自然水体的生态修复系统及生态修复方法与流程

本发明涉及环境保护和治理领域，具体而言，涉及一种自然水体的生态修复系统及生态修复方法。
背景技术：
：河道、坑塘、沟渠是农村生态系统和生活空间的重要组成部分，随着改革开放的不断深入，农村经济迅猛发展，农村居民生产生活方式开始变化，伴随着大气候、大生态的变化，村庄周围坑塘等自然水体遭到破坏，开始成为生活垃圾、雨水和生活污水的受纳地，生态环境遭到严重破坏，严重威胁地表水和地下水环境安全，坑塘水已不能达到《地表水环境质量标准》gb3838-2002中根据水域环境功能和保护目标要求的标准，水域生态功能下降，亟需治理。水环境修复技术众多，如磁分离、纤维过滤、曝气生物滤池、人工湿地等，这些技术大多是用于排入城市河道、湿地等开放水体来水的集中水质净化。对于封闭的坑塘，这些技术存在不能充分适应农村复杂多变的居住环境、建设维护成本高、缺乏足够的专人人员等问题。因此，急需开发一种适合农村坑塘封闭水体、来水散排等特点的治理方法与技术。在对农村居住区周边的自然水体进行修复时，除了利用人工手段减少污染排放外，还应将传统的生态技术与生物处理技术相结果，利用自然的自我修复能力，在人工补种植物的辅助措施下，平衡水体生态系统中的生产者和消费者，恢复水体生态系统的自我调节能力与组织能力，实现农村居住区周边自然水体的生态修复，恢复农村居住区周边自然水系生态系统的良性循环。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种自然水体的生态修复系统及生态修复方法，以解决现有技术中河道、坑塘、沟渠等自然水体由于成为生活垃圾、雨水和生活污水的受纳地而导致生态环境遭到严重破坏的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种自然水体的生态修复系统，包括曝气装置，曝气装置包括：微纳米级曝气盘，设置于自然水体的底部，用于在自然水体中产生微米级和/或纳米级的气泡；风机，与微纳米级曝气盘连通。进一步地，微纳米级曝气盘的直径为60～80cm，优选微纳米级曝气盘上曝气孔的直径为0.03～0.06mm。进一步地，风机为沉水式风机或罗茨风机。进一步地，生态修复系统还包括生物飘带，生物飘带设置于自然水体的底部，优选生物飘带的比表面积大于10000m2/m3。进一步地，生态修复系统还包括用于固定生物飘带的固定件，优选固定件为石锚或穿镀锌管，优选生物飘带位于自然水体中的深度为10～30cm。进一步地，生态修复系统还包括种植于自然水体中的水生植物，优选水生植物的总面积占自然水体总面积的20～40％，优选水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物中的任一种或多种，更优选挺水植物包括芦苇、香蒲、千屈菜和菖蒲中的任一种或多种，浮水植物包括睡莲、浮萍和聚草中的任一种或多种，沉水植物包括金鱼藻、狐尾藻和苦草中的任一种或多种。进一步地，生态修复系统还包括人工浮岛，优选人工浮岛的总面积占自然水体总面积的5～10％。根据本发明的另一方面，提供了一种自然水体的生态修复方法，包括以下步骤：利用权利要求1至7中任一项的生态修复系统对自然水体进行生态修复。进一步地，生态修复系统中的微纳米级曝气盘的曝气量为0.1～0.4m3/h。进一步地，自然水体中微纳米级曝气盘的密度为0～1个/m2。进一步地，利用生态修复系统对自然水体进行生态修复的步骤包括：在自然水体中种植水生植物，当自然水体的深度大于1m时，在种植水生植物之前，将自然水体的水位降低，并在种植水生植物之后水位恢复。进一步地，自然水体包括农村居住区周边的河道、坑塘和沟渠，当自然水体的底泥厚度大于0.5m时，在利用生态修复系统对自然水体进行生态修复的步骤之前，生态修复方法还包括以下步骤：对底泥进行清淤。应用本发明的技术方案，提供了一种自然水体的生态修复系统及生态修复方法，该生态修复系统中的曝气装置包括微纳米级曝气盘和风机，通过将上述微纳米级曝气盘安装在自然水体的底部，并利用与微纳米级曝气盘连通的风机向微纳米级曝气盘中输送气体，以通过对自然水体的曝气进行人工生物强化，从而使自然水体恢复自净功能。并且，由于现有技术中在对坑塘等自然水体曝气时需要先将水位降低，然后再将曝气管安装在水底，以避免水位过高在安装曝气管时造成的管道安装扭曲、不平稳等问题，而本申请采用的上述微纳米级曝气盘代替现有技术中的曝气管，能够安装时无需降低水位，仅需将其与风机通过气管连接后，人工从自然水体表面下放至水底，然后通过启动风机，即能够实现该曝气装置的带水作业，使上述生态修复系统实施起来更为简单、高效。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了本发明实施方式所提供的生态修复系统中微纳米级曝气盘的结构示意图；以及图2示出了本发明实施方式所提供的一种生态修复系统中结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：110、微纳米级曝气盘；120、风机；130、气管；20、生物飘带；30、水生植物；40、人工浮岛；50、固定件；60、尼龙绳。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。正如
背景技术：
所介绍的，现有技术中河道、坑塘、沟渠等自然水体由于成为生活垃圾、雨水和生活污水的受纳地而导致生态环境遭到严重破坏。为了解决如上技术问题，本发明提出了一种自然水体的生态修复系统，如图1和图2所示，该生态修复系统包括曝气装置，曝气装置包括微纳米级曝气盘110和风机120，微纳米级曝气盘110设置于自然水体的底部，用于产生微米级和/或纳米级的气泡；风机120与微纳米级曝气盘110连通。本发明的上述生态修复系统中的曝气装置包括微纳米级曝气盘110和风机120，通过将上述微纳米级曝气盘110安装在自然水体的底部，并利用与微纳米级曝气盘110连通的风机120向微纳米级曝气盘110中输送气体，以通过对自然水体的曝气进行人工生物强化，从而使自然水体恢复自净功能。并且，采用的上述微纳米级曝气盘110代替现有技术中的曝气管，能够安装时无需降低水位，仅需将其与风机120通过气管130连接后，人工从自然水体表面下放至水底，然后通过启动风机120，即能够实现该曝气装置的带水作业，使上述生态修复系统实施起来更为简单、高效。本发明的上述生态修复系统中，微纳米曝气盘110与风机120通过气管130连通，其中，微纳米曝气盘110如图1所示。优选地，微纳米级曝气盘的直径为60～80cm；更为优选地，上述微纳米级曝气盘上曝气孔(图中未示出)的直径为0.03～0.06mm。通过将微纳米级曝气盘的尺寸以及曝气盘上曝气孔的尺寸限定在上述优选的范围内，能够使微纳米曝气盘110产生的无压微泡(不会增大)直径小于0.25mm，其表面张力小于水，浮力相当与水，基本上不上浮与水接触面积极大。在水深约600～1000mm处形成大量微型气泡，在动力作用下散布到四周，在1立方水中就有超过1亿个平均直径小于0.25mm的微泡，溶氧率极高。本发明的上述生态修复系统中，为了提高曝气效果，优选地，上述风机120为沉水式风机或罗茨风机，本领域技术人员可以根据自然水体的种类对风机120的类型进行合理选取。本发明的上述生态修复系统中，优选地，如图2所示，生态修复系统还包括生物飘带20，生物飘带20设置于自然水体的底部。由于生物飘带20能够带水作业，从而不用降水位即可安装于水体底部。生物飘带20是一种水处理高分子生物科技材料，为微生物生长提供理想的附着基质，使土著菌和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在上面并生长繁育，形成膜状生物污泥；生物飘带20与水体接触时，水体中的有机污染物、藻类、氮、磷等营养物，被生态水草上的微生物所摄取，使水体得到净化，微生物自身也得到繁殖，从而有效的去除污水中bod和氨氮，使水体得到净化。为了提高微生物的附着率，更为优选地，上述生物飘带20的比表面积大于10000m2/m3；更为优选地，如图2所示，本发明的上述生态修复系统还包括用于固定生物飘带20的固定件50，固定件50可以为石锚或穿镀锌管，固定件50再通过尼龙绳60与底部污泥连接，从而使生物飘带20固定于自然水体中；并且，更为优选地，生物飘带20位于自然水体中的深度为10～30cm。生物飘带20采用石锚或穿镀锌管固定，可以在水面上直接投放，操作方便，且安装后的生物飘带20不影响行洪。本发明的上述生态修复系统中，为了完善水体植物群落，优选地，如图2所示，生态修复系统还包括种植于自然水体中的水生植物30。更为优选地，上述水生植物30的总面积占自然水体总面积的20～40％。上述水生植物30可以包括挺水植物、浮水植物和沉水植物中的任一种或多种，上述挺水植物可以包括芦苇、香蒲、千屈菜和菖蒲中的任一种或多种，上述浮水植物可以包括睡莲、浮萍和聚草中的任一种或多种，上述沉水植物可以包括金鱼藻、狐尾藻和苦草中的任一种或多种。但并不局限于上述种类，本领域技术人员可以根据现有技术对水生植物30的种类进行合理选取。水生植物30的种植可根水质情况及水深综合选择，当自然水体的水质指标达到《城市黑臭水体整治工作指南》分级标准中的轻度及重度黑臭级别，均需要种植水生植物30；当自然水体的水质指标不满足《城市黑臭水体整治工作指南》分级标准中的轻度黑臭，尤其是氨氮指标小于8.0mg/l，可不种植水生植物30。本发明的上述生态修复系统中，优选地，如图2所示，生态修复系统还包括人工浮岛40；更为优选地，人工浮岛40的总面积占自然水体总面积的5～10％。人工浮岛40通过植物发达的根系拥有很大的表面积对污染水体中有机污染物和氮、磷等营养盐具有净化效果，而且植物光合作用过程中通过根系向水体中释放大量氧气，提高水体溶氧量，促进污染物的快速净化；人工浮岛40种植的植物有遮蔽作用，同时也能够分泌克藻化学物质，可以抑制藻类的生长繁殖。根据本申请的另一个方面，提供了一种自然水体的生态修复方法，该生态修复方法包括以下步骤：利用上述的生态修复系统对自然水体进行生态修复。在一种优选的实施方式中，上述生态修复方法包括以下步骤：s1，安装曝气装置，进行人工复氧；s2，安装生物飘带，提供生物载体；s3，种植水生植物，完善水体植物群落；s4，安装人工浮岛，美化环境。本发明上述自然水体的生态修复方法利用可带水作业的曝气装置和生物飘带组合工程措施进行人工生物强化，种植水生植物和增加浮岛，通过为生物降解、植物的吸收、吸附等多种过程共同作用，最终建立稳定的自然水体生态结构，使自然水体恢复自净功能。在一种优选的实施方式中，为了提高水体溶氧量，促进污染物的快速净化，生态修复系统中的微纳米级曝气盘的曝气量为0.1～0.4m3/h，自然水体中微纳米级曝气盘的密度为0～1个/m2。上述密度为0～1个/m2是指每平方米的平均个数，因此不一定是整数，也可以为小数，如10m2的自然水体中设置有5个曝气盘，那么每平方米曝气盘的个数为0.5上述自然水体部分可以包括农村居住区周边的河道、坑塘和沟渠。在上述步骤s1之前，生态修复方法还可以包括以下步骤：对自然水体进行清理整治。清理自然水体周边垃圾、杂草等物，优选地，当自然水体的底泥厚度大于0.5m时，需要对底泥进行清淤。底泥过厚会导致曝气装置的安装不牢固，因此在步骤s3中安装曝气装置之前，需对底泥进行清淤。在上述步骤s1之前，如自然水体周边有集中排放污水，可以采用一体化处理设备进行集中预处理，如为散排污水则不需要处理。在上述步骤s1中，将曝气装置置于自然水体底部。该曝气装置可带水作业，不用降水位，即可安装自然水体底部；连接底部曝气装置和风机，根据自然水体形式选用沉水式风机或罗茨风机。并且，通过对微纳米级曝气盘的尺寸以及曝气盘上曝气孔的尺寸进行调整，使微纳米曝气装置产生的无压微泡(不会增大)直径小于0.25mm，其表面张力小于水，浮力相当与水，基本上不上浮与水接触面积极大。在水深约600-1000mm处形成大量微型气泡，在动力作用下散布到四周，在1立方水中就有超过1亿个平均直径小于0.25mm的微泡，溶氧率极高。在上述步骤s2中，生物飘带是一种水处理高分子生物科技材料，为微生物生长提供理想的附着基质，为了提高微生物的附着率，优选地，采用比表面积大于10000m2/m3的生物飘带。由于生物飘带可带水作业，不用降水位即可安装于自然水体底部。上述生物飘带采用石锚或穿镀锌管固定，可以在水面上直接投放，操作方便。安装后生物飘带顶端低于水面10～30cm，不影响行洪。在上述步骤s3中，为了提高对自然水体的生态修复效果，优选地，水生植物30的总面积占自然水体总面积的20～40％。在自然水体中种植水生植物30，当自然水体的深度大于1m时，在种植水生植物30之前，将自然水体的水位降低，并在种植水生植物30之后水位恢复。其中，水位降低后，在种植水生植物30的同时可以进行水生植物30的种植和曝气系统的安装，完毕后再进恢复水位。在上述步骤s4中，为了更为有效地提高水体溶氧量，促进污染物的快速净化，优选地，人工浮岛40的总面积占自然水体总面积的5～10％。上述人工浮岛40的直径可以为33厘米，浮体高6厘米，每平方米设置9只，并采用卡扣连接，配种植篮1只，使用海绵条或陶粒作种植介质或者直接使用营养钵苗。以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。实施例1本实施例所提供的生态修复方法利用如图2所示的生态修复系统对农村居住区周边的坑塘进行生态修复，包括以下步骤：1)对原有坑塘进行清理整治。清理坑塘周边垃圾、杂草等物，当坑塘底泥厚度大于0.3m，需要对底泥进行清淤，当底泥厚度小于0.3m，可不清淤；2)如坑塘周边有集中排放污水，采用一体化处理设备进行集中预处理，如为散排污水则不需要处理；3)安装曝气装置，人工复氧。将曝气装置置于坑塘底部。曝气装置由微纳米曝气盘110和风机120组成，微纳米曝气盘110与风机120通过气管130连通，风机120选用沉水式风机，微纳米级曝气盘110的直径为60～80cm，微纳米级曝气盘110上曝气孔的直径为0.03～0.06mm，微纳米级曝气盘的曝气量为0.1～0.4m3/h，坑塘中微纳米级曝气盘的密度为0～1个/m2；4)安装生物飘带20，提供生物载体。生物飘带20的比表面积为10000m2/m3，将生物飘20带安装于坑塘底部，生物飘带20采用石锚固定，在水面上直接投放，安装后生物飘带20顶端低于水面5cm；5)种植水生植物30，完善水体植物群落。水生植物30包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，挺水植物包括芦苇、香蒲、千屈菜和菖蒲，浮水植物包括睡莲、浮萍和聚草，沉水植物包括金鱼藻、狐尾藻和苦草；6)安装人工浮岛40，美化环境。人工浮岛40面积为总体水面面积的5％，人工浮岛40采用直径33厘米，浮体高6厘米，每平方9只，采用卡扣连接，配种植篮1只，使用海绵条作种植介质。实施例2本实施例与实施例1的区别在于：生物飘带20的比表面积为11000m2/m3，将生物飘20带安装于坑塘底部，安装后生物飘带20顶端低于水面10cm。实施例3本实施例与实施例1的区别在于：生物飘带20的比表面积为10500m2/m3，将生物飘20带安装于坑塘底部，安装后生物飘带20顶端低于水面30cm。对比例1分别测试同一坑塘在未采用上述生态修复方法的条件下的水质(下表中示为对比例)，以及经过上述实施例1至3修复一个月后的水质，结果如下表所示。污染物种类对比例实施例1去除率实施例2实施例3codcr(mg/l)692857.9％2529bod5(mg/l)23.26.173.7％5.87.2透明度(m)0.200.4——0.430.45do(mg/l)2.147.1——7.27.1ss(mg/l)351168.57％1015氨氮(mg/l)8.841.583.03％1.52.0总磷(mg/l)1.140.282.46％0.150.2通过上述结果可知，采用本发明方法进行自然水体生态修复，有效地去除自然水体中的codcr、bod5、ss、氨氮和总磷，同时，提高了水体透明度。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：1、本发明的上述生态修复系统中的曝气装置包括微纳米级曝气盘和风机，通过将上述微纳米级曝气盘安装在自然水体的底部，并利用与微纳米级曝气盘连通的风机向微纳米级曝气盘中输送气体，以通过对自然水体的曝气进行人工生物强化，从而使自然水体恢复自净功能。2、采用的微纳米级曝气盘代替现有技术中的曝气管，能够安装时无需降低水位，仅需将其与风机通过气管连接后，人工从自然水体表面下放至水底，然后通过启动风机，即能够实现该曝气装置的带水作业，使上述生态修复系统实施起来更为简单、高效。3、本发明上述自然水体的生态修复方法利用可带水作业的曝气装置和生物飘带组合工程措施进行人工生物强化，种植水生植物和增加浮岛，通过为生物降解、植物的吸收、吸附等多种过程共同作用，最终建立稳定的自然水体生态结构，使自然水体恢复自净功能。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12