CN110963573A - 一种生态修复种植强化区 - Google Patents

Abstract

一种生态修复种植强化区，通过生态围隔围设而成，包括内部种植有水生植物的强化区主体，强化区主体上游设置有进水口，下游设置有出水口；强化区主体由若干个强化单元阵列排布构成，每个强化单元上设置有生物填料结构，具体包括与水面水平的水平柱、以一定的距离规则排布在水平柱上的连接点，连接点上安装有连接绳，生物填料通过连接绳形成的标识节点与连接绳本体连接，本发明通过强化单元的排布合理调控水流流速，创建一个藻类捕获，氮、磷等营养元素累计净化的强化区，利于水生植物/动物的生存栖息，从而更好地稳定河道生态系统，实现水质改善的目标，促进河道的生态修复。

Description

一种生态修复种植强化区

技术领域

本发明属于水体修复处理技术领域，具体涉及一种生态修复种植强化区。

背景技术

随着国民经济的迅速发展以及城市化水平的不断提高，我国水污染形势严峻，湖泊生态系统受损，水体富营养化严重，水体透明度不高，在我国，大多数湖泊常年作为纳污水体，水质污染问题严重，大量的污染物排入湖泊，使得污染负荷超过了湖泊水体的自净能力，但是相对含有高浓度污染物的生活污水和工业废水而言，湖泊水体中各种污染物浓度相对较低，这给湖泊水体的处理增加了难度。此外，湖泊多兼有多重角色，有的可能是养殖场地，有的可能甚至是饮用水的水源地，因此对污染湖泊水体的修复刻不容缓。

目前，针对湖泊污染，常采用源水培育、湖水治理、生态建设等多种措施。由于湖泊水体具有相对封闭和静止的特点，水质更容易腐败发臭，藻类在静止水体中也更容易疯长，多采用在水中造流的形式，将死水变成活水，以强化水体的自净作用，同时在流动水体中还要敷设填料和曝气装备，增加水域水量，但是该方法运行成本较高，难以大规模工程运用。针对氮磷引起的湖泊富营养化的问题，国内做了不少直接净化的尝试，多以生态建设的方式，依靠水生植物、微生物等吸收氮磷，实现水体净化，但是该方法在小范围处理效果较好，难以适应大面积的水体治理，且投资成本也是亟待解决的问题。并且，为了适应人类活动的便利性，尤其是河道，通过对其河岸及河床的改造形成丧失了大部分曲折及生物多样性，水体中鱼类因为丧失了栖息地而大大减少，使得水体的自净作用更加微弱，增加了人工水体修复的困难性。

湖滨带是湖泊生态系统的重要组成部分，湖滨带生态修复是指湖库水陆交错带的生态修复，介于缓冲带与湖库水体之间过渡区，其核心区为湖库高水位与低水位之间的变幅区，是水生植物/动物的理想栖居地，申请号为CN201621014535.5的文件公开了一种用于湖滨带生态修复的生态围隔，包括两排插入湖滨带底泥的松木桩或竹竿，紧贴两排松木桩或竹竿内侧直立插入的木板，和两排木板间填充的泥土，且在生态围隔下部贴底泥位置设置1~2个进出水口，每个进出水口安装直角型PVC管，即分为两段，其中一段水平放置横穿生态围隔，伸出神态围隔区外的一端安装鱼筛，生态围隔区内的一端连接竖直放置的另一段PVC管，竖直放置的PVC管高于围隔高度并与水平放置的PVC管活动连接，该方案的生态围隔不仅具有导流、控鱼等功能，且设置简单，成本低廉；但是该方法设置的生态围隔区内的水体不活跃，且因为生态景观所需的人工改造使得水生植物/动物无法栖居，造成水体生态多样性的缺失。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种生态修复种植强化区，通过强化单元的排布合理调控水流流速，利于水生植物/动物的生存栖息，创建一个藻类捕获，氮、磷等营养元素累计净化的强化区，从而更好地稳定河道生态系统，实现水质改善的目标，促进河道的生态修复。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种生态修复种植强化区，通过生态围隔围设而成，包括内部种植有水生植物的强化区主体，强化区主体上游设置有进水口，下游设置有出水口；强化区主体由若干个强化单元阵列排布构成，每个强化单元上设置有生物填料结构，具体包括与水面水平的水平柱、以一定的距离规则排布在水平柱上的连接点，连接点上安装有连接绳，生物填料通过连接绳形成的标识节点与连接绳本体连接。

在本方案设计中，通过在河岸处用生态围隔人为圈设一个生态修复强化区，强化区内通过一定规律排布的且相互连接的强化单元，使得在强化区主体内的水流流速稳定且缓慢，既保证了水的流通性，又对较脆弱的水生植物初期起到保护作用，且强化单元本身采用生物填料结构进行分隔，在保证水流通性足够的同时又对水体进行动态的净化处理，处理后的强化区形成的优质的鱼类栖息地，可吸引鱼类在此栖息繁殖，进一步加强了强化区内的生态多样性，对促进河道的生态修复有着极大的提升。同时，生物填料通过连接绳连接，形成多个处理单元，多个处理单元又通过水平柱的连接，形成一个统一的整体，方便河道修复过程生物填料的安装与拆卸，也可根据河道的具体污染情况及水深的因素进行调整。

进一步地，所述连接绳包括由合成纤维编织而成的内层、及由中空纤维丝编织而成的外层；更进一步优选地，外层设置有一层加强层。

优选地，外层上挂覆有好氧菌，内层上挂覆有厌氧菌；或者优选地，加强层上挂覆有好氧菌，外层上挂覆有兼氧菌，内层上挂覆有厌氧菌。

在本方案设计中，连接绳除了承担连接生物填料的作用，其本身可通过特殊的材料、结构的设计挂覆微生物，进一步加强强化单元的修复调节功能：中空纤维是一种比表面积大、体积小、生产工艺简单的聚合物纤维，结合其内在的结构是多孔结构的特点，作为挂覆菌种的材料是一个优选材料；然而中空纤维本身的力学强度不高，因此在使用时可在其内设置一层由合成纤维编织而成的内层、在其外层设置一层网状结构的保护层用于增强连接绳的力学强度；同时，三层的结构设计也提供了不同氧浓度的空间，可作为好氧菌、兼氧菌、厌氧菌的生存场所，加强了微生物的多样性，有利于水体的修复净化。

优选地，生物填料的布设密度为0.1~0.2m³/m³。

更进一步地，外层中中空纤维丝的内径为0.5~4mm，外层的编织孔径大小为0.4~2.0mm。

优选地，内层中合成纤维的内径为2~10mm，内层的编织孔径大小为1.0~4.0mm，更进一步优选地，内层中合成纤维的内径为2~4mm，内层的编织孔径大小为1.0~2.0mm。

优选地，生物填料包括弹性立体填料、固体吊环填料、碳素纤维填料中的一种或几种。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明设计通过强化区的合理排布，可有效净化水质，且合理创建了一个适宜水生植物、水生动物的理想栖居地，增强了水体生态的多样性，有利于水生态的持续性发展。

本发明设计中的生物填料处理单元在净化水体的过程中，水体中的有机污染物被附着在填料上通过填料上的微生物吸收分解，同时微生物将有机污染物作为碳源，在分解过程中进行繁殖，具有耐久性强、绿色无污染的特点。

本发明设计中生物填料处理单元的排布方式对水流有强制的紊动的作用，促使水体在填料空隙间流过后，被重新分布，水流在填料内部交叉流动和再次混合，为污染物和微生物的接触创造了良好的水利条件。

本发明设计中生物填料处理单元丰富的层次及分区可以为微生物生长繁殖提供足够的表面及内部空间，使处理过程中始终保持高微生物量，使得净化效果好且持久。

本发明设计中生物填料处理单元丰富的层次及分区使得处理单元可同时进行厌氧-好氧等生化过程，确保大部分污染物的吸附、吸收、转化，且处理单元的亲水性强，可提高污染物的输移能力，提高了微生物的生化效能。

附图说明

附图1为本发明生态修复种植强化区的示意图。

附图2为本发明生态修复种植强化区的尺寸结构示意图。

附图3为本发明强化单元的一种结构示意图。

附图4为本发明连接绳的结构示意图。

附图5为本发明连接绳的立体结构示意图。

附图6为本发明强化单元的一种结构示意图。

附图7为本发明试验试点效果图。

附图说明：1强化区主体、11强化单元、111水平柱、112连接点、113连接绳、113a内层、113b外层、113c加强层、114生物填料、115标识节点、2进水口、3出水口、4滤砂区。

具体实施方式

实施例1

一种生态修复种植强化区，由亲水生态围隔在河道靠近河岸处围设而成，如附图1、2所示，按水流流动方向依次设置有进水口2、滤砂区4（水平最长入水口间距3.5-4m，距河岸最远入水口间距3-4m）、强化区主体1（与亲水生态围隔间距0.7-1m，整体长度约7m、宽约5m、每排间距为1-1.2m）、出水口3，经过改进后的强化修复区河水流速基本稳定，能初步物理过滤泥沙，补充溶解氧；上述强化区主体1内种植有水生植物，为了防止培育的水生植物被冲刷的泥土掩埋，增强水生植物的光合作用，在种植水生植物的前端开挖有防泥土填埋凹槽口（长0.5m，深0.2m）。

为了增大生物填料的面积，同时考虑河流周围的生态景观等因素，如附图2所示，对强化区主体1采用阵列布置的模式，控制每个强化单元11的间距，改善水体中的水流形态，从而促进水体交换，提高水中的溶解氧含量，可以最大限度地削减水中的污染物，达到激活、增强水体净化的目的；同时又为水生动物提供了理想的栖息环境，增大了河道内生态的生物多样性，进一步增强了水体的修复功能。

如附图3所示，强化单元11包括通过竖直插入河床的支架固定的水平柱111、水平柱111上以相同的间距设置有连接点112，具体可以是套设在水平柱上的套环，连接点112的下端安装有连接绳113，连接绳上以一定间距设置有标识节点115，生物填料114通过标识节点115连接在连接绳113上形成多个处理单元，多个处理单元又通过水平柱的连接，形成一个统一的整体，方便河道修复过程生物填料的安装与拆卸，也可根据河道的具体污染情况及水深的因素进行间距、排布等调整；形成的强化单元11对水流有强制紊动的作用，促进水体在强化单元11空隙间流过后，被重新分布，水流在强化单元内部交叉流动和再次混合，为促进水体和生物固定的接触创造了良好的水利条件。

如附图4所示，连接绳113亦可作为微生物的挂覆区，由内到外依次为化学纤维如涤纶编织的内层113a，中空纤维丝编织的外层113b，以及用于保护中空纤维丝编织层的由化学纤维如涤纶编织的加强层113c；图附图5所示，在加强层113c的两条纤维编织交点处即可作为标识节点115连接生物填料114，生物填料114选用弹性立体填料，丝状条均匀辐射而呈立体状态，丝状条在污水中可均匀分布，可利用的实际表面积很大，且丝状条可以切割水中的气泡，提高污水处理设施的充氧率，且配合连接绳113孔隙率大的特点，为微生物的生长繁殖提供载体，形成的挂膜量多，由此可以保持高微生物量，使微生物保持较高的活性，且生物不断更新，微生物保持活性，对水体中污染物的去除效果好。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，连接绳113的结构设计提供了不同氧浓度的空间，可从外到内依次挂覆好氧菌、兼氧菌、厌氧菌混合菌种；好氧菌混合菌为亚硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、硝化杆菌、硝化球菌、硝化刺菌、假单杆菌、短杆菌、芽孢杆菌混合制备的菌剂，该菌剂主要涉及水体脱氮过程中的硝化作用及反硝化作用；硝化作用分为二阶段，第一阶段由亚硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌将NH₃氧化为亚硝酸盐，第二阶段由硝化杆菌、硝化球菌、硝化刺菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐；反硝化作用是通过假单胞菌、短杆菌、芽孢杆菌将硝酸盐移出水体，从而实现水体的脱氮，提高水体的pH。兼氧菌为芽孢杆菌、碱杆菌属混合制备的菌剂，可帮助去除水体中氮、磷等化合物，好可转化水体中硫、铁、汞、砷等有害元素。厌氧菌由脱硫弧菌、假单孢菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌、微球菌、动胶菌混合制备的菌剂，其作用主要是通过生物絮凝的作用沉淀除磷，达到水体微生物修复的目标。

在挂覆各层菌剂时，可采用以下方法：（1）将厌氧菌复合液体菌剂按1%的接种量接种到液体发酵培养基中，无氧、30℃、180r/min震荡培养24h活化，将活化后的混合菌种在相同条件下继续进行发酵培养，得到厌氧菌发酵菌液；（2）将发酵菌液接入到涤纶纤维内层上，混匀后封上六层纱布扎紧；（3）将接种后的涤纶纤维内层置于恒温烘箱中，开启鼓风机，35℃下进行恒温干燥处理，当材料外表泛白、不黏附、不粘壁即干燥结束，装入无菌容器保存备用；（4）将活化、发酵培养环境调节到微氧状态，其它条件相同，对兼氧菌复合液体菌剂进行活化、发酵培养，将得到的发酵菌液接入到中空纤维网状外层上，恒温干燥处理，装入无菌无菌容器保存备用；（5）将活化、发酵培养环境调节到足氧状态，其它条件相同，对好氧菌复合液体菌剂进行活化、发酵培养，将得到的发酵菌液接入到涤纶纤维加强层上，恒温干燥处理，装入无菌无菌容器保存备用；（6）将得到的三层纤维结构依次绑缚在水平柱上，再将挂覆了微生物的生物填料连接在标识节点上，得到强化了微生物菌种、数量及效用的强化单元。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，如附图6所示，生物填料114通过标识节点115连接在连接绳113上后，再将水平方向相邻的生物填料首尾连接，形成横纵编织的网状结构，微生物更有利于以此为载体附着成膜，微生物挂膜量多，从而使得强化单元的可以保持高微生物量，使微生物保持较高的活性，且生物不断更新，微生物保持活性，对水体中污染物的去除效果好。

本发明申请人以湖州市吴兴区苕溪位于凤凰片区的一段河段作为试点，布设本方案设计中的生态修复种植强化区，布设时河道水质浑浊，能肉眼观察到大量颗粒及悬浮物质，可闻见水臭味，此时检测水质，COD值为24.3mg/L，浑浊度为8NTU ；一个月后，肉眼可见颗粒与悬浮物质减少，几乎不能闻到水臭味，此时检测水质，COD值为13.2 mg/L,浑浊度为5NTU，由此可见本发明方案的水体修复效果好，为水体生态修复的发展做出了有效的尝试。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种生态修复种植强化区，包括内部种植有水生植物的强化区主体（1），强化区主体（1）上游处设置有进水口（2），下游处设置有出水口（3），其特征在于，所述强化区主体（1）由若干个强化单元（11）阵列排布构成，所述强化单元（11）包括水平柱（111）、规则排布在所述水平柱上的连接点（112）及与所述连接点（112）连接的连接绳（113），所述连接绳（113）上设置有与生物填料（114）相连接的标识节点（115）。

2.根据权利要求1所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述连接绳（113）包括由合成纤维编织而成的内层（113a）、及由中空纤维丝编织而成的外层（113b）。

3.根据权利要求2所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述外层（113b）外部设置有一层加强层（113c）。

4.根据权利要求2所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述外层（113b）上挂覆有好氧菌，所述内层（113a）上挂覆有厌氧菌。

5.根据权利要求3所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述内层（113a）上挂覆有厌氧菌，所述外层（113b）上挂覆有兼氧菌，所述加强层（113c）上挂覆有好氧菌。

6.根据权利要求1~3任一所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述生物填料的布设密度为0.1~0.2m³/m³。

7.根据权利要求2所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述外层中中空纤维丝的内径为0.5~4mm，所述外层的编织孔径大小为0.4~2.0mm。

8.根据权利要求2所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述内层中合成纤维的内径为2~10mm，所述内层的编织孔径大小为1.0~4.0mm。

9.根据权利要求6所述的一种生态修复种植强化区，其特征在于，所述生物填料包括弹性立体填料、固体吊环填料、碳素纤维填料中的一种或几种。

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