一种用于低溶解氧污染水体生态修复的装置及方法与流程

本发明属于环保和生态修复领域，具体涉及一种用于低溶解氧污染水体生态修复的装置及方法。

背景技术：

随着现代工业的发展，污染水体的治理越来越重要。目前，一些富营养湖泊和重污染河道中由于大量有机污物的存在，促使底栖附泥藻类的大量生长、繁殖，其数量和生物量明显高于浮游藻类，这些藻类(指两栖颤藻和席藻)的存在，可消耗大量营养物质，但其死亡的尸体经微生物的分解，会大量消耗溶氧，并产生有毒气体，使底泥发黑发臭，造成严重的有机污染。与此同时，水体中营养盐负荷大量增加也是导致水体富营养化的重要原因之一。

我国有关科研单位利用在湖泊中放养鲢、鳙鱼类，用来控制蓝藻水华的暴发取得了一定的效果。重污染河道中主要污染源是有机物的污染，而底栖附泥藻类的大量生长、繁殖，则是产生水质恶化的根源。通过拦养鲤、鲫鱼和人工放养锦鲤，不但降低了底泥中有机质的含量，而且控制了黑臭现象的产生。因此在重污染水体治理中根据生态学原理放养一些食物链较短的滤食性鱼类，来捕食水体中的悬浮有机物，是控制水体富营养化的一种有效途径。

河道治理技术主要有包括物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术等，目前也开始应用一些生态处理技术如人工湿地技术等，但生态安全、管控方便、治理效果稳定的不多，因此，找到适宜的方法解决黑臭水体引发的生态环境问题就显得十分必要。

申请号200910059987.3基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术，公开了一种开放性水域污染的治理方法，尤其是基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术。选定治理目标水域，先监测目标水域水质变化，将浓度为2～5ppm的rhp菌种先放大扩繁，驯化、分离、筛选出满足治理要求的rhp工程菌株，并以此进行规模化生产，满足目标水域治理需求。然后根据治理目标水域，按照地表环境质量标准进行本底值监测，连续定期以1～3ppm浓度降规模化生产的制剂rhp工程菌株，均匀投放到目标水体。利用该方法可以有效治理开放性水域的污染，蓝藻的爆发既得到控制，又得到治理。但该方法对于开放水体污染的适应性差，运行成本高，操作复杂。

申请号201210384262.3一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法，涉及一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法。实现了河岸植被带系统、多功能塘系统、河道滩地微地形改造系统的有机耦合，形成耦合配套系统，较之单个的子系统具有更为复杂的内部组织和更为合理的结构，具有强化系统整体功能，放大系统整体效益的作用；有效地改善了河流水质、河流生态系统结构、生物栖息环境质量及其生态环境整体现状，增强了河流生态系统物理、化学及生物的完整性，是一种“近自然、多功能、高效益、可持续”的河流修复模式。充分利用水资源增加经济收益可以有效地缓解广大农村地区环境保护与经济发展之间的矛盾。但该方法需要地形整理、植被恢复等，投资大、周期长、处理效果不稳定。

申请号201210408850.6集景观和生物生态修复的校园景观水体水质保持自净系统公开了一种集景观和生物生态修复的校园景观水体水质保持自净系统，包括人工强化水质净化系统、生物操纵系统及水循环系统，用于校园景观水体的生态保持与自净。人工强化水质净化系统利用水循环和净化机制，达到校园景观水体水质净化的目的；包括：曝气增氧系统、生态浮床和多元组合人工湿地。生物操纵系统由生态岛和水生动植物系统组成，用于辅助人工强化水质净化系统，进一步提高景观水体生态环境自净能力。各个系统和处理单元之间利用水泵和重力流循环连接。但该方法人工湿地占地面积大、冬季运行效果差、运行成本高。

申请号201410598660.4一种校园雨水生态净化集成处理方法及生态净化集成系统，公开了的方法包括以下步骤：(1)在校园内预先建好用于处理校园雨水的集成处理系统；(2)根据校园不同水体生态净化选择适宜的处理方法；(3)经步骤(2)处理过的雨水最终汇集到校园内的景观水体内或者排入校园河道内或者汇入校园内的地下水层；所述的系统包括用于处理校园初期雨水径流的潜流型人工湿地系统、用于处理校园暴雨径流的滨岸带截流系统、用于处理校园自然驳岸河道水体的生态浮床-曝气推流系统、用于处理校园硬驳岸河道水体的人工水草-微孔曝气系统、用于处理校园封闭池塘水体的生物操纵-喷泉曝气系统。但该方法人工湿地占地面积大、冬季运行效果差、操作复杂、运行成本高。

申请号201510039324.0一种饮用水水库的水质保障系统及其保障方法，采用水质自动监测机构、进水调控机构、库区水生态机构、出水调控机构对从河道流入水库的原水水质进行处理。提供的饮用水水库的水质保障系统及其保障方法，适用范围广，对平原及山区的饮用水库均能起到良好的水质净化及保障作用，具有水质保障性能高、水体净化效果好、供水安全性高的优点，体现生态、低碳、环保等理念，具有很好的经济性、实用性及广泛的适用性，特别适合在原水水质不稳定、水库水体停留时间长、具有富营养化风险、供水保证率低、兼具应急蓄水功能的饮用水库内推广使用。但该方法人工湿地占地面积大、投资大、运行成本高。

申请号201510244868.0一种利用滤食生物控制生态修复工程中幼鱼暴发所致负面效应的模拟方法，公开了模拟方法包括沉积物准备、湖水准备、加入河蚬和鲤鱼开始实验及采样，其中加入的河蚬、鲤鱼的密度设计为河蚬密度处理：0、60和180只，换算为单位面积生物量则为：0、214g/m²和643g/m²；鲤鱼密度：1尾和3尾，换算为单位面积生物量则为：4.3g/m²和12.9g/m²。根据生态学原理采用的实验生态学方法，实现了精准的对控制生态修复工程中幼鱼暴发所致负面效应的模拟，利用生物操纵原理，加入滤食生物—河蚬，通过河蚬控制鲤鱼幼鱼暴发所造成的沉积物悬浮、改善水体光照条件，从而达到修复富营养化水体的目的。但该方法运行稳定差、对低溶解氧和水动力条件差的情况适应差、运行效果差。

申请号201510311337.9一种适于感潮内河水系排污口污水的原位生态修复方法及系统和应用，通过柔性围隔对排污口污水进行导流，导流渠内自水体水面从上至下营造水生植物吸收区、高效微生物膜好氧反应区和兼性厌氧反应区，发挥生物接触氧化技术、高效生物载体技术、高效微生物技术、微曝气技术以及生物操纵技术的综合效能，通过物理沉淀、载体吸附、微生物降解、植物吸收与转移作用以及水生动物消化与分解作用净化水体。但该方法人工湿地占地面积大、投资大、运行成本高。

技术实现要素：

本发明针对污染水体溶解氧低、水体流动性差、悬浮有机物多、透明度低的难点问题，提供了一种用于低溶解氧污染水体生态修复的装置及方法。采用曝气、推流和生物操纵耦合，通过营造适度溶解氧的浓度和流速，更好的实现黄尾密鲴生态修复，削减有机物、氮磷、改善透明度和提高溶解氧浓度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于低溶解氧污染水体生态修复的装置，包括溶解氧仪、曝气机、流速测定仪、推流搅拌器和生态围网，其中，所述生态围网中投放有滤食性鱼类，设置于污染水体中；所述溶解氧仪与所述曝气机联用，所述曝气机与所述生态围网间隔布置，距离为10～30m，用于为滤食性鱼类生态修复提供溶解氧环境条件；所述流速测定仪与所述推流搅拌器联用，所述推流搅拌器与所述曝气机间隔布置，距离为20～30m，用于为滤食性鱼类生态修复提供水动力条件。

进一步地，所述生态围网采用玻璃钢加工制成，内径100～150cm，网衣高200～300cm，采用聚乙烯单丝无节网加工制成，网目6～8mm，厚4～8mm；底网为聚乙烯网布，网目1mm。

进一步地，所述滤食性鱼类为黄尾密鲴，体长20～35cm，体重0.10～0.25g，放养密度为45～55g/m³，所述黄尾密鲴在生态围网内的日摄食率为55％以上。

进一步地，当污染水体的河道宽度≤20m时，所述曝气机设置于河道中间；当污染水体的河道宽度＞20m时，所述曝气机设置于河道两侧，且对层布置，上部位于水面，下部采用木桩或抛石进行固定。

进一步地，当污染水体的河道宽度≤20m时，所述推流搅拌器设置于河道中间；当污染水体的河道宽度＞20m时，所述推流搅拌器设置于河道两侧，且对层布置，上部位于水面，下部采用木桩或抛石进行固定。

一种基于上述用于低溶解氧污染水体生态修复的装置的生态修复方法，包括以下步骤：

步骤1)在待处理污染水体中设置溶解氧仪并同曝气机联用，通过设定溶解氧大小，控制曝气机的开启和关闭，从而为滤食性鱼类生态修复提供溶解氧环境条件；

步骤2)在待处理污染水体中设置流速测定仪并同推流搅拌器联用，通过设定流速大小，控制推流搅拌器的开启和关闭，从而为滤食性鱼类生态修复提供水动力条件；

步骤3)将滤食性鱼类投放于生态围网中，并设置于待处理污染水体中；当溶解氧do＜0.3mg/l时，生态围网的面积占污染水体的面积为8～15％；当溶解氧do≥0.3mg/l时，生态围网的面积占污染水体的面积为5～8％；

步骤4)当溶解氧仪测定污染水体溶解氧do＜0.3mg/l时，开启曝气机；当溶解氧仪测定溶解氧do≥0.3mg/l，关闭曝气机；

步骤5)当流速测定仪测定污染水体流速＜0.08m/s时，开启推流搅拌器；当流速测定仪测定污染水体流速≥0.08m/s，关闭推流搅拌器；

步骤6)通过投放于生态围网中的滤食性鱼类，设置生态围网的面积，及开启或关闭曝气机、推流搅拌器，即可对污染水体进行生态修复。

进一步地，所述待处理污染水体的水质情况如下：透明度为10～20cm，溶解氧do为0～2mg/l，总氮含量tn为5～8mg/l，总磷含量tp为0.3～0.8mg/l，nh3-n含量为3～5mg/l。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明以生物操纵为核心，通过曝气冲氧和推流搅拌适度提高水体溶解氧和流速，改善生物操纵条件，显著去除水体中有机碎屑、氮磷、改善透明度和提高溶解氧浓度，具有操作简单、成本低、管理方便的优点。

(2)本发明适用于低溶解氧水体处理，不影响行洪、不产生二次污染，生态效果好，具有良好的应用前景。

(3)以去除有机碎屑、改善透明度和提高溶解氧为重点，构建新型的水体生态系统，提高水体自我恢复能力，持续改善水体水质。

附图说明

图1为工艺原理图；

图2为工艺平面示意图；

图3为工艺剖面示意图。

图中：1、溶解氧仪；2、曝气机；3、流速测定仪；4、推流搅拌器；5、黄尾密鲴；6、生态围网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步介绍本发明的技术方案。

实施例1

一种用于低溶解氧污染水体生态修复的装置，如图2、3所示，包括溶解氧仪1、曝气机2、流速测定仪3、推流搅拌器4和生态围网6，其中，所述生态围网6中投放有滤食性鱼类(黄尾密鲴5)，设置于污染水体中；所述溶解氧仪1与所述曝气机2联用，所述曝气机1与所述生态围网6间隔布置，距离为10～30m，用于为滤食性鱼类生态修复提供溶解氧环境条件；所述流速测定仪3与所述推流搅拌器4联用，所述推流搅拌器4与所述曝气机2间隔布置，距离为20～30m，用于为滤食性鱼类生态修复提供水动力条件。

当污染水体的河道宽度≤20m时，所述曝气机2设置于河道中间；当污染水体的河道宽度＞20m时，所述曝气机2设置于河道两侧，且对层布置，上部位于水面，下部采用木桩或抛石进行固定。

当污染水体的河道宽度≤20m时，所述推流搅拌器4设置于河道中间；当污染水体的河道宽度＞20m时，所述推流搅拌器4设置于河道两侧，且对层布置，上部位于水面，下部采用木桩或抛石进行固定。

当溶解氧do＜0.3mg/l时，生态围网的面积占污染水体的面积为8～15％；当溶解氧do≥0.3mg/l时，生态围网的面积占污染水体的面积为5～8％。

基于该装置的生态修复方法的工艺原理图如图1所示。具体如下：

某污染河道，长度2.3km，溶解氧do＝0.2mg/l，水体流速0.10m/s。河道周围主要有居民生活污水，水体浊度较大，水体主要污染物有总氮、总磷等，河流水质总体为劣v类。

黄尾密鲴5放置于生态围网6中，并设置于待处理污染水体中；生态围网6采用玻璃钢加工制成，内径100～150cm，网衣高200～300cm，采用聚乙烯单丝无节网加工制成，网目6～8mm，厚4～8mm；底网为聚乙烯网布，网目1mm。溶解氧低的条件下(do＜0.3mg/l)生态围网面积占污染水体的面积约9％。设置曝气机2台，进行曝气冲氧。推流搅拌器处于关闭状态。

所述黄尾密鲴5为滤食性鱼类，体长20～35cm，体重0.10～0.25g，放养密度每平方480～550尾，放养密度约为45～55g/m³，黄尾密鲴5在生态围网6内的日摄食率为55％以上。

经过两个月治理后，治理前后的水质情况见表1。

表1实施例1治理前后水质情况

实施例2

其他同实施例1，溶解氧do＝0.5mg/l，水体流速0.10m/s。设置曝气机和推流搅拌器不运行。生态围网面积占污染水体的面积约7％。

经过两个月治理后，治理前后的水质情况见表2。

表2实施例2治理前后水质情况

实施例3

其他同实施例1，溶解氧do＝0.2mg/l，水体流速0.05m/s。开启曝气机和推流搅拌器。生态围网面积占污染水体的面积约10％。

经过两个月治理后，治理前后的水质情况见表3。

表3实施例3治理前后水质情况

实施例4

其他同实施例1，溶解氧do＝0.5mg/l，水体流速0.05m/s。曝气机不运行，开启推流搅拌器。生态围网面积占污染水体的面积约7％。

经过两个月治理后，治理前后的水质情况见表4。

表4实施例4治理前后水质情况

本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均在本发明的保护范围之内。