一種節能生態資源回收型生態修復集成系統及其應用的制作方法

本發明屬于生態修復污染水體的水質凈化技術領域，具體涉及一種節能生態資源回收型生態修復集成系統及其應用，本發明結合河道的自然環境特點，從河道自然保育、生態修復和景觀生態化利用等方面綜合考慮水系生態修復的成套化技術，形成高效節能、環境友好的鄉村河道生態修復一體化技術。

背景技術：

目前，許多河道、湖泊富營養化，水質不斷惡化，水環境問題越來越受到重視，采用單一分散處理技術，出水難以達到《地表水環境質量標準》(gb3838-2002)和《城市污水再生利用景觀環境用水水質》(gb/t18921-2002)；同時，不同的污水分散處理技術具有各自的優缺點及適用范圍，限制了分散處理技術的應用范圍與效果。因此，尊重河流系統的自然規律，注重河流自然生態和自然環境的恢復和保護，以重建受損河岸生態系統為目的生態恢復技術越來越成為人們關注的焦點。著眼于此，重點研發了融合生態、景觀和河流自凈效應為一體的節能生態資源回收型岸水一體生態修復技術，不僅考慮了水體污染的消除，更考慮了岸邊邊坡的穩定以及面源污染的緩解，源頭控制污染物的流入。

技術實現要素：

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種生態組合浮床。

本發明還要解決的技術問題是提供了一種節能生態資源回收型生態修復集成系統。

本發明還要解決的技術問題是提供了生態組合浮床和節能生態資源回收型生態修復集成系統在污水處理方面的應用。

本發明最后要解決的技術問題是提供了節能生態資源回收型生態修復集成系統修復污染水體的方法。

本發明的節能生態資源回收型生態修復集成系統，利用修復污染水體的節能生態資源回收型岸水一體生態修復技術，根據不同的技術特點，不僅體現了岸水一體修復，融合微納米曝氣、新型生態袋、立體分區組合生態浮等床三種修復技術，實現了水體本身污染物的去除，還從岸堤源頭進行控源截污、對岸邊污染物造成攔截，從而達到岸水一體生態修復的效果。

技術方案：為了解決上述問題，本發明的技術方案是提供了一種生態組合浮床，所述生態組合浮床分上層的水生植物層和下層的深度處理層；所述水生植物層由多個浮床拼接板構成，每個浮床拼接板上分別安裝種植籃，種植籃中種植水生植物，所述深度處理層從外到內分為a處理區、b處理區和c處理區，在深度處理層上方安裝有法蘭橫架，所述a處理區主要由沸石荷載納米tio2構成，沸石荷載納米tio2用懸掛支撐a連接在法蘭a上，所述b處理區主要由水生動物網籠構成，水生動物網籠中有田螺，水生動物網籠用懸掛支撐b連接在法蘭b上，c處理區主要由人工介質構成，人工介質通過懸掛支撐c連接在法蘭c上，法蘭a、法蘭b和法蘭c掛立在法蘭橫架上，所述浮床由4個固定桿固定，浮床外圍由漁網構成，在漁網區域種植水草、放養草魚。

其中，上述浮床拼接板為底面面積為333mm*333mm的正方體。每個正方體拼接板用連接口連接。

作為優選，該浮床拼接板有9個。

上述的沸石荷載納米tio2用于吸附水體中的含磷元素。

其中，上述水生植物為空心菜、水芹或蘆葦中的一種或幾種。

其中，上述種植籃中內層設有營養土、最外層設有絲瓜絡秸稈，兩層之間用塑料框相隔。其中營養土給予水生植物營養，幫助水生植物快速成長；絲瓜絡秸稈不僅給土著微生物提供棲息地，而且給土著微生物的脫氮菌群等提供碳源，幫助凈化污染水體。

作為優選，每個拼接板含一個直徑為170mm的種植籃。

其中，上述的人工介質為組合填料，所述組合填料由聚乙烯和滌綸絲制成；框架為聚乙烯，中間纖維為滌綸絲，滌綸絲規格為dn80；用于富集水體中的土著微生物，通過物理化學及生物降解作用，達到水質凈化目的。

本發明還包括一種節能生態資源回收型生態修復集成系統，所述集成系統包括一個或多個所述的生態組合浮床、多個多功能生態袋、一個或多個增氧曝氣裝置耦合而成。

其中，上述多功能生態袋包括脫氮生態袋、除磷生態袋和去有機物生態袋，三種袋體交錯堆疊在水岸交界處，靠近水側以木樁固定生態袋體，靠近岸側以植草地以緩沖岸邊污水對生態袋的沖擊。

其中，上述多功能生態袋采用順丁碼放方式逐層鋪設，下層袋體鋪設完畢后，在袋體表面騎縫處壓設金字塔標準聯結扣。

其中，上述脫氮生態袋由沸石固定脫氮菌群、生態袋袋體、凈水植物、營養土和植生土構成，所述沸石占比生態袋體積的10％-15％，

其中，上述除磷生態袋由煤渣、生態袋袋體、凈水植物、營養土和植生土構成，煤渣占比生態袋體積的10％-15％。上述煤渣也可以替換為鐵礦石。

其中，上述去有機物生態袋由生物填料固定em菌、生態袋袋體、凈水植物、營養土和植生土構成，生物填料占比生態袋體積的10％-15％，所述生物填料是聚乙烯形成。

其中，上述的凈水植物為狗牙根等。

上述的生態組合浮床和節能生態資源回收型生態修復集成系統在污水處理方面的應用。

本發明還包括節能生態資源回收型生態修復集成系統修復污染水體的方法，包括以下步驟：

1)通過脫氮生態袋、除磷生態袋和去有機物生態袋岸堤源頭進行控源截污、對岸邊污染物造成攔截實現初步處理，為了給后續生態組合浮床處理污水減輕壓力；

2)生態組合浮床沿岸邊間隔放置在水體中，每隔10～20個生態組合浮床連接1個微納米曝氣系統，微納米曝氣系統間歇開啟，3-4h/天，給浮床提供氧氣并讓水流沿一定的方向流動，上層污水進入水生植物層，水生植物層將利用絲瓜絡秸稈富集微生物對污染物進行去除，水生植物根系過濾去除顆粒性污染物和藻類，同時利用水生植物吸收水中氮磷等營養元素，同時，下層污水依次進入a處理區、b處理區和c處理區，a處理區富集微生物及微小動物并吸附磷元素，b處理區水生動物通過動物內部消化作用即食物鏈的方法將難降解性污染物分解或者轉化，c處理區的人工介質富集土著微生物，去除水中污染物，污染水體不管從哪個方向流入，都能經過三種不同的處理方式，加深對污水的修復凈化。

該微納米曝氣系統不僅提高了水體的溶解氧，保證了浮床、生態袋等中的好氧微生物分解污染物所需的溶解氧，加強了對污染物的去除效率，而且曝氣能使水體內微生物、污染物、溶解氧三者充分接觸與混合，為微生物降解污染物提供最適宜的條件。

上述三種技術協同作用，實現了對污染水體多方位的修復作用。

有益效果：根據技術特點，結合污水實地情況，因地制宜地結合各項技術，形成修復污染水體的節能生態資源回收型岸水一體生態修復系統，相對于現有技術，本發明具有以下優點：

1)岸水一體修復。結合微納米曝氣、新型生態袋、立體分區組合生態浮床三種修復技術，不僅實現了水體本身污染物的去除，更從岸堤源頭進行控源截污、對岸邊污染物造成攔截，從而達到岸水一體生態修復的效果。

2)協同促進。將微納米曝氣技術與生態浮床相結合，一方面實現了水體的曝氣充氧，另一方面通過植物和微生物的作用降解去除水體污染物。同時，可利用微納米曝氣強化微生物活性的效果，增強整個系統微生物活性，提高系統對污染物的去除效率和去除效果。

3)生態可持續。本設計全程采用自然生態修復技術，實現了水體修復的生態化、可持續化。同時，生態袋技術和生態浮床利用廢棄物、水生植物作為制作原料，不但降低了生產成本，而且實現了資源的循環利用，達到節能減排的目標。

附圖說明

圖1是本發明節能生態資源回收型生態修復集成系統；圖中，1、水生植物2、生態組合浮床3、河岸4、橋5、300x1000x50不規則老青石板汀步6、多功能生態袋7、河岸土地8、微納米增氧曝氣裝置；

圖2是生態組合浮床正面圖；

圖3是生態組合浮床剖面圖；

圖4脫氮生態袋示意圖；6-1、植生土6-2、沸石固定脫氮菌群6-3、袋體6-4、植物；

圖5除磷生態氮示意圖；6-5、鐵礦石或煤渣固定em菌群；

圖6去有機物生態袋示意圖；6-6、生物填料固定異養菌，所述生物填料是萍鄉市興豐化工填料有限公司全新聚乙烯材質的生物填料mbbr，型號為pe03，規格為φ10*7mm；

圖7多功能生態袋護坡示意圖；6-7、脫氮生態袋6-8、木樁；6-9、除磷生態袋6-10、植草地6-11、去有機物生態袋6-12、砂土。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

實施例1：生態組合浮床

如圖1所示，一種生態組合浮床，該浮床是一種修復污染水體的裝置，該立體型生態浮床分i、ii兩層，i層為水生植物層，該層由9個333mm*333mm正方體浮床拼接板組成，每個拼接板含一個直徑為170mm的種植籃，每個種植籃種植水生植物空心菜和蘆葦，種植籃最內層為營養土，最外層為絲瓜絡秸稈，兩層之間用塑料框相隔，每個正方體拼接板用連接口連接，ii層為深度處理層：該層分為a、b、c處理區，主要由沸石荷載納米tio2構成，沸石荷載納米tio2用懸掛支撐a連接在法蘭a上，b處理區為水生動物網籠，養殖田螺等水生動物，水生動物網籠用懸掛支撐連接在法蘭b上；c處理區為人工介質，該人工介質為組合填料，該組合填料由聚乙烯和滌綸絲制成；框架為聚乙烯，中間纖維為滌綸絲，滌綸絲規格為dn80；通過富集微生物，用于凈化水，人工介質同樣用懸掛支撐連接在法蘭c上，所有法蘭掛立在法蘭橫架上。整個立體分區組合生態浮床是由4個固定桿固定，浮床外圍由漁網構成，在漁網區域種植水草、放養草魚。

整個生態浮床利用吸附作用、植物作用、微生物作用以及水生動物作用凈化水，以及充氧的作用，達到修復污染水體的作用。

本發明的裝置放置在污染水體中，上層水通過流動進入水生植物層，經過水生植物根系微環境的截留、吸附、吸收、降解以去除水中的有機物、氮磷等污染物。同時在水生植物層將利用絲瓜絡秸稈富集的微生物對污染物進行去除。同時，下層水將依次進入生態浮床的沸石荷載納米tio2層、水生動物層、人工介質層、水生動物層、沸石荷載納米tio2層。沸石荷載納米tio2通過懸掛支撐懸掛裝裹在仿工布袋里的沸石荷載納米tio2，沸石荷載納米tio2以富集微生物及微小動物對水中污染物進行進一步的生物降解，還能利用自身對磷等元素的吸附左右凈化水。水生動物籠養田螺等水生動物，通過動物內部消化作用即食物鏈的方法將難降解性污染物分解或者轉化，幫助凈化水體。人工介質通過富集微生物，利用微生物的作用，凈化水。

本發明聯用了水生植物、水生動物、沸石荷載納米tio2三種在凈水中的組合效果；在浮床i層種植水生植物，利用水生植物的根系過濾去除顆粒性污染物和藻類，同時利用水生植物收水中氮磷等營養元素；浮床ii層養殖田螺等水生動物，通過動物內部消化作用即食物鏈的方法將難降解性污染物分解或者轉化，不僅懸掛沸石荷載納米tio2，利用沸石荷載納米tio2吸附磷元素，材料吸附層通過懸掛支撐懸掛裝裹在仿工布袋里的沸石荷載納米tio2，沸石不僅可以利用自身對氮元素的吸附能力，同時可以富集微生物實現對水中污染物進行進一步的生物降解，光催化材料tio2在光的照射下把光能轉化成化學能，從而具有氧化還原能力降解污染物，而且懸人工介質，富集土著微生物，去除水中污染物。

實施例2生態組合浮床

與實施例1基本相同，所不同的在于，所述水生植物為水芹。

實施例3節能生態資源回收型生態修復集成系統

該集成系統包括實施例1或2的多個生態組合浮床、多個多功能生態袋、多個微納米增氧曝氣裝置耦合而成。每隔25m設置一個生態組合浮床，每隔10個浮床設置一個微納米增氧曝氣裝置，該多功能生態袋包括脫氮生態袋、除磷生態袋和去有機物生態袋，三種袋體交錯堆疊在水岸交界處，靠近水側以木樁固定生態袋體，靠近岸側以植草地以緩沖岸邊污水對生態袋的沖擊。多功能生態袋采用順丁碼放方式逐層鋪設，下層袋體鋪設完畢后，在袋體表面騎縫處壓設金字塔標準聯結扣。多功能生態袋依據實地情況安裝，基本堆疊5-7層，每層之間不同功能的生態袋間隔交叉放置。其中，脫氮生態袋由沸石固定脫氮菌群、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，所述沸石占比生態袋體積的10％，除磷生態袋由鐵礦石、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，鐵礦石占比生態袋體積的10％。去有機物生態袋由生物填料固定em菌、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，生物填料占比生態袋體積的10％，所述生物填料是萍鄉市興豐化工填料有限公司全新聚乙烯材質的生物填料mbbr，型號為pe03，規格為φ10*7mm。

本發明技術應用于污染水體中，新型生態袋采用順丁碼放方式逐層鋪設，下層袋體鋪設完畢后，在袋體表面騎縫處壓設金字塔標準聯結扣，加強上下袋體的結構穩定性。新型生態袋護坡技術由針對不同污染物形成脫氮生態袋、除磷生態袋、去有機物生態袋，三種袋體交錯堆疊，靠近水側以木樁固定生態袋體，靠近岸側以植草地以緩沖岸邊污水對生態袋的沖擊，利用微生物、植物作用凈化水質。該生態袋護坡示意圖參見圖7。

生態浮床對污水的凈化通過植物吸收、微生物降解、材料吸附共同作用，上層水通過流動進入水生植物層，經過水生植物根系微環境的截留、吸附、吸收、降解以去除水中的有機物、氮磷等污染物。同時在水生植物層將利用絲瓜絡秸稈富集的微生物對污染物進行去除。同時，下層水將依次進入生態浮床材料吸附層、水生動物層、人工介質層。材料吸附層通過懸掛支撐懸掛裝裹在仿工布袋里的沸石荷載納米tio2，沸石不僅可以利用自身對氮元素的吸附能力，同時可以富集微生物實現對水中污染物進行進一步的生物降解。光催化材料tio2在光的照射下把光能轉化成化學能，從而具有氧化還原能力降解污染物。水生動物籠養田螺等水生動物，通過動物內部消化作用即食物鏈的方法將難降解性污染物分解或者轉化，幫助凈化水體。人工介質，通過富集微生物，利用微生物的作用凈化水體。攪拌裝置，由固定軸及套在軸上的葉片組成，水體流動時帶動軸上的葉片旋轉，從而形成局部漩渦達到一定的攪拌作用。

微納米增氧曝氣技術采用向水體中充氧，利于有機物的降解，也給浮床、生態袋水下袋體中的好氧微生物提供氧氣，更好地利于河道的整體修復污染水體。

本發明根據不同的技術特點，不僅體現了岸水一體修復，融合微納米曝氣、多功能生態袋、立體分區組合生態浮等床三種修復技術，實現了水體本身污染物的去除，還從岸堤源頭進行控源截污、對岸邊污染物造成攔截，從而達到岸水一體生態修復的效果。同時還協同促進、生態可持續。其將微納米曝氣技術與生態浮床相結合，一方面實現了水體的曝氣充氧，另一方面通過植物和微生物的作用使水體污染物得到降解去除。制作原料來源廣泛，生產成本較低，實現了資源的循環利用，達到節能減排的目標。具有良好的運用價值和廣泛的應用前景。

實施例4節能生態資源回收型生態修復集成系統

與實施例3基本相同，所不同的在于，所述沸石占比生態袋體積的15％，煤渣占比生態袋體積的15％，生物填料占比生態袋體積的15％。每隔15m設置一個生態組合浮床，每隔20個浮床設置一個微納米增氧曝氣裝置。

實施例5節能生態資源回收型生態修復集成系統

與實施例3基本相同，所不同的在于，沸石占比生態袋體積的13％，煤渣占比生態袋體積的13％，生物填料占比生態袋體積的13％。每隔20m設置一個生態組合浮床，每隔15個浮床設置一個微納米增氧曝氣裝置。

實驗例1

采用本發明的實施例1的生態浮床進行人工配水的污水處理。

進水參數設計：采用人工配水的方式，將進水數據設置cod：50mg/l；氨氮：7mg/l；有機氮：3mg/l；總磷：1mg/l。

反應器方案設計：實驗水槽為塑料水箱，體積為1.0m×0.8m×0.7m，實驗有效體積為0.4m³，即400l。實驗設置4組：1組和2組設置為本發明實施例2中的立體浮床裝置，3組和4組設置為正常普通浮床，只種植植物，作為對照實驗組。所選的浮床植物全部為空心菜(高度15-25cm)、蘆葦(高度25-35cm)。

實驗間歇進水周期為16d，平均測樣間隔為2d，每4天進行水樣的更換，記錄每次的原水數據和出水結果數據。間歇進水后，實驗進行停留時間為8h的連續進水實驗，實驗周期為30d，平均測樣間隔為2d。實施例2的立體浮床在間歇進水實驗期間，cod去除率達到68.32％，比正常浮床43.10％高出25％左右，tp去除率達到54.90％，比正常浮床23.52％高出32％左右，tn去除率達到56.40％，比正常浮床21.80％高出35％左右，nh4⁺-n去除率達到76.81％，比正常浮床40.70％高出36％左右。連續進水30d，cod的去除率達到90％以上，tp去除率達到83％以上，tn去除率達到80％以上，nh4⁺-n去除率達到88％以上。

實驗例2：多功能生態袋處理污水的實驗研究

采用聚氯乙烯水箱作為實驗箱體，箱體容積為70l，箱體內裝設2只普通的生態袋(25cm×10cm)，生態袋內填充物主體仍為天然河沙與自然種植土。箱體設置淹沒水位為12cm，剛好沒過下層沙袋，下層袋裝填物為比例為8：2沙土拌合物，上層袋填充比例為7:3土沙混合物。(下層沙袋為吸水用的，沒有任何效果的，也沒有植物純沙土，主要用于墊高，防止上層的生態袋完全淹沒在水里，這樣植物才能生長)

然后在普通的沙袋上面分別各設置了四種生態袋：空白生態袋、脫氮生態袋、除磷生態袋、去有機物生態袋，得到四種實驗箱體；

1、空白生態袋：天然河沙與自然種植土；

2、脫氮生態袋由沸石固定脫氮菌群、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，所述沸石占比生態袋體積的10％，

3、除磷生態袋由鐵礦石、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，鐵礦石占比生態袋體積的10％。

4、去有機物生態袋由生物填料固定em菌、生態袋袋體、狗牙根、營養土和植生土構成，生物填料占比生態袋體積的10％。

反應啟動：供試沸石粒徑為1-2mm，沸石先熱活化，鐵礦石進行預處理，生物填料進行洗滌晾干。實驗進水取自湖水，靜態凈水實驗周期為25d，平均測樣間隔為4d，每次取水結束后以新鮮湖水補充入裝置。

實驗結果：生物填料組(去有機物生態袋)有機物的去除率為48.89％，比空白生態袋有機物的去除高20.15％；沸石組(脫氮生態袋)組間氨氮平均去除率為61.06％，比空白生態袋氨氮的去除高25.76％；同時其總氮平均去除率為44.13％，比空白生態袋總氮的去除高22.41％；鐵礦石(除磷生態袋)組間總磷平均去除率為46.97％，比空白生態袋總磷的去除高18.6％。

實驗例3

南京溧水澗東村采用實施例3的節能生態資源回收型生態修復集成系統處理修復污水20天后，cod從原來的42mg/l降到了10mg/l，去除率達到了69.6％，氨氮0.6mg/l從0.2mg/l，去除率達到了66.7％，總氮從4.13mg/l降到1.26mg/l，去除率達到了69.5％，總磷從1.41mg/l降到0.03mg/l，去除率達到了97.9％。ss從132降到18，去除率達到了86.4％，該技術還在繼續為該村服務，后續將達到更好的水質結果。

本發明實施例2、4、5同樣進行了污水處理，其處理效果分別同實驗例1和3基本一樣。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。