一种黑臭河流生态系统重构集成方法与流程

本发明属于河流生态治理与生态修复领域，具体涉及一种黑臭河流生态系统重构集成方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，工业废水、生活污水、农业面源污染的排放量日益增加，大量的污染物直接排入江河、湖泊，造成水体污染和富营养化的频繁发生，导致河水黑臭，鱼虾绝迹。河流湖泊是重要的淡水资源，同时也是水源地的重要组成，它与人民的生产、生活以及经济的可持续发展休戚相关，但是污染的水体不仅失去了资源功能和使用价值，而且严重破坏周围的环境景观，甚至危害到居民的健康。目前河流湖泊黑臭已经成为我国城市中小型河流共同存在的污染问题，河流湖泊黑臭对城市的环境造成极其严重的影响。如何尽快解决城市河流湖泊的黑臭问题已经成为城市环境工作的当务之急。目前在黑臭河流湖泊治理中主要有：(1)物理法，如拆除硬质护岸、引水冲污，底泥清污等；(2)化学法，如加入化学试剂等；(3)生物法，如种植水生植物、投加微生物菌剂等。物理法和化学法都存在投资高、容易产生二次污染，且也改变了生态系统原始的面貌。

技术实现要素：

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种不会对水体造成二次污染的黑臭河流生态系统重构集成方法。

为了实现上述目的，本发明黑臭河流生态系统重构集成方法所采用的技术方案为：

一种黑臭河流生态系统重构集成方法，包括水质在线检测、外源污染物控制、内源污染物控制、生物多样性恢复、生态可持续构建和远程智能监控系统；水质在线检测，对目标水体进行水质检测；外源污染物控制，消减外源污染物进入目标水体；内源污染物控制，对目标水体进行修复处理；生物多样性恢复对目标水体的微生物菌群结构、原生动物及低栖动物结构组成和鱼类种群结构及密度进行调整；生态可持续构建，利用人工生态浮岛对岸带挺水植物群的构建、近岸带浮叶植物群落恢复及沉水和浮游植物群落的构建；远程智能监控系统，实现对处理系统运行工况的远程监管和控制。

一种黑臭河流生态系统重构集成方法，具体步骤为：

(1)建造人工生态浮岛，转移水中的营养物质，对目标水体进行改善；

(2)在线对目标水体进行水质检测，包括ph、do、水温、高锰酸盐指数、氨氮和流量指标的监测，当发现异样变化时采取补救措施，，即当河流/湖泊水质低于当地地表水质标准时，远程启动生态浮岛的曝气装置，通过曝气装置提高水体的溶解氧，以维持生态系统的稳定和保持河流湖泊的洁净状态；

(3)对河流/湖泊(天然或人工)补水进行预处理，包括消减外界营养物质的输入，初期雨水净化处理及进行生态补水；

(4)投加微源生物制剂，微源生物制剂具有固底泥，阻断泥水交换，同时产生胞外酶和活性菌膜，降解底泥，抑制厌氧腐败菌的生长，提高水体溶解氧，形成底泥中的微生态系统；

(5)生物多样性恢复，通过以上几步的实施，目标水体得到改善，水体生物丰富、生物链延长，水生态系统初步建立，此时通过优化微生物菌群结构、原生动物及低栖动物结构组成和水生鱼类种群结构及密度的调控，达到水体表面干净，无异味，逐步向清澈转变，鱼群活跃，能够依靠水体的食物链进行生存繁衍；

(6)生态可持续构建，通过挺水植物群的构建、近岸带浮叶植物群落恢复及沉水和浮游植物群落的构建增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物，改善水下光照和溶解氧条件；

(7)远程控制监测，采用rtu无线远程测控终端设备集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信，支持以太网通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g无线数据通信于一体，能够直接接入传感器、标准变送器信号、仪表输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号，利用水质监测装置对水体的ph、do、水温、高锰酸盐指数、氨氮、流量等数据实时监测，rtu无线远程测控终端设备与曝气装置连接，通过远程操作设备远程控制曝气装置的启动或停止。

建立人工生态浮岛时采用多层结构。根据黑色河流不同的形成原因对层内填料进行组配，以实现加快对生物生态的修复和增加生物的多样性。

rtu无线远程测控终端设备为固定的远程监控中心或移动的控制终端。

曝气装置可以采用纳米气泡发生装置。纳米气泡发生装置产生的纳米气泡向水体充氧，并搅动水流，提供填料及水生植物所需的溶解氧和水力条件，在好氧条件下填料表面附着生长生物膜，纳米气泡在水中上升速度慢，停留时间长，溶解效率高，并具备自增氧、带负电荷和富含强氧化的特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明黑臭河流生态系统重构方法，强调以生态学和生态系统理论为指导，以接近自然、模拟自然、生态系统重构为建设理念，充分考虑动植物的生存环境，将人工系统与大自然有机结合起来，以求人与自然和谐共处。

(2)本发明应用外源污染物控制、内源污染物控制、生物多样性恢复、生态可持续构建等手段，减少污染物的流入，促进自然水体恢复自我修复功能，强化水体的自净能力，构建完整的食物网链和生态可持续系统，抑制藻类和厌氧缺氧的腐败菌的生长，达到维持和改善水质的目的，使得水体能够形成一个可自我维持、良性循环、具有生命力的生态系统。

(3)投资少、见效快、经济适用，对治理黑臭水体有特效，该技术能在较短时间内消除水体的黑臭现象，恢复水体生态功能，并能长期维持水体的治理效果，是一种安全的黑臭河流生态系统重构技术。

附图说明

图1为本发明黑臭河流生态系统重构集成方法流程示意图。

图2为本发明人工生态浮岛的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种黑臭河流生态系统重构集成方法，包括如下步骤：

(1)建立人工生态浮岛，对目标水体进行改善；

(2)通过rtu无线远程测控终端设备和水质检测装置在线检测目标水体的污染指标，包括ph、do、水温、高锰酸盐指数、氨氮和流量指标的监测，当发现异样变化时采取补救措施，以维持生态系统的稳定和保持河流湖泊的洁净状态；以便制定适宜的治理工艺，了解治理后改善的情况和取得的效果，及时总结经验以进一步改善和提高水体水质；

(3)补水进行预处理，包括消减外界营养物质的输入，初期雨水净化处理进行生态补水；

(4)投加微源生物制剂，微源生物制剂具有固底泥，阻断泥水交换，同时产生胞外酶和活性菌膜，降解底泥，抑制厌氧腐败菌的生长，提高水体溶解氧，形成底泥中的微生态系统；

(5)生物多样性恢复，通过以上几步的实施，目标水体得到改善，水体生物丰富、生物链延长，水生态系统初步建立，此时通过优化微生物菌群结构、原生动物及低栖动物结构组成和水生鱼类种群结构及密度的调控，达到水体表面干净，无异味，逐步向清澈转变，鱼群活跃，能够依靠水体的食物链进行生存繁衍；

(6)生态可持续构建，通过挺水植物群的构建、近岸带浮叶植物群落恢复及沉水和浮游植物群落的构建增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物，改善水下光照和溶解氧条件，为形成复杂的食物链提供食物、场所和其他必要条件，是水体生物多样性赖以维持的基础，其中挺水植物群的构建主要是通过在浅水区种植挺水植物(包括香蒲、芦苇、菖蒲或黑三棱等)；近岸带浮叶植物群落恢复主要通过在水面上投放浮叶植物(包括槐叶萍、浮萍、满江红等)；沉水和浮游植物的构建主要是通过在水底投放沉水植物(包括水毛茛、金鱼草、茨藻或狐尾藻等)和在水中投放浮游植物(主要包括浮游藻类)；

(7)远远程控制监测，采用rtu无线远程测控终端设备集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信，支持以太网通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g无线数据通信于一体，能够直接接入传感器、标准变送器信号、仪表输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号，利用水质监测装置对水体的ph、do、水温、高锰酸盐指数、氨氮、流量等数据实时监测，rtu无线远程测控终端设备与气泡发生装置连接，通过远程操作设备远程控制气泡发生装置的启动或停止。

如图2和图3所示，人工生态浮岛包括支架，支架包括上支架1和下支架2，上下支架之间通过连接件3连接，上支架1为大圆形框架10，在大圆形框架10内设置有同心的中心圆框架12，中心圆框11与大圆形框架10之间均布相切的小圆形框架12，这些框架的相切处设置有浮子13，在中心圆框架的圆心处设置有浮筒14，浮筒14中空，上开孔，可以装入沙子等重物，用塞子封闭，通过调整装入沙子的重量对整个装置在水中的位置进行微调，浮筒14通过固定架与支架连接固定，下支架2与上支架1的形状相同只是没有安装浮子13和浮筒14，上支架1固定有多个浮子13，使得支架能够漂浮在水面上，支架内部由下至上填充有碳素纤维膜层15、悬浮填料层16和海绵基质层17，各层之间设置有隔网，海绵基质层17种植有水生植物18，如芦苇、香蒲、美人蕉等，碳素纤维膜层15内放置有微生物菌群，碳素纤维的细孔结构不同于活性炭，碳素纤维微孔丰富且孔径分布集中(0.5～2nm)，微孔体积占总体积的90％左右，比表面积大，且化学性质稳定，具有含氧官能团，悬浮填料层16可以形成生物膜，浮筒14上设置有气泡发生装置4、水质检测装置5和rtu无线远程测控终端设备6，气泡发生装置4的曝气口8设置在碳素纤维膜层15的下侧，且与水体底部的底泥层具有一定的距离，以避免搅起底泥，气泡在向水体充氧时搅动水流，提供填料及水生植物18所需的溶解氧和水力条件，在好氧条件下填料表面附着生物膜，生物膜主要由真菌、细菌、菌胶团及其产生的胞外多聚物组成，这些微生物能以水中的有机物作为营养物质，将其氧化分解成无害的无机物，同时能氧化水中溶解态的铁、锰，使其沉淀，并去除气泡发生装置4产生的极细气泡，气泡在水中上升速度慢、停留时间长、溶解效率高，并具备自增氧、带负电荷和富含强氧化性的自由基等特性，同时气泡的水对动植物都具有促进生物活性的作用，气泡发生装置4、水质检测装置5均与rtu无线远程测控终端设备6连接，rtu无线远程测控终端设备6通过无线信号与远处的远程操作设备连接，通过rtu无线远程测控终端设备6启动或关闭水质检测装置5与气泡发生装置4；为了增加支架内各层的整体强度，减少水流损坏，上支架连接有下垂的柔性的绳体7，绳体7贯穿各层对各层进行牵拉，绳体7上设置有结节9用于增加与各层物料的牵拉面积；支架为pvc管、pe管、不锈钢管或玻璃钢管；同时在圆形框架链接间隙处种植浮游植物，形成不同形状、构造及植物类型，从而吸引野生动物在此栖息，增加生物多样性，加快生物生态修复过程；rtu无线远程测控终端设备6集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信，支持以太网通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g无线数据通信于一体，能够直接接入传感器、标准变送器信号、仪表输出的模拟信号、电平信号、干触点和脉冲信号，远程操作设备为固定的远程监控中心或移动的控制终端。

本发明专利针对目前黑臭河流湖泊修复技术的缺点，该技术以“外源污染物控制技术/内源污染物控制技术/生物多样性恢复/生态可持续构建联用技术”为主，以水生动植物为辅，外加水质监测及远程智能控制技术的综合治理措施。这套系统中的各项技术可根据受污染水体的程度不同而进行调整，促进自然水体恢复自我修复功能，强化水体的自净能力。