CN112194255B - 一种富营养化河道水体的生态修复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富营养化河道水体的生态修复方法及装置，包括包括多个设置于河道内的一体多层式生态区域，任一个所述一体多层式生态区域通过控制其区域内水流流速以调配其和临近所述一体多层式生态区域修复能力对河道进行协同修复；所述一体多层式生态区域包括透明骨架，在所述透明骨架的底端安装有用于贴合河道底部的柔性配重件，在所述透明骨架上自上而下地设置有藻类摒除层、浮游生物控制层、植物种植层；通过修复区域对河道进行监控并对污染源头进行定位，且修复区域通过分层式的多种处理方案，通过在多种处理方案之间形成微循环，从而提高该区域自身的自净能力。

Description

一种富营养化河道水体的生态修复方法及装置

技术领域

本发明涉及生态修复技术领域，具体涉及一种富营养化河道水体的生态修复方法及装置。

背景技术

所有的水域都有一定程度的自净能力，这种自净能力来源于水中的溶解氧，如果水中缺氧，水域一定处于严重污染中。当水域中进入少量的污染物之后，水域中的溶解氧将污染物氧化分解成没有污染作用的无机物并以气体形态释放，水域中恢复洁净，再经过一段时间的自然溶解，水域中恢复溶解氧含量，从而实现水域自净能力的循环平衡，维持水域的洁净生态环境。但是近些年来，随着经济的快速发展，人口的快速增长，我国城市化进程不断加快，河流的水量、环境容量减少，生物群落多样遭到破坏，自净能力降低或是丧失；另外随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，大量城市生活污染、工业化污染、农业面源污染物未经处理即进入河道，超出了水体的自净能力，造成河道水体污染物积累，出现了或出现过不同程度的富营养化问题，甚至出现发黑发臭现象。

目前，治理水体富营养化污染的方法主要有物理法、化学法、生物生态法。物理法打捞、清淤、引水稀释置换等治理技术成本高昂，劳动力消耗大，只适合小范围的污水治理，适应范围有限。化学法治标不治本，而且会带来难以弥补的二次污染。在现有技术中修复方案存在的缺陷在于，修复方式单一，无法从而根本上提高河道的自净能力，对污染源无法进行监控和定位，造成反复治理的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富营养化河道水体的生态修复方法及装置，以解决现有技术中修复方式单一，无法从而根本上提高河道的自净能力，对污染源无法进行监控和定位，造成反复治理的问题的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种富营养化河道水体的生态修复方法，包括如下步骤，

步骤100、在河道中沿自身宽度方向并截断水体的修复区域；

步骤200、在该修复区域通过上层打捞藻类及垃圾、中层圈养鱼类吞食浮游生物、下层种植水生植物吸收淤泥中氮磷营养物质，形成在修复区域一体多层修复方式协作的修复方案；

步骤300、在该修复区域的上游侧和下游侧分别设置水质探头，从而获得单位面积的修复效率，再通过河道水体的长度和宽度、以及该单位面积的修复效率推算出需要设置修复区域的面积，从而在河道水体上通过设置间距地排布多个修复区域，并对河道进行动态监控；

步骤400、通过在每个修复区域内设置有控制通过该区域水流速率的驱动组件，利用驱动组件在水质稍差区域加快水流速度，以减小该区域的修复负荷，利用驱动组件在在水质稍好区域降低水流速度，以增加该区域的修复负荷，从而协调各部分的修复能力。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中实施动态监控的具体方法为，

步骤301，实时传输各修复区域的水质数据；

步骤302，按照从上流至下流的方向排布该水质数据，该水质数据应逐渐递减，通过对比找出其中异常的数据；

步骤303，根据异常数据所对应区域，可对污染源排放支流进行监控和定位。

为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：

一种富营养化河道水体的生态修复装置，包括多个设置于河道内的一体多层式生态区域，任一个所述一体多层式生态区域通过控制区域内水流流速以调配此一体多层式生态区域和临近所述一体多层式生态区域修复能力对河道进行协同修复；

所述一体多层式生态区域包括透明骨架，在所述透明骨架的底端安装有用于贴合河道底部的柔性配重件，在所述透明骨架上自上而下地设置有藻类摒除层、浮游生物控制层、植物种植层。

作为本发明的一种优选方案，所述藻类摒除层包括可纵向滑动地设置于所述透明骨架上的浮动亚克力网板，在所述透明骨架上安装有用于周期性顶出使所述浮动亚克力网板脱离水体的顶出直线电机，在所述浮动亚克力网板上通过直线电机安装有可往复运动的摒除刷体，且在所述浮动亚克力网板的一端铰接有用于承接并向岸上导出藻类的滑接体。

作为本发明的一种优选方案，所述浮游生物控制层固定安装在所述透明骨架上且用于养殖吞食浮游生物的鱼类的网箱结构，且所述网箱结构的网孔可容许浮游生物通过而不允许养殖的鱼类通过，在所述网箱结构的两侧均安装有用于控制河道水体流速的透明扇叶，所述透明扇叶由通过电机转动安装在所述网箱结构侧面边缘的驱动环、以及均匀安装在所述驱动环内侧的半叶片组成。

作为本发明的一种优选方案，所述植物种植层包括固定安装在所述透明骨架底端的蜂窝培养腔，所述蜂窝培养腔上至少三排种植圆孔，且相邻排之间的所述种植圆孔相互错位，位于最上排的所述种植圆孔通过竖向光通道连接至位于最下排的所述种植圆孔上，分别位于三排上且处于同一条斜线上的所述种植圆孔通过斜向光通道连接，且位于最上排和中排上的所述种植圆孔的经过所述竖向光通道和斜向光通道的区域设置有第一透明进光区，在位于最下排的所述种植圆孔的经过所述所述竖向光通道和斜向光通道的区域设置有第二透明进光区，位于最上排和中排上的所述种植圆孔的非所述第一透明进光区区域、位于最下排的所述种植圆孔的正对所述第二透明进光区区域均设置有种植区。

作为本发明的一种优选方案，所述种植区包括固定安装于所述种植圆孔内壁上的淤泥填充腔，在所述淤泥填充腔的内侧固定安装有用于夹持水生植物根茎的双层栅格，在所述双层栅格内填充有无土栽培介质；

在所述述种植圆孔通过透明支架安装有植物限高弧架，在所述植物限高弧架上通过驱动轴转动安装有流速控制叶片，在所述流速控制叶片的边缘固定安装有用于配合所述植物限高弧架内侧边缘对水生植物进行部分切除的切割刀片。

作为本发明的一种优选方案，在所述蜂窝培养腔的两侧壁上均固定安装有连通腔壁，每一个所述淤泥填充腔均与所述连通腔壁连通，且在所述连通腔壁对应所述种植圆孔处开设有吻合孔，在所述吻合孔内壁上密封且可旋转地安装有旋转腔壁，所述驱动轴通过连杆与所述旋转腔壁进行固定连接，并在所述旋转腔壁上固定安装有用于推动所述连通腔壁内淤泥流动的桨结构。

作为本发明的一种优选方案，在所述网箱结构和种植圆孔内均设置有水质探测装置和流速探测装置。

作为本发明的一种优选方案，位于两侧的所述连通腔壁的底端通过多根填埋至淤泥内的导管组成，且所述导管上设置有沿水流方向的开孔；

在所述网箱结构的底面板上不设置开孔，且在所述网箱结构的底面板内设置有空腔，位于两侧的所述连通腔壁的顶端均设置有用于所述网箱结构内腔的连通管，在所述网箱结构两侧安装有曝气装置，且在所述所述网箱结构的底面板上开设有配合其内淤泥以及养殖鱼类排泄物形成的微生物群落的微生物培养槽。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明通过具有一定间隔地设置修复区域，通过修复区域将河道分成多段，从而通过修复区域对河道进行监控并对污染源头进行定位，且修复区域通过分层式的多种处理方案，通过在多种处理方案之间形成微循环，从而提高该区域自身的自净能力；并且，本发明通过多段修复的方式，配合对水流速度的控制，动态地调整各区域的负荷，以减少对修复区域的过度消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例中整体的结构示意图；

图2为本发明实施例中藻类摒除层的结构示意图；

图3为本发明实施例中植物种植层的结构示意图；

图4为本发明实施例中种植圆孔和种植区的结构示意图；

图5为本发明实施例中转腔壁、驱动轴和桨结构的结构示意图；

图6为本发明实施例中浮游生物控制层和植物种植层的侧视图。

图中的标号分别表示如下：

1-一体多层式生态区域；

11-透明骨架；12-柔性配重件；13-藻类摒除层；14-浮游生物控制层；15-植物种植层；

131-浮动亚克力网板；132-摒除刷体；133-滑接体；

141-网箱结构；142-透明扇叶；143-微生物培养槽；

150-桨结构；151-蜂窝培养腔；152-种植圆孔；153-竖向光通道；154-斜向光通道；155-第一透明进光区；156-第二透明进光区；157-种植区；158-连通腔壁；159-转腔壁；

1571-淤泥填充腔；1572-双层栅格；1573-无土栽培介质；1574-植物限高弧架；1575-流速控制叶片；1576-驱动轴；1577-切割刀片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种富营养化河道水体的生态修复方法，包括如下步骤，

步骤100、在河道中沿自身宽度方向并截断水体的修复区域；

步骤200、在该修复区域通过上层打捞藻类及垃圾、中层圈养鱼类吞食浮游生物、下层种植水生植物吸收淤泥中氮磷营养物质，形成在修复区域一体多层修复方式协作的修复方案；

步骤300、在该修复区域的上游侧和下游侧分别设置水质探头，从而获得单位面积的修复效率，再通过河道水体的长度和宽度、以及该单位面积的修复效率推算出需要设置修复区域的面积，从而在河道水体上通过设置间距地排布多个修复区域，并对河道进行动态监控；

步骤400、通过在每个修复区域内设置有控制通过该区域水流速率的驱动组件，利用驱动组件在水质稍差区域加快水流速度，以减小该区域的修复负荷，利用驱动组件在在水质稍好区域降低水流速度，以增加该区域的修复负荷，从而协调各部分的修复能力。

在步骤300中实施动态监控的具体方法为，

步骤301，实时传输各修复区域的水质数据；

步骤302，按照从上流至下流的方向排布该水质数据，该水质数据应逐渐递减，通过对比找出其中异常的数据；

步骤303，根据异常数据所对应区域，可对污染源排放支流进行监控和定位。

本发明通过具有一定间隔地设置修复区域，通过修复区域将河道分成多段，从而通过修复区域对河道进行监控并对污染源头进行定位，且修复区域通过分层式的多种处理方案，通过在多种处理方案之间形成微循环，从而提高该区域自身的自净能力。

本发明通过多段修复的方式，配合对水流速度的控制，动态地调整各区域的负荷，以减少对修复区域的过度消耗。

在水质较差区域，因该区域内的修复系统达到了其负荷，按照常规流速，会过度消耗该修复区域的修复能力，故使用驱动装置，使得该区域内的水流不经过净化而快速通过至下一未达到负荷的区域，从而总体上看，增加水域修复的速率。

在水质较好区域，应该区域内的修复系统远远未达到其负荷量，通过降低其内水流速度以使得位于该区域内的水体清除更为充分和彻底。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明还提供一种富营养化河道水体的生态修复装置，包括多个设置于河道内的一体多层式生态区域1，任一个所述一体多层式生态区域1通过控制区域内水流流速以调配此一体多层式生态区域1和临近所述一体多层式生态区域1修复能力对河道进行协同修复；

所述一体多层式生态区域1包括透明骨架11，在所述透明骨架11的底端安装有用于贴合河道底部的柔性配重件12，在所述透明骨架11上自上而下地设置有藻类摒除层13、浮游生物控制层14、植物种植层15。

其中，所述藻类摒除层13包括可纵向滑动地设置于所述透明骨架11上的浮动亚克力网板131，在所述透明骨架11上安装有用于周期性顶出使所述浮动亚克力网板131脱离水体的顶出直线电机，在所述浮动亚克力网板131上通过直线电机安装有可往复运动的摒除刷体132，且在所述浮动亚克力网板131的一端铰接有用于承接并向岸上导出藻类的滑接体133。

藻类摒除层13通过顺应水流方向，在藻类摒除层13完成一次打捞后，水流自动运动藻类至此处，从而形成自动打捞过程，减小了资源的损耗。

其中，所述浮游生物控制层14固定安装在所述透明骨架11上且用于养殖吞食浮游生物的鱼类的网箱结构141，且所述网箱结构141的网孔可容许浮游生物通过而不允许养殖的鱼类通过，在所述网箱结构141的两侧均安装有用于控制河道水体流速的透明扇叶142，所述透明扇叶142由通过电机转动安装在所述网箱结构141侧面边缘的驱动环、以及均匀安装在所述驱动环内侧的半叶片组成。

其中，所述植物种植层15包括固定安装在所述透明骨架11底端的蜂窝培养腔151，所述蜂窝培养腔151上至少三排种植圆孔152，且相邻排之间的所述种植圆孔152相互错位，位于最上排的所述种植圆孔152通过竖向光通道153连接至位于最下排的所述种植圆孔152上，分别位于三排上且处于同一条斜线上的所述种植圆孔152通过斜向光通道154连接，且位于最上排和中排上的所述种植圆孔152的经过所述竖向光通道153和斜向光通道154的区域设置有第一透明进光区155，在位于最下排的所述种植圆孔152的经过所述所述竖向光通道153和斜向光通道154的区域设置有第二透明进光区156，位于最上排和中排上的所述种植圆孔152的非所述第一透明进光区155区域、位于最下排的所述种植圆孔152的正对所述第二透明进光区156区域均设置有种植区157。

通过分排设置的种植圆孔152，提高单位面积的种载能力，并且通过竖向光通道153和斜向光通道154的相互交叉，形成光照时间和强度的梯度，根据光通道重叠的面积，在种植圆孔152内形成强光照区，中光照区、弱光照区，从而根据各水生植物需要光照强度和时长的不同，选择多种水生植物种植，丰富种植区域物种的多样性。

其中，所述种植区157包括固定安装于所述种植圆孔152内壁上的淤泥填充腔1571，在所述淤泥填充腔1571的内侧固定安装有用于夹持水生植物根茎的双层栅格1572，在所述双层栅格1572内填充有无土栽培介质1573；在所述述种植圆孔152通过透明支架安装有植物限高弧架1574，在所述植物限高弧架1574上通过驱动轴1576转动安装有流速控制叶片1575，在所述流速控制叶片1575的边缘固定安装有用于配合所述植物限高弧架1574内侧边缘对水生植物进行部分切除的切割刀片1577。在所述蜂窝培养腔151的两侧壁上均固定安装有连通腔壁158，每一个所述淤泥填充腔1571均与所述连通腔壁158连通，且在所述连通腔壁158对应所述种植圆孔152处开设有吻合孔，在所述吻合孔内壁上密封且可旋转地安装有旋转腔壁159，所述驱动轴1576通过连杆与所述旋转腔壁159进行固定连接，并在所述旋转腔壁159上固定安装有用于推动所述连通腔壁158内淤泥流动的桨结构150。

通过控制水流速率的流速控制叶片1575进行旋转，从而对水生植物进行限高修减，被修剪后的通过在种植圆孔152的下游端安装带有泡沫的网兜进行收集。

用于提供水生植物营养的淤泥通过在连通腔壁158流动，通过驱动轴1576带动桨结构150进行驱动。

其中，在所述网箱结构141和种植圆孔152内均设置有水质探测装置和流速探测装置。位于两侧的所述连通腔壁158的底端通过多根填埋至淤泥内的导管组成，且所述导管上设置有沿水流方向的开孔；在所述网箱结构141的底面板上不设置开孔，且在所述网箱结构141的底面板内设置有空腔，位于两侧的所述连通腔壁158的顶端均设置有用于所述网箱结构141内腔的连通管，在所述网箱结构141两侧安装有曝气装置，且在所述所述网箱结构141的底面板上开设有配合其内淤泥以及养殖鱼类排泄物形成的微生物群落的微生物培养槽143。

通过将淤泥运送至网箱结构141的底面，通过网箱结构141内的水流和抱起装置增加淤泥中的溶解氧，且通过该淤泥收集鱼类的排泄物或浮游生物的尸体等，从而在淤泥中形成物生物层，从而在该修复区域形成良好的生物微循环。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种富营养化河道水体的生态修复方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤100、在河道中沿自身宽度方向并截断水体的修复区域；

步骤200、在该修复区域通过上层打捞藻类及垃圾、中层圈养鱼类吞食浮游生物、下层种植水生植物吸收淤泥中氮磷营养物质，形成在修复区域一体多层修复方式协作的修复方案；

步骤300、在该修复区域的上游侧和下游侧分别设置水质探头，从而获得单位面积的修复效率，再通过河道水体的长度和宽度、以及该单位面积的修复效率推算出需要设置修复区域的面积，从而在河道水体上通过设置间距地排布多个修复区域，并对河道进行动态监控；

在步骤300中实施动态监控的具体方法为，

步骤301，实时传输各修复区域的水质数据；

步骤302，按照从上流至下流的方向排布所述水质数据，所述水质数据应逐渐递减，通过对比找出其中异常的数据；

步骤303，根据异常数据所对应区域，可对污染源排放支流进行监控和定位；

步骤400、通过在每个修复区域内设置有控制通过区域水流速率的驱动组件，利用驱动组件在水质稍差区域加快水流速度，以减小该区域的修复负荷，利用驱动组件在水质稍好区域降低水流速度，以增加该区域的修复负荷，从而协调各部分的修复能力。

2.一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：包括多个设置于河道内的一体多层式生态区域（1），任一个所述一体多层式生态区域（1）通过控制区域内水流流速以调配此一体多层式生态区域（1）和临近所述一体多层式生态区域（1）修复能力对河道进行协同修复；

所述一体多层式生态区域（1）包括透明骨架（11），在所述透明骨架（11）的底端安装有用于贴合河道底部的柔性配重件（12），在所述透明骨架（11）上自上而下地设置有藻类摒除层（13）、浮游生物控制层（14）、植物种植层（15）；

所述藻类摒除层（13）包括可纵向滑动地设置于所述透明骨架（11）上的浮动亚克力网板（131），在所述透明骨架（11）上安装有用于周期性顶出使所述浮动亚克力网板（131）脱离水体的顶出直线电机，在所述浮动亚克力网板（131）上通过直线电机安装有可往复运动的摒除刷体（132），且在所述浮动亚克力网板（131）的一端铰接有用于承接并向岸上导出藻类的滑接体（133）；

所述浮游生物控制层（14）固定安装在所述透明骨架（11）上且用于养殖吞食浮游生物的鱼类的网箱结构（141），且所述网箱结构（141）的网孔可容许浮游生物通过而不允许养殖的鱼类通过，在所述网箱结构（141）的两侧均安装有用于控制河道水体流速的透明扇叶（142），所述透明扇叶（142）由通过电机转动安装在所述网箱结构（141）侧面边缘的驱动环、以及均匀安装在所述驱动环内侧的半叶片组成。

3.根据权利要求2所述的一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：所述植物种植层（15）包括固定安装在所述透明骨架（11）底端的蜂窝培养腔（151），所述蜂窝培养腔（151）上至少三排种植圆孔（152），且相邻排之间的所述种植圆孔（152）相互错位，位于最上排的所述种植圆孔（152）通过竖向光通道（153）连接至位于最下排的所述种植圆孔（152）上，分别位于三排上且处于同一条斜线上的所述种植圆孔（152）通过斜向光通道（154）连接，且位于最上排和中排上的所述种植圆孔（152）的经过所述竖向光通道（153）和斜向光通道（154）的区域设置有第一透明进光区（155），在位于最下排的所述种植圆孔（152）的经过所述竖向光通道（153）和斜向光通道（154）的区域设置有第二透明进光区（156），位于最上排和中排上的所述种植圆孔（152）的非所述第一透明进光区（155）区域、位于最下排的所述种植圆孔（152）的正对所述第二透明进光区（156）区域均设置有种植区（157）。

4.根据权利要求3所述的一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：所述种植区（157）包括固定安装于所述种植圆孔（152）内壁上的淤泥填充腔（1571），在所述淤泥填充腔（1571）的内侧固定安装有用于夹持水生植物根茎的双层栅格（1572），在所述双层栅格（1572）内填充有无土栽培介质（1573）；

在所述种植圆孔（152）通过透明支架安装有植物限高弧架（1574），在所述植物限高弧架（1574）上通过驱动轴（1576）转动安装有流速控制叶片（1575），在所述流速控制叶片（1575）的边缘固定安装有用于配合所述植物限高弧架（1574）内侧边缘对水生植物进行部分切除的切割刀片（1577）。

5.根据权利要求4所述的一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：在所述蜂窝培养腔（151）的两侧壁上均固定安装有连通腔壁（158），每一个所述淤泥填充腔（1571）均与所述连通腔壁（158）连通，且在所述连通腔壁（158）对应所述种植圆孔（152）处开设有吻合孔，在所述吻合孔内壁上密封且可旋转地安装有旋转腔壁（159），所述驱动轴（1576）通过连杆与所述旋转腔壁（159）进行固定连接，并在所述旋转腔壁（159）上固定安装有用于推动所述连通腔壁（158）内淤泥流动的桨结构（150）。

6.根据权利要求5所述的一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：在所述网箱结构（141）和种植圆孔（152）内均设置有水质探测装置和流速探测装置。

7.根据权利要求6所述的一种富营养化河道水体的生态修复装置，其特征在于：位于两侧的所述连通腔壁（158）的底端通过多根填埋至淤泥内的导管组成，且所述导管上设置有沿水流方向的开孔；

在所述网箱结构（141）的底面板上不设置开孔，且在所述网箱结构（141）的底面板内设置有空腔，位于两侧的所述连通腔壁（158）的顶端均设置有用于所述网箱结构（141）内腔的连通管，在所述网箱结构（141）两侧安装有曝气装置，且在所述网箱结构（141）的底面板上开设有配合其内淤泥以及养殖鱼类排泄物形成的微生物群落的微生物培养槽（143）。

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