CN112811607A - 一种湖库水生态***构建的方法 - Google Patents
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Abstract
发明涉及一种湖库水生态***构建的方法，包括以下步骤：S1、先进行水生态基础条件建设和水质提升；水生态基础条件建设中，将纳米储氢‑储氧材料、催化材料置于缓释箱内，将缓释箱置于湖库底层区域，其携带自然环境中的氢氧离子于下覆水体、底层；水质提升，于缓释箱中还装有催化材料，激活水体中的酶活性、微生物活力；S2、再进行水生态***构建；通过水生植物构建、水生动物构建、微生物构建构成垂直结构，从而形成水生植物群落、水生动物群落、微生物群落；所述水生植物构建，包括沉水植物构建、挺水植物构建、浮叶植物构建。本发明达到的有益效果是：促进污泥降解、促进营养盐类物质的加速转化、能自然净化。
Description
技术领域
本实用涉及湖库生态技术领域，特别是一种湖库水生态***构建的方法。
背景技术
湖泊作为一种与人类生存和发展密切相关的独特资源，在供水、防洪、航运、养殖、旅游及维系区域生态平衡方面发挥着巨大作用。目前由于流域的超强度开发和湖泊资源的超强度利用，造成了水环境恶化、水资源短缺、水灾害频发的一系列问题。
具体变现为：水质提升治理的技术主要集中在清淤疏浚、引水冲流、曝气增氧、化学絮凝、生物净化等单一技术的研究与应用上。然而因湖泊、水库面积较大等特点、污染现状及湖库区域气候环境的不同，导致可操作性的技术很少，处理起来成本较高，且效果不好。
为此本公司针对湖泊的环境，形成一套针对湖库水生态***的构建方法。针对现阶段水污染的特点，以具有超强能量、且活性高、动力强大的自然元素为核心，在消除污染物质方面，集吸附、絮凝、催化、降解、络合及离子交换于一体；在微生物***构建方面，能激活多种酶活性、促进营养盐类物质加速转化利用；在生物恢复方面，从培养土著微生物入手，达到增强水体自净能力的目的，通过对污染物的去除和生物体系的构建，将浮游生物、微生物、水生生物培养、繁殖扩大置于整体***解决方案中，使微生物优势种群真正形成强大的消除污染物质的力量，使水体自然变活，水体自净能力不断增强。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种促进污泥降解、促进营养盐类物质的加速转化、能自然净化的湖库水生态***构建的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种湖库水生态***构建的方法，包括以下步骤：
先进行诊断分析；
诊断分析的内容包括：确定湖泊的生态服务功能；分析污染物的主要来源；根据污染物数量，确定恢复所需时间；根据水体环境容量，确定污染物排放削减的幅度和数量；
然后再进行水生态基础条件建设和水质提升；
其中，水生态基础条件建设中，将纳米储氢-储氧材料置于缓释箱内，将缓释箱置于湖库底层区域，其携带自然环境中的氢氧离子于下覆水体、底层，为好氧生物提高活力增加水体中的溶氧量，同时还具有强大的比表面积和超强催化功能，能够激活水体中的酶活性，激发微生物活力；
所述水质提升时：向湖泊中投入催化材料，激活水体中的酶活性、微生物活力；在湖泊污染较大的区域布置纳米富氧曝气装置。当发生蓝藻情况时，将除蓝藻剂撒入湖泊中。
然后再进行具体的水生态***的构建：即通过水生植物构建、水生动物构建、微生物构建构成垂直结构，从而形成水生植物群落、水生动物群落、微生物群落；
所述水生植物构建，，先将水生植物置于搭建好的漂浮载体上，然后进行无土栽培，将栽培后形成的生物浮岛抛于湖中；
所述微生物构建，包括沉水植物构建、挺水植物构建、浮叶植物构建；还包括生物浮岛构建，即先将水生植物置于搭建好的漂浮载体上，然后进行无土栽培，将栽培后形成的生物浮岛抛于湖中。
进一步地，在垂直结构形成后，还需要进行水生态修复；水生态修复即人为调控水生植物群落、水生动物群落、微生物群落。
进一步地，所述的垂直结构构建时，要形成食物链，让水生态形成平衡。
进一步地，由于该缓释箱内的材料能持续发挥作用约6-12个月，根据污染程度及水体面积合理配制布置；因此释放箱中的储氢-储氧材料每6~12个月更换一批。
本发明具有以下优点：
（1）通过将能够储氢储氧的自然元素新材料置于缓释箱内，均匀分布于底层，实施于整个底层治理区域，主要是改善底层环境，促进底泥中的物质分解转化，逐步降低底泥中污染物质残留量，使底泥中可能被再解析的污染物质大幅度减少；
（2）在微生物***构建方面，能激活多种酶活性、提高生物活力，促进营养盐类物质加速转化利用；
（3）在生物恢复方面，从培养微生物入手，达到增强水体自净能力的目的，通过对污染物的去除和生物体系的构建，将浮游生物、微生物、水生生物培养、繁殖扩大置于整体***解决方案中，使微生物优势种群真正形成强大的消除污染物质的力量，使水体自然变活，达到自然净化的目的。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
一种湖库水生态***构建的方法，包括初步的诊断分析、具体的构建方法、后续的恢复维护。
在诊断分析中，确定湖泊的生态服务功能；分析污染物的主要来源；根据污染物数量，确定恢复所需时间；根据水体环境容量，确定污染物排放削减的幅度和数量。
在具体的构建时：包括水生态基础条件建设、水质提升、垂直结构构建；
水生态基础条件建设中，对底泥生态进行改良。
由于底泥中含有丰富的氮、磷营养盐、有机污染物和重金属物质等，通过消耗水体溶解氧、释放各种污染物对上覆水水质造成影响，加剧水体富营养化问题恶性循环。通过将能够纳米储氢-储氧材料置于缓释箱内，均匀分布于底层，实施于整个底层治理区域，主要是改善底层环境，为提高酶活性、生物活力提供条件，促进底泥中的物质分解转化，逐步降低底泥中污染物质残留量，使底泥中可能被再解析的污染物质大幅度减少，为整体治理提供有利条件。
缓释箱内的纳米储氢-储氧材料，对底泥而言，既起到消除作用，又起到固定作用。
消除：催化氧化，消除底泥中大分子有机质，如催化加速氨化细菌对沉积物中的大分子含氮有机物的降解与转化，使其分解为植物可利用的铵态氮进入上覆水。催化促进微生物将沉积物中的有机磷分解为无机磷，且把不溶性磷化合物转化成可溶性磷，进入上覆水在好氧条件下被微生物与浮游生物大量吸收利用，通过生物链将营养物质移出水体。
固定：污泥中的大分子有机质经降解与转化，使污泥不断沙化，再采取特殊材料将水体胶体物质吸附沉积于底层，通过胶体物质与泥沙融合而固化，形成生物附着膜，为微生物着床提供条件，不断吸收利用底泥及水体产生的营养物质，全面提高自净能力。同时通过离子交换模式络合固化重金属，使有毒物质得到无害化处理。
另外，根据水体混浊、透明度低、水体溶氧量减少的情况，于水体中适量投入以自然元素为核心的水处理材料，提升透明度。而达到的效果是：吸附水体中的（悬浮）微粒，且对悬浮物的吸附率需达到60%及以上，通过沉降提高水体透明度，增强光合作用；通过光合作用增加水体的溶氧量，在好氧状态下抑制H2S、CH4、NH3等厌氧反应的发生，消除水体异臭。
在水质提升中，需要去除营养盐、除藻、曝气、激活酶和微生物活性。
需要说明的是，纳米储氢-储氧材料、催化材料，均包括稀土元素的氧化物，如La2O3、CeO2、Nd2O3，还均包括有TiO2、SiO2作为纳米基载。当稀土元素占比多时，为纳米储氢-储氧材料；当TiO2、SiO2占比多时，作为催化材料。这样通过改变配方即可实现主功能转换的方式，有利于节约成本。主要成分构成为a La2O3 • b CeO2 • c Pr6O11 • d Nd2O3 •e SiO2 •f Al2O3 • 以及少量不可避免的杂质，其中系数a、b、c、d、e、f、g的取值范围为：a0.25≤、b0.30、c≤0.035、0≤d≤0.015、e≤0.50、f≤0.09、g≤0.014。
在去除营养盐中：水体透明度提高后，需要将氮磷等物质及底泥、水体中酶活性、微生物活力激活，通常采用水处理催化材料以达到改善理化指标的目的。达到的效果是：（1）新材料实现离子交换、吸附、及界面反应有效氧化还原，消除重金属危害；（2）催化激活微生物的活性，加速N、P、有机物等的生态链运转，提高水体的自净能力，为生态修复提供支持；（3）水体中P可以产生自重500倍的浮游植物，N可以产生自重71倍的浮游植物，C可以产生自重12倍的浮游植物，N、P是浮游植物生长的触发因子，且在藻类形成过程中C:N:P的质量消耗比约为35:7:1。
在除藻中，利用除蓝藻剂进行除藻。除蓝藻剂进入水体后可改变细胞膜电位，直接与藻体蛋白质结合或取代Mg2+，使细胞体片层结构松散或破坏，细胞膜皱折、内容物外渗，细胞体濒于解体，光合作用无法正常进行，叶绿素含量逐步下降。水体中的超标氮、磷被大量吸附，使蓝藻的存活缺少生长因子，藻细胞因为失去光合作用和营养物质逐步死亡，在吸附作用下沉降积累到底层。当藻类死亡沉底后，在除藻剂的催化作用下，促进藻毒素的降解，加快藻类原生质分解为N、P等营养物质，加速微生物繁殖与生长，使水体及底泥中营养物质逐步转化，成为其它浮游生物的营养源被利用，再由鱼类利用带出水体，达到生物修复的目的。
由于溶解氧是水中生物呼吸所必不可少的，也是保证水中有机物进行无机化分解所必须的，因此在湖泊污染较大的区域以及污染物入口处布置纳米富氧曝气装置，使原水域的土著微生物恢复活力。通过纳米富氧曝气技术，进一步削减氨氮浓度。
在激活酶和微生物活性时，依然需要纳米储氢-储氧材料参与。该箱体装置中的核心材料具强大的极性和磁性，具有储氢储氧的功能，能携带自然环境中的氢氧离子于下覆水体、底层，为好氧生物提高活力增加水体中的溶氧量；具有强大的比表面积和超强催化功能，能够激活多种酶活性，激发微生物活力；能促进营养物质的转化利用，大幅度减少氨氮、磷等物质在底层的残留量。
本方案在构建垂直结构时，构建后通过自然净化的方式，恢复水体。
利用湖泊中原本的微生物（即土著微生物），进行水质提升，其与外源人为投放生物菌有着相生相克的本质差别。
由于湖库水深度、污染程度重等直接影响到水体多种生物的生存和繁殖，一些土著微生物濒临消失，极大地影响水质污染物质去除和水体自净能力。为此，筛选、驯化、培养土著微生物对于消除污染物质，吸收利用营养物质，提升水体净化功能，实现污染物质的无害化转移和资源化利用。先采集湖库本底泥水，从中筛选、驯化土著微生物，投入微生物培养基，针对性培养繁殖微生物优势种群，再投入湖泊中，恢复水体自净能力。
在构建水生植物群落时，根据不同水深及季节，选择沉水植物、挺水植物、浮叶植物进行搭配，在有需要景观效果或特殊水体的项目上配备必要的生态浮岛。
本方案中，沉水植物选择包括苦草、黑藻、微齿眼子菜、篦齿眼子菜、竹叶眼子菜、狐尾藻、金鱼藻、伊乐藻等的一种或多种搭配。密度根据不同种类在60~150株/m2之间。
本方案中，挺水植物包括风车草、芦苇、蒲草、千屈菜、水葱、再力花、荷花、菖蒲、梭鱼草、灯芯草、旱伞草等的一种或多种搭配。密度根据不同种类在1~30株/m2之间。
本方案中，浮叶植物包括睡莲、荇菜、水鳖、芡实等。密度根据不同种类在1~5株/m2之间。
生态浮岛是把特轻型生物载体按不同的设计要求，拼接、组合、搭建成所需要的面积或几何形状，放入受损水体中，将经过筛选、驯化的吸收水中有机污染物功能较强的水生（陆生）植物，植入预制好的漂浮载体种植槽内，让植物在类似无土栽培的环境下生长，植物根系自然延伸并悬浮于水体中，吸附、吸收水中的氨、氮、磷等有机污染物质，为水体中的鱼虾、昆虫和微生物提供生存和附着的条件，同时释放出抑制藻类生长的化合物。在植物、动物、昆虫以及微生物的共同作用下使环境水质得以净化，达到修复和重建水体生态***的目的。
本方案中，种植植物包括水芹菜、空心菜、茭白、茨菇等有食用价值的植物及车草、芦苇、蒲草、千屈菜、水葱、再力花、荷花、菖蒲、梭鱼草、灯芯草、旱伞草等观赏性植物的一种或多种搭配。密度根据不同种类在1~30株/m2之间。
在构建水生动物群落时，要形成食物网链。根据“经典生物操纵理论”和“非经典生物操纵理论”结合水体中实际鱼类群落结构决定投放鱼类的种类和数量构建水生态***，得到健康水循环。
“经典生物操纵理论”，即通过调整鱼类群落结构，减少食浮游生物的鱼类，从而壮大浮游动物的种群，从而控制藻类的过量繁殖，提高水体透明度，改善水质，即通过放养肉食性鱼类或者捕杀浮游动物食性鱼类，以此壮大浮游动物种群，增加对浮游植物的摄食压力，浮游动物作为浮游植物的直接捕食者，其作用在藻类上的“下行效应”。
“非经典生物操纵理论”，即控制凶猛鱼类生物量，放养食浮游生物食性鱼类，利用其特殊的摄食特性、消化机制直接牧食蓝藻水华种类，其核心目标定位是控制蓝藻水华。在非经典生物操纵应用实践中，鲢、鳙以人工繁殖存活率高、存活期长、食谱较宽，以及在湖泊中不能自然繁殖，种群容易控制，生物操纵稳定性好等优点成为最常用的种类。
本方案中，鱼类包括鲢鱼、鳙鱼、乌鳢、鳜鱼、鲈鱼、黄颡鱼、黄尾密鲴、青鱼等的一种或多种。放养密度为1尾/100m2～1尾/1000m2。
另外，还构建底栖生物群落。例如投入壳类底栖生物，在有机物降落的底泥表层区域，一些双壳类只摄取它们所在穴居地的沉积物，而一些动物则有专门的器官从水-泥界面获取食物，腹足类牧食有机碎屑。这种牧食方式的最终结果就是形成大量粪便颗粒并沉积在底泥表层。很多动物喜欢消化这些粪便颗粒，这些颗粒每通过一次底栖动物的消化道，其表面覆盖的一层微生物就被剥去，当它再次暴露于环境中时，微生物又会对其加以利用，就这样被一级级消费者和分解者摄取、利用和分解。通过这种方式一些无脊椎动物难以消化的植物物质如纤维素和木质素就很快地分解。大型底栖动物不断掘穴和排出粪便使得水体沉积物的表层几厘米的周转率非常高。这一过程称之为“生物搅拌”，它将有机质以更细小的颗粒混入沉积物，最终被中小型底栖动物所利用。另外，大型底栖动物还可清除沉水植物表面的附生生物覆盖层，促进水生植物的生长。
本方案中，底栖生物包括梨形环棱螺、铜锈环棱螺、褶纹冠蚌、无齿蚌、三角帆蚌等的一种或多种。螺类密度2~10g/m2，蚌类密度20~40g/m2。
在恢复维护中，即通过对微生物种群、鱼类群落、高等水生植物群落、底栖生物群落优化调控，使水生态***结构合理、健康，充分发挥作用，稳定、长效运行。
上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、先进行水生态基础条件建设和水质提升；
所述的水生态基础条件建设中，将纳米储氢-储氧材料、催化材料置于缓释箱内，将缓释箱置于湖库底层区域，其携带自然环境中的氢氧离子于下覆水体、底层，为好氧生物提高活力增加水体中的溶氧量；
所述的水质提升，于缓释箱中还装有催化材料，激活水体中的酶活性、微生物活力，同时在湖泊污染较大的区域布置纳米富氧曝气装置；
S2、再进行水生态***构建；
通过水生植物构建、水生动物构建、微生物构建构成垂直结构，从而形成水生植物群落、水生动物群落、微生物群落；
所述水生植物构建，包括沉水植物构建、挺水植物构建、浮叶植物构建。
2.根据权利要求1所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的释放箱中的纳米储氢-储氧材料、催化材料每6~12个月更换一批。
3.根据权利要求2所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的水生植物构建，包括沉水植物构建、挺水植物构建、浮叶植物构建；
所述的微生物构建，采集湖泊底部的泥水，筛选出微生物，投入微生物培养基中进行大量培养，最后投入湖中。
4.根据权利要求3所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的水生植物构建中，还包括生物浮岛构建，即先将水生植物置于搭建好的漂浮载体上，然后进行无土栽培，将栽培后形成的生物浮岛抛于湖中。
5.根据权利要求4所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的垂直结构构建时，要形成食物链，让水生态形成平衡。
6.根据权利要求5所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的水生态基础条件建设前，还需要诊断分析；
诊断分析的内容包括：确定湖泊的生态服务功能；分析污染物的主要来源；根据污染物数量，确定恢复所需时间；根据水体环境容量，确定污染物排放削减的幅度和数量。
7.根据权利要求6所述的一种湖库水生态***构建的方法，其特征在于：所述的垂直结构形成后，还需要进行水生态修复；
所述的水生态修复，即人为调控水生植物群落、水生动物群落、微生物群落。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210518 |
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