一种复合型人工水草和生态球装置及使用方法与流程

本专利涉及河湖水环境治理技术领域，具体为一种复合型人工水草和生态球装置及使用方法。

背景技术：

在河道、湖泊水环境治理过程中，当河道流速过快、河湖底泥污染严重、外源污染持续进入、河道底质硬化等特殊工况条件下，难以构建常用的沉水植物系统，因此人工水草技术应运而生。人工水草技术是一种新型的利用人工合成材料进行的生物接触氧化技术。人工合成材料多样，有碳纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维等。人工水草造型大多仿照沉水植物，设计成具有较大比表面积的绳装、条状、网状。人工水草会附着微生物，通过微生物系统自身的演替，形成包含菌类、藻类、原生动物、后生动物的立体微生物生态系统，由于生物物种多样化，适应性强，可用于多种工况条件。由于微生物的密度较大、食物网较复杂，该系统对有机污染物的代谢效率高。人工水草上的“藻菌共生”体和微a/o结构可通过光合作用产氧气，通过硝化、反硝化、聚磷作用实现脱氮除磷。

目前，以人工水草为主题的专利已有数百篇，分别针对人工水草的材质、安装、使用方式进行组合改进，主要存在如下不足之处：

（1）有的专利包含人工水草及固定袋，未设计安装方式，实际运用时易被水流冲击移位；（2）有的专利中采用tio2光催化填料，当河湖透明度不足时，河底光照强度低，该材料难以发挥作用；

（3）有的专利中未定义水草材质和使用方式，水草纤维易断裂，生成生物膜耗时长、效率低；

（4）有的专利中采用曝气机或曝气管形式曝气，增加了安装和运营成本；

（5）水环境治理工程中常用的沉水植物可通过根系和茎叶实现对水和底泥的同步治理，而现有的人工水草大多侧重于水治理，对底泥治理的关注较少。

技术实现要素：

本专利旨在发明一种安装简单、高效的复合型装置来解决现有技术的不足，实现不同工况下河湖水体及底泥的同步治理。

为了实现河湖水体及底泥的同步高效治理，本发明在人工水草底部增添了生态球；为了提高人工水草的挂膜速度和污染物削减效率，本发明提供了人工水草的结构和使用方式；为了提高底泥处理的效率，本发明设计了不同的填料组合；为了实现装置的安装和维护，本发明设计了不同安装和维护方式，发明内容的具体步骤如下：

（1）安装固定桩：在河道湖泊治理区设计固定桩的材质、数量和位点，在两侧堤岸安装固定桩4，土质堤岸打桩深度应触碰到硬质岩层，硬质驳岸打桩深度应透过硬质层，固定桩在承受绳索拉力后不发生侧滑；

（2）人工水草挂膜与安装：设计人工水草1的长度、数量、安装间隔，将人工水草1在液体微生物中浸泡12~48h后，用扎带或绳子5绑在具孔固定绳索3上；

（3）生态球的填充与安装：设计生态球21的大小、数量、安装间隔，设计填料22的种类、数量、安装间隔，填充组成生态球2，用绳子5绑在具孔固定绳索3上；

（4）固定绳索的安装：单条固定绳索3在绑好人工水草1和生态球3之后，一端安装在一侧固定桩4上，用船运输材料至另一侧，安装在另一侧固定桩4上，用同样的方式安装所有固定绳索3。

更进一步的，所述的人工水草1上端安装有漂浮球11，材质为碳纤维、涤纶纤维，构成立体网状结构12，比表面积大；人工水草的安装深度在常水位以下0.3m~2m范围，安装间隔约0.3m~0.5m。

所述的生态球2材质为不锈钢钢丝网21，可按照实际需求定制尺寸，能对半打开以便安装和补充填料。

所述的填料22为砾石、沸石、火山岩、蛭石、高岭石、蒙脱石、活性炭、缓释氧材料、锁磷剂、除藻剂、底改剂中的一种或多种，可根据实际需求安装填料。

所述的固定绳索3材质为耐腐蚀、耐压、耐拉的涤纶和聚氨酯纤维31，中间具孔环32，两侧有不锈钢连接环33，绳索可定制长度，孔间隔0.1m。

所述的固定桩4为耐压、耐拉的钢板桩或木桩41，上方具有多个卡槽42，可定制尺寸。

所述的使用方法包括多个方面：

（1）人工水草1浸泡在液体复合微生物菌剂中进行预处理以便快速挂膜，挂膜用的液体微生物是光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、em菌、酶制剂、生长因子中的一种或多种；

（2）根据实际需求设计人工水草1的密度，一般人工水草覆盖面积不低于治理区面积的60%；

（3）根据实际需求选用不同种类、规格和数量的填料21，砾石、沸石等天然矿物可以固定人工水草并为底泥微生物提供栖息和繁衍场所，活性炭材料可以与钢丝网形成铁碳微电池加速有机物的降解，缓释氧材料可以增加水体的溶解氧，锁磷剂可以固定水和泥中的总磷，除藻剂可以减缓或消除藻类爆发现象，底改剂可以削减污染物补充养分以适应养殖需求。

本发明具有如下特点：

（1）安装简单，便于拆卸和维护；

（2）装置高度可调，枯水期在低位运行，丰水期在高位运行，保证人工水草在水面以下0.3m~2m范围；

（3）无需安装风机和曝气管，节省工程费用；

（4）通过缓释氧材料对河底进行复氧，可防止因曝气扰动底泥造成水体浑浊；

（5）适用于不同工况条件的河道湖泊，用于削减水体和底泥中的污染物、提升主要水质指标、抑藻、改善生态环境。

附图说明

图1复合型人工水草和生态球装置典型断面图

图2复合型人工水草和生态球装置典型平面图

实施例

本发明专利适用于不同工况条件，如微污染河道、黑臭河道、藻型湖泊、黑臭湖泊、养殖塘，具体阐述如下：

（1）微污染河道。微污染河道大多已完成外源截污工程，其污染源自底泥污染物质释放、雨天雨污合流管渠溢流、支流来水不达标，表现为水体透明度较低，时有臭味，水质指标溶解氧大于2mg/l、氨氮2~8mg/l、化学需氧量40~60mg/l、总磷0.4~1mg/l等。可在底泥淤积区、合流制管渠下游、支流下游分别安装复合型人工水草和生态球装置，单个装置安装长度约20m、宽度与河宽平齐，人工水草和生态球密度约10组/m²，选用的液体微生物为芽孢杆菌、硝化菌、酶制剂、生长因子，选用的生态球填料为蛭石、沸石、活性炭，用量为50~100g/球。可实现河道水质达到v类，黑泥淤积量明显减少。

（2）黑臭河道。黑臭河道大多因为外源截污工程未完成，生活污水、养殖废水、部分工业废水大量进入河道，表现为水体黑臭，水质指标溶解氧0~2mg/l、氨氮大于8mg/l、化学需氧量大于100mg/l，总氮总磷大于1mg/l，黑泥淤积量大。可在底泥淤积区、排水口下游、支流下游分别安装复合型人工水草和生态球装置，单个装置安装长度约20m、宽度与河宽平齐，人工水草和生态球密度约20组/m²，选用的液体微生物为光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、em菌、酶制剂、生长因子，选用的生态球填料为沸石、火山岩、蛭石、高岭石、蒙脱石、活性炭、缓释氧材料、锁磷剂、底改剂，用量为100~200g/球。可实现水体减轻或消除黑臭、透明度增加、黑泥淤积量明显减少。

（3）藻型湖泊。藻型湖泊污染源自底泥污染物质释放、雨天雨污合流管渠溢流、支流来水不达标，表现为水体呈蓝绿色、灰褐色，水质指标溶解氧大于2mg/l、氨氮2~8mg/l、化学需氧量40~60mg/l、总磷0.4~1mg/l，水生植物和动物数量和种类少。可在湖泊沿岸、排水口下游、支流下游安装复合型人工水草和生态球装置，装置面积为数百至上千平方米，人工水草和生态球密度约10组/m²，选用的液体微生物为芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、em菌、酶制剂、生长因子，选用的生态球填料为沸石、火山岩、蛭石、高岭石、蒙脱石、活性炭、锁磷剂、底改剂、除藻剂，用量为约100g/球。可实现水体颜色变浅、透明度增加、黑泥淤积量明显减少，部分水质指标达到v类，减少藻类爆发的频率和强度，沉水植物、鱼类螺类水生动物种类和数量明显增加，向草型清水型湖泊过渡。

（4）黑臭湖泊。黑臭湖泊与黑臭河道类似，大多因为外源截污工程未完成，生活污水、养殖废水、部分工业废水大量进入湖泊，表现为水体黑臭，水质指标溶解氧0~2mg/l、氨氮大于8mg/l、化学需氧量大于100mg/l，总氮总磷大于1mg/l，黑泥淤积量大，水生植物和动物种类和数量极少。可在湖泊沿岸、排水口下游、支流下游安装复合型人工水草和生态球装置，装置面积为数百至上千平方米，人工水草和生态球密度约20组/m²，选用的液体微生物为光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、em菌、酶制剂、生长因子，选用的生态球填料为沸石、火山岩、蛭石、高岭石、蒙脱石、活性炭、缓释氧材料、锁磷剂、底改剂，用量为100~200g/球。可实现水体减轻或消除黑臭、透明度增加、黑泥淤积量明显减少，沉水植物、鱼类螺类水生动物种类和数量明显增加。

（5）养殖塘。养殖塘大多因为长期养殖产生大量黑泥，溶解氧下降，水体氨氮、硝态氮、氨氮指标增加，从而产生养殖体死亡、失活等现象。可在养殖塘底安装复合型人工水草和生态球装置，人工水草和生态球密度约5~10组/m²，选用的液体微生物为光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、em菌、酶制剂、生长因子，选用的生态球填料为蛭石、沸石、活性炭、缓释氧材料、锁磷剂、底改剂，用量为50~100g/球。可实现水体氨氮、硝态氮、氨氮指标下降，黑泥淤积量明显减少，养殖体成活率明显增加。

本发明列举的几种实施案例，并非对本发明作形式上的限制，熟悉本领域的专业技术人员在本发明公开的内容中联想到的应用案例，应当同样认为是本发明的保护范围。