一种节能生态资源回收型生态修复集成系统及其应用的制作方法

本发明属于生态修复污染水体的水质净化技术领域，具体涉及一种节能生态资源回收型生态修复集成系统及其应用，本发明结合河道的自然环境特点，从河道自然保育、生态修复和景观生态化利用等方面综合考虑水系生态修复的成套化技术，形成高效节能、环境友好的乡村河道生态修复一体化技术。

背景技术：

目前，许多河道、湖泊富营养化，水质不断恶化，水环境问题越来越受到重视，采用单一分散处理技术，出水难以达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)和《城市污水再生利用景观环境用水水质》(gb/t18921-2002)；同时，不同的污水分散处理技术具有各自的优缺点及适用范围，限制了分散处理技术的应用范围与效果。因此，尊重河流系统的自然规律，注重河流自然生态和自然环境的恢复和保护，以重建受损河岸生态系统为目的生态恢复技术越来越成为人们关注的焦点。着眼于此，重点研发了融合生态、景观和河流自净效应为一体的节能生态资源回收型岸水一体生态修复技术，不仅考虑了水体污染的消除，更考虑了岸边边坡的稳定以及面源污染的缓解，源头控制污染物的流入。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种生态组合浮床。

本发明还要解决的技术问题是提供了一种节能生态资源回收型生态修复集成系统。

本发明还要解决的技术问题是提供了生态组合浮床和节能生态资源回收型生态修复集成系统在污水处理方面的应用。

本发明最后要解决的技术问题是提供了节能生态资源回收型生态修复集成系统修复污染水体的方法。

本发明的节能生态资源回收型生态修复集成系统，利用修复污染水体的节能生态资源回收型岸水一体生态修复技术，根据不同的技术特点，不仅体现了岸水一体修复，融合微纳米曝气、新型生态袋、立体分区组合生态浮等床三种修复技术，实现了水体本身污染物的去除，还从岸堤源头进行控源截污、对岸边污染物造成拦截，从而达到岸水一体生态修复的效果。

技术方案：为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种生态组合浮床，所述生态组合浮床分上层的水生植物层和下层的深度处理层；所述水生植物层由多个浮床拼接板构成，每个浮床拼接板上分别安装种植篮，种植篮中种植水生植物，所述深度处理层从外到内分为a处理区、b处理区和c处理区，在深度处理层上方安装有法兰横架，所述a处理区主要由沸石荷载纳米tio2构成，沸石荷载纳米tio2用悬挂支撑a连接在法兰a上，所述b处理区主要由水生动物网笼构成，水生动物网笼中有田螺，水生动物网笼用悬挂支撑b连接在法兰b上，c处理区主要由人工介质构成，人工介质通过悬挂支撑c连接在法兰c上，法兰a、法兰b和法兰c挂立在法兰横架上，所述浮床由4个固定杆固定，浮床外围由渔网构成，在渔网区域种植水草、放养草鱼。

其中，上述浮床拼接板为底面面积为333mm*333mm的正方体。每个正方体拼接板用连接口连接。

作为优选，该浮床拼接板有9个。

上述的沸石荷载纳米tio2用于吸附水体中的含磷元素。

其中，上述水生植物为空心菜、水芹或芦苇中的一种或几种。

其中，上述种植篮中内层设有营养土、最外层设有丝瓜络秸秆，两层之间用塑料框相隔。其中营养土给予水生植物营养，帮助水生植物快速成长；丝瓜络秸秆不仅给土著微生物提供栖息地，而且给土著微生物的脱氮菌群等提供碳源，帮助净化污染水体。

作为优选，每个拼接板含一个直径为170mm的种植篮。

其中，上述的人工介质为组合填料，所述组合填料由聚乙烯和涤纶丝制成；框架为聚乙烯，中间纤维为涤纶丝，涤纶丝规格为dn80；用于富集水体中的土著微生物，通过物理化学及生物降解作用，达到水质净化目的。

本发明还包括一种节能生态资源回收型生态修复集成系统，所述集成系统包括一个或多个所述的生态组合浮床、多个多功能生态袋、一个或多个增氧曝气装置耦合而成。

其中，上述多功能生态袋包括脱氮生态袋、除磷生态袋和去有机物生态袋，三种袋体交错堆叠在水岸交界处，靠近水侧以木桩固定生态袋体，靠近岸侧以植草地以缓冲岸边污水对生态袋的冲击。

其中，上述多功能生态袋采用顺丁码放方式逐层铺设，下层袋体铺设完毕后，在袋体表面骑缝处压设金字塔标准联结扣。

其中，上述脱氮生态袋由沸石固定脱氮菌群、生态袋袋体、净水植物、营养土和植生土构成，所述沸石占比生态袋体积的10％-15％，

其中，上述除磷生态袋由煤渣、生态袋袋体、净水植物、营养土和植生土构成，煤渣占比生态袋体积的10％-15％。上述煤渣也可以替换为铁矿石。

其中，上述去有机物生态袋由生物填料固定em菌、生态袋袋体、净水植物、营养土和植生土构成，生物填料占比生态袋体积的10％-15％，所述生物填料是聚乙烯形成。

其中，上述的净水植物为狗牙根等。

上述的生态组合浮床和节能生态资源回收型生态修复集成系统在污水处理方面的应用。

本发明还包括节能生态资源回收型生态修复集成系统修复污染水体的方法，包括以下步骤：

1)通过脱氮生态袋、除磷生态袋和去有机物生态袋岸堤源头进行控源截污、对岸边污染物造成拦截实现初步处理，为了给后续生态组合浮床处理污水减轻压力；

2)生态组合浮床沿岸边间隔放置在水体中，每隔10～20个生态组合浮床连接1个微纳米曝气系统，微纳米曝气系统间歇开启，3-4h/天，给浮床提供氧气并让水流沿一定的方向流动，上层污水进入水生植物层，水生植物层将利用丝瓜络秸秆富集微生物对污染物进行去除，水生植物根系过滤去除颗粒性污染物和藻类，同时利用水生植物吸收水中氮磷等营养元素，同时，下层污水依次进入a处理区、b处理区和c处理区，a处理区富集微生物及微小动物并吸附磷元素，b处理区水生动物通过动物内部消化作用即食物链的方法将难降解性污染物分解或者转化，c处理区的人工介质富集土著微生物，去除水中污染物，污染水体不管从哪个方向流入，都能经过三种不同的处理方式，加深对污水的修复净化。

该微纳米曝气系统不仅提高了水体的溶解氧，保证了浮床、生态袋等中的好氧微生物分解污染物所需的溶解氧，加强了对污染物的去除效率，而且曝气能使水体内微生物、污染物、溶解氧三者充分接触与混合，为微生物降解污染物提供最适宜的条件。

上述三种技术协同作用，实现了对污染水体多方位的修复作用。

有益效果：根据技术特点，结合污水实地情况，因地制宜地结合各项技术，形成修复污染水体的节能生态资源回收型岸水一体生态修复系统，相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1)岸水一体修复。结合微纳米曝气、新型生态袋、立体分区组合生态浮床三种修复技术，不仅实现了水体本身污染物的去除，更从岸堤源头进行控源截污、对岸边污染物造成拦截，从而达到岸水一体生态修复的效果。

2)协同促进。将微纳米曝气技术与生态浮床相结合，一方面实现了水体的曝气充氧，另一方面通过植物和微生物的作用降解去除水体污染物。同时，可利用微纳米曝气强化微生物活性的效果，增强整个系统微生物活性，提高系统对污染物的去除效率和去除效果。

3)生态可持续。本设计全程采用自然生态修复技术，实现了水体修复的生态化、可持续化。同时，生态袋技术和生态浮床利用废弃物、水生植物作为制作原料，不但降低了生产成本，而且实现了资源的循环利用，达到节能减排的目标。

附图说明

图1是本发明节能生态资源回收型生态修复集成系统；图中，1、水生植物2、生态组合浮床3、河岸4、桥5、300x1000x50不规则老青石板汀步6、多功能生态袋7、河岸土地8、微纳米增氧曝气装置；

图2是生态组合浮床正面图；

图3是生态组合浮床剖面图；

图4脱氮生态袋示意图；6-1、植生土6-2、沸石固定脱氮菌群6-3、袋体6-4、植物；

图5除磷生态氮示意图；6-5、铁矿石或煤渣固定em菌群；

图6去有机物生态袋示意图；6-6、生物填料固定异养菌，所述生物填料是萍乡市兴丰化工填料有限公司全新聚乙烯材质的生物填料mbbr，型号为pe03，规格为φ10*7mm；

图7多功能生态袋护坡示意图；6-7、脱氮生态袋6-8、木桩；6-9、除磷生态袋6-10、植草地6-11、去有机物生态袋6-12、砂土。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：生态组合浮床

如图1所示，一种生态组合浮床，该浮床是一种修复污染水体的装置，该立体型生态浮床分i、ii两层，i层为水生植物层，该层由9个333mm*333mm正方体浮床拼接板组成，每个拼接板含一个直径为170mm的种植篮，每个种植篮种植水生植物空心菜和芦苇，种植篮最内层为营养土，最外层为丝瓜络秸秆，两层之间用塑料框相隔，每个正方体拼接板用连接口连接，ii层为深度处理层：该层分为a、b、c处理区，主要由沸石荷载纳米tio2构成，沸石荷载纳米tio2用悬挂支撑a连接在法兰a上，b处理区为水生动物网笼，养殖田螺等水生动物，水生动物网笼用悬挂支撑连接在法兰b上；c处理区为人工介质，该人工介质为组合填料，该组合填料由聚乙烯和涤纶丝制成；框架为聚乙烯，中间纤维为涤纶丝，涤纶丝规格为dn80；通过富集微生物，用于净化水，人工介质同样用悬挂支撑连接在法兰c上，所有法兰挂立在法兰横架上。整个立体分区组合生态浮床是由4个固定杆固定，浮床外围由渔网构成，在渔网区域种植水草、放养草鱼。

整个生态浮床利用吸附作用、植物作用、微生物作用以及水生动物作用净化水，以及充氧的作用，达到修复污染水体的作用。

本发明的装置放置在污染水体中，上层水通过流动进入水生植物层，经过水生植物根系微环境的截留、吸附、吸收、降解以去除水中的有机物、氮磷等污染物。同时在水生植物层将利用丝瓜络秸秆富集的微生物对污染物进行去除。同时，下层水将依次进入生态浮床的沸石荷载纳米tio2层、水生动物层、人工介质层、水生动物层、沸石荷载纳米tio2层。沸石荷载纳米tio2通过悬挂支撑悬挂装裹在仿工布袋里的沸石荷载纳米tio2，沸石荷载纳米tio2以富集微生物及微小动物对水中污染物进行进一步的生物降解，还能利用自身对磷等元素的吸附左右净化水。水生动物笼养田螺等水生动物，通过动物内部消化作用即食物链的方法将难降解性污染物分解或者转化，帮助净化水体。人工介质通过富集微生物，利用微生物的作用，净化水。

本发明联用了水生植物、水生动物、沸石荷载纳米tio2三种在净水中的组合效果；在浮床i层种植水生植物，利用水生植物的根系过滤去除颗粒性污染物和藻类，同时利用水生植物收水中氮磷等营养元素；浮床ii层养殖田螺等水生动物，通过动物内部消化作用即食物链的方法将难降解性污染物分解或者转化，不仅悬挂沸石荷载纳米tio2，利用沸石荷载纳米tio2吸附磷元素，材料吸附层通过悬挂支撑悬挂装裹在仿工布袋里的沸石荷载纳米tio2，沸石不仅可以利用自身对氮元素的吸附能力，同时可以富集微生物实现对水中污染物进行进一步的生物降解，光催化材料tio2在光的照射下把光能转化成化学能，从而具有氧化还原能力降解污染物，而且悬人工介质，富集土著微生物，去除水中污染物。

实施例2生态组合浮床

与实施例1基本相同，所不同的在于，所述水生植物为水芹。

实施例3节能生态资源回收型生态修复集成系统

该集成系统包括实施例1或2的多个生态组合浮床、多个多功能生态袋、多个微纳米增氧曝气装置耦合而成。每隔25m设置一个生态组合浮床，每隔10个浮床设置一个微纳米增氧曝气装置，该多功能生态袋包括脱氮生态袋、除磷生态袋和去有机物生态袋，三种袋体交错堆叠在水岸交界处，靠近水侧以木桩固定生态袋体，靠近岸侧以植草地以缓冲岸边污水对生态袋的冲击。多功能生态袋采用顺丁码放方式逐层铺设，下层袋体铺设完毕后，在袋体表面骑缝处压设金字塔标准联结扣。多功能生态袋依据实地情况安装，基本堆叠5-7层，每层之间不同功能的生态袋间隔交叉放置。其中，脱氮生态袋由沸石固定脱氮菌群、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，所述沸石占比生态袋体积的10％，除磷生态袋由铁矿石、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，铁矿石占比生态袋体积的10％。去有机物生态袋由生物填料固定em菌、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，生物填料占比生态袋体积的10％，所述生物填料是萍乡市兴丰化工填料有限公司全新聚乙烯材质的生物填料mbbr，型号为pe03，规格为φ10*7mm。

本发明技术应用于污染水体中，新型生态袋采用顺丁码放方式逐层铺设，下层袋体铺设完毕后，在袋体表面骑缝处压设金字塔标准联结扣，加强上下袋体的结构稳定性。新型生态袋护坡技术由针对不同污染物形成脱氮生态袋、除磷生态袋、去有机物生态袋，三种袋体交错堆叠，靠近水侧以木桩固定生态袋体，靠近岸侧以植草地以缓冲岸边污水对生态袋的冲击，利用微生物、植物作用净化水质。该生态袋护坡示意图参见图7。

生态浮床对污水的净化通过植物吸收、微生物降解、材料吸附共同作用，上层水通过流动进入水生植物层，经过水生植物根系微环境的截留、吸附、吸收、降解以去除水中的有机物、氮磷等污染物。同时在水生植物层将利用丝瓜络秸秆富集的微生物对污染物进行去除。同时，下层水将依次进入生态浮床材料吸附层、水生动物层、人工介质层。材料吸附层通过悬挂支撑悬挂装裹在仿工布袋里的沸石荷载纳米tio2，沸石不仅可以利用自身对氮元素的吸附能力，同时可以富集微生物实现对水中污染物进行进一步的生物降解。光催化材料tio2在光的照射下把光能转化成化学能，从而具有氧化还原能力降解污染物。水生动物笼养田螺等水生动物，通过动物内部消化作用即食物链的方法将难降解性污染物分解或者转化，帮助净化水体。人工介质，通过富集微生物，利用微生物的作用净化水体。搅拌装置，由固定轴及套在轴上的叶片组成，水体流动时带动轴上的叶片旋转，从而形成局部漩涡达到一定的搅拌作用。

微纳米增氧曝气技术采用向水体中充氧，利于有机物的降解，也给浮床、生态袋水下袋体中的好氧微生物提供氧气，更好地利于河道的整体修复污染水体。

本发明根据不同的技术特点，不仅体现了岸水一体修复，融合微纳米曝气、多功能生态袋、立体分区组合生态浮等床三种修复技术，实现了水体本身污染物的去除，还从岸堤源头进行控源截污、对岸边污染物造成拦截，从而达到岸水一体生态修复的效果。同时还协同促进、生态可持续。其将微纳米曝气技术与生态浮床相结合，一方面实现了水体的曝气充氧，另一方面通过植物和微生物的作用使水体污染物得到降解去除。制作原料来源广泛，生产成本较低，实现了资源的循环利用，达到节能减排的目标。具有良好的运用价值和广泛的应用前景。

实施例4节能生态资源回收型生态修复集成系统

与实施例3基本相同，所不同的在于，所述沸石占比生态袋体积的15％，煤渣占比生态袋体积的15％，生物填料占比生态袋体积的15％。每隔15m设置一个生态组合浮床，每隔20个浮床设置一个微纳米增氧曝气装置。

实施例5节能生态资源回收型生态修复集成系统

与实施例3基本相同，所不同的在于，沸石占比生态袋体积的13％，煤渣占比生态袋体积的13％，生物填料占比生态袋体积的13％。每隔20m设置一个生态组合浮床，每隔15个浮床设置一个微纳米增氧曝气装置。

实验例1

采用本发明的实施例1的生态浮床进行人工配水的污水处理。

进水参数设计：采用人工配水的方式，将进水数据设置cod：50mg/l；氨氮：7mg/l；有机氮：3mg/l；总磷：1mg/l。

反应器方案设计：实验水槽为塑料水箱，体积为1.0m×0.8m×0.7m，实验有效体积为0.4m³，即400l。实验设置4组：1组和2组设置为本发明实施例2中的立体浮床装置，3组和4组设置为正常普通浮床，只种植植物，作为对照实验组。所选的浮床植物全部为空心菜(高度15-25cm)、芦苇(高度25-35cm)。

实验间歇进水周期为16d，平均测样间隔为2d，每4天进行水样的更换，记录每次的原水数据和出水结果数据。间歇进水后，实验进行停留时间为8h的连续进水实验，实验周期为30d，平均测样间隔为2d。实施例2的立体浮床在间歇进水实验期间，cod去除率达到68.32％，比正常浮床43.10％高出25％左右，tp去除率达到54.90％，比正常浮床23.52％高出32％左右，tn去除率达到56.40％，比正常浮床21.80％高出35％左右，nh4⁺-n去除率达到76.81％，比正常浮床40.70％高出36％左右。连续进水30d，cod的去除率达到90％以上，tp去除率达到83％以上，tn去除率达到80％以上，nh4⁺-n去除率达到88％以上。

实验例2：多功能生态袋处理污水的实验研究

采用聚氯乙烯水箱作为实验箱体，箱体容积为70l，箱体内装设2只普通的生态袋(25cm×10cm)，生态袋内填充物主体仍为天然河沙与自然种植土。箱体设置淹没水位为12cm，刚好没过下层沙袋，下层袋装填物为比例为8：2沙土拌合物，上层袋填充比例为7:3土沙混合物。(下层沙袋为吸水用的，没有任何效果的，也没有植物纯沙土，主要用于垫高，防止上层的生态袋完全淹没在水里，这样植物才能生长)

然后在普通的沙袋上面分别各设置了四种生态袋：空白生态袋、脱氮生态袋、除磷生态袋、去有机物生态袋，得到四种实验箱体；

1、空白生态袋：天然河沙与自然种植土；

2、脱氮生态袋由沸石固定脱氮菌群、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，所述沸石占比生态袋体积的10％，

3、除磷生态袋由铁矿石、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，铁矿石占比生态袋体积的10％。

4、去有机物生态袋由生物填料固定em菌、生态袋袋体、狗牙根、营养土和植生土构成，生物填料占比生态袋体积的10％。

反应启动：供试沸石粒径为1-2mm，沸石先热活化，铁矿石进行预处理，生物填料进行洗涤晾干。实验进水取自湖水，静态净水实验周期为25d，平均测样间隔为4d，每次取水结束后以新鲜湖水补充入装置。

实验结果：生物填料组(去有机物生态袋)有机物的去除率为48.89％，比空白生态袋有机物的去除高20.15％；沸石组(脱氮生态袋)组间氨氮平均去除率为61.06％，比空白生态袋氨氮的去除高25.76％；同时其总氮平均去除率为44.13％，比空白生态袋总氮的去除高22.41％；铁矿石(除磷生态袋)组间总磷平均去除率为46.97％，比空白生态袋总磷的去除高18.6％。

实验例3

南京溧水涧东村采用实施例3的节能生态资源回收型生态修复集成系统处理修复污水20天后，cod从原来的42mg/l降到了10mg/l，去除率达到了69.6％，氨氮0.6mg/l从0.2mg/l，去除率达到了66.7％，总氮从4.13mg/l降到1.26mg/l，去除率达到了69.5％，总磷从1.41mg/l降到0.03mg/l，去除率达到了97.9％。ss从132降到18，去除率达到了86.4％，该技术还在继续为该村服务，后续将达到更好的水质结果。

本发明实施例2、4、5同样进行了污水处理，其处理效果分别同实验例1和3基本一样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。