CN204400695U

CN204400695U - 水体生态修复系统

Info

Publication number: CN204400695U
Application number: CN201520004066.8U
Authority: CN
Inventors: 徐斌; 马莉; 陈永飞
Original assignee: Zhejiang Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-01-04
Filing date: 2015-01-04
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2025-01-04

Abstract

本实用新型公开了一种水体生态修复系统；包括沿水体流动方向依次设置的生物修复单元、水体增氧单元和生态修复单元；所述生物修复单元包括设于污染河道中距离排污口0.8～1.2m处的生物膜强化装置以及外部风机，所述生物膜强化装置主要由弹性生物填料层、填料床框架、曝气支架、若干旋混式曝气器和固定在填料床框架的四个床脚上的底部托盘组成，所述水体增氧单元包括喷涌式增氧机、鼓风曝气装置中的一种或两种；所述生态修复单元包括相邻设置的湿式有框架式生态浮岛和鱼类投放装置。本实用新型的修复系统组合中各修复单元互为补充，相辅相成，充分利用各种修复单元优点的同时，还能及时规避缺点，达到高效净化地表水体的目的。

Description

水体生态修复系统

技术领域

本实用新型涉及水体修复技术领域，具体涉及一种水体生态修复系统。

背景技术

随着经济的飞速发展，大量工业废水和生活污水排入河流和湖泊等地表水体，这些废水中携带大量营养盐。由于氮、磷等元素的排入，加上水体缺少必要的循环，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，导致水体富营养化，破坏水生生态平衡，形成水华。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放排入水中，供新一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。

富营养化会造成水体透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。

因而，采用适宜的技术解决水体富营养化问题不但对保护环境有着重大的意义，而且对保证人民的健康也有着深远的意义。但是，地表水具有水量大、分布广等特点。这些特点决定了地表水污染处理不可能像生活污水或工业废水那样采用传统的混凝沉淀、吸附、萃取、离子交换、膜分离等处理工艺和设备进行集中处理，故给地表水污染治理带来了很大的难度。

水体生态修复是指利用生态学的原理，使污染水体恢复到未污染状态所采用的技术。其特点是充分发挥现有水利工程的作用，综合利用流域内的湿地、滩涂、水塘和堤坡等自然资源及人工合成材料，对天然水域自恢复能力和自净能力进行强化。根据其原理的不同，水体生态修复技术可分为物理净化法、化学净化法、生物净化法及自然净化法4类。

1、物理净化法

物理净化法是采用物理的、机械的方法对污染水体进行人工净化，其工艺设备简单、易于操作。

(1)引水稀释

引水稀释就是通过工程调水对污染水体进行稀释，使水体在短时间内达到相应的水质标准。该方法能增加流速，使水体中氧的浓度增加，使水生微生物、动植物的数量和种类也相应增加，从而达到净化水质的目的。

(2)底泥疏浚

河流、湖泊底泥中含有大量的有机物和氮磷营养盐，在一定条件下会从底泥中溶出使水质恶化。对沉积严重的河段、湖泊进行底泥疏浚可恢复河流和湖泊的正常功能。

2、化学净化法

化学净化法通过向污染水体投加化学药剂，使药剂与污染物质发生化学反应，从而达到去除水体中污染物的目的。如治理湖泊酸化可投加生石灰，抑制藻类大量繁殖可投加杀藻剂，除磷可投加铁盐等。

3、生物净化法

生物净化法利用天然水体中的微生物氧化分解有机物，通过人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，从而可提高对污染水体有机物的降解效率。主要包含投菌法、生物膜技术和曝气充氧技术等。

(1)投菌法

①生物试剂添加技术

生物试剂添加技术是将特殊的菌种配方，按一定计算量添加到污水处理系统中，以促进该系统的生物处理效率，从而达到水体生态修复的方法。生物添加所使用的菌种可以从生物界筛选出来，也可以是经过处理的变异菌株或经遗传工程构建的菌株。

生物活液是一种典型的添加技术所用微生物试剂，装在塑料罐内，使用和投加非常方便，可以提高污水处理设施的效率，减少污泥量，去除油脂，加速废水的硝化和脱氮过程，消除或减轻臭味，是一种很有前途的水体生态修复技术。

②固定化酶和固定化细胞

固定化酶又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键的作用将水不溶酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但保持活性的衍生物。固定化酶比水溶酶稳定，因为载体能有效地保护酶的天然构型，不易受酸、碱、有机溶剂、蛋白质变性剂、酶抑制剂及蛋白酶等的影响，可以在较长时间里使用和保藏。固定化酶适用于连续化、自动化和管道化的水体生态修复工艺，还可以回收、再生和重复使用。

微生物细胞自身就是一个天然的固定化酶反应器。用制备固定化酶的方法直接将菌体加以固定，即可催化一系列的生化反应。固定化细胞比固定化酶操作简便，成本更低。

(2)生物膜技术

生物膜技术以天然材料(如卵石、砾石)或人工材料(如塑料、纤维等)为载体，利用在其表面形成的生物膜对污染水体进行净化。国内外已有使用生物膜技术处理河道、湖泊的工程实例。

(3)曝气充氧技术

曝气充氧技术是用人工方法向河道中充入空气(或氧气)，加速水体复氧过程，从而改善河流的水质状况。目前复氧曝气的主要手段是使用曝气复氧船，但曝气复氧船对水体曝气覆盖面不足，造成氧利用率相对较低，持续作用不足。运行管理比较麻烦，对于较深的水体底部充氧很有限。

悬挂链曝气技术可以弥补曝气复氧船的不足。该技术的核心是悬挂链曝气设备，由浮筒、输气软管、布气软管、管式微孔曝气器、配重组成。组与组之间用软管连接成“链”，通过浮筒浮在水面上。悬挂链两端由阀门控制整条链的启闭，每组曝气装置的微孔曝气器与布气软管的连接处设有止回瓣膜，防止污水倒流进入曝气系统。悬挂链的两端与布气干管连接并通过绳索固定在构筑物旁，整条悬挂链通过绳索的拉力和浮筒的浮力悬浮在水面上，管式微孔曝气器通过配重的作用悬浮在水中，水面以下无任何固定装置。悬挂链装置可以永久设置，也可以根据水质情况的改变拆卸整套装置。

4、自然净化法

自然净化法是根据仿生学原理，并通过恢复水体自净功能降解污染物质的一种方法，该方法强调人与自然的和谐统一，因而成为当前国内外水体生态修复研究的重点。

(1)稳定塘与水生植物塘

现在应用于水体生态修复的稳定塘技术是在科学理论基础上建立起来的技术系统，是人工强化措施与自然净化功能相结合的新型净化技术。

多水塘技术是稳定塘技术的一种新形式，该法利用河道两岸多个天然水塘或人工水塘以及河道内的水利工程设施对污染水体进行净化。

水生植物塘是以大型水生植物为基础的水体生态修复系统。其原理是以水生植物如沉水植物、浮水植物和挺水植物等忍耐和超量积累某些化学物质的理论为基础，利用植物清除水体中的污染物。该技术对于控制水域富营养化有着非常重要的作用。

(2)人工湿地净化技术

人工湿地净化技术主要是利用土壤-微生物-植物生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能使河流水质得到不同程度的改善。人工湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，有土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床，污水可以在床体的填料缝隙里曲折地流动或在床体表面流动。床体的表面种植处理性能好、成活率高的水生植物(如芦苇等)，形成一个独特的动植物生态环境。氮和磷作为植物生长过程中不可缺少的营养元素，可以直接被湿地中的植物吸收而去除。

(3)土地处理技术

土地处理技术利用土嚷和植物系统的吸附、过滤及净化作用达到净化目的。土地处理系统经过研发快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流等几种形式。国外的实践经验表明，土地处理系统对于有机化合物尤其是有机氮和氨氮等有较好的去除效果。

(4)人工生态(浮)岛

水体中的天然岛屿是许多水生生物的主要栖息场所，它们对水体的净化起着非常重要的作用。但由于水体的开发利用使许多天然岛消失，人工生态(浮)岛建立的目的就是对水域生态系统的恢复。岛上种植芦苇等水生植物后，水生植物的根系可为微生物的生长、繁殖提供场所。浮岛还可设置鱼类产卵用的产卵床。这更有利于为小鱼及底栖动物提供栖息地，同时芦苇、小鱼、底栖动物和微生物等形成了植物-动物-微生物净化系统。

(5)鱼类控制技术

鱼类放养技术的关键是投放鱼类的品种、大小和数量以及对鱼类生产的控制管理。鱼类控制技术一般是通过放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类，然后借助浮游生物遏制藻类。但浮游生物只能控制细菌和小型藻类，对形成水华的大型藻类则无能为力。中科院水生所在对武汉东湖的富营养化控制研究中发现，放养以浮游生物为食的鲢鱼和鳙鱼可以有效控制水华。

以上方法中：

1、引水稀释只是将污染物浓度稀释，污染物依然存在，不是治本的办法。同时，引水稀释对引水水域和引入水水域又有一定的负面影响，可能会导致两水域的生态系统发生变化。因此主体工艺不采用引水稀释，但若现状污染较重，严重影响到水生植物的种植以及试运行时，可适当辅助临时采用。

2、目前，底泥疏浚在城市河道整治中常被采用，结合岸边整治等一并实施，但要防止“过度疏浚”，导致破坏水生生态状态。

3、化学净化法治理费用较高，沉积物较多，易造成二次污染，目前在城市内河治理方面较少采用，一般在突发性环境问题时，因其见效快，较多得以采用。

4、生物净化法中曝气充氧技术是整个河道水环境生态治理的核心，通过充氧或搅拌，加速水体复氧过程，激活水体中的土著微生物，以达到净化水体的效果，因此，本设计中暂不考虑投加外来特殊菌种。

生物膜技术，作为载体技术，能够提供较大比表面积的微生物活动场所，起到局部微生物富集作用，能快速高效的处理河流污染物，且不造成二次污染。但不足之处仍然存在：生物膜技术只在中小河流污水治理方面发挥了一定作用，并不适合大型河流的污染治理。

5、自然净化法是一种生态、无害的治理方法，但也存在着一些严重的问题。前期施工时间与物理、化学方法相比较漫长，且见效慢。水生植物修复方法中大量的水生植死亡后如不及时清理掉易堵塞河道，植物残体腐烂后会造成更大的河流污染。

6、生态浮岛技术为河道与湖泊景观设计提供了新途径，为城市河道增添新风景，进一步促进城市生态系统更加完善和多样化。目前用于生态浮岛技术的浮岛材料及浮岛植物种类繁多，但多数浮岛材料的抗风浪性及耐腐蚀性并不理想。常用的生态浮岛植物受季节的影响较大，导致该技术不能实现连续净化污水。

综上所述，仅使用一种水体生态修复技术治理受污染水体，处理效果有限，且每种生态修复技术均各有利弊。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种综合效能优的水体生态修复系统。本实用新型通过构建合理的组合，使得组合中各修复单元互为补充，相辅相成，充分利用单体修复单元优点的同时，又能及时规避缺点，净化地表水体，实现水体营养平衡，改善水体自净能力，并具有一定景观效应，对环境和社会产生积极意义。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型涉及一种水体生态修复系统，所述水体生态修复系统包括沿水体流动方向依次设置的生物修复单元、水体增氧单元和生态修复单元；所述生物修复单元包括生物膜强化装置以及外部风机，所述生物膜强化装置位于水体中，且距离设于水体中的排污口0.8～1.2m，所述生物膜强化装置主要由弹性生物填料层、填料床框架、曝气支架、若干旋混式曝气器I和固定在填料床框架的四个床脚上的底部托盘组成，所述弹性生物填料层设于填料床框架上，所述曝气支架设置在底部托盘上，并固定在填料床框架的四个床脚上；所述曝气支架包括矩形曝气支架外框和间隔设置在矩形曝气支架外框内的若干带孔布气支管，所述带孔布气支管的开孔与旋混式曝气器I的接咀相连接，所述矩形曝气支架外框内部与带孔布气支管内部相连通，并通过空气输送管道与外部风机相连通；所述水体增氧单元包括喷涌式增氧机和/或鼓风曝气装置；所述生态修复单元包括相邻设置的湿式有框架式生态浮岛和鱼类投放装置。

作为优选方案，所述湿式有框架式生态浮岛沿河道设置在河道两侧，浮岛间预留出一定船只行驶空间以满足后续维护。在生态浮岛种植篮中，种植水生植物；同时放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类，进行鱼类控制。

作为优选方案，所述鼓风曝气装置主要由回转式鼓风机、空气输送总管、曝气框架和若干旋混式曝气器II组成，所述曝气框架包括矩形曝气框架外框和间隔设置在矩形曝气框架外框内的若干穿孔曝气管，所述穿孔曝气管的开孔与旋混式曝气器II的接咀相连接，并置于污染河道底部，所述矩形曝气框架外框内部与穿孔曝气管内部相连通，并通过空气输送总管与设置在污染河道外部的回转式鼓风机相连通。

作为优选方案，所述空气输送总管一端封闭，并设置在污染河道边，所述空气输送总管具有若干Z形支管，所述曝气框架为若干个，所述曝气框架的个数与Z形支管数相同，所述Z形支管的出气口位于污染河道底部并与曝气框架进气口相连。

作为优选方案，所述湿式有框架式生态浮岛包括挺水型生态浮岛和混合型生态浮岛。

作为优选方案，所述挺水型生态浮岛包括外框I、固定桩I、种植篮I和若干独立浮盆I；所述浮盆I为圆形板状浮体，所述浮盆I中部设有可置放种植篮I的圆孔，所述浮盆I外围面上均匀布设若干连接孔，相邻的浮盆I可通过穿过连接孔的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆I外围用外框I固定，所述外框I通过打入河道底部的固定桩I固定在污染河道面。

作为优选方案，所述外框I为设有圆弧形边角的矩形外框。

作为优选方案，所述混合型生态浮岛包括内框、外框II、渔网、固定桩II、种植篮II和若干独立浮盆II；所述浮盆II为圆形板状浮体，所述浮盆II中部设有可置放种植篮II的圆孔，所述浮盆II外围面上均匀布设若干连接孔，相邻的浮盆II可通过穿过连接孔的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆II外围用内框固定，所述内框固定在渔网中部，渔网外围用外框II固定，所述外框II通过打入河道底部的固定桩II固定在污染河道面。

作为优选方案，所述内框为菱形内框，所述外框II为设有圆弧形边角的矩形外框。

作为优选方案，所述种植篮具有种植篮边沿和篮身，所述篮身为自下而上直径逐渐变大的柱状结构。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提供了一种沿水体流动方向依次设置的生物修复单元、水体增氧单元和生态修复单元组成的修复系统，组合中各修复单元互为补充，相辅相成，充分利用各种修复单元优点的同时，还能及时规避缺点，达到净化地表水体的目的。

2、本实用新型的系统中，将作为载体的生物膜强化装置置于排污口1m处，并通过生物膜强化装置上设置的曝气装置，采用类似曝气池的曝气方法为微生物提供氧气。生物膜作为排污口治理的强化措施，进入河道的污染物首先经生物膜上附着的微生物降解收转化为无机物质，达到处理污水的效果。

2、本实用新型的系统中，生态修复单元包括相邻设置的湿式有框架式生态浮岛和鱼类投放装置；通过在生态浮岛人工种植沉水植物来重建“水下森林”，并由此恢复、构建多种生物和谐共处的自然生态系统，且不同类型植物的生长能形成美丽的景观；通过沉水、浮水、挺水植物的高效配合，合理利用水体竖向空间，更具高效净水能力；浮岛植物根系为微生物生长提供了微环境，增加了系统对水质的净化作用；“水下森林”能为鱼类、鸟类和两栖类等生物提供生境和避难所，有利于恢复水体生态系统的生物多样性。

3、本实用新型的系统中采用的浮岛载体独立注塑成型，结构更简单，更坚固，可靠性更高；设置了专门的固定孔洞，固定更牢固；圆弧形的防撞防挤压边角设计大幅提高浮岛寿命；独立浮盆的设计，使得可根据需求拼接成适当的图案，达到水上绿化同时，还具有一定景观效应；固定简便，便于水生植物种植和收割。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为生物膜强化装置的结构示意图，其中(a)为曝气支架的结构示意图，(b)为生物膜强化装置的剖面示意图；

图2为鼓风曝气装置的结构示意图；

图3(a)为单体浮盆的结构示意图，图3(b)为种植篮的结构示意图；

图4为湿式有框架式生态浮岛的结构示意图，其中，(a)为混合型生态浮岛的结构示意图，(b)为挺水型生态浮岛的结构示意图；

其中，1为弹性生物填料层，2为填料床框架，3为曝气支架，4为旋混式曝气器，5为托盘，6为填料床床脚，7为曝气支架外框，8为布气支管，9为空气输送总管，10为曝气框架外框，11为穿孔曝气管，12为Z形支管，13为浮盆，14为圆孔，15为连接孔，16为种植篮边沿，17为篮身，18为外框，19为内框，20为渔网，21为固定桩

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

本实施例涉及一种水体生态修复系统，所述水体生态修复系统包括沿水体流动方向依次设置的生物修复单元、水体增氧单元和生态修复单元。

本实施例中，在据排污口1m处采用生物膜技术，作为微生物载体，局部富集微生物，作为排污口治理的强化措施。具体而言，生物修复单元包括设于污染河道中距离排污口0.8～1.2m处的生物膜强化装置以及外部风机，如图1所示，所述生物膜强化装置主要由弹性生物填料层1、填料床框架2(采用40cm不锈钢方管按图1所示焊接而成)、曝气支架3、若干旋混式曝气器4和固定在填料床框架2的四个床脚6上的底部托盘5组成，所述弹性生物填料层1设于填料床框架2上，所述曝气支架3设置在底部托盘5上，并固定在填料床框架2的四个床脚6上；所述曝气支架3包括矩形曝气支架外框7和间隔设置在外框7内的若干带孔布气支管8，所述布气支管8的开孔与旋混式曝气器4接咀相连接，所述矩形外框7内部与布气支管8内部相连通，并通过空气输送管道与外部风机相连通；所述水体增氧单元包括喷涌式增氧机、鼓风曝气装置中的一种或两种；所述生态修复单元包括相邻设置的湿式有框架式生态浮岛和鱼类投放装置。弹性填料床固定采用Φ40钢管桩，打入地下2米，填料床床脚绑扎在钢管桩上。

本实施例中，水体增氧单元可根据需要选用鼓风曝气装置，并配以合适的鼓风曝气装置以增加景观效果。所述鼓风曝气装置如图2所示，主要由回转式鼓风机、空气输送总管9、曝气框架和若干旋混式曝气器4组成，所述曝气框架包括矩形曝气框架外框10和间隔设置在外框内的若干穿孔曝气管11，所述穿孔曝气管11的开孔与旋混式曝气器4接咀相连接，并置于污染河道底部，所述曝气框架外框10内部与穿孔曝气管11内部相连通，并通过空气输送总管9与设置在污染河道外部的回转式鼓风机相连通。对污染河水进行水体增氧，需氧量计算以理论完全去除COD_Cr和NH₃-N进行计算。

作为本实施例的一个优选实施方案，所述空气输送总管9一端封闭，并设置在污染河道边，所述空气输送总管9具有若干Z形支管12，所述曝气框架为若干个，所述曝气框架的个数与Z形支管12数相同，所述Z形支管12的出气口位于污染河道底部并与曝气框架进气口相连。该优选方案中，Z形支管为软管，若干曝气框架可并列分散布置在河道底部；当某一曝气框架出现故障需要维修时，可通过事先捆绑在曝气框架上的绳子将其拉出进行维修，同时，将Z形支管出气口封闭，不影响其他曝气框架的使用。

本实施例中，湿式有框架式生态浮岛包括挺水型生态浮岛和混合型生态浮岛。其中挺水型生态浮岛是由多个独立的浮盆组合而成，外围以UPVC管固定，UPVC管根据设计要求组装成制定造型。UPVC管之间用胶粘结。混合型生态浮岛为浮盆配以渔网连接组合而成，浮盆组合成一定造型后浮盆外围以UPVC管固定，渔网与UPVC管之间用尼龙绳绑扎牢固，渔网外围再以以UPVC管框架固定成一定形状。具体如下：

所述挺水型生态浮岛(如图4(b)所示)包括外框18、固定桩21、种植篮和若干独立浮盆13；所述浮盆13的结构示意图如图3(a)所示，浮盆13为采用抗氧化防UV的聚苯乙烯材料制成的圆形板状浮体，所述浮盆13中部设有可置放种植篮的直径为14cm的圆孔14，所述浮盆13外围面上均匀布设若干(12个)连接孔15，相邻的浮盆13可通过穿过连接孔15的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆13外围用外框19(直径为50mm的UPVC管围成的框)固定，所述外框19通过打入河道底部的固定桩21固定在污染河道面。作为本实施例的一个优选方案，所述外框19为设有圆弧形边角的矩形外框。

所述混合型生态浮岛如图4(a)所示，包括内框19、外框18、渔网20(尼龙渔网，网眼为20mm×20mm)、固定桩21、种植篮和若干独立浮盆13；所述浮盆为圆形板状浮体，所述浮盆中部设有可置放种植篮的圆孔，所述浮盆13外围面上均匀布设若干连接孔15，相邻的浮盆13可通过穿过连接孔15的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆13外围用内框18(直径为50mm的UPVC管围成的框)固定，所述内框18固定在渔网20中部，渔网20外围用外框19固定，所述外框19通过打入河道底部的固定桩21固定在污染河道面。该固定桩21为3m的直径为20mm的镀锌钢管，打入河底1m，并露出常水位50cm，上部刷涂绿色漆。作为本实施例的一个优选方案，所述内框18为菱形内框，所述外框19为设有圆弧形边角的矩形外框。

本实施例中，所述种植篮如图3(b)所示，具有种植篮边沿16和篮身17，所述篮身17为自下而上直径逐渐变大的柱状结构。收集篮为适应各种不同类型的水生植物的根系作了两段三孔式设计，上半段的直径较大，可以很好的容纳球茎及种子植物类的慈姑、荸荠等水生植物，下半段的直径较小用于须根类的植物如黄花鸢尾等。因此，本实用新型的生态浮岛可以满足多种植物的种植需求，不同的根系的植物种植，不同植株大小的植物的种植三孔为主根孔、根状茎孔和须根孔。把植物固定在种植篮内，种植篮安装在浮盆的圆孔内并能自行固定。UPVC管和浮盆组合之间以渔网连接，浮水植物可直接均匀投放到浮岛渔网区域。

本实用新型的水体生态修复系统的工作原理为：采用新型组合生态修复技术，具体为“生物膜接触氧化+水体增氧技术+人工生态(浮)岛+水下森林+鱼类控制”。

1、将作为载体的生物膜置于排污口1m处，并采用类似曝气池的曝气方法为微生物提供氧气。生物膜作为排污口治理的强化措施，进入河道的污染物首先经生物膜上附着的微生物降解收转化为无机物质，达到处理污水的效果。生物膜具体形状，大小可依据实际需要进行调整。

2、水体增氧技术是用人工方法向河道中充入空气(或氧气)，加速水体复氧过程，从而改善河流的水质状况。向发黑发臭的水体充氧后，硫化物可转化为无毒的硫酸根，水的颜色会变清澈，臭味也会消失；因工业废水中溶有二价铁、锰等元素而颜色污浊的河水充氧后将因氧化作用形成不溶于水的Fe(OH)₃，和MnO₄而沉淀，使水变清；当水中溶解氧增加后，就会使沉入水中的有害与造成污染的有机物逐步降解为简单的对人无害的低分子量的无机物。此外，通过充氧或搅拌，可加速水体复氧过程，激活水体中的土著微生物，以达到净化水体的效果。

新型组合生态修复技术中水体增氧采用溶氧效率高的鼓风曝气，考虑到景观效应，配合设置喷涌式增氧机。

3、生态浮岛是人工浮体，由载体(人工浮岛平台)、植物和固定系统组成，利用无土栽培技术，把高等水生或陆生植物，以高分子材料等作为载体，种植到受污水体中，通过扎在水中的根系吸收大量的氮、磷等营养物质，吸收后转化成自身组织，旺盛生长，通过植物的修剪得以去除。对有机污染物起到促进降解的作用；植物根系、浮床和基质在吸附悬浮物的同时，为微生物和其他水生生物提供栖息、繁衍场所，兼可美化水域景观。人工浮岛技术是一种具有净化污染、修复生境、恢复生态、改善景观等多种功能的新型生态环境技术。

新型生态浮岛建成后能提供4种基本的生态功能：(1)新型生态浮岛能支持多种植物生长，可为鱼类、鸟类和两栖类等生物提供生境和避难所，有利于恢复水体生态系统的生物多样性；(2)浮岛植物根系为微生物生长提供了微环境，增加了系统对水质的净化作用；(3)浮岛上不同类型植物的生长能形成美丽的景观。(4)多种株距及种植密度设计，适应性更强；采用抗氧化材料，经久耐用；水体与空气之间有一定的接触空间，净水效果更突出。(5)沉水、浮水、挺水植物具有较大的密度和生物量，且可高效配合，合理利用水体竖向空间，更具高效净水能力。通过人工种植沉水植物来重建“水下森林”，并由此恢复、构建多种生物和谐共处的自然生态系统。

4.生态浮岛栽种植物选择

水体修复常用水生植物种类如下表1所示：

表1

水生美人蕉花期5-10月，盛花期在春天，但一直可零星开放至夏天，花期长，观赏性强。耐污抗污能力强，根系发达，不仅能美化人们的生活，而且能吸收氮、磷以及二氧化硫、氯化氢等有害物质。

路易斯安娜鸢尾为常绿植物，花色鲜艳，根系发达，和水生美人蕉相辅相成，能很耗地吸收水中营养物质，营造丰富多彩的河面景观。因此本发面中选择水生美人蕉和路易斯安娜鸢尾作为挺水植物，利用海绵条进行绑扎固定于种植蓝内，按照景观设计，间隙种植于生态浮盆中。

香菇草为多年生湿生观赏植物。植株具有蔓生性，节上常生根。适应性强，根茎分蘖繁殖能力强，抗污能力强。投放于浮岛渔网区域便可繁殖生长。

苦草为多年生无茎沉水草本，夏绿冬枯，其对TN、TP的去除率分别可达85.7％和75.6％，效果最为显著。

因此，挺水植物选用水生美人蕉、路易斯安娜鸢尾，二者开花期观赏性强，耐污抗污能力强，根系发达，不仅能美化人们的生活，而且能吸收氮、磷以及二氧化硫、氯化氢等有害物质，且路易斯安娜鸢尾为常绿植物冬季不会枯黄。

浮水植物选用香菇草，其适应性强，根茎分蘖繁殖能力强，抗污能力强，投放于浮岛渔网区域便可繁殖生长。

沉水植物选用苦草，其对TN、TP的去除率分别可达85.7％和75.6％。选择将沉水植物苦草种植于堤岸两侧。

5、鱼类控制技术一般是通过放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类，然后借助浮游生物遏制藻类。但浮游生物只能控制细菌和小型藻类，对形成水华的大型藻类则无能为力。鱼类放养技术的关键是投放鱼类的品种、大小和数量以及对鱼类生产的控制管理。本发明中，在生态浮岛周边有序地在地表水体中投放花白鲢、泥鳅等。其中，花白鲢为典型的滤食性鱼类。在其身长达1.5厘米以上时吃浮游植物，转为吃浮游植物，并喜吃草鱼的粪便和投放的鸡、牛粪。泥鳅生命力远远高于一般鱼类，以浮游生物、水生昆虫、甲壳动物、水生高等植物碎屑以及藻类等为食。在地表水体中放养，均有利于藻类的去除。本实用新型中，以生物操纵引导水体生态修复即引入浮游动物，以浮游动物吃藻除浊做为启动因子，提高透明度的前提下，对水下植被进行恢复。鱼类控制具体选用花白鲢、泥鳅，在生态浮岛附近投放一次。

将本实施例的水体生态修复系统应用于湖州市小市河，实施时主要分三步走，具体实施如下：

一、以湖州市小市河为新技术的工程试验点。

一)河道现状：

工程设计试验段河道近似矩形，河道长约50m，宽约18m，河道水深1.73～2.15m，有一小排污口，排污量很小，暂估20m³/d。

二)水环境状况：

表2 监测断面水质表

指标	COD_Cr(mg/L)	BOD₅(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	TP(mg/L)
					数值	33		5.75	0.902

采用有机污染物综合评价指数法，CPI＝(NH₃-N_i/NH₃-N₀)+(TP_i/TP₀)，轻度污染河道CPI为2.0～4.0，中度污染河道CPI为4.0～6.0，重度污染河道CPI＞6.0，评价标准为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)之V类水质标准。

本试验段断面水质监测结果如表1所示，

本试验段CPI＝(NH₃-N_i/NH₃-N₀)+(TP_i/TP₀)＝(5.75/2.0)+(0.902/0.4)＝2.875+2.255＝5.13，属于中度污染河道。

根据地表水分类标准，及水质检测结果分析，该段河水水质超过V类水，为劣V类水。

三)治理技术：

结合当地的实际情况，以本发明的水体生态修复方法(生物膜接触氧化+水体增氧技术+人工生态(浮)岛+水下森林+鱼类控制)为设计指导思路对工程进行初步设计，平面布置要结合河道地形、走向、水位、气候等条件，优化运行成本，便于施工、维护和管理等因素，经分析比较确定；河道水体生态修复设备、植被等应注重景观效果、季节变化等因素，并使景观效果与周围环境协调；排污口强化措施布置应与整个河道修复设备、植被等协调；竖向布置应统筹考虑净化水质工艺需要、水深的影响因素、水位的变化性等。具体设计参数如下：

1、排污口强化处理设计

1)设计参数

河道长度：约50m

河道水深：1.73～2.15m

水域面积：约900m²

2)设备配置

①弹性填料床

型号：3×1.5×1.5m

数量：n＝1座

说明：床高暂定1.5m。

②旋混式曝气器

型号：260型

2、人工生态(浮)岛设计

1)设计参数

河道长度：约50m

河道水深：1.73～2.15m

水域面积：约900m²

2)设备配置

①挺水型生态浮岛

配置：浮盆、种植篮、种植介质(海绵条)、连接扣、挺水植物及安装辅料等

数量：n＝18m²

②复合型生态浮岛

配置：浮盆、种植篮、种植介质、连接扣、挺水植物、浮框、渔网、配重、浮水植物及安装辅料等。

数量：n＝32m²

3、沉水植物设计

1)设计参数

河道长度：约50m

河道水深：1.73～2.15m

水域面积：约900m²

2)设备配置

①沉水植物

品种配置：苦草、金鱼藻等，辅生物操纵进行种植。

数量：n＝900m²

4、水体增氧设计

1)设计参数

河道长度：约50m

河道水深：1.73～2.15m

水域面积：约900m²

2)增氧系统设计

A、设计参数

预估污水进入量：20m³/d

本体水量：900(面积)×2.0(平均水深)≈1800m³

B、设计基准

假设：1、进入河道污水进入为一般生活污水水质，CODcr为250mg/L，NH₃-N为35mg/L。

2、本底水质，CODcr为50mg/L，NH₃-N为10mg/L。

3、需氧量计算以理论完全去除CODcr和NH₃-N进行计算。

4、增氧设备日运行时间按8h计。

c、需氧量计算

纳污处理需氧量＝O_COD+O_NH3-N＝250×10^-3×20+35×10^-3×20×4.57＝8.2kgO/d。

本底净化需氧量＝O_COD+O_NH3-N＝50×10^-3×1800+10×10^-3×1800×4.57＝172.26kgO/d。

因本底净化需氧量为日纳污处理需要量的21倍左右，再加上增氧设备日运行时间为8h，故只需设备初期增加一倍运行时间，三个星期左右就可带掉本底的净化，故，增氧系统的设计以纳污处理需氧量进行计算。

D、系统组成

本设计增氧系统主要为回转式鼓风机，喷涌式增氧机因运行时间的不确定性等，暂不考虑其氧贡献量。

按运行8h工作，折算成风量为：8.2÷(1.4×0.21×0.08×8×60)＝0.73m³/min。(1.4-氧密度、0.21-氧的体积分数、0.08-氧的利用率)。

3)设备配置

①回转式鼓风机

风量：Q＝0.74m³/min

风压：H＝3m

功率：N＝1.5kw

数量：n＝1台

②喷涌式增氧机

型号：YPY-0.75

功率：N＝0.75kw

数量：n＝1台

③穿孔曝气管

型号：

数量：n＝200m

④旋混式曝气器

型号：260型

5、鱼类控制设计

1)设计参数

河道长度：约50m

河道水深：1.73～2.15m

水域面积：约900m²

2)鱼类配置

①水生动物

品种：花白鲢、泥鳅等

数量：n＝1批

二、按照设计方案进行试点工程建设。

三、试点工程建设完毕且生态治理稳定后，及时进行试点地表水水质检测。检测结果表明，试验段生态治理稳定后，基本达到地表水V类水水质，氨氮、总磷浓度分别降低至2mg/L、0.4mg/L以下，去除率分别可达65.2％、55.7％，河道透明度达到0.50m。地表水治理情况良好，可作为样板工程进行推广。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种水体生态修复系统，其特征在于，所述水体生态修复系统包括沿水体流动方向依次设置的生物修复单元、水体增氧单元和生态修复单元；所述生物修复单元包括生物膜强化装置以及外部风机，所述生物膜强化装置位于水体中，且距离设于水体中的排污口0.8～1.2m，所述生物膜强化装置主要由弹性生物填料层、填料床框架、曝气支架、若干旋混式曝气器I和固定在填料床框架的四个床脚上的底部托盘组成，所述弹性生物填料层设于填料床框架上，所述曝气支架设置在底部托盘上，并固定在填料床框架的四个床脚上；所述曝气支架包括矩形曝气支架外框和间隔设置在矩形曝气支架外框内的若干带孔布气支管，所述带孔布气支管的开孔与旋混式曝气器I的接咀相连接，所述矩形曝气支架外框内部与带孔布气支管内部相连通，并通过空气输送管道与外部风机相连通；所述水体增氧单元包括喷涌式增氧机和/或鼓风曝气装置；所述生态修复单元包括相邻设置的湿式有框架式生态浮岛和鱼类投放装置。

2.根据权利要求1所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述鼓风曝气装置主要由回转式鼓风机、空气输送总管、曝气框架和若干旋混式曝气器II组成，所述曝气框架包括矩形曝气框架外框和间隔设置在矩形曝气框架外框内的若干穿孔曝气管，所述穿孔曝气管的开孔与旋混式曝气器II的接咀相连接，并置于污染河道底部，所述矩形曝气框架外框内部与穿孔曝气管内部相连通，并通过空气输送总管与设置在污染河道外部的回转式鼓风机相连通。

3.根据权利要求2所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述空气输送总管一端封闭，并设置在污染河道边，所述空气输送总管具有若干Z形支管，所述曝气框架为若干个，所述曝气框架的个数与Z形支管数相同，所述Z形支管的出气口位于污染河道底部并与曝气框架进气口相连。

4.根据权利要求1所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述湿式有框架式生态浮岛包括挺水型生态浮岛和混合型生态浮岛。

5.根据权利要求4所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述挺水型生态浮岛包括外框I、固定桩I、种植篮I和若干独立浮盆I；所述浮盆I为圆形板状浮体，所述浮盆I中部设有可置放种植篮I的圆孔，所述浮盆I外围面上均匀布设若干连接孔，相邻的浮盆I可通过穿过连接孔的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆I外围用外框I固定，所述外框I通过打入河道底部的固定桩I固定在污染河道面。

6.根据权利要求5所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述外框I为设有圆弧形边角的矩形外框。

7.根据权利要求4所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述混合型生态浮岛包括内框、外框II、渔网、固定桩II、种植篮II和若干独立浮盆II；所述浮盆II为圆形板状浮体，所述浮盆II中部设有可置放种植篮II的圆孔，所述浮盆II外围面上均匀布设若干连接孔，相邻的浮盆II可通过穿过连接孔的连接带进行连接，若干相互连接的浮盆II外围用内框固定，所述内框固定在渔网中部，渔网外围用外框II固定，所述外框II通过打入河道底部的固定桩II固定在污染河道面。

8.根据权利要求7所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述内框为菱形内框，所述外框II为设有圆弧形边角的矩形外框。

9.根据权利要求5或6所述的水体生态修复系统，其特征在于，所述种植篮具有种植篮边沿和篮身，所述篮身为自下而上直径逐渐变大的柱状结构。