CN106587554A - 一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，它包括承重牵引体、发光体、曝气富氧体和生物袋穴体，承重牵引体、发光体、曝气富氧体和生物袋穴体通过承重牵引体中的牵引绳连接。本发明中的生物袋穴体通过沉水植物和底栖动物的协同作用在保持生态***平衡的状态下实现底泥中污染物长久去除，发光体为沉水植物提供充足光照，曝气富氧体为底泥环境增加氧气，***兼具长效去除底泥中过量营养盐、重金属等污染物和不破坏水生态平衡的优点，且简约美观、绿色环保、经济实用，适用于富营养化和某些重金属富集的表层底泥的治理和修复。

Description

一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***

技术领域

本发明通过构建生物袋穴来培养富营养化底泥中的常见水生生物，探索了一种富营养化河湖底泥修复的方法或工艺。

背景技术

河湖底泥是外源输入营养盐、重金属等污染物重要的蓄积库。当外源污染得到控制后，底泥中的污染物在一定条件下释放、迁移和转化，重新进入到水体中，形成二次污染。大量的营养盐进入水体后会造成藻类的过度繁殖，降低水体中的溶解氧，使得水质恶化；一些重金属一旦进入水体，将造成水生态***内潜在的生物体重金属毒害，并可能通过食物链的传递威胁人类健康。因此，修复受污染的底泥对于河湖富营养化治理尤显得必要。

目前，国内外对于污染底泥的修复主要有三种方法：底泥疏浚、原位覆盖和自然恢复。其中底泥疏浚的效果仍存在争议，疏浚可以有效去除底泥中的营养盐、重金属和持久性有机物等污染物，但同时会引起污染物向水体中释放；原位覆盖是利用覆盖材料将上覆水和底泥分开，阻止底泥中污染物的迁移和颗粒物再悬浮，一定程度上减少污染物向上覆水中释放的通量，然而当覆盖材料饱和时，污染底泥对环境健康的风险又会出现，且覆盖材料的存在会对底栖动物的栖息环境造成影响，进而破坏河湖水生态***的平衡；而自然恢复的修复速率又很慢。近年来，很多研究发现，河湖水体中沉水植物和底栖动物一方面可吸收底泥中营养盐、重金属等污染物，另一方面由它们***、进食等活动造成的生物扰动对营养盐、重金属等污染物的迁移转化产生较大的影响。基于水生生物的生态修复方法，无需化学药剂、没有强烈物理扰动，并避免了二次污染，已受到了一定的关注，并被应用于河湖底泥污染的治理中。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请201010533685.8提出了一种“一种大型底栖生物和沉水植物联合调控富营养化方法”，联合大型底栖动物和沉水植物，降低了富营养化水体的营养盐水平，增加了水体生物多样性，逐步恢复了水生生态***；中国专利申请201110157507.4“植物-底栖动物污水净化装置及污水处理厂尾水净化方法”，利用沉水植物和底栖动物配合进行污水净化，有效降低了污水营养盐水平，增加了水体透明度；中国专利申请201210405998.4“河蚬和水丝蚓联用抑制封闭型水体内源磷释放的新方法”，通过向底泥中引进河蚬和水丝蚓，在其扰动下向底泥中引入溶解氧，进而提高氧化还原电位，抑制了底泥中的磷释放；中国专利申请201310184951.4“一种底栖软体动物和水生植物联合去除水体铜污染的方法”，通过底栖软体动物和水生植物联合作用，使颗粒态铜迅速沉降，减小其扩散范围；中国专利申请201310245862.6“同步原位修复富营养化河湖水体和底泥的可增光富氧生物组构***”，利用挺水植物、沉水植物、底栖动物、鱼类和微生物进行同步、原位修复污染水体和底泥。然而这些方法多是利用沉水植物和底栖动物针对污染物含量高的水体进行修复，将其应用于底泥修复的还甚少。由于在一些污染物含量较高的底泥投放沉水植物和底栖动物可能致其无法存活，而一味投放某些耐污种又可能会改变底泥中生物群落的优势种和群落结构，破坏水生态***的平衡，因此，利用水生生物进行底泥修复的方法中一些关键性问题仍未解决。

如何克服现有技术的不足已成为富营养化底泥生态修复中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，本发明不仅具有长效去除底泥中过量营养盐、重金属等污染物的优点，同时兼顾水生态平衡，且简约美观、绿色环保、经济实用，适用于富营养化和某些重金属富集的表层底泥的治理和修复。

根据本发明所提出的一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，它包括由牵引绳、防水盒和支架组成的承重牵引体；由微型曝气机、曝气管和弹性纤维丝组成的曝气富氧体；由LED灯带、时控开关和透明防水软管组成的发光体；由沉水植物、底栖动物、营养泥、沸石、陶粒混合单层及椰棕袋组成的生物袋穴体；承重牵引体、发光体、曝气富氧体和生物袋穴体通过承重牵引体中的牵引绳连接，曝气富氧体中的曝气管沿牵引绳和椰棕袋侧壁布置(椰棕袋底部不设曝气管)，发光体固定在牵引绳上。其中：承重牵引体中的防水盒中安放微型曝气机和时控开关；曝气富氧体中的曝气管在椰棕袋侧壁的部分设有微型气孔，并挂有弹性纤维丝，其余的曝气管不设气孔；发光体中的LED灯带安置在透明防水软管，受时控开关调节；生物袋穴体中的椰棕袋质地稀疏且可降解，椰棕袋中营养泥外层为沸石、陶粒混合单层(比例1∶1～1∶3)，沉水植物和底栖动物种类和数量根据底泥污染状况来定。

本发明实现的原理是：构建适合沉水植物和底栖动物生长的生物袋穴，通过生物根系生长和觅食行为的协同作用治理和修复污染底泥，在此过程中生物体逐渐适应环境，营养泥与污染泥慢慢相融达到稳定，使得此***发挥长效作用。一方面沉水植物本身不仅能同化吸收污泥中的营养盐和重金属，还能提高表层泥中微生物的数量，调整微生物组成结构，促进生态***中硝化和反硝化作用的进行，强化沉积物环境的自净能力；底栖动物除了通过滤食底泥颗粒减少污泥中的营养盐和重金属外，还可以分泌粘液促使悬浮颗粒物絮凝，提高水体透明度，间接促进沉水植物的生长；另一方面通过沉水植物根系泌氧、底栖动物筑穴引灌等扰动行为增加表层底泥中的溶解氧，改变其氧化还原条件，进而影响水-底泥界面处污染物的迁移转化。***中的曝气富氧体可增加底泥中的溶解氧，有利于底栖动物的新陈代谢活动。有些水体的浊度较高，能见度差，日常光照不能顺利进入水体，发光体可为沉水植物的生长提供必要的光照，促进水生植物光合作用，增加水体中的溶解氧含量。本***通过沉水植物和底栖动物的协同作用，在保持生态***平衡稳定的基础上实现了底泥中污染物的长久去除，进而达到污染底泥修复的目的。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是能够为沉水植物和底栖动物提供良好的生存环境。椰棕袋内装有适合沉水植物和底栖动物生存的营养泥，可为其提供原始生长环境和栖息场所，起到过渡效果，避免其因污染物浓度过高无法适应底泥环境而死亡。

二是可为沉水植物提供充足光照。发光体中LED灯带安装在透明防水软管中，可根据水体能见度调节LED灯带离底泥表面的距离，并通过时控开关控制LED灯带启闭的时间，以保证沉水植物获得足够光照维持生长。

三是可以实现污染底泥的富氧。曝气富氧体中曝气管在椰棕袋两侧的部分设有微型曝气孔，并缠有弹性纤维丝，可在底泥周围形成均匀的溶氧层，有利于底栖动物的新陈代谢以及好氧微生物作用的发挥，加快污染底泥的修复进程。

四是对污染物去除效果明显。椰棕袋中沉水植物和底栖动物适应了污染环境后通过根系和觅食活动协同作用于污染底泥，在这种作用下底泥污染状况减轻，并达到一种新的局部平衡，大范围的运用这套***，可实现整个河湖污染底泥的修复。

五是有利于生态***的平衡和稳定。根据底泥污染状况和生物群落结构综合配置沉水植物和底栖动物及其所需的营养泥，在一种动态平衡下实现污染底泥的修复，避免了单一耐污种形成新的优势种，保护了原有生物多样性，有利于生态***的平衡和稳定。

本发明能实现底泥的净化和修复，为恢复富营养化、重金属富集河湖的健康环境提供方法，具有修复效果好、费用低、施工和维护管理方便、无二次污染等优点。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***的结构示意图。

图2为本发明提出的一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***的剖面示意图

其中：1、曝气富氧体；2、承重牵引体；3、发光体；4、生物袋穴体；5、牵引绳；6、防水盒；7、支架；8、微型曝气机；9、曝气管；10、弹性纤维丝；11、LED灯带；12、时控开关；13、透明防水软管；14、沉水植物；15、底栖动物；16、营养泥；17、沸石、陶粒混合层；18、椰棕袋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

结合图1和图2，本发明所提出的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，它包括由牵引绳5、防水盒6和支架7组成的承重牵引体2；由微型曝气机8、曝气管9和弹性纤维丝10组成的曝气富氧体1；由LED灯带11、时控开关12和透明防水软管13组成的发光体3；由沉水植物14、底栖动物15、营养泥16、沸石、陶粒混合单层17及椰棕袋18组成的生物袋穴体4；承重牵引体2、曝气富氧体1、发光体3和生物袋穴体4通过承重牵引体2中的牵引绳5连接，曝气富氧体1中的曝气管9沿牵引绳5和椰棕袋18侧壁布置，发光体3固定在牵引绳5上。其中：

所述的生物袋穴体4中装有沉水植物14、底栖动物15以及供生物存活的营养，16，营养泥16外层为沸石、陶粒混合单层(体积比比例1∶1～1∶3)17，沸石粒径为2-3cm，陶粒的粒径为1-2cm，沸石陶粒层的外部为椰棕袋18。沉水植物14为金鱼藻、菹草、黑藻和马来眼子菜中的一种或几种，沉水植物14能通过其茎叶吸收水中的氮磷，通过其根系吸收底泥中的营养盐；底栖动物为河蚬、摇蚊和颤蚓等的一种或几种，底栖动物15通过滤食底泥颗粒减少底泥中的营养盐和重金属，同时分泌粘液促使悬浮颗粒物絮凝，提高水体透明度。营养泥16设置大约15kg，它作为载体给沉水植物和底栖动物提供一个原始生存环境，保证足够的有机质使生物体逐渐适应新环境，完成过渡，发挥底泥修复的长效作用。营养泥16物化性质(营养盐含量比例，底泥含水率、粒度大小等)按沉水植物14和底栖动物15种类来配置，沉水植物14和底栖动物15的种类和数量根据底泥的污染状况来配置。椰棕袋18整体较为稀疏，只要能满足承重要求即可，便于底栖动物15穿过，与周围底泥融为一体，更快适应新环境；椰棕袋18一段时间可降解，不用考虑后期捞出，绿色环保。在正式投入水体使用前，先将生物袋穴体4配置好并培育10天，使其处于一个平衡稳定状态，保证放入后的使用效果。

所述的曝气富氧体1中的两根曝气管9顺着牵引绳5固定在椰棕袋两侧，其中安置在椰棕袋18侧壁的部分设有微型气孔，气管外壁挂有弹性纤维丝10，其余部分不设气孔，在椰棕袋18底部的部分不设曝气管9，为了防止曝气时会对底泥产生扰动，破坏底泥环境的平衡。当微型曝气机8工作时，气体通过曝气管9运输到河流底部，从微型气孔输出，通过弹性纤维丝10增大曝气面积，增加底泥周围环境中的氧气，有利于生物的新陈代谢，促进底泥修复。曝气管9材质为硅胶。

所述的发光体中LED灯带11及其电路安置在透明防水软管13中，透明防水软管13固定在牵引绳5上并沿着牵引绳5连接到时控开关12上，时控开关12用来控制LED灯带11的启闭，可设置每天6:00-18:00打开(仅作参考，可自行设置)，模拟日光补充光照，使植物能顺利进行光合作用，发挥效益。整个电路由交流电控制，透明防水软管13材质为硅胶。

所述的承重牵引体2和生物袋穴体4通过牵引绳5连接，承重牵引体2中的支架7由竹子制成，支架左右两侧各安置一个防水盒6，用于安放微型曝气机8和时控开关12。支架7和防水盒6能漂浮在水面上，利用绳索连接岸边或者水下固定物体，绳索有一定的幅度，防止水位上涨或者下降。牵引绳5材质为尼龙，防水盒6材质为PVC硬质塑料，所有材料均易获得。

以下结合图1，进一步说明本发明的具体操作步骤：

本发明所提出的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，它包括、曝气富氧体1，、承重牵引体2、发光体3和生物袋穴体4；承重牵引体2、发光体3、曝气富氧体1和生物袋穴体4通过承重牵引体2中的牵引绳5连接，曝气富氧体1中的曝气管9沿牵引绳5和椰棕袋18侧壁布置，发光体3固定在牵引绳5上。

步骤一：用四片毛竹制成井字形支架，将防水盒6用螺丝钉分别固定在相对的两片毛竹上，防水盒6的尺寸为0.5m×0.4m×0.3m。利用绳索连接到岸边或水下固定物体将支架7相对固定，绳索预留一定的长度，防止水位上涨或者下降。

步骤二：根据底泥状况预先配置生物袋穴体4组成，沉水植物14分布在椰棕袋18的表层，一般选择金鱼藻、菹草、黑藻和马来眼子菜中的一种或几种，底栖动物15中一般选择河蚬、摇蚊和颤蚓等一种或几种，营养泥16根据沉水植物和底栖动物的种类和数量确定，大约设置15kg，营养泥外层布置沸石、陶粒混合单层(比例1∶1～1∶3)17，沸石粒径为2-3cm，陶粒的粒径为1-2cm，将生物袋穴体4培育10天备用。

步骤三：将微型曝气机8固定在防水盒6中，用橡皮筋将曝气管9顺着牵引绳5固定在椰棕袋18两侧，同时将弹性纤维丝10固定在曝气管9上设有微型气孔的部分。微型曝气机9用交流电控制，保持一直打开的状态，气体通过曝气管9输送到水体底部，以一种微弱但持续的方式给底泥周围提供足够的氧气。

步骤四：将时控开关12固定在防水盒6中，透明防水软管13固定在牵引绳5上并沿着牵引绳5连接到时控开关12上，LED灯带11及其电路安置在透明防水软管13中，距离底层0.5m左右，具体高度根据水体浊度调节。时控开关12可自行设置打开时间，可设置每天6:00-18:00打开作为参考，模拟日光给沉水植物14提供日常生长所需的光照。

步骤五：用牵引绳5将培育好的椰棕袋18连接在支架上，将椰棕袋18缓缓放入水底。牵引绳5、曝气管9、透明防水软管13、LED灯带11和电线预留足够长度防止水位的上涨或下降。

以下进一步说明本发明实施效能的具体比对实例：

设置基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***水箱和原位覆盖水箱，以便进行同步实验，水箱尺寸为长×宽×高＝101cm×103cm×73cm，在水箱底部铺设15cm底泥，同时注入40cm湖水作为上覆水。用彼得森采泥器采集富营养化、受重金属污染严重的表层底泥，过100目筛以除去其中的底栖动物及大颗粒杂质，混合均匀后平铺在水箱底部，然后用虹吸法缓缓注入湖水，静置16天使底泥达到稳定。实验用湖水与底泥取自同一湖泊采样点。基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***井字形支架长×宽＝90cm×96cm、毛竹外径10cm；防水盒长×宽×高＝50cm×40cm×30cm；牵引绳长37cm。预先构建生物袋穴，椰棕袋上口径50cm，下口径70cm，高20cm，椰棕袋内装15kg营养泥，营养泥外层布置沸石、陶粒混合单层(比例1∶1～1∶3)，沸石粒径为2-3cm，陶粒的粒径为1-2cm；在营养泥表层培养50株苦草，30株轮叶黑藻(生物密度约为152.83株/m²)，同时引入80条水丝蚓和80个河蚬(生物密度约为282.99条(个)/m²)，将配置好的生物袋穴培养16天。16天后，将培养好的生物袋穴挂在牵引绳上与支架链接，放入水箱中，调整牵引绳保证生物袋穴靠自重压在底泥上，再沿牵引绳和椰棕袋侧壁布置曝气管，并在距椰棕袋中营养泥表层17cm处安置LED灯带，实验中所有电路受交流电控制。原位覆盖水箱采用沸石和陶粒为覆盖材料，沸石和陶粒的规格与基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***水箱中所用沸石和陶粒一样，铺设面积相同。

实验历时50-60天。实验期间，苦草和轮叶黑藻已经长势良好，水丝蚓和河蚬也已适应环境，实验结束时，基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***水箱和原位覆盖水箱的底泥修复效果见表1。实验结果表明：基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***对底泥中的污染物去除效果显著。

如上所述，我们完全按照本发明的宗旨进行说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。

Claims (8)

1.一种基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的底泥修复***由曝气富氧体、承重牵引体、发光体和生物袋穴体构成；其中曝气富氧体由微型曝气机、曝气管和弹性纤维丝组成；承重牵引体由牵引绳、防水盒和支架组成；发光体由LED灯带、时控开关和透明防水软管组成；生物袋穴体由沉水植物、底栖动物、营养泥、沸石、陶粒混合单层及椰棕袋组成；承重牵引体、曝气富氧、发光体和生物袋穴体通过承重牵引体中的牵引绳连接，曝气富氧体中的曝气管沿牵引绳和椰棕袋侧壁布置，发光体固定在牵引绳上。

2.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的防水盒固定在支架上，时控开关和微型曝气机放置在防水盒中。

3.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的曝气管沿牵引绳和椰棕袋侧壁布置，椰棕袋底部不设曝气管，其中安置在椰棕袋侧壁的部分设有微型气孔，气管外壁挂有弹性纤维丝，其余部分不设气孔。

4.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的LED灯带及其电路安置在透明防水软管中，透明防水软管固定在牵引绳上并沿着牵引绳连接到时控开关上，时控开关用来控制LED灯带的启闭，整个电路由交流电控制。

5.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的椰棕袋整体较为稀疏，尤其是下部只用满足放入时能够承重即可。

6.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的生物袋穴体中间部分为营养泥，外层为沸石、陶粒混合单层，其中所述沸石和陶粒体积比为1∶1～1∶3，沸石粒径为2-3cm，陶粒的粒径为1-2cm，沸石陶粒层的外部为椰棕袋。

7.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的沉水植物为金鱼藻、菹草、黑藻和马来眼子菜等的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的基于生物袋穴和适宜光氧的底泥修复***，其特征在于所述的底栖动物为河蚬、摇蚊和颤蚓等的一种或几种。