一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，該方法由太陽能電池板、支撐連接裝置、氣泵、曝氣管和布?xì)夤軜?gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)，維持水中的溶解氧水平；強(qiáng)浮力載體與挺水植物構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)，去除水中的污染物質(zhì)，并富集和轉(zhuǎn)化重金屬；填料系統(tǒng)提供給大量微生物菌群、浮游植物、原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物附著、寄居之地，共建形成具有高效快速凈化污染物的生物膜。本發(fā)明能夠高效地去除水中COD、氮、磷等有機(jī)物及其它污染物，凈化水體水質(zhì)，改善河道生態(tài)系統(tǒng)，幫助恢復(fù)水體自凈能力。
【專利說明】一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于城市河道水污染治理的，特別涉及一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法。
【背景技術(shù)】[0002]城市河道作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市的生存，制約著城市的發(fā)展，是城市的生命之源。城市河道可以改善城市的生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)氣候，塑造城市景觀，提供給居民更好的生活空間，并能促進(jìn)投資，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)城市的總體進(jìn)步。可見，城市河道在城市的發(fā)展、建設(shè)及生態(tài)環(huán)境中有著非常重要的作用。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市河道污染也在逐步加劇，并且由于長(zhǎng)期疏于管理，河道臟、亂、黑、臭等現(xiàn)象普遍存在，這都嚴(yán)重束縛了城市的發(fā)展，破壞了城市環(huán)境，對(duì)水生動(dòng)植物的生存也構(gòu)成了威脅。城市河道的生態(tài)治理已迫在眉睫。
[0003]目前，河道生態(tài)治理技術(shù)已有較多的組合形式，如胡孟春(CN102491586A)設(shè)計(jì)了一套包括漂浮式風(fēng)光電能供給設(shè)施、漂浮式曝氣生物濾池、絮凝劑噴灑劑在內(nèi)的黑臭河道水的凈化處理設(shè)施，該方法綜合利用絮凝、過濾、微生物處理等工藝，處理凈化黑臭河道的水質(zhì)。龐鵬遠(yuǎn)(CN201099644Y)的設(shè)計(jì)中涉及一種漂浮式太陽能曝氣系統(tǒng)，能方便的向水中充氧，解決了曝氣能耗高等問題，可用于較大面積的河湖等地方。王國(guó)祥等(CN101544424A)設(shè)計(jì)了一種用于水質(zhì)凈化的組合式生態(tài)浮床裝置，該生態(tài)浮床有八個(gè)功能分區(qū)，可種植多重植物，不僅能較好的去除水中氮磷等污染物，還有一定的美化作用。但是這些方法存在著一定局限和不足:主要針對(duì)于含工業(yè)廢水的黑臭水體，應(yīng)用范圍窄；生物濾池工藝應(yīng)用于河道中不便于控制進(jìn)水流速、反洗等操作，有礙于河道行洪功能；簡(jiǎn)單向河道內(nèi)曝氣充氧，效果不是很明顯，見效慢，也不利于河道美觀；植物根系上聚集的微生物種類不夠豐富，數(shù)量也不夠大，所以對(duì)污染較嚴(yán)重的河道處理效果不佳。
[0004]綜上所述，城市河道的生態(tài)處理方面缺乏一種治理效果全面、應(yīng)用范圍廣并且易于操作的處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于河道受污染水體的水質(zhì)凈化與恢復(fù)、改善水體水質(zhì)、逐步恢復(fù)水體自凈能力、治理效果全面、易于操作的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜的方法。
[0006]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007]一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于:
[0008](I)通過太陽能電池板(I)、支撐連接裝置(3)、氣泵(4)、曝氣管(7)和布?xì)夤?8)構(gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)；將太陽能不斷轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣機(jī)的曝氣增氧，使水中的溶解氧含量能夠滿足植物、微生物的呼吸、降解作用，維持水中的溶解氧水平；
[0009](2)通過強(qiáng)浮力載體(5)與挺水植物(2)構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)；挺水植物利用植物根系的篩濾、吸收和吸附作用，去除水中的污染物質(zhì)，并富集和轉(zhuǎn)化重金屬；
[0010]所述挺水植物的栽種密度為2~10株/m2 ;
[0011]所述強(qiáng)浮力載體(5)的直徑為河道斷面寬度的1/5~1/4，但一般最大不超過2米;
[0012](3)通過填料(6)連接成串，均勻懸掛于強(qiáng)浮力載體(5)的下面，構(gòu)成填料系統(tǒng)；微生物菌群、浮游植物、原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物附著、寄居在填料表面，構(gòu)建具有高效快速凈化污染物的生物膜，以主要去除河道水體中的COD ;填料上特別培養(yǎng)好氧反硝化菌，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，有效降低水中總氮濃度；通過填料與植物結(jié)合的使用，植物根系的分泌物能夠強(qiáng)化填料的生化降解作用；
[0013]所述填料(6)連接成串的長(zhǎng)度在充分考慮填料所受浮力的情況下，為河道水深的1/3~1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料的間距為5~8cm ;
[0014]所述填料(6)連接成串的密度為40~60串/m2。 [0015](4)將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)和生態(tài)浮床、填料結(jié)合在一起，組合成一體式裝置，以簡(jiǎn)化工藝，并提高水體生態(tài)修復(fù)的效果。
[0016]所述步驟(2)去除的水中的污染物質(zhì)為氮、磷或者有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)元素。
[0017]所述步驟(2)的挺水植物為具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，為黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥或者香蒲；黃花鳶尾可以抑制藻類爆發(fā)、去除水中溶解性氮、磷，改善水體透明度，抑制PH值增加等；美人蕉對(duì)固體物質(zhì)、膠體物質(zhì)及NH4+-N有一定的沉降、攔截和吸附作用；蘆葦、水蔥和香蒲對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也具有較好的去除效果。
[0018]所述步驟(3)填料(6)也可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大，以利于治理污染情況比較嚴(yán)重的河道。
[0019]所述步驟(3)填料(6)也可以選擇活性生物填料，此填料在高分子材料中融合了多種有利于微生物快速附著生長(zhǎng)的微量元素，親水性好，掛膜快，氧利用效率高，比表面積大，以利于治理富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的河道。
[0020]本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，主要是增加了填料的使用，利用填料的高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，聚集大量微生物、浮游動(dòng)物等，極大地提高了生物量；同時(shí)，在曝氣充氧的條件下，增加了水中溶解氧濃度，對(duì)生物降解起到明顯的輔助作用。本發(fā)明能夠?qū)⑵貧獬溲鹾臀⑸锝到獾膬?yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，有效降低污染負(fù)荷，高效地去除水中C0D、氮、磷等有機(jī)物及其它污染物，凈化水體水質(zhì)，逐步改善河道生態(tài)系統(tǒng)，能夠使受污染嚴(yán)重的河道水體水質(zhì)由劣V類逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閂類，甚至恢復(fù)到IV類水質(zhì)水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是太陽能曝氣增氧一植物床載帶生物膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖。
[0023]1-太陽能電池板2-挺水植物
[0024]3-支撐連接裝置4-氣泵
[0025]5-強(qiáng)浮力載體6-填料
[0026]7-曝氣管8-布?xì)夤躘0027]9-錨定物。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]本發(fā)明的太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，如圖1所示，該裝置的中間水平位置設(shè)置有強(qiáng)浮力載體5，強(qiáng)浮力載體5為圓形，浮于水面之上，其直徑視河道斷面寬度而定，設(shè)置為河道斷面寬度的1/5~1/4，但一般最大不超過2米；太陽能電池板I設(shè)置在強(qiáng)浮力載體5上面的中央部位，并通過其下面的支撐連接裝置3與氣泵4相連接，太陽能電池板I為3~5塊，排布成折線形，方位朝南，并與水平方位夾角10~20度；氣泵4的出氣口與曝氣管7相連接，曝氣管7垂直穿過強(qiáng)浮力載體5并與水平設(shè)置在該裝置下面的布?xì)夤?相連通，用于均勻布?xì)狻?br> [0030]在太陽能電池板1、支撐連接裝置3與氣泵4的周圍設(shè)置有挺水植物2，參見圖2 ；所述挺水植物為具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，如黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥、香蒲等，挺水植物的栽種密度為2~10株/m2。
[0031]在強(qiáng)浮力載體5的下面垂直設(shè)置有填料6，填料6連接成串，均勻懸掛于強(qiáng)浮力載體(5)的下面，所述填料6連接成串的長(zhǎng)度在充分考慮填料所受浮力的情況下，設(shè)定為河道水深的1/3~1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料間距離設(shè)定為5~8cm，填料串密度為40~60串/m2。
[0032]強(qiáng)浮力載體5下面的中心位置還設(shè)置有錨定物9，以保證裝置的穩(wěn)定性。
[0033]本發(fā)明將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)和生態(tài)浮床、填料結(jié)合在一起，組合成一體式裝置。針對(duì)于曝氣系統(tǒng)與生態(tài)浮床分開放置的方法來講，本發(fā)明簡(jiǎn)化了工藝；將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)與生物生態(tài)治理方法結(jié)合在一起，改善了水體微生態(tài)環(huán)境，不僅水體溶解氧濃度提高，植物、微生物等生態(tài)治理也起到很大的作用，一體式裝置提高了水體生態(tài)修復(fù)的效果，總體治理效果較兩種單獨(dú)工藝的效果好很`多，氮的去除率能達(dá)到或高于30%~60%，COD去除率能達(dá)到或高于40%~60%。
[0034]太陽能電池板1、支撐連接裝置3、氣泵4、曝氣管7和布?xì)夤?構(gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)。
[0035]太陽能電池板安裝在支撐連接裝置上，在天氣良好的情況下將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣。由于晴朗天氣時(shí)，太陽能電池板能將太陽能不斷轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣機(jī)曝氣增氧，所產(chǎn)生的氧氣已使水中的溶解氧含量足夠高，對(duì)于植物、微生物等的呼吸、降解作用所需的氧氣足夠。在陰雨天和晚上沒有太陽光的情況下，水中溶解氧的含量在短期內(nèi)并不會(huì)影響植物和微生物的生理活動(dòng)?，F(xiàn)有的曝氣技術(shù)，無論是水下曝氣還是表面曝氣，均存在曝氣設(shè)備電耗高、維護(hù)管理難度大等問題，特別是要求有配套的電力系統(tǒng)供給電能，這些問題嚴(yán)重縮小了曝氣裝置的應(yīng)用范圍，束縛了曝氣增氧的應(yīng)用。本發(fā)明將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，首先省去了要求配套的電力系統(tǒng)，大大擴(kuò)大了應(yīng)用范圍、降低運(yùn)行成本，降低了設(shè)備的操作管理難度；并且這種方法應(yīng)用清潔能源一太陽能，大大降低了能耗，且符合環(huán)境保護(hù)的理念；同時(shí)，太陽能電池板的數(shù)量既要能滿足曝氣的需求，又不會(huì)面積太大而形成浪費(fèi)，本發(fā)明設(shè)置3~5塊太陽能電池板，太陽能電池板呈折線型排布，并傾斜一定角度，能夠高效轉(zhuǎn)化太陽能為電能，滿足曝氣充氧的電能需求，維持裝置的正常運(yùn)行。氣泵和布?xì)夤艿倪x用與太陽能電池板相匹配即可，曝氣的目的在于恢復(fù)水中溶解氧水平，同時(shí)提高填料生物膜的降解活性，曝氣管長(zhǎng)度設(shè)定為比填料串長(zhǎng)10~15cm，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩種效果。
[0036]強(qiáng)浮力載體5與挺水植物2構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)。
[0037]在強(qiáng)浮力載體上栽種適宜的挺水植物，可以利用植物根系的篩濾、吸收和吸附等作用，去除水中的污染物質(zhì)，如氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，并富集和轉(zhuǎn)化重金屬等，同時(shí)，挺水植物的種植可以美化河道環(huán)境。水中氮素的去除需要好氧與厭氧環(huán)境交替發(fā)生，而太陽能曝氣增氧使水中溶解氧充足，抑制了反硝化菌的生長(zhǎng)代謝，不能有效地去除氮素；微生物雖然可以在好氧條件下聚磷，但是若沒有及時(shí)將微生物導(dǎo)出水體，磷元素并未從水中根本去除，還會(huì)存在于水體中或在一定條件下被釋放到水體中。而只有通過植物根系的吸收作用，才能快速有效的去除河道中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以植物的設(shè)置必不可少?？梢愿鶕?jù)所要處理河道水體的水質(zhì)，有針對(duì)性的選擇挺水植物的種類。例如對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的河道，可以選擇黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物；黃花鳶尾可以抑制藻類爆發(fā)、去除水中溶解性氮、磷，改善水體透明度，抑制PH值增加等；美人蕉根系比較發(fā)達(dá)，對(duì)固體物質(zhì)、膠體物質(zhì)及NH4+ -N等有一定的沉降、攔截和吸附作用；蘆葦、水蔥和香蒲對(duì)氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也具有較好的去除效果。植物的栽種密度要充分考慮到植物的生長(zhǎng)空間、不發(fā)生倒伏等因素，栽種密度可設(shè)定為2~10株/m2。
[0038]填料是本發(fā)明的重要組成部分，大量參與污染物凈化的微生物菌群、浮游植物、原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物附著、寄居在填料表面，共同構(gòu)建形成具有高效快速凈化污染物的生物膜，主要去除河道水體中的C0D。填料能夠提供較大的比表面積，使微生物的生存密度最高，同時(shí)能使浮游生物附著其上，牧食水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。填料的使用，能在有限的空間內(nèi)富集巨大的生物量，使微生物高速降解污染物，能夠在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較好的處理效果。并且，填料與植物結(jié)合使用，植物根系的分泌物能夠強(qiáng)化填料的生化降解作用，這樣就使填料的作用更加突出、處理效果更明顯。本方法中特別在填料上培養(yǎng)好氧反硝化菌，這類菌種生長(zhǎng)速度快，產(chǎn)量高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，反硝化速度快且徹底，大多具有同步異樣硝化及代謝難降解有機(jī)物的能力，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，快速有效的降低河道內(nèi)水中總氮濃度?？梢愿鶕?jù)所要處理河道水體的水質(zhì)，有針對(duì)性的選擇填料的種類。例如治理污染情況較嚴(yán)重的河道時(shí)，可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，具有質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大、與植物根系契合度較高等優(yōu)點(diǎn)。填料中絲狀纖維纏繞出細(xì)小的空隙，以便于保護(hù)附著其上的浮游生物，同時(shí)又提供了較高的比表面積，使浮游動(dòng)物和微生物能以較高的密度生存。另外還可以選擇活性生物填料，這種填料在高分子材料中融合了多種類有利于微生物快速附著生長(zhǎng)的微量元素，親水性好掛?？?，氧利用效率高，比表面積大，比重適當(dāng)、流化效果好，使用壽命長(zhǎng)。
[0039]本發(fā)明應(yīng)用于河道水體凈化時(shí)，可以根據(jù)河道具體情況來確定整個(gè)裝置的大小。將裝置置于河道中心或靠近岸邊的位置，安置時(shí)既要不阻礙河道行洪等功能，又要起到凈化水質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境的作用。強(qiáng)浮力載體的面積可以根據(jù)河流斷面的長(zhǎng)度、河道兩岸的生態(tài)環(huán)境、河流行洪等因素確定，強(qiáng)浮力載體設(shè)置為圓形，其直徑視河道斷面寬度而定，為河道斷面寬度的1/5~1/4，但一般最大不超過2米。河道中相鄰兩裝置的間距設(shè)置為5~10米。
【權(quán)利要求】
1.一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于: (1)通過太陽能電池板(I)、支撐連接裝置(3)、氣泵(4)、曝氣管(7)和布?xì)夤?8)構(gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)；將太陽能不斷轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣機(jī)的曝氣增氧，使水中的溶解氧含量能夠滿足植物、微生物的呼吸、降解作用，維持水中的溶解氧水平； (2)通過強(qiáng)浮力載體(5)與挺水植物(2)構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)；挺水植物利用植物根系的篩濾、吸收和吸附作用，去除水中的污染物質(zhì)，并富集和轉(zhuǎn)化重金屬； 所述挺水植物的栽種密度為2~10株/m2 ; 所述強(qiáng)浮力載體(5)的直徑為河道斷面寬度的1/5~1/4，但一般最大不超過2米； (3)通過填料(6)連接成串，均勻懸掛于強(qiáng)浮力載體(5)的下面，構(gòu)成填料系統(tǒng)；微生物菌群、浮游植物、原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物附著、寄居在填料表面，構(gòu)建具有高效快速凈化污染物的生物膜，以主要去除河道水體中的COD ;填料上培養(yǎng)好氧反硝化菌，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，有效降低水中總氮濃度；通過填料與植物結(jié)合的使用，植物根系的分泌物能夠強(qiáng)化填料的生化降解作用； 所述填料(6)連接成串的長(zhǎng)度在充分考慮填料所受浮力的情況下，為河道水深的1/3~1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料的間距為5~8cm ; 所述填料(6)連接成串的密度為40~60串/m2 ； (4)將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)和生態(tài)浮床、填料結(jié)合在一起，組合成一體式裝置，以簡(jiǎn)化工藝，并提高水體生態(tài)修復(fù)的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于，所述步驟(2)去除的水中的污 染物質(zhì)為氮、磷或者有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于，所述步驟(2)的挺水植物為具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，為黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥或者香蒲；黃花鳶尾可以抑制藻類爆發(fā)、去除水中溶解性氮、磷，改善水體透明度，抑制PH值增加等；美人蕉對(duì)固體物質(zhì)、膠體物質(zhì)及NH/-N有一定的沉降、攔截和吸附作用；蘆葦、水蔥和香蒲對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也具有較好的去除效果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于，所述步驟(3)填料(6)也可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大，以利于治理污染情況比較嚴(yán)重的河道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的方法，其特征在于，所述步驟(3)填料(6)也可以選擇活性生物填料，此填料在高分子材料中融合了多種有利于微生物快速附著生長(zhǎng)的微量元素，親水性好，掛膜快，氧利用效率高，比表面積大，以利于治理富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的河道。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK103739079SQ201310756091
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】孫井梅, 楊曉杰, 李檬, 吳卿, 席兆勝 申請(qǐng)人:天津大學(xué)