一种以人造生物膜构建生态河床的方法与流程

本发明属于河道原位生态修复的
技术领域：
，更具体涉及一种以人造生物膜构建生态河床的方法，特别适用于流动水体、水位变动大和受潮汐影响的水环境原位生态修复。
背景技术：
：随着社会经济的高速发展，人类的生产和生活活动对环境造成的负面影响日渐凸显。国外早在上世纪30年代至50年代就已开始进行河道水环境污染治理和河流水质保护，50-80年代是以“近自然河道治理工程学”为主要理论基础的生态修复理论形成阶段，80年代后河流生态修复的重点拓展为河流生态系统恢复。当前国内、外河道治理常用的物理方法，如调水、机械除藻、底泥疏浚等；化学法有混凝沉淀，易造成二次污染；近年来国内、外发展很快的领域是生态-生物方法，是将生物法与其他工艺相结合，以提高水体自净能力的一类技术，包括河道曝气法、生物膜法、生物修复技术，土地处理法等。自20世纪90年代我国开始河流生态修复技术的探索，迄今，我国地表水的污染情况依然不容乐观，主要污染指标为总氮和总磷。学者们认为生物膜一生态联合治理技术将是今后地表水处理技术发展的一大趋势。国内、外河道生态修复中应用的生物膜法包括采用生物载体法和河床改造法：生物载体法：是将各种天然材料如砾石等作为填料，或者采用细线状软性填料，还有以活性炭填充柱的净化法，这些技术可以去除水体中部分cod、bod、ss等。当前采用的生物滤池、生物转盘、流化床、生物接触氧化法、生物陶粒或新型填料等方法都属此类。它们共同的问题是需要相当的管理技术或设备，还需要冲洗和反冲洗，清理和处理其中的污泥等，投资和运行成本高。河床改造法有薄层流法和伏流净化法：(1)薄层流法：扩展河床宽度，降低水深，增加河水与河床生物膜的接触面积，提高净化能力。但是工程量大，要确保水流量和降低水深对生态景观的影响。(2)伏流净化法：用泵将伏流水抽出送回河流，利用河水向下渗透和伏流水稀释作用净化水，先降水位以加速河水下渗，也可以说是一种缓释过滤法。这种方法要求取水量与伏流水量基本平衡，设计要求高。国内有关生态河床的专利技术已有366项，多数是工程应用方面或者装置，与生物无关。生态河床专利中与微生物相关的有37项，其中包含有微生物为其组建元素的专利技术有以下几项专利：1.《一种利用固定化微生物包埋微球修复河床底泥生态系统的方法》(公开(公告)号：cn103523931a，公开日期：2014-01-22)，其特征是在水体中投放微生物包埋微球以达到对河道上覆水体氨氮、总氮和cod处理效果。2.《一种用于河床水生态修复的生物酶载体》(公开(公告)号：cn208586115u，公开日期：2019-03-08)，为一种用于河床水生态修复的生物酶载体，适用于河床坡度大、水流速度快的雨源性河流。3.《一种河道生态微生物吸附处理膜系统》(公开(公告)号：cn208802887u，公开日期：2019-04-30)公开了一种河道生态微生物吸附处理膜系统，所述生物膜处理组件包括调节框架和驱动齿轮组，所述调节框架的内部均匀排布有多个填料筒，以满足对河道的污水处理能力的目的。4.《基于黑臭水河的河道生态修复系统及方法》(公开(公告)号：cn109881731a，公开日期：2019-06-14，法律状态：审中)，其包括采用高压喷枪将微生物制剂注入河道底泥底部；放置河底垃圾清理装置于河道中；用于对沉淀于水面之下的垃圾进行清理，以保护河床结构不受破坏。5.《城市河涌生态消淤及水体污染修复系统》(公开(公告)号：cn204737793u，公开日期：2015-11-04)，公开了一种城市河涌生态消淤及水体污染修复系统，其采用清淤组件进行清淤泥后将微生物菌种投放至河床底层内部。6.《一种可持续清淤除黑臭水体的微生物菌剂制备方法》(公开(公告)号：cn106754514a，公开日期：2017-05-31法律状态：审中)，公开了一种可持续清淤除黑臭水体的微生物菌剂制备方法，利用多种植物矿物原料制备微生物菌液，最后再与矿石碎粒混合制成成品。以上专利中第1项是采用固定化微生物包埋球；第2项专利是关于微生物酶制剂载体；第3项则是以填料吸附天然微生物；第4-6项专利使用不同方法制备的微生物施放于水环境中。这些方法都会存在微生物在水体中流失、被水生动物吞噬，或者包埋球被其它微生物分解的问题，从而影响其相关的稳定性、长效性及净化效果。此外，本发明还可用于受潮汐影响不仅流动性强、水位变化大，还有水中盐分的变化的通海河渠。技术实现要素：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供了一种以人造生物膜构建生态河床的方法，方法易行，操作简便，高效、长效、安全，可克服水体流动性和水位变动大带来的治理困难，强化污染物去除效率，改善水质和底质，恢复生态系统生物的多样性、强化水体的自净能力，使之达到生态修复预期的目标，改善水环境。为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：河道是流动水体，许多河道还因季节和其泄洪、排涝等功能而有很大的水位变化，还有通海河道受潮汐影响，不仅流动性强、水位和盐分变化也大，这些特点是河道原位生态修复过程中必须克服的难题。目前各地均已展开黑臭河道水体生态修复，采用清淤、截污、换水等工程措施，应用微生物制剂降解污染物是改善水质和底质最主要的生物修复措施之一。但是常用的微生物制剂如水剂和粉剂，在水体中易流失，还可以被其它生物所吞噬，需要不断投放微生物制剂，耗费量大，还影响其稳定性和应用效果，普遍存在的有效期短，水质指标易反弹；更不能适应流动水体和河道原位生态修复，而人造生物膜是解决污染河道原位生态修复的有效手段。一种以人造生物膜构建生态河床的方法，其步骤是：a、制备河道修复用人造生物膜产品(采用专利-一种人造生物膜及制备方法zl200610124636.2)；b、将人造生物膜在生态河床上实施：针对河道水浅区域(0-50cm)：采用膜片型人造生物膜；将选定的人造生物膜片平铺于河床上，并通过连接扣将膜片固定在河床上；针对河道深水区域(50-500cm)：串连悬挂人造生物膜片，将膜片串联好后，淹没在水面以下(10cm左右)；在河道底部投放颗粒型人造生物膜。在所述的步骤b中，针对河道深水区域：根据河道情况，在深水区将人造生物膜片挂在格宾石笼内或者周围，以顺着水流方向布置，并放置在河道两侧或底部。采用漂浮悬挂型装置将人造生物膜悬挂在深水区，将浮球串连成行，固定在修复水体之中。通过上述步骤的技术措施：在污染水环境治理中通常都是在截污、清淤之后，采取物理、化学和/或生物方法改善水质和底质。其中应用微生物菌剂对污染物的降解作用净化污染水环境普遍应用的必要手段，也是符合生态学原理和科技发展方向的技术和产品。但是微生物是水生态系中食物链的基础，它们是许多水生动物的天然饵料，可以被大、小生物如鱼类、贝类和微型生物所吞噬；微生物水剂或粉剂在流动水体中易流失，特别是水位变动大的河道更难发挥作用；微生物制剂对多种不良环境因素的耐受性也比较差，这些都是河道修复应用中必须克服的难题。本发明所采取的技术措施的关键技术是：1.选择适应性强的应用菌株：既有对污染物广谱的降解能力，也具有对不良环境的适应性，包括耐干旱、抗辐射和对温度较宽的适应范围等；2.应用菌株分类地位明确、安全的益生菌类，无二次污染，避免了化学方法可能造成的后患；3.特制的人造生物膜：采用人造生物膜专利技术制备的生态河床专用的产品，其特点是：在水体中不流失、不被水生动物所吞噬、高效、长效，不需要经常投加，节省耗材，降低成本；4.为适应潮汐对通海河道水体盐分的变化，还有适应淡水-半咸水-海水环境的应用菌株。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本发明采用人造生物膜作为解决污染河道原位生态修复的有效手段，由于人造生物膜中的微生物细胞密度大、在水体中不流失、高效、长效、安全，可充分发挥利用微生物对污染物的降解能力；人造生物膜载体机械强度高，耐冲击、抗分解、稳定性好；人造生物膜产品不会被其它生物所吞噬，对不良环境因素如高温、辐射、有生物毒性物质等都有较强的耐受性；膜片型人造生物膜还可以重覆使用，在污染水环境生态修复中独具优势。本发明采用膜片型、颗粒型人造生物膜和漂浮悬挂式装置，可以单独或配合使用，还可以根据污染物性质选用不同应用菌株制备人造生物膜，应用范围广泛。本发明已在不同污染水环境中应用，如公园内的渠道、黑臭的景观水体、黑臭的畜禽养殖水体、鱼虾养殖水体等应用中实现了消除黑臭、提高透明度、遏制藻华爆发、降解污染物，去除cod、氨氮、总磷和固体悬浮物的良好效果，应用时间最长者已超过八年，还能除臭、原位削减淤泥。本发明适用于流动水体和水位变动大以及水体有盐分变化的水环境原位生态修复，通过人造生物膜中的微生物降解水体中的污染物，恢复和提高其自净能力，改善水质和底质，提高水环境质量。附图说明图1为本发明的以人造生物膜构建生态河床的方法的流程图。具体实施方式实施例1：如图1所示，本发明提出一种以人造生物膜构建生态河床的方法，其步骤是：1、制备河道修复用人造生物膜产品(采用专利-一种人造生物膜及制备方法zl200610124636.2)：选用高效应用菌株，包括芽孢杆菌类、光合菌类等益生菌，具有高效降解有机物、除磷脱氮、除臭的性能，还有覆盖淡水-半咸水-海水的菌种，可以用于受潮汐影响的通海河道；其人造生物膜产品具有抗干旱、辐射和冰冻环境的能力，在10-40℃水温范围内也有代谢活力，具有去污效果。2、将人造生物膜在生态河床上实施：许多河道不仅流动性强，而且因季节或蓄洪、排涝和潮汐影响等导致水位变动大，有时水深处可达2-5米，水浅处可能仅有十余厘米，甚至是裸露的河床，因此不同河段需要区别对待：(1)针对河道水浅区域(0-50厘米,在此范围内任何一个数据均可)：产品选择：采用膜片型产品，膜片规格(长、宽、厚度)可按河床的宽度、河道的长度及河岸污染源等具体情况制订的生态修复设计方案订制。实施方法：将选定的人造生物膜片平铺于河床上，根据河床底质情况，选择适宜的连接扣将膜片固定在河床上，其上还可加鹅卵石加强抗冲击能力，保持其在河道底部不被移动的位置，成为具有生物降解功能的河床，强化其对污染物的去除效率，削减河道沉积物的积累，兼具底部清淤功能。(2)针对河道深水区域(高于50厘米-500厘米,在此范围内任何一个数据均可)：采用串连悬挂人造生物膜片的方法：用不锈钢钢丝绳或其他耐用的绳索将人造生物膜片的一端串起来，膜片之间用带孔塑料管或环间隔，以保持膜片间的距离，最终形成一条。将膜片串联好后，可以利用修复水体中的栈桥、桥墩、护坡或水泥桩，固定在其间的水面以下；也可以悬挂在水体生态浮床下面，或按水流方向固定在石笼内。膜片应淹没在水面以下，以保证与污水充分接触。固定人造生物膜片所用的元件及材料有：304角钢(50×50)及支座(120×120)，不锈钢钢丝绳(1×7-2.5mm)，固定元件若干(不锈钢膨胀螺栓、发紧器、卡头等)，均来自市售材料。采用人造生物膜漂浮悬挂型装置(采用专利-人造生物膜漂浮悬挂式装置cn201598204u)，将人造生物膜悬挂在深水区。将浮球串连成行，固定在修复水体之中，方法参照膜片串联方法。将膜片悬挂在河道的格宾石龙中施用：根据河道情况，深水区可以将人造生物膜片挂在格宾石笼内或者周围，以顺着水流方向布置为原则，然后放置在河道两侧或底部。在河道底部投放颗粒型人造生物膜：人造生物膜颗粒型主要作用于河道底部，降解沉积物，削减淤泥。根据修复对象的水质和底部淤泥深度，另在其底部投放颗粒型人造生物膜产品，以削减沉积物。应用效果举例：(1)恶臭景观水体生态修复：某社区面积800m2的景观水体，由于长期受外来污水污染，淤泥已达0.5m，水深仅1.3m，水体墨黑，恶臭扑鼻，经应用人造生物膜膜片型和颗粒型配合使用后，很快消除了恶臭，水体透明度提高，水质指标改善(见表1)。表1.恶臭水体生态修复效果(2)富营养化水体生态修复：该水体面积4亩，水浅，主要是富营养化，藻类过盛，外有污水渗入，水质属劣v类，经应用人造生物膜片型和颗粒型产品后，除磷脱氮,水质改善，无藻华暴发,除总氮外，cod、tp、和氨氮均达到lv类水标准(见表2)。随着修复时间的延长，可望逐步提升至iii类水质。表2.富营养化水体生态修复效果(3)削减污泥效果：为验证人造生物膜削减黑臭水体淤泥的效果，试验结果见表3。表3.人造生物膜削减淤泥及水质改善效果项目试验前处理一周后去除效果水色、气味黑色、恶臭无色、无臭良好底泥色、厚度深黑色、10cm浅灰色、5cm削减50％透明度不透明50-80cm显著提高cod1850mg/l398mg/l去除78.5％氨氮250mg/l150mg/l去除40％以人造生物膜为核心技术的生态河床与相关专利技术的比较如下：(1)人造生物膜固定化方法特殊：本发明所采用的菌株是高效、有针对性的固定化的微生物，固定化方法特殊，在水体中不流失，见效快，在流动水体中应用独具优势。如
背景技术：
引用的专利《一种利用固定化微生物包埋微球修复河床底泥生态系统的方法》(公开(公告)号：cn103523931a，公开日期：2014-01-22)固定化微生物包埋微球的处理效果，对温度、ph和溶氧还有一定要求，人造生物膜所采用的固定化方法也是其它采用海藻酸钠等包埋材料固定化技术所不及的，膜片型还可以重覆使用，超越其它固定化技术产品；(2)人造生物膜产品优于微生物水剂和粉剂：
背景技术：
引用的专利[1、4-7]都属于微生物菌剂，也有不同的方法施用于河道底部，不可避免部分会流失和被其它生物所吞噬；本发明所采用的人造生物膜其中的微生物不会被其它生物所吞噬；(3)人造生物膜优于天然生物膜：专利《一种河道生态微生物吸附处理膜系统》(公开(公告)号：cn208802887u，公开日期：2019-04-30)是以填料为载体，给微生物吸附着的条件，随机附着的微生物种类和数量不定，有效菌量无法控制，属于天然生物膜范畴，而人造生物膜所采用的微生物是经过选育的高效、安全菌株，有效菌量可按需要人为控制，人造生物膜内的微生物对不良环境因素如温度、辐射、消毒剂等具有更强的耐受性和适应性，应用本方法采用的人造生物膜产品无需挂膜时间，启动快、见效快、效果好：优于天然生物膜和其它填料的方法(见表4)。表4.人造生物膜与天然生物膜的综合比较(4)人造生物膜不同于酶制剂或其载体：专利《一种用于河床水生态修复的生物酶载体》(公开(公告)号：cn208586115u，公开日期：2019-03-08)是生物酶载体有关的专利，而非应用微生物；(5)削减淤泥：应用人造生物膜颗粒型产品直接着用于底泥，还具有削减淤泥的作用，可作为生物清淤和用于清淤后的维护；(6)见效快、超长使用期：应用人造生物膜产品启动快、见效也快，富营养化和黑臭水体生态修复中，在温度适宜条件下，一般1周左右即见明显效果，其膜片型产品的有效期长达3年以上，使用期最长者已逾8年，水质也可逐渐提升，甚至由劣v类提升至iii类水质(见表2、3)；(7)适应范围宽：包括因潮汐影响、有盐分变化的的通海河道；(8)应用方法、管理简便：与采用装置或异位生态修复技术不同，本发明采取原位固定，不占地，也无需另外购置相关装置、设备和构筑物，节省投资，管理方便，无需值守人员，节省人力和成本。综上所述，本发明具有相当的技术优势，在贯彻落实水污染防治行动计划中应能发挥重要作用。本发明主要是针对河道水体流动性强、某些河道水位和盐分变化大给污染防治带来的困难；污染水环境治理中清淤和底质改善是关键所在，采用人造生物膜作为构建生态河床的核心技术，以实现提高河道净化效率和削减沉积物的目的。人造生物膜中的微生物密度高，在水体中不流失、高效、安全、使用期长，无二次污染、不被其它生物所吞噬，膜片型还可以重复使用等特点，并可根据水体污染物特点，选择针对性强的应用菌株生产人造生物膜用于生态河床，同时去除cod、氨氮、总氮、总磷、提高透明度、消除异味，削减沉积物，改善水质和底质，解决河道水体流动性、水位和盐分变化大的难题，提高水体净化能力，实现生态修复目标。本发明不限于河道河床的生态修复，还可以应用于污染湖泊或需要强化底质去污的环境、生物清淤或者机械清淤后的水体维护。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。当前第1页1 2 3