沉水植物或藻类，优选地，所述沉水植物为苦草，所述藻类为石莼。
7.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述草床固定于所述待净化水体底部，优选地，将所述沉水植物或藻类固定在位于河底的石块上；更优选地，形成所述草床的所述沉水植物或/和藻类在待净化水体底部的种植面积占待净化水体底部总面积的20-40％。
8.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述漂浮于水面上的支撑物为多块支撑物，均匀分布于待净化水体水面上；多块支撑物的总面积占待净化水体水面的面积比例为20-30％；
优选地，固定于所述支撑物中且与所述待净化水体有接触的可净化水体的植物为耐盐植物，更优选地，所述耐盐植物为海马齿和/或碱蓬。
9.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述水生动物为经驯化后的水生动物；优选地，所述驯化后的水生动物为鱼、虾、贝等；更优选地，所述经驯化后的水生动物为梭鱼、咸水虾、泥蚶；进一步优选地，所述梭鱼：咸水虾：泥蚶质量比为3:3:4。
10.根据权利要求1所述的“三床一物”自净化立体生态系统，其特征在于，所述水生动物与待净化水体的体积比为5-10％。
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