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CN106904746A - 一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统 - Google Patents

一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统 Download PDF

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张志勇
刘旻慧
王岩
闻学政
严少华
张迎颖
刘海琴
宋伟
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Abstract

本发明公开了一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，该系统设置在水流流通的河道内，包括浮水植物区，沉水植物区和围栏边框，浮水植物区和沉水植物区均设置在围栏边框内，围栏边框的横向长度与河道的宽度相匹配，围栏纵向的长度与浮水植物区和沉水植物区总长度相匹配，浮水植物区由固定区和散逸区所组成，系统在河道内自上游往下游方向上依次设有固定区、散逸区、固定区和沉水植物区，四个区域在河道内的长度比为固定区：散逸区：固定区：沉水植物区=1～2:1:1～2:1；本发明通过水生植物镶嵌组合系统，对河道内的污水进行综合处理；于此同时解决了漂浮植物防逃逸问题，安全控养，提高水体溶氧量，为水生动物的生存提供保障。

Description

一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统
技术领域
本发明涉及重污染河道、池塘、污水处理厂尾水等水体的治理领域，尤其涉及一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统。
背景技术
水体富营养化是当前国内面临的主要环境问题之一，在治理富营养化水体的多种措施中，植物修复因其具有净化效果好、经济环保、低能耗、操作简单以及利于恢复和重建水生态系统自净能力等优势，已成为广受关注的重要举措。截止目前，国内外对不同生活型水生植物，如漂浮植物、沉水植物等，在水体净化和修复方面做了大量的研究和实践应用。
然而，单纯依靠一种水生植物很难取得理想的生态治理效果，通过对不同水生植物的组合与配置,进行优势互补，不失为一条更具应用价值的水体修复模式。选取对恶劣环境广泛的适应性且氮磷等营养物去除能力强的水生植物，如凤眼莲、水浮莲、狐尾藻、轮叶黑藻等，结合各自的优点与不足进行科学合理的组合与配置，达到理想的水质净化作用，进而为重污染河道的治理，污水处理厂尾水的深度净化等提供良好的示范与推广作用。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，所述的水生植物镶嵌组合系统设置在水流流通的河道内，包括浮水植物区，沉水植物区和围栏边框，浮水植物区和沉水植物区均设置在围栏边框内，围栏边框的横向长度与河道的宽度相匹配，围栏纵向的长度与浮水植物区和沉水植物区总长度相匹配，所述的浮水植物区由固定区和散逸区所组成，所述的系统在河道内自上游往下游方向上依次设有固定区、散逸区、固定区和沉水植物区，四个区域在河道内的长度比为固定区：散逸区：固定区：沉水植物区＝1～2:1:1～2:1。
本发明所述的散逸区与固定区之间通过浮绳分隔，沉水植物区与固定区之间通过垂直安装的浮网分隔，系统两端的固定区、沉水植物区与河道水体之间通过垂直安装的浮网分隔。根据前期研究结果表明散逸区水浮莲扩繁能力更强，更具有逃逸风险，且夹杂在凤眼莲中间时，仍可形成自己的群落片区，故散逸区与固定区之间通过浮绳分隔，即节约成本又降低其逃逸隐患。沉水植物区与固定区之间选用浮网分隔，主要考虑到凤眼莲在外围易受到流水和大风的影响，植物逃逸风险大，需用网片进行控养，同时网片上可搭载较多的生物膜载体，增大了水质净化效率。
本发明所述的浮绳和浮网上均匀悬挂有生物膜载体，生物膜载体为多根弹性毛刷条，所述的弹性毛刷条上均匀分布有多个毛刷头。该生物膜载体为市面上已销售的产品，以往该载体的投放需要在水中钢管或木桩固定，采收较难。本发明中在浮绳和浮网上搭载该载体，不仅操作方便而且节约安装成本，后期采收容易。此外，将载体搭载在可以浮绳和浮网上即可以充分利用净化系统里的生态空间，又可以增加净化系统了微生物的多样性的生物量，进而提高单位净化系统的水质净化效率。
本发明所述的固定区内的种植的浮水植物为凤眼莲；散逸区内种植的浮水植物为水浮莲。该系统前段选用凤眼莲和水浮莲等耐污性很强的漂浮性水生植物，一是这些水生植物对恶劣环境具有广泛的适应性，如高氨氮、低溶氧、低透明度、黑臭等，二是具有超强的氮磷等营养物去除能力，在水体氮磷高效去除的同时，也可达到提高水体透明度显著的效果，为后端沉水植物提供良好的生境保障。
本发明所述的沉水植物区内种植的沉水植物为狐尾藻或轮叶黑藻；凤眼莲和水浮莲快速生长，容易造成水体缺氧，污水处理后端加上沉水植物狐尾藻或轮叶黑藻可以提高水体溶氧量，进而使得通过污水在河道内达标排放，改善水生动物的生存环境，同时为鱼虾等生物产卵提供良好的介质和安全港湾。水体透明度是限制沉水植物成长的重要因子，因此作为沉水植物狐尾藻或轮叶黑藻，在重污水的河道等水体中，直接种植很难成活，污水需要经过浮水植物区内经过净化，降低氨氮等有毒有害物质浓度，水体透明度提高后，方可满足沉水植物的正常生长需求。
本发明所述的浮绳为尼龙绳，所述的垂直浮网为尼龙网；尼龙绳和尼龙网除了价格低廉以外，其结构坚韧，在自然水环境中不易腐烂或被氧化，尼龙绳和网片易形成完整的生物膜，且生物膜稳定。
本发明所述的弹性毛刷条的长度与河道的深度相匹配。
本发明的优点在于：本发明通过水生植物镶嵌组合系统，对河道内的污水进行综合处理；于此同时解决了漂浮植物防逃逸问题，水浮莲扩繁能力强，较凤眼莲更易逃逸，选择了将水浮莲控养在凤眼莲中间的组合模式，实现了水体氮磷的高效去除，也达到了安全控养，节约了单独控养水浮莲的成本；选择凤眼莲和水浮莲耐污性很强的漂浮性水生植物，将其置于污水前段，净化能力显著，在水体氮磷高效去除的同时，也达到了水体透明度显著的提高效果，后端种养沉水植物，提高水体溶氧量，为水生动物的生存提供保障。
于此同时，本发明通过浮水植物区和沉水植物区的组合，浮水植物区处理造成水体缺氧，水体反硝化增强，沉水植物区内由于沉水植物水体富氧，水体硝化作用增强；污水在反复的硝化反硝化过程中实现水体高效脱氮。
附图说明
图1为本发明的水生植物镶嵌组合系统的结构示意图；
图2为本发明的浮绳的结构示意图；
图3为本发明的浮网的剖面结构示意图。
其中，1河道，2河岸，3固定区，4散逸区，5沉水植物区，6浮网，7浮绳，8弹性毛刷条，9毛刷头。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例1：对于重污染河道：TN、TP、溶氧(DO)、透明度(SD)分别约为15mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、0.2m，河道长×宽约为100m×10m，平均水深约1m，在水力停留时间为5天的条件下，按照水流方向设置10m2组合(凤眼莲+水浮莲+凤眼莲+狐尾藻)四个单元，其中，凤眼莲：水浮莲：凤眼莲：狐尾藻的长度比为2:1:2:1，水体TN削减量可达到3.5～5.8g/m2/d，TP削减量可达到0.3～0.6g/m2/d，水体含氧量提升至4.5～6.8mg/L，水体透明度提升至0.35～0.5m。
实施例2：：对于重污染河道：TN、TP、溶氧(DO)、透明度(SD)分别约为15mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、0.2m，河道长×宽约为100m×10m，平均水深约1m，在水力停留时间为5天的条件下，按照水流方向设置10m2组合(凤眼莲+水浮莲+凤眼莲+狐尾藻)四个单元，在凤眼莲外周、凤眼莲和狐尾藻之间、狐尾藻末端均用尼龙网片拦截，凤眼莲和水浮莲中间用尼龙绳分割，同时在尼龙网片和尼龙绳上均挂有长度1m的生物膜载体。凤眼莲：水浮莲：凤眼莲：狐尾藻的长度比为2:1:2:1，水体TN削减量可达到4.7～7.2g/m2/d，TP削减量可达到0.45～0.8g/m2/d，水体含氧量提升至5.7～7.3mg/L，水体透明度提升至0.4～0.7m。
实施例3：对于重污染河道：TN、TP、溶氧(DO)、透明度(SD)分别约为15mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、0.2m，河道长×宽约为100m×10m，平均水深约1m，在水力停留时间为5天的条件下，按照水流方向设置10m2组合(凤眼莲+水浮莲+凤眼莲+狐尾藻)四个单元，在凤眼莲外周、凤眼莲和狐尾藻之间、狐尾藻末端均用尼龙网片拦截，凤眼莲和水浮莲中间用尼龙绳分割，同时在尼龙网片和尼龙绳上均挂有长度与河道深度相同的生物膜载体。凤眼莲：水浮莲：凤眼莲：狐尾藻的长度比为1:1:1:1，水体TN削减量可达到2.3～4.3g/m2/d，TP削减量可达到0.2～0.5g/m2/d，水体含氧量提升至4.3～6.8mg/L，水体透明度提升至0.3～0.4m。
实施例4：针对实施例1-3中重污染的河道条件(TN、TP、溶氧(DO)、透明度(SD)分别约为15mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、0.2m的重污染河道，河道长×宽约为100m×10m，平均水深约1m，在水力停留时间为5天的条件下)在相同情况下进行对比试验，得到的结果如下表所示：
通过上表可知：本发明的技术方案中，四个区域的设置是必不可少的，缺少了任何一个区域都会导致最终进化后的水的某一项指标发生下降，包括水体透明度，水体含氧量,TP消减量和TN消减量；而且，对于散逸区与固定区的长度比例问题，当散逸区前方或者后方的固定区内凤眼莲种植量较少时，散逸区内种植的水浮莲容易出现逃逸现象；于此同时，当四个区域中在植物选用凤眼莲：水浮莲：凤眼莲：狐尾藻时，且各个区域的长度比为2:1:2:1的镶嵌组合模式下，水体净化效果最佳。
实施例5：针对实施例1-3中重污染的河道条件(TN、TP、溶氧(DO)、透明度(SD)分别约为15mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、0.2m的重污染河道，河道长×宽约为100m×10m，平均水深约1m，在水力停留时间为5天的条件下)在相同情况下进行对比试验，其中对比例7-9中栽种植物的类型和区域面积与实施例3相同，得到的结果如下表所示：
通过上表可知：各个区域之间的设置的浮绳和垂直浮网也直接影响各个区域内植物的生长情况，浮绳和浮网的主要作用就是为了给各种植物限定固定种植区域，特别是在有一定流速的河道内，植物容易在水流作用下发生逃逸，因此通过浮绳和浮网进行限定，特别是沉水植物和浮水植物的组合，需要通过垂直浮网进行限定，保证两者的在各自区域内的正常生长，通过实施例5中的结果可知：在尼龙网片和尼龙绳上均挂有长度1m的生物膜载体，水体净化效果最佳。
仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所做出的任意组合或等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的水生植物镶嵌组合系统设置在水流流通的河道内，包括浮水植物区，沉水植物区和围栏边框，浮水植物区和沉水植物区均设置在围栏边框内，围栏边框的横向长度与河道的宽度相匹配，围栏纵向的长度与浮水植物区和沉水植物区总长度相匹配，所述的浮水植物区由固定区和散逸区所组成，所述的系统在河道内自上游往下游方向上依次设有固定区、散逸区、固定区和沉水植物区，四个区域在河道内的长度比为固定区：散逸区：固定区：沉水植物区=1～2:1:1～2:1。
2.根据权利要求1所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的散逸区与固定区之间通过浮绳分隔，沉水植物区与固定区之间通过垂直安装的浮网分隔，系统两端的固定区、沉水植物区与河道水体之间通过垂直安装的浮网分隔。
3.根据权利要求2所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的浮绳和浮网上均匀悬挂有生物膜载体，生物膜载体为多根弹性毛刷条，所述的弹性毛刷条上均匀分布有多个毛刷头。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的固定区内的种植的浮水植物为凤眼莲。
5.根据权利要求1或2或3所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的散逸区内种植的浮水植物为水浮莲。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的沉水植物区内种植的沉水植物为狐尾藻或轮叶黑藻。
7.根据权利要求2所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的浮绳为尼龙绳，所述的垂直浮网为尼龙网。
8.根据权利要求3所述的用于水体净化的水生植物镶嵌组合系统，其特征在于，所述的弹性毛刷条的长度与河道的深度相匹配。
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