湖库清淤后生态修复系统的制作方法

本发明涉及水环境、水生态技术领域，尤其涉及一种湖库清淤后生态修复系统。

背景技术：

湖泊富营养化是由于营养负荷的增加，促进初级生产者的过量生长，从而对水体功能危害的现象。一般湖泊的富营养化的表征都指的是浮游植物的过量增长。水华是湖泊富营养化的典型特征之一，是水体富营养化状态下生态平衡破坏的集中体现，水体中浮游生物爆发性繁殖使水面呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等异常水色的现象。水华发生时，由于藻类大量繁殖和腐烂，导致水味腥臭，降低水体的透明度，影响水体中氧的溶解，向水体中释放有毒物质，造成水生生态严重恶化。

湖泊是一个由动物、植物、微生物构成的完整的生态系统。在通常情况下各级生物处于动态平衡状态，水体中的藻类、水生植物利用水中的n、p通过光合作用合成自身有机物并且制造氧气。水体中鱼类又以藻类、水生植物为食，控制藻类的过度繁殖。水生动物排泄的粪便及生物死亡的尸体会增加水体中有机物的含量。有机营养盐在有机矿化微生物的作用下被分解为无机态，这些无机物再被藻类及水生植物利用。这样就形成了生态系统的物质循环，当循环中物质(n、p)通量较少的时候，物质循环处于动态平衡状态。

反之当水体中存在大量的n、p等营养盐时，充足的阳光、适宜的温度、大量的营养盐为藻类生长、繁殖提供了良好的条件。藻类大量繁殖导致水体透明度严重下降，沉水水生植物因为得不到充足的阳光大量死亡，水体因藻体大量浮游而分层，死亡藻体和沉降的有机质在下层水体中分解导致溶氧不足，鱼类、需氧微生物因为水中溶氧量急剧消耗大量死亡。同时水中大量死亡生物残体、有机物在厌氧条件下转化为多种有毒物质(如硫化氢、有机酸、氨氮等)，这些物质的存在加剧了其它生物的死亡速率，最终原有的物质循环被打破，整个生态系统失衡，陷入了恶性循环。

清淤是一种行之有效的快速去除沉积营养物的方法，在长远看来是必要的。同时，底泥清淤是一把双刃剑，清淤对湖泊底层生态的扰动体现在消减污染物总量的同时，对湖泊的生态系统会产生一定的负面影响。

清淤的负面影响包括：

1、清淤时，机械的搅动会引起底沙悬扬，而且在转移淤积物时，洒落在水中的泥沙也会造成局部水域的浑浊。同时，搅动还会引起底泥污染物的悬扬，释放出氨氮和磷化物，使水质“肥化”，导致清淤达不到改善水质和预期效果。

2、清淤后改变了底泥原来表层淤积物物理、化学及生物条件，这些环境因子的改变会改变沉积物-水界面原有的营养盐释放平衡，导致新生底泥中的n、p加速释放，水体营养盐浓度升高。neeberg等通过模拟清淤试验发现新生表层易释放溶解态磷(sop)一段时间后较清淤前有所增加。graca等研究发现波罗的海puck内湾清淤区与非疏浚区相比新生表层中有更多的有机质、总氮和总磷的积累。清淤区的磷释放通量是非清淤区的7倍。

3、清淤会破坏原有的湖底生态环境，导致湖泊中微生物、水生动植物消失，生态链脆弱，水体自净能力完全消失。底泥清淤后，底栖生态系统被完全破坏，这种几年乃至几十年建立的生态系统一旦被破坏，将很难修复和重建，而在底泥完全清淤后，新的底栖生态系统建立前，整个河道生态系统比较脆弱，很容易爆发水华等情况。如20世纪末北京对于河道的清淤以及21世纪初南京对玄武湖的清淤，都在随后爆发了大规模的水华事件。在这种情况下极易爆发水华，如南京的玄武湖、武汉的水果湖、外沙湖清淤引水入湖后均在短期内出现n、p骤然升高、水华发生的现象。滇池总面积近300km²，用了2-3年时间(1997-1998年)耗资数十亿元，只在其草海中挖了部分面积底泥，占滇池总面积的1％左右。挖泥后的水质，在世博会前夕已测得草海透明度为0～20cm，叶绿素a高达938mg/m³，藻量高达1952g/m³，仍然出现了严重的蓝藻泛滥。

因此，湖泊清淤后水体微生态的修复变得十分重要，对水体水质预后维持不可或缺。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种修复效果好，可长期维持的湖库清淤后生态修复系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种湖库清淤后生态修复系统，包括设置在水体上的人工浮岛、设置在湖库底面上的砂石垫层、设置在水体中的多个微生物单元和微生物发生器；所述微生物单元设置在所述砂石垫层上。

优选地，所述人工浮岛包括浮岛本体、植物层以及生物膜载体；所述浮岛本体浮设在水面上，所述植物层种植在所述浮岛本体上方，所述生物膜载体挂设在所述浮岛本体下方，并位于水面之下。

优选地，所述浮岛本体采用聚乙烯塑料制成；

所述生物膜载体为碳素纤维载体或中空纤维载体。

优选地，所述砂石垫层的覆盖厚度为10-30cm。

优选地，所述微生物单元包括培养载体以及设置在培养载体上的菌种；

所述菌种包括芽孢杆菌、放线菌、真菌、硝化反硝化菌、聚磷菌、假单胞菌中一种或多种；所述培养载体包括微生物培养基质及砂土。

优选地，所述微生物单元还包括配合所述菌种的高效复合控藻酶；所述高效复合控藻酶包括溶藻酶和微囊藻毒素降解酶。

优选地，所述微生物发生器包括微孔陶瓷罐体和微生物基质；所述微生物基质设置在所述微孔陶瓷罐体内。

优选地，所述湖库清淤后生态修复系统还包括沿岸设置在所述水体中的护岸装置。

优选地，所述护岸装置包括格宾石笼。

优选地，所述微生物发生器设置在所述格宾石笼中。

本发明的有益效果：施工简单，能够快速改善水质，调节和恢复生态平衡，对清淤后的湖库进行生态系统修复，水质改善效果显著，维持时间长，成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的湖库清淤后生态修复系统的剖面结构示意图；

图2是图1中格宾石笼和微生物发生器的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的湖库清淤后生态修复系统，布置在清淤后的湖库中，对其进行生态修复。湖库涵盖湖泊、水库、河道等水体环境。

如图1所示，本发明一实施例的湖库清淤后生态修复系统，包括设置在水体上的人工浮岛10、设置在湖库底面上的砂石垫层20、设置在水体中的微生物单元30和微生物发生器40；微生物单元30设置在砂石垫层20上。

其中，人工浮岛10在水体上的设置，起到一定的水质净化作用，并且还可作为湖库中鱼类的生息场所、鸟类的生息空间等。人工浮岛10的整体大小可根据湖库面积具体设置。

本实施例中，人工浮岛10为湿式浮岛。具体地，人工浮岛10可包括浮岛本体11、植物层12以及生物膜载体13；浮岛本体11浮设在水面上，植物层12种植在浮岛本体11上方，生物膜载体13挂设在浮岛本体11下方，并位于水面之下。

浮岛本体11采用聚乙烯塑料等可在水体中浮起的材料制成。植物层12种植在浮岛本体11上方，具体植物种类不限定，可根据湖库水体及其生态环境而定。生物膜载体13在浮岛本体11下方，浸泡在水体中，表面形成生物膜，膜中微生物可以吞噬和代谢水中的污染物成为无机物，净化水质。

生物膜载体13可选用碳素纤维载体或中空纤维载体。

生物膜载体13的数量不限，可根据其分布范围决定。作为选择，浮岛本体11下方挂设多个生物膜载体13，多个生物膜载体13间隔排列。以生物膜载体13的长度(垂直于水体中的高度)为1.5-2m为例，相邻的两个生物膜载体13之间的间隔可为0.2m。

砂石垫层20覆盖在湖库底面，可作为代替清淤前淤泥的垫层。砂石垫层20在湖库底面的覆盖厚度主要由清淤量决定，一般可为10-30cm。

微生物单元30固定在砂石垫层20的表面，为清淤后的水体提供多种菌，以平衡水体中的菌类。多个微生物单元30在砂石垫层20上间隔分布，相邻的微生物单元30之间间隔2m，或根据实际情况适当增减间隔。

微生物单元30包括培养载体以及设置在培养载体上的菌种。培养载体包括微生物培养基质及砂土，进一步还包括粘土混合物；粘土混合物(可包括粘土和亚铁盐)对悬浮物有絮凝沉淀作用。菌种可包括芽孢杆菌、放线菌、真菌、硝化反硝化菌、聚磷菌、假单胞菌等中一种或多种。其中，芽孢杆菌、放线菌、硝化反硝化细菌、聚磷菌等可以有效降低水体中、底泥中的营养物浓度，持续改善水质；硝化反硝化细菌可以有效降低水体中氨氮、总氮浓度；聚磷菌可以降低水体中总磷浓度。

总体来说，上述的菌种为控藻微生物；控藻微生物能够促进水体中有益藻类的活性，提高其与水中的蓝藻争夺限制性营养元素的能力，能使有益藻类成为水体中的优势群体，从而降低蓝藻的增殖速度，起到控藻除藻的目的。有益藻类如小球藻等可作为水体的初级生产者，它们的光合作用可以释放大量的氧气，为水生动物提供较高的溶解氧环境，促进水体生态的进一步恢复，同时可以为水生动物提供大量的高营养的饵料。

控藻微生物还能分泌溶藻类活性物质，能抑制藻类的再形成，使水体透明度逐渐提高，并有效保证了水体的清澈。

进一步地，微生物单元30还可包括配合菌种的高效复合控藻酶；高效复合控藻酶包括溶藻酶和微囊藻毒素降解酶。高效复合控藻酶可与控藻微生物控藻酶相辅相成，为其生存生长提供合适的环境，进而有效分解水体中的营养物质，而控藻酶的存在能够把细胞周围环境中的有害藻类和有机物废削转化成容易被控藻微生物吸收摄取的营养物质类型。

微生物发生器40包括微孔陶瓷罐体和微生物基质；微生物基质设置在微孔陶瓷罐体内，为微生物的产生提供条件。微生物发生器40主要为产生氨化细菌的微生物发生器；氨化细菌包括有厌氧菌和好氧菌，可适应多种自然环境，有效分解含氮有机化合物释放氨，能够将有机物分解产物最终转变为nh4⁺。

进一步地，本发明的湖库清淤后生态修复系统还包括设置在湖岸的护岸装置50。护岸装置50沿岸设置在水体中，起到清淤后加固堤岸的作用。

护岸装置50优选设置在水体的下半部，可在枯水期露出水面，丰水期在水体下面。

护岸装置50包括格宾石笼，多个格宾石笼并排连接形成整体的护岸装置50。格宾石笼整体可为1m*1m*1m的立方体结构，搬运连接方便。

格宾石笼具有经济、施工简便快速、成本低等优点，并且具有很强的抵御自然破坏及耐腐蚀和抗恶劣气候影响的能力，可以承受大范围的变形而仍不坍塌，具有良好的渗透性，可防止由流体静力造成的损害。

如图2所示，本实施例中，微生物发生器40设置在格宾石笼中，可起到稳定微生物发生器40的作用，也可在格宾石笼的石块上形成生物膜，使格宾石笼的石块成为微生物膜的载体结构。

本发明的湖库清淤后生态修复系统，施工简单，能够快速调节和改善生态平衡，对清淤后的湖库进行生态修复，效果显著，持续时间长，成本低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。