本发明涉及水环境治理领域，具体地说，涉及一种浮动式净水场修复河湖水体的系统与方法。
背景技术：
传统的河湖浮动式净化场主要是利用高分子材料为载体进行种植水生植物的修复技术，以高分子材料为载体和基质，通过植物根系吸收、吸附、截留水体中的氮磷等营养物质，并以收获植物体的形式将污染物质搬离水体，从而达到净化水质的目的。
生态浮床的植物不但能直接利用根部吸收水体中的营养物质，而且可输送氧气至根部，为根部的微生物的生长、繁殖和污染物的降解创造有利条件，从而强化根区的微生物作用。水中的污染物在流经植物根区时，在微生物同化、吸附、氧化分解等作用下被去除，因此根区微生物是生态浮床的重要功能区之一，影响着生态浮床的净化效果。
传统生态浮床利用自身的代谢将污染物转化为植物本体和二氧化碳等代谢物，可有效去除水体污染物，且具有投资小、易管理、无环境风险等优点。然而，植物生长易受到温度、光照等外界环境因素的影响，因而造成植物的存活率、生根率、附着的微生物作用等较低，严重影响生态浮床的处理效率。生态浮床的净化原理是通过植物和微生物的联合作用从而去除水中污染物，然而在受污染的河湖水体中土著微生物的群落结构单一，功能性较低，造成微生物的作用较弱。
公开号为cn102329002a的中国专利申请公开了一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，所述生态浮床采用的植物是植株数量比在1～10：1的滴水观音和马蹄莲组合植株，进水速率为0.8～2.0l/h；富营养水体在处理前加入氯化铁。该文献公开的技术方案旨在解决温度导致生态浮床技术治理的可靠性差和净化能力低的问题，然而，在实际运行过程中还存在植物生长受到抑制等问题，由其试验发现高富集系数的植物对于污染负荷较高的水体耐受性较低，导致其生长受到抑制，从而影响净化效果。生态浮床的净化作用并不只有植物的吸收、吸附等作用，位于植物根系的微生物净化作用也是重要贡献者。但该方案并未考虑其微生物作用，在实际应用过程中易造成生态浮床的治理效率较低。
因此，构建高效的功能性根系微生物菌群对于提高生态浮床的净化效率尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种浮动式净水场修复河湖水体的系统与方法，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种浮动式净水场修复河湖水体的系统，所述系统至少包括：格栅、水泵、预磁化装置、ss沉淀池、磁化器和浮动式净化场；
其中：
所述格栅用于过滤河湖水体中的大颗粒垃圾、植物残体、大型浮游植物；
所述水泵用于使水体通过格栅，并将通过格栅的水体抽提至ss沉淀池；
所述预磁化装置设置于ss沉淀池的进水管中，用于对进入ss沉淀池的水体进行预磁化；
所述ss沉淀池用于快速沉降水体中的颗粒物；
所述磁化器用于对经ss沉淀池后的水体进行磁化处理；
所述浮动式净化场利用经磁化器磁化处理后的水体，并结合其上的植物对自然水体进行净化或修复。
进一步地，所述预磁化装置为多级永磁式磁化装置。
第二方面，本发明提供了利用前述系统修复河湖水体的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在水泵的作用下，使河湖水体通过格栅进行过滤；
(2)利用水泵，将过滤后的水体经进水管抽提至ss沉淀池；利用设置在进水管中的预磁化装置，使水体在进水管中完成预磁化；
(3)经预磁化处理后的水体进入ss沉淀池去除水体中的颗粒物；
(4)经ss沉淀池后的水体，进入磁化器中进行磁化处理，磁场强度为50mt～2000mt；
(5)将磁化处理后的水体分布于浮动式净化场的上部；
其中，所述浮动式净化场中种植有水生植物。
进一步地，步骤(1)中所使用的格栅可根据现场情况具体调节，耙齿栅隙为5mm～50mm规格，安装角度为60°～70°，最大过水流量≥160m3/h，最大液体流速≥0.3m/s。
所使用的水泵为潜水泵，可根据现场水体处理流量设置，为满足异位处理方式，所用潜水泵扬程应≥10m，最大流量应大于等于160m3/h。
进一步地，步骤(2)中的预磁化装置为永磁式磁化装置(稀土磁化装置)，用于对水体进行预磁化。一方面通过预磁化，改变水体物化性质，提升水体的溶解度，从而降低后续絮凝剂和杀藻剂的用量；另一方面，用于强化水体的磁化效应，增加水体的磁化时间，从而延长水体的磁化滞留时间，强化磁化效果。
进一步地，步骤(3)中的ss沉降池是一种简单的调节池，通过增加河水的停留时间，一方面利用重力沉降快速去除水体中的悬浮颗粒物，且有利于后续水体的磁化；另一方面使水体水质更加均匀化。
更进一步地，步骤(3)中，可根据水体水质及叶绿素a含量，投加化学药剂如络合硫酸铜等除藻剂和聚合氯化铝等絮凝剂。
当水体中的ss含量≥150mg/m3时，或依据治理需要，可投加pac和/或pam等絮凝剂进行絮凝沉淀，强化ss、bod、cod等污染物的去除效果。
当水体中的叶绿素a含量≥10mg/m3时，可通过投加化学除藻剂去除水体中的浮游植物，所述化学除藻剂包括二氧化氯、络合硫酸铜、戊二醛、新洁尔灭等，具有杀菌效果好、副作用较小、杀藻迅速等特点。
进一步地，步骤(4)中的磁化处理条件为：磁化时间1min～30min、磁化强度50mt～2000mt。
步骤(4)中所述的磁化原理为当水体经水泵提升进入磁化器中，水流在磁场中做切割磁感线运动，从而产生电荷和使电荷运动的电动势，从而使水体产生了电流、电位差等物理变化。水中产生电流后改变了水以及水中其它物质的状态和性质。水经磁化后，原有结构被破坏，大分子的缔合水分子集团断裂成小分子甚至单个水分子，并使水中的氢键平衡向右移动；且水是极性分子，在磁场中做切割磁场的运动后产生的洛伦兹力会使水分子定向排列，原子间的磁距、氢键角度等发生改变，从而产生一系列的物化性质的改变。
需要说明的是，由于不同的水体由于存在着不同组分，包括盐、碱、酸、悬浮物、金属元素、非金属元素等成分，将造成磁效应差别，因此需根据现场水质和处理目标，在本发明所限定的磁场强度范围内根据实际情况进行适当调节。
作为优选，步骤(4)中所述的磁化反应器中的磁场强度设置按植物生长期分为三个磁场强度：1、种子萌发期，磁场强度为低磁场即50mt～100mt，通过磁场一方面将大分子的缔合水分子集团变成小分子水分子集团，提升生物膜的通透性，使更多的营养物质和水分进入种子；另一方面活化了细胞分裂素(ck)、赤霉素(ga)、脱落酸(aba)和生长素(iaa)的生成，这些内源激素在种子萌发期，快速解除种子休眠的作用，促进细胞分裂、组织分化，并诱导有机物向籽粒的运输和积累，可诱导种子的萌发，避免种子的坏死；2、植物生长期，磁场强度为中磁场即100mt～1000mt，一方面可促进植物光合作用时的电子传递和参与n代谢的酶包括谷氨酰胺合成酶(gs)、谷氨酸合成酶(gogat)、硝酸还原酶(nr)的生成，强化水生植物的光合作用以及营养物质的吸收；另一方面，通过调节磁场强度刺激植物生根过程中的吲哚乙酸酶(iaao)和过氧化物酶(pod)，促进(吲哚乙酸)iaa的积累，从而促进植物的生根，增强植物根系的吸收能力，且为根系微生物提供更多的附着作用，强化微生物作用；3、植物衰亡期，磁场强度为强磁场即500mt～2000mt，优选1500mt～1650mt，通过调节强磁场，强化sod、cat、pod酶组成的有效的清除活性氧的酶系统，及时清除机体内过多的活性氧从而维持水生植物体内较低的活性氧自由基水平，避免其对水生植物的伤害，延长其生物活性。
需要说明的是，磁场对抑制菌类生长是有选择性的，不同的河道土著微生物所适的最佳磁场强度是不同的。因此在实际应用中，可根据具体情况在本发明所限定的磁场条件内进行适当调节。一方面促进有益土著微生物包括硝化菌、反硝化菌等微生物的生长，构建n、p等污染物去除功能性强的菌群结构；另一方面，磁场可促进有机物的矿化以及微生物的吸收，可有效促进微生物胞外多糖(eps)的产生吸附有机物，并通过调节磁场强度定向促进n、p等功能性酶促活动的产生，进一步强化水体污染物的去除。
当土著微生物主要为化能自养型或光能自养型微生物时，如硫细菌、铁细菌、衣细菌和硝化菌时，优选采用的磁场强度为800mt～950mt；当土著微生物主要为腐生性细菌，如色杆菌属、无色杆菌属和微球杆菌属时，或异养微生物氨化菌时优选采用的磁场强度为600mt～700mt；当土著微生物主要为单细胞或丝状的藻类时，优选采用的磁场强度为300mt～500mt。
进一步地，步骤(5)中所述的浮动式净化场以发泡聚苯乙烯作为载体，以pvc管作为浮动式净化床的结构骨架，并通过高20cm的混凝土椎体进行重力式固定。
其中，步骤(5)中所述浮动式净化场上部为水生植物种植区，下部为散布颗粒填料区。所述填料由传统的弹性和软性填料(例如陶粒、醛化纤纶)共同组成，不仅为植物生长提供场所，也为土著微生物菌群提供更多的附着空间。为实现不同季节净化场的净化效率，在所述水生植物的选择上，包括美人蕉、芦苇、黄菖蒲和鸢尾，且水生植物的种植密度为1～2kg/m2较为适宜。
本发明涉及到的原料均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明的有益效果在于：
本发明针对河湖水体，拟通过磁化水技术和生态浮床技术协同，提出一种新型浮动式净化场修复河湖水体的系统和方法，通过调节磁化参数，诱导植物和有益土著微生物菌群的生长，强化生态浮床技术的净化能力和可靠性。
本发明解决了现有生态浮床在系统不稳定、易受环境因素影响的问题，并通过以植物的生长周期为阶段，通过调节不同阶段磁化水的磁化强度，强化不同生长时期的植物生长，降低环境因素对其的影响，提高生态浮床植物的生长速率、存活率、生根率等，提高水生植物处理水体污染的效果，强化了富营养化水体的治理效果。与此同时，本发明还可在一定程度上减少浮动式净化场上水生植物的种植密度，降低运行成本。
此外，本发明通过诱导植物的化感作用，可有效抑制藻类的生长。并通过定向诱导有益的土著微生物菌群生长和代谢，构建功能性强的微生物群落结构，刺激微生物酶活性以及胞外多糖的产生，从而强化浮动式净化场的微生物净化作用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种浮动式净水场修复河湖水体的系统，所述系统先后包括：格栅、水泵、预磁化装置、进水管、ss沉淀池、磁化器、排水管、布水管、浮动式净化场；
其中：
所述格栅用于过滤河湖水体中的大颗粒垃圾、植物残体、大型浮游植物；格栅的耙齿栅隙为5mm～50mm规格，安装角度为60°～70°，最大过水流量≥160m3/h，最大液体流速≥0.3m/s。
所述水泵用于使水体通过格栅，并将通过格栅的水体抽提至ss沉淀池；
所述预磁化装置设置于ss沉淀池的进水管中，用于对进入ss沉淀池的水体进行预磁化；预磁化装置为多级永磁式磁化装置；
所述ss沉淀池用于快速沉降水体中的颗粒物；
所述磁化器用于对经ss沉淀池后的水体进行磁化处理；
所述浮动式净化场利用经磁化器磁化处理后的水体，并结合其上的植物对自然水体进行净化或修复。
浮动式净化场为长方体装置，其尺寸为3.0m×1.5m，有效水深1.5m，有效容积6.75m3，其上部种植水生植物，包括美人蕉、芦苇、黄菖蒲和鸢尾各6株，种植密度为0.5～1kg/m2；下部为散布颗粒填料区。
在构建磁化浮动式净化场协同强化河湖水体修复的系统中，在水生植物的不同生长时期调节不同磁场强度形成的磁化水通过出水管和布水管道均匀的由上部进入移动式净化场，进水流量为1m3/h，水力停留时间为6h。经浮动式净化床渗滤后经底部散布式填料区后排出浮动式净化场进入河湖自然水体。
所述系统的应用方法为：
(1)在水泵的作用下，使河湖水体通过格栅进行过滤；
(2)利用水泵，将过滤后的水体经进水管抽提至ss沉淀池；利用设置在进水管中的预磁化装置，使水体在进水管中完成预磁化；
(3)经预磁化处理后的水体进入ss沉淀池去除水体中的颗粒物；
(4)经ss沉淀池后的水体，进入磁化器中进行磁化处理，磁场强度为50mt～2000mt，磁化时间1min～30min；
(5)将磁化处理后的水体分布于浮动式净化场的上部。
实施例2
利用实施例1所述的浮动式净水场修复河湖水体的系统和方法，通过美人蕉、芦苇、黄菖蒲和鸢尾搭配形成浮动式净化场，并在其不同生长阶段给予不同磁场强度，研究在植物的不同生长时期，磁化水对植物生物激素的诱导作用。
表1种子萌发期
在种子萌发期，细胞分裂素(ck)、赤霉素(ga)、脱落酸(aba)、生长素(iaa)与种子的萌发具有很高的正相关性，控制着种子的萌发。因此，在种子萌发期，通过研究不同磁场强度对细胞分裂素等生物激素的影响，探究种子的最佳萌发磁场强度。
通过实验发现，在磁场强度范围为50～100mt时，有效诱导细胞分裂素(ck)等生物激素提升，相较于其它磁场强度下提升了12％以上，相较于无磁场提升了70％以上。
表2植物生长期
在植物生长期，通过测定不同磁场强度下植物的叶绿素荧光和吲哚乙酸酶分泌量，探究促进植物生长的最佳磁场强度。
实验结果显示，水生植物的fv/fm值在不同磁场的磁化水下均不同程度上升，上升幅度为17.3％～33.7％，其中四种植株的最大光合能力都在800～1000mt范围内呈现最大值，最终磁场强度的选定应通过监测四种植物的光合活性，分为低温和高温两个阶段适时的调整磁化水的磁场强度，从而确定四种植株组成的移动式净化场的最佳磁场强度。在磁场中，吲哚乙酸酶的分泌均不同程度增加，最高在500mt时提升12.9％。
表3植物衰亡期
在植物衰亡期，通过测定不同磁场强度下植物的叶绿素荧光和sod(超氧化物歧化酶)，探究抑制植物衰亡的最佳磁场强度。
实验结果显示，水生植物的光合活性在不同磁场均不同程度上升，上升幅度为8.7％～18.8％；而sod不同程度降低，说明磁场对于sod的去除效果较好，可有效抑制植物的衰亡。
实施例3
利用实施例1所述的浮动式净水场修复河湖水体的系统和方法，通过研究不同磁场强度对微生物群落结构的影响，探究不同磁场强度诱导功能性菌群的恢复。
表4微生物检测指标
实验结果显示，经不同磁场强度磁化后的磁化水对硝化菌和氨化菌具有明显诱导作用，其中硝化菌的最大丰度在500mt～800mt；而氨化菌的最大丰度出现在300mt～500mt。
实施例4
利用实施例1所述的浮动式净水场修复河湖水体的系统和方法，通过研究最佳磁场强度诱导植物生长和功能型微生物菌群丰度增加，与传统生态浮床做对比研究，探究新型浮动式净化场系统的性能。
表5水质对比
实验结果显示，与传统浮床相比，经磁化诱导后的移动式净化场的污染物去除能力均显著增强，其中tn、tp、bod和cod的去除率最高分别可达30.6％、33.3％、64.8％和50.2％，分别提升了19.4％、28.2％、41.1％和38.4％。
实施例5
利用实施例1所述的浮动式净水场修复河湖水体的系统，为体现不同植物生长阶段最佳的磁化方案对河湖水质和微生物群落影响，通过研究其透明度、tn、tp、bod、cod、氨化菌、硝化菌等指标的变化，探究新型浮动式净化场系统的性能。
表6性能比较
实验结果显示，在植物生长的不同阶段，通过调整磁化水的磁场强度可明显提升移动式净化场的污染去除效果，提升了水体透明度，并通过磁化诱导了土著功能微生物的生长，强化了净化场的净化能力。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。