CN111549719B - 一种用于硬质河道的生态修复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于硬质河道的生态修复系统，包括在河道内设置河底修复基质、功能型生态袋以及加固防护体系；所述河底修复基质铺设在河道底层，所述功能型生态袋铺设在河底基底层的固定网上，所述功能型生态袋包括由下至上依次铺设的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋；在所述加固防护体系包括锚杆和防护加固网，所述锚杆插入在河床上，所述防护加固网覆盖在在所述功能型生态袋上，所述防护加固网通过连接绳与插入在河床上的锚杆连接固定。本发明采取生境改造重塑等生态保障措施，创造有利于微生物生长繁殖的生态环境，并在系统内引入多种水生植物以及螺蛳、贝类等物种，在整个生态系统的运转过程中实现污染物的降解、河水的净化。

Description

一种用于硬质河道的生态修复系统
技术领域
本发明涉及一种河道生态修复系统及其治理方法，具体说是一种用于硬质河道的生态修复系统及其治理方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
针对硬质化处理过的输水河道，此类河道生态属性丧失、有机污染重、流动性差和有行洪需求的特点，以实现滞留河道水质持续稳定改善和水生态系统的重构为目标，在前期控源截污的基础上，采取生境改造重塑等生态保障措施，创造有利于微生物生长繁殖的生态环境，并在系统内引入多种水生植物以及螺蛳、贝类等物种，在整个生态系统的运转过程中实现污染物的降解、河水的净化。
对于硬质化的输水河道，两侧为硬质石砌驳岸，河道整体地势低平，受外围水系排涝泵站及闸门影响，整体流动性较差。在雨季行洪期间，流速非常快，在河底设置常规的生态系统无法满足需求，极易被冲走，导致河道的生态修复系统被破坏，无法满足对河道的长效改善水生态系统；非雨季时，水资源补充较少，水体交换量较小，污染物富集释放。河道不具备生态属性，水体长期处于以非溶性污染物为主的浊水型稳态。河道不具备生态属性，水体长期处于以非溶性污染物为主的浊水型稳态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于清水河道的生态修复系统及其治理方法，通过构建进行硬质廊道生态修复系统，形成完备的硬质型水体生态系统，完善河道的生态功能。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于硬质河道的生态修复系统，包括在河道内设置河底修复基质、功能型生态袋以及加固防护体系；
所述河底修复基质铺设在河道底层，铺设量为40-65kg/m2，铺撒完毕后在所述河底修复基质上挂设固定网；所述河底修复基质按质量分数计包含如下成分：吸附基质60-90%，过氧化钙5-35%，复合菌粉1-5%；其中所述吸附基质为改性麦饭石、火山岩或陶粒中的一种或多种；所述复合菌粉中包含芽孢杆菌、乳杆菌、乳球菌以及酵母菌，各菌种之间按重量份数计其配比为芽孢杆菌：乳杆菌：乳球菌：酵母菌=3：0.5：0.5：1；
所述功能型生态袋铺设在河底基底层的固定网上，所述功能型生态袋包括由下至上依次铺设的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋；所述绿色多孔生物耦合填料袋由生物耦合填料和菌粉构成；所述PFU基质微型生物栖息袋中填充有PFU聚氨酯泡沫块；所述种植袋由种植介质和沉水植物种子构成，所述种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；
在所述加固防护体系包括锚杆和防护加固网，所述锚杆插入在河床上，所述防护加固网覆盖在在所述功能型生态袋上，所述防护加固网通过连接绳与插入在河床上的锚杆连接固定。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的用于硬质河道的生态修复系统，所述功能型生态袋的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋根据袋体类型逐层铺设，相邻两层的袋体交错铺设；功能型生态袋采用无纺布制作的长条状袋体。
前述的用于硬质河道的生态修复系统，所述种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；所述中空多孔植物纤维质为稻草、麦杆、刨花或木屑中的一种或几种混合而成。
前述的用于硬质河道的生态修复系统，所述防护加固网采用柔性金属钢丝网制成，相邻两卷钢丝网分别用绑扎铁丝连接固定，两网交接处至少有10cm的重叠。
前述的用于硬质河道的生态修复系统，所述锚杆选用长度为50-80cm的螺纹钢，所述锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河底的长度全部为锚杆长度的三分之一。
一种用于硬质河道的生态修复治理方法，包括以下步骤：
（1）在需要治理的河道铺填河底修复基质，铺设量为40-65kg/m2，将河底整理平顺，河底高度差允许值为±10cm；
（2）使用水平仪及卷尺按纵横设计间距放锚杆点，确定锚杆的钻孔位置，然后在相邻的锚杆之间的中点上插补锚杆点位；
（3）对锚杆点钻孔、注浆以及插入锚杆，锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河道底面的长度为整个锚杆长度的三分之一；
（4）在河底进行挂网施工，挂设的钢丝网与锚杆固定连接；
（5）在铺设的钢丝网上堆铺绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋，相邻两层的袋体交错铺设；
（6）在堆填好的功能型生态袋袋体上覆盖防护网，所述防护网通过连接绳与锚杆连接固定。
前述的用于硬质河道的生态修复治理方法，所述功能型生态袋的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋根据袋体类型逐层铺设，所述种植袋铺设在最上层。所述防护加固网采用柔性金属钢丝网制成，相邻两卷钢丝网分别用绑扎铁丝连接固定，相邻两金属钢丝网交接处至少有10cm的重叠。
进一步的，前述用于硬质河道的生态修复治理方法，所述锚杆选用长度为50-80cm的螺纹钢，所述锚杆插入角度垂直于河底。
本发明的有益效果是：本发明将所制备的河底修复基质与从治理区域本身或在其附近的天然环境中筛选出来的相对微生物完整的底泥进行原位掺混，为水中微生物提供栖息繁衍场所。加大河流中可降解污染物质的微生物的种类和数量，从而使河流的自净能力成倍增长，生物膜由于固着在该绿色多孔此材料上，因此能在其中生长世代时间较长的微生物，另外在生物膜上还可能大量出现丝状菌、轮虫、线虫等，使生物膜净化能力增强的同时还有脱氮除磷的作用。该方法由于没有引入外来菌种，没有改变地表水体原有的生态系统，有利于污染水体的自我恢复。同时为构建了更为复杂、稳定的生态系统提供了基础条件。生态袋中的绿色多孔基底一旦放置于水中，立即会吸附水中各种水生生物到其表面，随着时间的推移生态基表面会附着生长微生物和藻类，这些微生物和藻类对于富营养化水体起到生物过滤和生物转换的关键作用。附着在基底上的微生物相非常丰富，主要由细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等构成复杂的生态系统。硬质河道由于在行洪期，流速非常快，因此在生态系统构建的初期，必须采取固定措施将绿色多孔基底固定在河床上，在河底设置钢管锚固桩，将生态基底固定在锚固桩之间，既可使基底在水流的冲击下保持体积不变，又可有效地吸收水流的作用力，保持结构体的强度。基底之间采用组合型结构，覆盖河床面积要达到70%以上，以缓冲、分解水流对绿色多孔基底系统的冲击力。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明防护网布置示意图。
图3为本实施例水体的NH3-N监测曲线图。
图4为本实施例水体的COD监测曲线图。
图5为本实施例水体的TP监测曲线图。
具体实施方式
本实施例提供的一种用于硬质河道的生态修复系统，结构如图1-2所示，包括在河道内设置河底修复基质、功能型生态袋以及加固防护体系；河底修复基质铺设在河道底层，铺设量为50kg/m2，铺撒完毕后在河底修复基质上挂设固定网；河底修复基质按质量分数计包含如下成分：吸附基质60-90%，过氧化钙5-35%，复合菌粉1-5%；其中吸附基质为改性麦饭石、火山岩或陶粒中的一种或多种；复合菌粉中包含芽孢杆菌、乳杆菌、乳球菌以及酵母菌，各菌种之间按重量份数计其配比为芽孢杆菌：乳杆菌：乳球菌：酵母菌=3：0.5：0.5：1；
功能型生态袋铺设在河底基底层的固定网上，功能型生态袋包括由下至上依次铺设的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋，功能型生态袋采用无纺布制作的尺寸为50cm×30cm×8cm长条状袋体；绿色多孔生物耦合填料袋由生物耦合填料和菌粉构成；PFU基质微型生物栖息袋中填充有PFU聚氨酯泡沫块；种植袋由种植介质和沉水植物种子构成，种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；
在加固防护体系包括锚杆1和防护加固网6，锚杆1插入在河床上，防护加固网覆盖在在功能型生态袋2上，防护加固网6通过连接绳7与插入在河床上的锚杆1连接固定。
本实施例的功能型生态袋的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋根据袋体类型逐层铺设，相邻两层的袋体交错铺设。种植袋内的种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；中空多孔植物纤维质为稻草、麦杆、刨花或木屑中的一种或几种混合而成。防护加固网采用柔性金属钢丝网制成，相邻两卷钢丝网分别用绑扎铁丝9连接固定，两网交接处至少有10cm的重叠。锚杆选用长度为60cm长的ø16螺纹钢，锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河底的长度全部为锚杆长度的三分之一。
本实施例公开的用于硬质河道的生态修复治理方法，包括以下步骤：
（1）在需要治理的河道铺填河底修复基质，铺设量为50kg/m2，将河底整理平顺，河底高度差允许值为±10cm；
（2）使用水平仪及卷尺按纵横间距2.0m放锚杆点，确定锚杆的钻孔位置，然后在相邻的锚杆之间的中点上插补锚杆点位，形成1.0m×1.0m锚杆网格；
（3）对锚杆点钻孔、注浆以及插入锚杆，锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河道底面的长度为整个锚杆长度的三分之一；
（4）在河底进行挂网施工，挂设的钢丝网与锚杆固定连接；
（5）在铺设的钢丝网上堆铺绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋，相邻两层的袋体交错铺设；
（6）在堆填好的功能型生态袋袋体上覆盖防护网，防护网通过连接绳与锚杆连接固定。
本实施例的中的生物耦合填料具有大孔结构。在好氧条件下，生物耦合填料的反应机理是电化学作用、还原作用以及提高微生物活性的作用。生物耦合填料内零价铁、炭形成微电解原电池，通过与微生物的协同作用，可实现含氮有机物的短程硝化和反硝化，无需外加碳源。生物耦合填料对磷具有矿化作用，一般情况下，填料可提高微生物对磷的吸收速率，集化学除磷和生物除磷作用为一体。生物耦合填料由于添加了特殊物质，减缓了填料表面的钝化现象，延长了填料的作用时间。其具备以下作用：
a.催化原电池反应由内而外释放[H]或H2，及Fe2+；
b.部分硝态氮被未被生物膜包裹的载体原电池反应还原为少量氨氮；
c.氨氮在AOB和NOB的作用下被氧化为硝态氮；
d.以Sphaerotilius（球衣菌属）和Hydrogenophaga（氢噬胞菌属）为主的自养反硝化菌利用[H]或H2，及Fe2+将硝氮还原为氮气，实现脱氮；
e.少量的异养反硝化菌利用有机物进行反硝化脱氮；
f.污水中的磷与铁离子结合而被去除。
生物耦合填料具有催化还原性，在生态河床的构建基质中发挥了主要功能。
PFU基质微型生物栖息袋制作时，用PFU聚氨酯泡沫块浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。已证明原生动物(包括植物性鞭毛虫、动物性鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫)在群集过程中符合生态学上的MacArthur－Wilson岛屿区域地理平衡模型。因此我们将一些PFU块装进生态袋里，作为微型动物如：藻类、原生动物、轮虫、线虫、甲壳类等的栖息地，PFU原生动物群落在水生生态系统中是很重要的，PFU可以为水体的微型生物提供一个微生态岛屿，所群集的微型生物代表了食物链上的几个营养级，微型生物会自动进到PFU的孔中，孔径约为100-150um中。
种植袋由种植介质和种子库系统构成，种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；纤维质为稻草、麦杆、刨花、木屑中的一种或几种。可以有效适配种苗、种子、繁殖芽等多种沉水植物繁殖体，沉水植物种子库系统中包括了多种沉水植物种子，其中既有适合做修复先锋种的亚洲刺苦草，轮叶黑藻，伊乐藻等种子，也包含可以成为建群种的马来眼子菜，竹叶眼子菜以及菹草等种子。同时也考虑了沉水植物的季节维持性，如伊乐藻和菹草都属于寒水型沉水植物，适于在秋冬生长，而其他种类则主要生在在春夏季节。具体物种配置应视恢复区域水质情况和施工时间而定。能够提高沉水植物根系在其中的生长，实现了种植基质形态与沉水植物根系良好契合并长期稳定的效果。帮助沉水植物在底泥基质无法达到生长要求的水域生长，同时保持基质在袋内的稳定性，之后通过生长袋中不同的沉水植物种类配置最终达到使得沉水植物能够在该水域生长并发挥积极的生态作用。
本实施例针对江苏某河道支流进行治理，该支流河道的治理长度457m，治理面积为3500m2，治理前该河道为重度黑臭水体，在河道中公布置了204块本实施例的生态修复基质，在治理过程中监测数据记录如下：
Figure 70034DEST_PATH_IMAGE001
通过上述监测数据并结合图3-5所示可以看出，本实施例的治理方案在工程实施后的两个月就效果明显，消除黑臭，水体从轻度黑臭到主要指标稳定在Ⅳ类水，水体透明度在1米以上，水生植物长势良好，全断面均发现鱼群。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于硬质河道的生态修复系统，包括在河道内设置河底修复基质、功能型生态袋以及加固防护体系；所述河底修复基质铺设在河道底层，铺设量为40-65kg/m2，铺撒完毕后在所述河底修复基质上挂设固定网；所述河底修复基质按质量分数计包含如下成分：吸附基质60-90%，过氧化钙5-35%，复合菌粉1-5%；其中所述吸附基质为改性麦饭石、火山岩或陶粒中的一种或多种；所述复合菌粉中包含芽孢杆菌、乳杆菌、乳球菌以及酵母菌，各菌种之间按重量份数计其配比为芽孢杆菌：乳杆菌：乳球菌：酵母菌=3：0.5：0.5：1；
所述功能型生态袋铺设在河底基底层的固定网上，所述功能型生态袋包括由下至上依次铺设的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋；所述绿色多孔生物耦合填料袋由生物耦合填料和菌粉构成；所述PFU基质微型生物栖息袋中填充有PFU聚氨酯泡沫块；所述种植袋由种植介质和沉水植物种子构成，所述种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；
在所述加固防护体系包括锚杆和防护加固网，所述锚杆插入在河床上，所述防护加固网覆盖在所述功能型生态袋上，所述防护加固网通过连接绳与插入在河床上的锚杆连接固定；
其特征在于该系统的治理方法包括以下步骤：
（1）在需要治理的河道铺填河底修复基质，铺设量为40-65kg/m2，将河底整理平顺，河底高度差允许值为±10cm；
（2）使用水平仪及卷尺按纵横设计间距放锚杆点，确定锚杆的钻孔位置，然后在相邻的锚杆之间的中点上插补锚杆点位；
（3）对锚杆点钻孔、注浆以及插入锚杆，锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河道底面的长度为整个锚杆长度的三分之一；
（4）在河底进行挂网施工，挂设的钢丝网与锚杆固定连接；
（5）在铺设的钢丝网上堆铺绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋，相邻两层的袋体交错铺设；
（6）在堆填好的功能型生态袋袋体上覆盖防护网，所述防护网通过连接绳与锚杆连接固定。
2.根据权利要求1所述的用于硬质河道的生态修复系统，其特征在于：所述功能型生态袋的绿色多孔生物耦合填料袋、PFU基质微型生物栖息袋以及种植袋根据袋体类型逐层铺设，相邻两层的袋体交错铺设，所述种植袋铺设在最上层。
3.根据权利要求2所述的用于硬质河道的生态修复系统，其特征在于：所述功能型生态袋采用无纺布制作的长条状袋体。
4.根据权利要求2所述的用于硬质河道的生态修复系统，其特征在于：所述种植介质由陶粒及中空多孔植物纤维混合而成；所述中空多孔植物纤维为稻草、麦杆、刨花或木屑中的一种或几种混合而成。
5.根据权利要求1所述的用于硬质河道的生态修复系统，其特征在于：所述防护加固网采用柔性金属钢丝网制成，相邻两卷钢丝网分别用绑扎铁丝连接固定，两网交接处至少有10cm的重叠。
6.根据权利要求1所述的用于硬质河道的生态修复系统，其特征在于：所述锚杆选用长度为50-80cm的螺纹钢，所述锚杆插入角度垂直于河底，锚杆露出河底的长度全部为锚杆长度的三分之一。
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铁碳微电解耦合反硝化菌削减河道黑臭底泥污染物及净化水质的研究;王颖;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20200115;11-12页 *

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