用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链的制作方法

本实用新型涉及生态环境工程技术领域，以及自然及人工河流、湖泊的生态重建与恢复技术领域，一种用于河流、湖泊、水库、河口及海湾黑臭污染治理及生态修复的管状生态水链。

背景技术：

随着工业的飞速发展和城市化进程的加快，湖泊、河流等水体的污染日益加剧，城市中大量的水体已呈黑臭或富营养化状态，水资源短缺逐渐成为现代社会亟待解决的重要问题。

沉水植物在生长过程中会吸收水体中的营养物质（如氮、磷等），因此在水生生态系统中起着重要的作用。针对富营养化的河流、湖泊、湿地，可采用每年有计划地收割沉水植物的方式转移水体中过量的营养物质，对缓解水体富营养化起到积极作用；此外，沉水植物给水生动物提供更多的生活栖息和隐蔽场所，植物幼嫩部分又可供水生动物摄食，还可以增加水中的溶氧、净化水质，改善整个水生生态系统。因此，沉水植物在水生态修复尤其是提高水的能见度和景观营造方面的作用日益受到人们的重视。

但是目前沉水植物净化河道技术存在以下问题：1）一般种植需在河道排水、清淤后进行人工栽培，成本较高；2）栽培方式有抛种、抛苗等，在河道存量或增量污染超过其纳污及耐污能力的范围之后，其维护及成本要求高，在行洪河道或季节性河、湖等不适宜该种植方式；3）沉水植物对于硬化河床不适宜生长；4）植物根系易被底栖水生动物及水流破坏；5）在城市重污染水体中，高含量的悬浮物首先会显著降低水体透明度；其次悬浮物在沉水植物表面附着，限制了入水的光照量，严重影响沉水植物的光合作用及呼吸作用，抑制沉水植物和微生物正常的生长、繁殖，从而影响沉水植物的治理效果并带来次生污染以及降低了水体的自净能力。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种由沉水植物、生物填料组成的模块化管状生态水链，用于黑臭水体治理及生态修复、水质提升，既可在常水位条件下根据水体底部性状和宽度进行模块化安装和收割，也可应用于底部浆砌或无软底泥的水系，不妨碍水体的行洪。本实用新型是这样实现的：

一种用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链，包括内管、外管、沉水植物、软体动物、人工光源及生物填料；

所述内管插入外管内部，外管管壁开孔，即为通孔；内管壁和外管壁之间填充生物填料（厚度为5～10cm），沉水植物种植于生物填料内，并通过外管管壁通孔穿出，与外界（水体）接触。

进一步，本实用新型提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，内管管壁设有曝气孔，内管外接曝气装置；

本实用新型中，所述生物填料由微生物载体和微生物组成，所述的微生物包括光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、硝化细菌、反硝化细菌或芽孢杆菌中的一种或多种，这些菌种均可以通过商业化途径购买获得；或者也可以参考如下文献获得：吴霞, 谢悦波. 直接投菌法在城市重污染河流治理中的应用研究[J]. 环境工程学报, 2014, 8(8):3331～3336；或者，宋雅静, 谢悦波, 黄小丹. 本源微生物菌剂修复城市污染河流[J]. 环境工程学报, 2012, 6(7):2173～2177；或者，范荣亮, 谢悦波, Yudianto D,等. 复合微生物菌剂及酶制剂治理湖泊蓝藻的研究[J]. 水电能源科学, 2010(2):35～37；或者，聂秋月, 谢悦波, 庄景,等. 高效微生物治理蓝藻实验[J]. 世界科技研究与发展, 2008, 30(4):430～432；或者，王平, 吴晓芙, 李科林,等. 应用有效微生物群（EM）处理富营养化源水试验研究[J]. 环境科学研究, 2004,17(3):39～43。

所述生物填料包括无机载体（如火山岩、硅藻土、硅胶粉、湖珊瑚石、沸石、麦饭石、高岭土、金属氧化物、金属氧化物纳米粒子、微孔陶瓷或微孔玻璃）、有机载体（如高分子聚合物或多糖）、纤维（如尼龙）中的至少一种。

上述生物填料与沉水植物的组合悬浮于水体中，增加与水体的接触面积，降解水中有机污染物，具有提升水质、营造水生生态系统的作用；与水体底泥接触时，具有消减有机底泥的效果。

进一步，本实用新型所提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，内外管壁之间填充的生物填料的厚度为5～10cm。

进一步，本实用新型所提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，内管与外管为同心圆结构。

进一步，本实用新型所提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，所述沉水植物包括黑藻、穗花狐尾藻、蓖齿眼子菜、水盾草、苦草、竹叶眼子菜中的一种或多种。

进一步，本实用新型所述用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链沉水植物上栖息有软体动物（如螺蛳、河蚌），滤食水体中的浮游植物（如藻类）、悬浮有机物、富营养物质等。

进一步，本实用新型所述用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链外布设有光源，如LED灯或光纤。

进一步，本实用新型所提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，生物填料中微生物菌含量为2.0×10⁸CFU/ml～3.0×10⁹CFU/ml。

进一步，本实用新型所提供的用于水体黑臭治理及水质提升的管状生态水链中，外管的管径为DN50～100的金属管或PVC管，通孔孔径大小及密度根据沉水植物的大小及种植密度确定；内管为设有曝气孔的曝气管，穿插于外管中，采用金属管或PVC管，管径为DN25～40，曝气孔及孔密度根据具体需氧量进行确定，内管与外界曝气装置连接，提供沉水植物生长、微生物降解有机物时所需氧量，增加水体溶解氧。

具体实施时，还可以在管状生态水链的下方悬挂种植沉水植物，悬挂种植的沉水植物载体采用纤维，使其在水体中竖直方向下垂，上方经铁丝或钢丝将其固定在横向的管状生态水链上。

本实用新型提供的由沉水植物、软体动物、人工光源、生物填料、曝气管组成的管状生态水链，可在水深H≥0.5m、水体流速V＜0.9m/s的情况下使用，可进行模块化安装和收割，也可应用于底部浆砌或无软底泥的水系。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

（1）沉水植物及生物填料的结合使用能有效地降低污染负荷，高效地去除水中COD、氨氮和总磷等污染物，并增加水中的溶氧、净化水质，同时，沉水植物的幼嫩部分又可供水生动物摄食，逐步改善水体生态系统，消除水体黑臭，恢复水体自净能力。

（2）生物填料与沉水植物、软体动物的组合，吸附、降解水体中有机污染物和富营养物质，大大提高了水体治理的效率和效果。

（3）沉水植物种植界面利用硬质材料做骨架，如金属或高分子聚合材料及生物等可降解或回收的环保材料，环保、安全，安装简便。

（4）可进行异位保养维护，不影响水体行洪。

（5）安装和对沉水植物的收割、维护简便。

附图说明

图1为本实用新型管状生态水链示意图；

图2为本实用新型管状生态水链横向安装示意图；

图3为本实用新型管状生态水链横向与纵向组合安装示意图。

其中：1）沉水植物；2）内管；3）生物填料；4）外管；5）人工光源；6）软体动物。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型思想做进一步说明：

实施例中涉及的菌种均为本领域常规菌种，其中：

1）光合细菌、硝化菌、反硝化菌和酵母菌参见以下文献：

吴霞, 谢悦波. 直接投菌法在城市重污染河流治理中的应用研究[J]. 环境工程学报, 2014, 8(8):3331～3336.

宋雅静, 谢悦波, 黄小丹. 本源微生物菌剂修复城市污染河流[J]. 环境工程学报, 2012, 6(7):2173～2177.

范荣亮, 谢悦波, Yudianto D,等. 复合微生物菌剂及酶制剂治理湖泊蓝藻的研究[J]. 水电能源科学, 2010(2):35～37.

聂秋月, 谢悦波, 庄景,等. 高效微生物治理蓝藻实验[J]. 世界科技研究与发展, 2008, 30(4):430～432.

王平, 吴晓芙, 李科林,等. 应用有效微生物群(EM)处理富营养化源水试验研究[J]. 环境科学研究, 2004, 17(3):39～43。

（上述参考文献中“谢悦波”与本申请实用新型人“谢悦波”为同一人）。

实施例1

江苏某地底部及护坡硬化的平直黑臭河道，氨氮15.1mg/L，总磷0.5mg/L，水深1.0～1.5m，河宽8～15m，河长500m，在不影响行洪的情况下，顺水流方向沿河岸两侧安装生态水链：

本实施例中管状生态水链包括内管、外管、沉水植物和生物填料、软体动物、人工光源（如图1所示）；

外管4为管径为DN50～100的PVC管，管壁设有通孔，通孔孔径大小及密度根据沉水植物的大小及种植密度确定；

内管2为设有曝气孔，管径为DN25～40的PVC管，管壁设有曝气孔，曝气孔孔径及孔密度根据具体需氧量进行确定；内管2外接曝气装置；

本实施例中，内管2插入外管4内部，二者为同心圆结构；

生物填料3填充于内管2和外管4管壁之间，沉水植物1种植于生物填料3内，并由外管4的通孔穿出向外生长。

本实施例中种植的沉水植物1为壮苗期的黑藻、狐尾藻（市售）等，种植密度为25～36丛/㎡。在具体实施中，可以选择的沉水植物黑藻、穗花狐尾藻、蓖齿眼子菜、水盾草、苦草、竹叶眼子菜中的一种或多种。

本实施例中，生物填料3的厚度为5～10cm，包括微生物和微生物载体，微生物菌含量为2.0×10⁸CFU/ml～3.0×10⁹CFU/ml，微生物种类包括光合细菌、硝化菌、反硝化菌和酵母菌,（在具体实施过程中，可以根据河道情况，选择光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、硝化细菌、反硝化细菌或芽孢杆菌中的一种或多种）；

微生物载体为无机矿物填料微孔陶瓷。

本实施例中，如图2所示，通过钢索将管状生态水链在河边坡上进行固定，长度方向与水流方向保持一致，管状生态水链没入水中，最上层离水表面≥0.3m，最底层距河床底部≥0.3m。

本实施例中，生态水链的投放量（100个/100m），每个长1m，共计500个，并对治理水域进行造流曝气，经过两个月的治理及修复，基本消除黑臭，氨氮≤1.0mg/L，总磷≤0.1mg/L，透明度提升。

在具体实施过程中，也可以将管状生态水链进行横向与纵向组合安装，如图3所示。

本实用新型所述的实施方式不局限于上述过程，任何人在本实用新型的启示下，所作出的任何修改、替换和改进等均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。