CN116119831A - 一种黑臭水体复合治理修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种黑臭水体复合治理修复系统，包括设置外源污染治理单元、底泥内源污染修复单元和水质提升单元；外源污染治理单元包括生态浮床，生态浮床上栽种有多株浮床植物，且生态浮床的底部悬挂有多个玄武岩纤维载体；底泥内源污染修复单元包括多株水生植物、及设置在河底淤泥上的多个用于投放微生物制剂的投料口；水质提升单元包括曝气机，曝气机设有多个曝气口向水体提供微纳米气泡以增加水中溶氧。本发明基于内、外源污染耦合处理解决城市黑臭水体的水质治理与修复问题，提高河道中黑臭水体的净化效果，实现城市河流生态系统的恢复与重构。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，特别是涉及一种黑臭水体复合治理修复系统。
背景技术
黑臭水体修复技术中，常见的处理方式包括物理修复与化学絮凝；其中物理修复见效快、修复效果明显，但引水稀污与底泥疏浚费用高、治标不治本、污染易反复、对原有水生态环境破坏严重等弊端；而化学絮凝药剂的处理效果易受水环境变化的影响，且存在对水生态二次污染的可能。为了改善上述情况，现有技术提供新的处理方式：生物生态修复方式，该方式具有更明显的经济优势和环境友好性，增设生态浮岛及栽种水生植物对黑臭水体修复有一定效果，但其更多关注单一外源污染或者内源污染控制，不能保证其长久有效性，导致修复效果慢、植物维护较为困难，且可能由于植物死亡产生腐殖质而加剧底泥污染，进而导致黑臭水体净化效果下降。
发明内容
本发明提供一种黑臭水体复合治理修复系统，基于内、外源污染耦合处理解决城市黑臭水体的水质治理与修复问题，提高河道中黑臭水体的净化效果，实现城市河流生态系统的恢复与重构。
本发明的技术方案如下：
一种黑臭水体复合治理修复系统，包括设置外源污染治理单元、底泥内源污染修复单元和水质提升单元；
所述外源污染治理单元包括生态浮床，所述生态浮床上栽种有多株用于净化水体的浮床植物，且所述生态浮床的底部悬挂有多个玄武岩纤维载体用于微生物附着形成生物膜；
所述底泥内源污染修复单元包括多株栽种在河底淤泥上用于为微生物生长提供所需的碳源和能源的水生植物、及设置在河底淤泥上的多个用于投放微生物制剂的投料口；
所述水质提升单元包括曝气机，所述曝气机设有多个曝气口向水体提供微纳米气泡以增加水中溶氧。
本发明针对黑臭水体的内外源污染，分别从外源污染治理，底泥内源污染修复和黑臭水体水质提升三个层面进行处理；
外源污染治理的原理如下：
生态浮床利用无土栽培措施对污染水体进行生态修复或重建，通过在受污染河道中，在生态浮床上人工种植浮床植物，通过其强大的根系作用削减水中的氮、磷等营养物质，并以收获植物体的形式将其搬离水体，而达到净化水质的效果；此外，通过在浮床下悬挂玄武岩纤维载体，固定住植物根系的同时，可增加系统内微生物数量和种类，形成丰富微生物群落，有效去除水体污染，抑制浮游藻类的生长的同时，进一步帮助城市黑臭水体恢复；
底泥内源污染修复的原理如下：
底泥内源污染修复通过运用水生植物和微生物共同组成的生态系统实现，高等的水生植物可提供微生物生长所需的碳源和能源，根系周围好氧菌数量多，使得污染在根系旁能被迅速降解；根周围渗出液的存在，能提高降解微生物的活性；种植的水生植物的根茎能控制底泥中营养物的释放，而在生长后期又能较方便地去除，带走部分营养物，此处的水生植物作为原位微生物修复的“固定化载体”，通过投入底泥中的微生物制剂，以使其附着在植物体上进而对微生物修复底泥起到强化作用，可进一步加强对底泥的去污修复；
黑臭水体水质提升的原理如下：
城市河流受到耗氧有机物污染后，水体溶解氧被耗氧有机物消耗，水体出现缺氧，危害水生态系统，严重时河水黑臭，本发明利用曝气机向水体中充入空气(或氧气)加速水体复氧过程，使水体的自净过程始终处于好氧状态，提高好氧微生物的活力，同时在河底沉积物表层形成一个以兼氧菌为主，且具备好氧菌群生长潜能的环境，从而能够在较短的时间内降解水体中的有机污染物，进一步提高水体的净化效果。
在一个较为优选的实施方式中，所述生态浮床包括浮床床体、浮床基质，所述浮床床体漂浮在水体上，所述浮床基质设于所述浮床床体上用于栽种浮床植物。
在一个较为优选的实施方式中，所述浮床床体由轻质漂浮高分子材料制成，所述轻质漂浮高分子材料包括陶粒、蛭石、珍珠岩、火山岩，所述浮床床体由同一种轻质漂浮高分子材料制成或由多种轻质漂浮高分子材料混合制成。
浮床床体是植物栽种的支撑物，同时是整个浮床浮力的主要提供者。使将陶粒、蛭石、珍珠岩、火山岩等无机材料作为床体，这类材料具有多孔结构，更适合于微生物附着而形成生物膜，有利于降解污染物质。
在一个较为优选的实施方式中，所述浮床基质由海绵、椰子纤维、陶粒中的一种、或多种混合形成。
浮床基质用于固定植物，同时要保证植物根系生长所需的水分、氧气条件及能作为肥料载体，浮床基质为海绵、椰子纤维、陶粒等。
在一个较为优选的实施方式中，所述浮床植物包括菖蒲、石菖蒲、水浮莲、水芹菜、水雍菜或金鱼藻，栽种在所述生态浮床上的浮床植物为同一品种或多个品种混合。
浮床植物是浮床净化水体的核心，需要满足以下要求：适宜当地气候、水质条件，优先选择本地种；根系发达，根茎繁殖能力强；植物生长快，生物量大；植株优美，具有一定的观赏性。浮床植物可选菖蒲、石菖蒲、水浮莲、水芹菜、水雍菜、金鱼藻等。
在一个较为优选的实施方式中，所述玄武岩纤维载体通过金属套环连接在所述浮床床体的底部，并在水中呈三维笼状分布。
污染严重的城市黑臭水体一般溶解氧低，透明度低以及悬浮物量高，基于玄武岩纤维载体的生态浮床可以克服普通水草在城市黑臭水体中无法正常生存生长的问题。同时玄武岩纤维载体比表面积大，更好固定植物根系的同时，可以附着大量微生物以及原生动物，增加系统内微生物数量和种类，且在断面一次形成好氧、兼氧和厌氧三个反应区，在硝化和反硝化作用下，高效实现脱氮。
在一个较为优选的实施方式中，所述水生植物采用沉水植物。沉水植物的根茎扎根于河底淤泥中，微生物制剂附着在沉水植物上。
在一个较为优选的实施方式中，所述沉水植物包括苦草、金鱼藻、狐尾藻或黑藻，栽种在河底淤泥中的沉水植物为同一品种或多个品种混合。
沉水植物是指：植物体完全沉没于水中的植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等。
在一个较为优选的实施方式中，所述曝气机的顶部设有太阳能板，所述太阳能板将太阳能存储后通过逆变器转化为电能对所述曝气机进行供电。
利用太阳能对曝气机进行供电，可节省能源，对于其中太阳能转换为电能进行供电的原理及连接结构，是本领域技术人员所清楚知悉的常规手段，此处不再叙述。
在一个较为优选的实施方式中，多个所述曝气口设于所述曝气机的周侧，并浸没在水体中。多个曝气口增强曝气的输出，以提高水体中的溶解氧浓度。
本发明的有益效果如下：
本发明针对黑臭水体的内外源污染，分别从外源污染治理，底泥内源污染修复和黑臭水体水质提升三个层面进行处理。其中，通过生态浮床及其底部的玄武岩纤维载体对污染水体进行外源污染治理；通过水生植物和微生物共同组成的生态系统实现底泥内源污染修复；通过增加曝气提高好氧环境以令微生物的活力提高，达到提高水体净化的效果。本发明耦合内外源污染治理技术，处理效果较好，处理水量大，运行管理方便且成本低。
附图说明
图1为本发明的黑臭水体复合治理修复系统的示意图。
图中：生态浮床1、浮床床体101、浮床基质102、浮床植物2、玄武岩纤维载体3、水生植物4、投料口5、曝气机6、太阳能板7。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种黑臭水体复合治理修复系统，包括设置外源污染治理单元、底泥内源污染修复单元和水质提升单元；
所述外源污染治理单元包括生态浮床1，所述生态浮床1上栽种有多株用于净化水体的浮床植物2，且所述生态浮床1的底部悬挂有多个玄武岩纤维载体3用于微生物附着形成生物膜；
所述底泥内源污染修复单元包括多株栽种在河底淤泥上用于为微生物生长提供所需的碳源和能源的水生植物4、及设置在河底淤泥上的多个用于投放微生物制剂的投料口5；
所述水质提升单元包括曝气机6，所述曝气机6设有多个曝气口向水体提供微纳米气泡以增加水中溶氧。
在本实施例中，生态浮床1包括浮床床体101、浮床基质102，浮床床体101漂浮在水体上，浮床基质102设于浮床床体101上用于栽种浮床植物2。
浮床床体101是植物栽种的支撑物，同时是整个浮床浮力的主要提供者，在本实施例中，浮床床体101由轻质漂浮高分子材料制成，轻质漂浮高分子材料包括陶粒、蛭石、珍珠岩和火山岩等，这类材料具有多孔结构，更适合于微生物附着而形成生物膜，有利于降解污染物质，浮床床体101可以由同一种轻质漂浮高分子材料制成或由多种轻质漂浮高分子材料混合制成。
浮床基质102用于固定植物，同时要保证植物根系生长所需的水分、氧气条件及能作为肥料载体，在本实施例中，浮床基质102由海绵、椰子纤维、陶粒中的一种、或多种混合形成。
在本实施例中，浮床植物2是浮床净化水体的核心，需要满足以下要求：适宜当地气候、水质条件，优先选择本地种；根系发达，根茎繁殖能力强；植物生长快，生物量大；植株优美，具有一定的观赏性。因此，浮床植物2可选菖蒲、石菖蒲、水浮莲、水芹菜、水雍菜和金鱼藻等，栽种在生态浮床1上的浮床植物2为同一品种或多个品种混合。
在本实施例中，玄武岩纤维载体3通过金属套环连接在浮床床体101的底部，并在水中呈三维笼状分布。浮床悬挂载体由玄武岩纤维组成，更好固定植物根系的同时，增加系统内微生物数量和种类，形成好氧，厌氧和缺氧空间，高效实现脱氮。
污染严重的城市黑臭水体一般溶解氧低，透明度低以及悬浮物量高，基于玄武岩纤维载体3的生态浮床可以克服普通水草在城市黑臭水体中无法正常生存生长的问题。同时玄武岩纤维载体3比表面积大，更好固定植物根系的同时，可以附着大量微生物以及原生动物，增加系统内微生物数量和种类，且在断面一次形成好氧、兼氧和厌氧三个反应区，在硝化和反硝化作用下，高效实现脱氮。
在本实施例中，底泥内源污染修复单元通过运用水生植物4和微生物共同组成的生态系统实现，其中水生植物4可采用沉水植物，其根茎扎根于河底淤泥中，微生物制剂附着在沉水植物上，微生物制剂由微生物体、输氧剂、替代电子受体和营养物混合而成。
高等的水生植物4根区环境中具有明显的厌氧、缺氧和好氧微生物降解功能区，在共生系统中的高等的水生植物4不仅能够为微生物提供碳源和能源，根周围的渗出液还能够提高微生物的降解活性。
在本实施例中，沉水植物是指：植物体完全沉没于水中的植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等。栽种在河底淤泥中的沉水植物为同一品种或多个品种混合。
在本实施例中，多个投料口5是可以布置在用一管道上，将该管道埋藏在河底淤泥中，管道的另一端直通外部的供应源，可通过在外部直接投入微生物制剂，方便快捷。
在本实施例中，曝气机6的顶部设有太阳能板7，太阳能板7将太阳能存储后通过逆变器转化为电能对曝气机6进行供电，多个所述曝气口设于所述曝气机6的周侧，并浸没在水体中。多个曝气口增强曝气的输出，以提高水体中的溶解氧浓度。本实施例利用太阳能对曝气机6进行供电，可节省能源，对于其中太阳能转换为电能进行供电的原理及连接结构，是本领域技术人员所清楚知悉的常规手段，此处不再叙述。
本发明针对黑臭水体的内外源污染，分别从外源污染治理，底泥内源污染修复和黑臭水体水质提升三个层面进行处理；
外源污染治理的原理如下：
生态浮床1利用无土栽培措施对污染水体进行生态修复或重建，通过在受污染河道中，在生态浮床1上人工种植浮床植物2，通过其强大的根系作用削减水中的氮、磷等营养物质，并以收获植物体的形式将其搬离水体，而达到净化水质的效果；此外，通过在浮床下悬挂玄武岩纤维载体3，固定住植物根系的同时，可增加系统内微生物数量和种类，形成丰富微生物群落，有效去除水体污染，抑制浮游藻类的生长的同时，进一步帮助城市黑臭水体恢复；
底泥内源污染修复的原理如下：
底泥内源污染修复通过运用水生植物4和微生物共同组成的生态系统实现，高等的水生植物4可提供微生物生长所需的碳源和能源，根系周围好氧菌数量多，使得污染在根系旁能被迅速降解；根周围渗出液的存在，能提高降解微生物的活性；种植的水生植物4的根茎能控制底泥中营养物的释放，而在生长后期又能较方便地去除，带走部分营养物，此处的水生植物4作为原位微生物修复的“固定化载体”，通过投入底泥中的微生物制剂，以使其附着在植物体上进而对微生物修复底泥起到强化作用，可进一步加强对底泥的去污修复；
黑臭水体水质提升的原理如下：
城市河流受到耗氧有机物污染后，水体溶解氧被耗氧有机物消耗，水体出现缺氧，危害水生态系统，严重时河水黑臭，本发明利用曝气机6向水体中充入空气(或氧气)加速水体复氧过程，使水体的自净过程始终处于好氧状态，提高好氧微生物的活力，同时在河底沉积物表层形成一个以兼氧菌为主，且具备好氧菌群生长潜能的环境，从而能够在较短的时间内降解水体中的有机污染物，进一步提高水体的净化效果。
在本实施例中，充入的溶解氧可以氧化有机物厌氧降解时产生的H2S、CH4S及FeS等致黑、致臭物质，有效改善水体的黑臭状况。微纳米曝气增强河流水体的紊动，有利于氧的传递、扩散以及水体的混合，同时减缓底泥释放磷的速度。当溶解氧水平较高时，Fe2+易被氧化成Fe3+，Fe3+与磷酸盐结合形成难溶的FePO4，使得在好氧状态下底泥释放磷的过程减弱，而且在中性或者碱性条件下，Fe3+生成的Fe(OH):胶体，吸附上覆水中的游离态磷，并且在水底沉积物表面形成一个较密实的保护层，在一定程度上减弱了上层底泥的再悬浮，减少底泥中污染物向水体的扩散释放。
本发明针对黑臭水体的内外源污染，分别从外源污染治理，底泥内源污染修复和黑臭水体水质提升三个层面进行处理。其中，通过生态浮床1及其底部的玄武岩纤维载体3对污染水体进行外源污染治理；通过水生植物4和微生物共同组成的生态系统实现底泥内源污染修复；通过增加曝气提高好氧环境以令微生物的活力提高，达到提高水体净化的效果。本发明耦合内外源污染治理技术，处理效果较好，处理水量大，运行管理方便且成本低。
实施例2：
本实施例与实施例1相似，所不同之处在于，在本实施例中，可在浮床床体101的一侧设置驱动机构(图中未示出)，通过驱动机构驱动浮床床体101进行移动，以实现整个浮床的位置调整，适应不同的应用河道位置，无需人员拖动，可有效提高布置的效率。
在本实施例中，驱动机构可采用电机驱动船桨的形式实现。
在本实施例中，可在浮床床体101的左右两侧设置有用于转弯的驱动机构，以实现对浮床床体101的转向进行控制。例如需要往右侧转向时，驱动左侧的转弯电机，以令浮床整体向右侧转向，反之，需要向左侧转向则驱动右侧的转弯电机即可。
实施例3：
本实施例与实施例1相似，所不同之处在于，在本实施例中，在曝气机6的出气口处连接有管道系统(图中未示出)，该管道系统处于水体中，在管道系统中设置多个用于曝气的曝气口，以令多个曝气口均匀间隔分布，尽可能对该区域内的溶解氧浓度进行提高。
在本实施例中，为了加快曝气效率，可在曝气口处采用喷头的形式进行喷射。
在本实施例中，为了增强续航能力，可在曝气机6的顶部设置有蓄电池(图中未示出)，将太阳能板7的太阳能经逆变器转换后的电能一部分直供给曝气机6，一部分与蓄电池连接进行存储，蓄电池的放电端也与曝气机6连接，作为一个备用电源，以确保曝气机6的续航能力。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，包括设置外源污染治理单元、底泥内源污染修复单元和水质提升单元；
所述外源污染治理单元包括生态浮床(1)，所述生态浮床(1)上栽种有多株用于净化水体的浮床植物(2)，且所述生态浮床(1)的底部悬挂有多个玄武岩纤维载体(3)用于微生物附着形成生物膜；
所述底泥内源污染修复单元包括多株栽种在河底淤泥上用于为微生物生长提供所需的碳源和能源的水生植物(4)、及设置在河底淤泥上的多个用于投放微生物制剂的投料口(5)；
所述水质提升单元包括曝气机(6)，所述曝气机(6)设有多个曝气口向水体提供微纳米气泡以增加水中溶氧。
2.根据权利要求1所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述生态浮床(1)包括浮床床体(101)、浮床基质(102)，所述浮床床体(101)漂浮在水体上，所述浮床基质(102)设于所述浮床床体(101)上用于栽种浮床植物(2)。
3.根据权利要求2所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述浮床床体(101)由轻质漂浮高分子材料制成，所述轻质漂浮高分子材料包括陶粒、蛭石、珍珠岩、火山岩，所述浮床床体(101)由同一种轻质漂浮高分子材料制成或由多种轻质漂浮高分子材料混合制成。
4.根据权利要求2所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述浮床基质(102)由海绵、椰子纤维、陶粒中的一种、或多种混合形成。
5.根据权利要求1或2所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述浮床植物(2)包括菖蒲、石菖蒲、水浮莲、水芹菜、水雍菜或金鱼藻，栽种在所述生态浮床(1)上的浮床植物(2)为同一品种或多个品种混合。
6.根据权利要求2所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述玄武岩纤维载体(3)通过金属套环连接在所述浮床床体(101)的底部，并在水中呈三维笼状分布。
7.根据权利要求1所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述水生植物(4)采用沉水植物。
8.根据权利要求7所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述沉水植物包括苦草、金鱼藻、狐尾藻或黑藻，栽种在河底淤泥中的沉水植物为同一品种或多个品种混合。
9.根据权利要求1所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，所述曝气机(6)的顶部设有太阳能板(7)，所述太阳能板(7)将太阳能存储后通过逆变器转化为电能对所述曝气机(6)进行供电。
10.根据权利要求1所述的一种黑臭水体复合治理修复系统，其特征在于，多个所述曝气口设于所述曝气机(6)的周侧，并浸没在水体中。
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