CN207046946U - 一种水下森林生态修复系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本专利涉及污染水体治理及生态环境修复技术领域，公开了一种水下森林生态修复系统，用于修复河道污染水质，包括依次沿河道上游至下游分布的河道截污部、水体微生物改良部、微纳米智能增氧机和水下森林部。所述微生物改良部包括微生物智能投放机。本专利采用原位自由微生物选择性激活引导水下森林生态系统构建的生态修复与综合利用技术，将污染物资源化，实现生态综合利用，具有自动化程度高、净化效率高、成果显著、无二次污染等优点。

Description

一种水下森林生态修复系统及其应用

技术领域

本专利涉及污染水体治理及生态环境修复技术领域，更具体地涉及一种水下森林生态修复系统及其应用。

背景技术

作为一个水资源匮乏的大国，水资源的稀缺已经限制了我国经济的发展。科技的迅速发展带来了巨大经济效益的同时，也造成了大量的工业废水、生活废水，伴随而来的大量污染物排入地表水系，严重的污染了水体。目前配套的污水管网设施尚未健全，截污不彻底、污水未经处理就近排入河涌、湖塘的现象依然普遍。部分河道、湖泊水体交换不畅，过高的有机负荷往往超过了水体自净的能力，造成水体中的溶解氧不足或耗尽，厌氧分解生成大量厌氧产物导致整个水体黑臭难闻。排污口来源多、成分杂、水质水量不稳定，加之土地资源紧张，存在收集难、处理率低、潜在危害大等一系列问题。此外，河道整治过程中的“直线化”和“三面光”处理，破坏河道原有生态环境系统，降低了河道水体自净能力。有必要在河道截污整治工程的同时，实施河道生态系统建设，提高河道水体自净能力，进一步控制水体污染物总量。

目前，公知的河道内水体污染直接净化或就地处理技术有：①在河道内或河道的傍侧建立的类似于污水处理厂的工程技术；②通过生态措施增加河道的接触氧化面积，从而提高河道的自然净化能力；③普通的生物浮岛技术（仅适用于缓流水体）；④直接向河道内抛洒高效微生物，从而提高河道净化能力的技术；⑤直接在河道内加装曝气设施的技术等。这些技术都不同程度的存在着某种不足或缺陷，如：对污染物的去除效率低、效果差和维修管理不便与不能持续，并且容易造成二次污染等，以及影响河道的防洪排涝等基本功能。

发明内容

本专利要解决的技术问题是针对现有水体污染治理技术的不足，提供一种治理高效、自动化程度高、环境友好的水下森林生态修复系统。

本专利的目的是通过以下技术方案予以实现：

一种水下森林生态修复系统，用于修复河道污染水质，包括依次沿河道上游至下游分布的河道截污部、水体微生物改良部、微纳米智能增氧机和水下森林部。

本专利先对河道或湖泊进行截污，防止污染恶化，再利用微生物改良、清理以及激活对水体进行初步净化，在净化程度适合养殖部分生物的水体中投放适合的生物，构建水下森林生态系统，从而逐渐恢复、增加水体自净力，实现青山绿水的可持续发展。

溶解氧是水质净化的重要因素。水体的溶解氧含量越高，越有利于水体中污染物的降解。微纳米增氧技术是目前公认的氧转移效率最高的技术之一，其所生成的气泡表面积大，空气分子小且带少量负电，相互排斥不易结合成大团气泡，在水体中停留时间较长，增加空气利用率。利用所述微纳米智能增氧机对水体进行智能增氧，不仅有利于微生物改良部的运作，也有利于后续水下森林的构建。

水下森林部是利用生物操纵技术向水体投放适合的生物和种植特殊培育的沉水植物。根据国家水污染重大专项研究成果，经过特殊培育的沉水植物的单位面积净化效率为其他水生植物的1.5倍。通过利用生物操纵技术，实现沉水植物河床底部覆盖率达100%，能将河道环境容量（污染物降解能力）提升至传统人工浮岛生态修复技术的15倍以上，是修复后水体清澈见底的重要技术保障。

进一步地，所述水体微生物改良部包括微生物智能投放机。

对水体进行底泥原位微生物改良及清理后，即可对水体进行原位微生物选择性激活。通过机器智能检测水质状况，自动向水体中加入适量的微生物激活剂，改变被污染水体碳氮比失衡的状况，解除优势微生物的代谢生长抑制，促使对污染物降解强的微生物成为优势菌种大量繁殖，一方面增强微生物对污水处理的作用、降解氮磷等富营养物质，另一方面也会抑制清理有害微生物的繁殖，有利于水体环境的进一步改善。

进一步地，所述微生物智能投放机包括水质自动检测单元、控制单元和微生物投放单元，所述控制单元一端与所述水质自动检测单元相连，另一端与所述微生物投放单元相连，所述控制单元包括电源、智能控制器和显示器，所述微生物投放单元包括微生物库、自动投放机和微生物投放管，所述智能控制器与所述自动投放机相连。

通过所述水质自动检测单元，定时检测水质中的COD浓度、NH₃浓度、总磷浓度，将检测数据反馈给所述智能控制器。根据设定好的检测指标浓度，控制器将自动识别是否启动自动投放机。可以人工设定每次的微生物投放量，并针对水体情况，将对应的微生物激活剂投放于所述微生物库中。

原位微生物选择性激活技术是通过选择性激活水环境中的优势微生物，这些微生物可以在氨氮浓度较高时进行有氧反硝化作用快速降低水环境中的氨氮浓度后快速建立起高效的食物链，通过有效的食物链来降低水环境的富营养物质的浓度，恢复水环境的自净能力，从而达到水环境生态修复的目的。

通过生态的原位修复，可以实现污染物的就地解决及整个治理水域的生态修复，最终达到生态平衡，恢复水体环境的自净能力，而且不存在二次污染，是一种简易可行、高效环保的水环境治理技术。

进一步地，所述微生物投放管沿河道铺设。微生物投放管沿河道铺设能对全河段均匀投放微生物激活剂，从而使原位微生物选择性激活技术得以充分实施。

进一步地，所述电源由太阳能电池与稳压电路组成。

可选择使用稳压电源供电或太阳能供电，不仅尽可能降低所需能源成本，也可当无法使用太阳能时切换到稳压电源供电，以保证全天候实时检控水质情况，自动调整净化进程。

进一步地，所述微纳米智能增氧机包括电源、检测器、变频控制器和曝气系统，所述曝气系统依次包括护棚、进气管、变频风机、微纳米曝气主管道、浮桥和微纳米曝气管，所述变频控制器与变频风机相连，用于控制变频风机的运作，所述变频风机一端与进气管相连，另一端与微纳米曝气主管道相连，所述变频风机安装在所述浮桥上。

通过所述检测器，定时自动检测水质中的COD浓度、水质混浊度，将检测数据反馈给所述变频控制器。根据设定好的检测指标浓度，所述变频控制器将自动向变频风机发出命令，控制所述变频风机的启动、关闭或变频运行，从而实现控制向水中的增氧量。

进一步地，所述微纳米智能增氧机还包括太阳能水体富氧系统。

太阳能水体富氧系统利用太阳能光伏发电驱动，通过水循环对水体进行不断增氧，实现河道生态修复过程零能耗。其主要工作原理为：利用太阳能板将光能转变成电能并进行贮存，通过逆变器转变成220V和380V的稳定电源后供应给电动机驱动造流泵和引风机，若有多余的电还可以进行并网销售，促进物尽其用。

进一步地，所述微纳米智能增氧机固定设置于河道中。

所述微纳米增氧机专为河流、湖泊的水体增氧而设计，将其直接固定设置在河道或湖泊中，其根据水位自动下上浮动，而不会左右浮动。此外，微纳米增氧机还利用河道或湖泊为处理地点对污染物进行二次降解，不另外占据河道两岸的地面。

进一步地，所述河道截污部设一隔离带，用于隔离所述污水与处理后的水体。

所述隔离带能隔离污水与处理后的水体，方便后续一系列对污水的净化处理，而防止交叉污染，提高净化效率。

进一步地，所述水下森林部包括黑臭水体段、富营养水体段、草藻竞争段和清水段。

通过对不同段的水体实施不尽相同的生物操纵技术，水体从黑臭段转向单细胞藻控制的富营养化段、藻类－沉水植物共存竞争段、最终达到沉水植物占统治地位的水下森林贫营养化段。生态系统构建完成后，通过强化的自净能力消耗水体中的营养物，通过食物网将富营养物质转移上岸，最终实现富营养资源化与生态综合利用。

该系统适用于生活污水污染治理、水体重金属污染治理、黑臭河治理以及河道、湖泊景观水体生态修复。对应着我国当前复杂的水污染现状，该系统具有较高的适应性。

本专利的有益效果：本专利通过利用水体微生物改良处理激活与水下森林构建的联用实现污水治理1+1≧2的效果。底泥原位微生物改良及清理和水环境中优势原位微生物选择性激活，排除水体中的有害微生物，促进对污染物降解能力强的根际微生物大量繁殖，从而实现对水体中的各种富营养物质进行降解，尤其是对氨氮进行充分降解。与水下森林相辅相成，加快系统成熟时间，达到污染物原位转移、水质提升的目的，从而缩短治理进程。最终形成的生态系统不仅景观优美，而且自净能力强，污染物的降解能力是传统人工浮岛生态修复工艺的30-70倍，通过光合作用实现修复中低能耗、修复后无能耗，维护省、成本低且效果稳固，利于可持续发展。富营养物质通过食物链转化成动植物进行固化，实现污染物资源化和生态综合利用。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2是本实用新型的微生物智能投放机示意图。

图3是本实用新型的微纳米智能增氧机示意图。

图中：100水质自动检测单元、200控制单元、300微生物投放单元、310微生物投放管、400检测器、500曝气系统、510护棚、520进气管、530微纳米曝气主管道、540浮桥、550微纳米曝气管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利作进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，本实施例公开了一种水下森林生态修复系统，包括河道截污部、水体微生物改良部、微纳米智能增氧机和水下森林部。所述水体微生物改良部包括微生物智能投放机。

针对水体污染的处理，首先对河道进行截污处理，避免污染的进一步恶化，方便后续对河道污水的综合处理。采样检验河道底泥的微生物情况，对底泥原位微生物进行改良及清理，根据水体的情况向所述微生物智能投放机放置对应适合的微生物激活剂。人工设定所述智能微生物投放机的检测指标浓度标准以及自动投放微生物激活剂的量，启动机器。所述微生物智能投放即每12小时自动检测一次水质中的COD浓度、NH₃浓度、总磷浓度，通过判断浓度是否超过或低于预设的标准浓度而实行或不实行自动投放固定量的微生物激活剂。此后底泥、水体中的原位根际微生物将被激活，使其成为优势微生物而大量繁殖，排挤清理有害微生物，实现水环境的微生物改良。与此同时，所述微纳米智能增氧机为水体增加溶解氧会进一步促进优势微生物的繁殖，并为后续水下森林的构建提供良好的水环境。所述微纳米智能增氧机通过每2小时自动检测水质中的COD浓度、水质混浊度，根据设定好的检测指标浓度，控制机器向水中增氧的频率。

水体因此得到一定改善后，可进一步利用生物操纵技术，视水体的不同情况、处理的不同阶段向水体投放相应的生物，并在底泥种上经特殊培育的沉水植物。沉水植物的根系和整个叶面直接吸收水体和淤泥中的营养物质，所需碳源直接从水体中吸收，产生的氧气直接对从下而上整个水体产生巨大净化力。最终水下森林构建完成，水中形成了稳定的食物网，通过强化的自净能力消耗水体中的营养物，通过食物网将富营养物质转移上岸，最终实现富营养资源化与生态综合利用，恢复水体生物多样性，构建完善生态系统，增加生态系统自净能力，实现可持续发展，让河道恢复社会经济服务功能，也进一步绽放了水下森林的生态之美。

如图2所示，本实施例所述微生物智能投放机包括水质自动检测单元100、控制单元200和微生物投放单元300，所述控制单元200一端与所述水质自动检测单元100相连，用于检测水质指标并向所述控制单元反馈检测结果；另一端与所述微生物投放单元300相连，用于接收水质自动检测单元100的检测结果反馈，而控制微生物投放单元300向河道投放微生物激活剂。所述控制单元200包括电源、智能控制器和显示器。所述微生物投放单元300包括微生物库、自动投放机和微生物投放管310，所述微生物投放管310沿河道铺设。

如图3所示，本实施例所述的微纳米智能增氧机包括电源、检测器400、变频控制器和曝气系统500，所述曝气系统500依次包括护棚510、进气管520、变频风机、微纳米曝气主管道530、浮桥540和微纳米曝气管550。所述变频控制器与变频风机相连，用于控制变频风机的运作。所述变频风机一端与进气管520相连，另一端与微纳米曝气主管道530相连。所述变频风机安装在所述浮桥540上，以稳定所述变频风机的位置。所述微纳米智能增氧机还包括太阳能水体富氧系统（未在图中示出）。

微纳米智能增氧机技术原理：气体被电离后带电，先由特殊切割结构设计的风机将电离空气通入微纳米曝气主管道530，通过高分子材料合成的膜管挤压分割后转化成的带电的微纳米级气泡随水流飘动并被水体中的动植物和微生物利用，只有约25%的气泡排出后结合成大气团。气体分子对水体的搅拌强度明显减弱，空气利用率在一定条件下达到60%。而普通曝气（表面曝气和微孔曝气）设备产生气团大，搅拌强度大，比表面积小，在水体中停留时间短，故空气利用率只有10%-20%。微纳米曝气有效解决了气泡在水体中接触面积问题，微纳米智能增氧机产生的气体有效加大自身的表面积。微纳米气泡带有负电荷，相互有一定排斥性，使聚合难度加大，随水流紊动频繁，提高气体在水体中的停留时间。故微纳米智能增氧机的空气利用率高于普通曝气方式，能够有效降低能源消耗。根据测算，该技术能耗仅为普通曝气技术的50%。本实施例引进专利纳米管，生产的增氧机可以将空气切割成40-80μm的微气泡，在水中呈Z型上升，增加了与水体接触时间，溶解氧效率是传统曝气方式的2-3倍。

将微纳米智能增氧机专为河流、湖泊的水下增氧而设计，固定在水体后，根据水位，自动下上浮动，不会左右浮动。将其直接设置在河道或湖泊中，利用河道或湖泊为处理地点对污染物进行二次降解，不新占地面。通过微纳米水下增氧和水循环系统一体设置，不需要另外布管，单套设备服务面积1200-1500平方米，占地面积小。本实施例的微纳米智能增氧机更使用了太阳能水体富氧系统，通过利用太阳能光伏发电驱动水循环对水体进行不断增氧，实现河道生态修复过程零能耗。其主要工作原理为：利用太阳能板将光能转变成电能并进行贮存，通过逆变器转变成220V和380V的稳定电源后供应给电动机驱动造流泵和引风机，若有多余的电还可以进行并网销售，促进物尽其用。单台设备功率为 1.1-1.5kW，每小时最大出风量为 50m³，具有见效快、能耗低等特点。

综观上述，本专利通过结合河道截污部、水体微生物改良部、微纳米智能增氧机和水下森林部，将污染物资源化，实现生态综合利用，采用原位自由微生物选择性激活引导水下森林生态系统构建的生态修复与综合利用技术，全面净化各种污染水体，具有净化效率高、成果显著而稳固、无二次污染等优点。该系统适用于生活污水污染治理、水体重金属污染治理、黑臭河治理以及河道、湖泊景观水体生态修复，适应着我国当前复杂的水污染现状，具有实质性的特点和进步。

Claims (5)

1.一种水下森林生态修复系统，用于修复河道污染水质，其特征在于，包括依次沿河道上游至下游分布的河道截污部、水体微生物改良部、微纳米智能增氧机和水下森林部；

所述水体微生物改良部包括微生物智能投放机；所述微生物智能投放机包括水质自动检测单元、控制单元和微生物投放单元，所述控制单元一端与所述水质自动检测单元相连，另一端与所述微生物投放单元相连，所述控制单元包括电源、智能控制器和显示器，所述微生物投放单元包括微生物库、自动投放机和微生物投放管，所述智能控制器与所述自动投放机相连；

所述微生物投放管沿河道铺设；

所述微纳米智能增氧机包括电源、检测器、变频控制器和曝气系统，所述曝气系统依次包括护棚、进气管、变频风机、微纳米曝气主管道、浮桥和微纳米曝气管，所述变频控制器与变频风机相连，用于控制变频风机的运作，所述变频风机一端与进气管相连，另一端与微纳米曝气主管道相连，所述变频风机安装在所述浮桥上；

所述水下森林部包括黑臭水体段、富营养水体段、草藻竞争段和清水段。

2.根据权利要求1所述的一种水下森林生态修复系统，其特征在于，所述电源由太阳能电池与稳压电路组成。

3.根据权利要求1所述的一种水下森林生态修复系统，其特征在于，所述微纳米智能增氧机还包括太阳能水体富氧系统。

4.根据权利要求1所述的一种水下森林生态修复系统，其特征在于，所述微纳米智能增氧机固定设置于河道中。

5.根据权利要求1所述的一种水下森林生态修复系统，其特征在于，所述河道截污部设一隔离带，用于隔离处理前的水体与处理后的水体。