CN217677008U - 一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，包括生态浮板、微生态模块、挺水植物种植模块；生态浮板由多个浮板单元拼接组成；微生态模块有多个，悬于生态浮板外边缘的浮板单元的下方；微生态模块包括悬挂式种植模块和生物反应器；悬挂式种植模块包括网格笼、设于网格笼内的隔网、填充于网格笼内的填料，悬挂式种植模块用于种植沉水植物；生物反应器包括固定于浮板单元下方的筛网笼，筛网笼内用于培养食藻虫；挺水植物种植模块设于生态浮板上。本实用新型所述的生物孵化净水平台能够改善水体生态系统缺失问题，对人工景观封闭水体的水体浑浊和富营养化有着极大的改善作用，且治理成本低。

Description

一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台

技术领域

本实用新型属于生态修复技术领域，尤其是涉及一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台。

背景技术

城市景观水体多为天然形成的或者人工建造的封闭水体，由于由平原生态系统转变为清水型生态系统，面临的首要问题是水生态系统的缺失，并且加上周围居民生活对水体生态系统的影响，大部分会出现污染问题，例如：水体透明度显著降低，水体呈现绿色浑浊；湖泊生态系统严重失调，丧失水体自净能力；夏季温度较高导致水体中藻类大规模爆发，水体发臭，色度升高；由于游客投喂鱼类及鸟类，导致水体表面及水底出现很多食物垃圾。

目前，针对河湖的治理，已有食藻虫修复生态系统技术和沉水植物如四季常绿矮型苦草的大规模种植手段，来实现水体的自净能力的有效恢复。但是现有的食藻虫修复生态系统技术，存在食藻虫早期容易被天敌捕食，投加成本高的问题。沉水植物种植在众多工程应用中，存在成活率较低的问题。现有技术中采用的抽出治理水体、清理淤泥、消毒底泥来大面积种植沉水植物和投放食藻虫的方式，工程量巨大，造成人力和物力的浪费。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述问题，本实用新型提出了一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，改善了食藻虫早期易被捕食、沉水植物成活率低、工程量巨大、治理成本高的问题，能够高效的改善水体生态系统缺失问题，对人工景观封闭水体的水体浑浊和富营养化有着极大的改善作用。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，包括：

生态浮板，所述生态浮板由多个浮板单元拼接组成，生态浮板可漂浮在水面上；

微生态模块，所述微生态模块有多个，悬于所述生态浮板外边缘的浮板单元的下方；所述微生态模块包括悬挂式种植模块和生物反应器；所述悬挂式种植模块包括网格笼、设于所述网格笼内将所述网格笼内空间分隔成多个区域的隔网、填充于所述网格笼内的填料，所述悬挂式种植模块用于种植沉水植物，沉水植物的根系固定于所述填料内，茎叶部分由网格笼内伸出；所述生物反应器包括固定于浮板单元下方的筛网笼，所述筛网笼内用于培养食藻虫；采用将微生态模块设于生态浮板外边缘位置的方式可提高沉水植物的存活率，且方便收割沉水植物，同时也可为筛网笼内培养食藻虫的操作提供便利；

挺水植物种植模块，所述挺水植物种植模块设于所述生态浮板上。

进一步的，所述网格笼包括外层的硬质网和铺设于所述硬质网内侧的内衬网；所述硬质网的硬度为80～100洛氏硬度，起到一个支撑的作用；所述内衬网的孔径为3～5mm，起到防止内部填料漏出的作用；所述硬质网的孔径大于所述内衬网的孔径。网格笼的孔径大小要满足不泄漏填料，同时又可以让沉水植物的茎叶部分伸出的要求。

进一步的，所述硬质网的材质为ABS或PC热塑性塑料材质；所述内衬网的材质为尼龙、聚乙烯或聚氯乙烯材质；所述隔网为活性炭网；所述填料为火山岩。

进一步的，所述筛网笼的材质为尼龙，所述筛网笼的规格为150～200目。使用时，调整筛网笼，不要聚堆打结，放入待处理水体深水区使其漂浮；根据目标水体总水量，投放适量的食藻虫，培养至适宜密度进行释放。食藻虫富集于筛网笼内，可有效抵御天敌的捕食以及避免与大型浮游生物之间的竞争关系，减少初期投加的生物量损失；也可使食藻虫事先适应水域环境，当食藻虫增殖至100-600mg/L时，再释放到周围水域。

进一步的，所述浮板单元上设有贯穿孔；所述筛网笼设于所述浮板单元的贯穿孔对应的区域下方，所述筛网笼内腔与所述贯穿孔连通，即可通过贯穿孔投加或释放食藻虫。

进一步的，所述悬挂式种植模块围绕所述筛网笼设置。即安装有微生态模块的浮板单元中，生物反应器位于中间位置，悬挂式种植模块围绕在生物反应器的四周，此种分布方法，生物反应器内的食藻虫可在短时间内抑制并减少浮游植物密度，提高透明度，给沉水植物生长营造良好环境，可促进沉水植物生长，加快对水体氨氮的吸收。

进一步的，所述浮板单元上设有贯穿孔；所述挺水植物种植模块有多个，分布于未安装所述微生态模块的浮板单元上；所述挺水植物种植模块包括设于所述浮板单元下端面的花篮、填充于所述花篮内的基质，所述挺水植物种植模块内种植有挺水植物，所述挺水植物的根系固定于所述基质内，茎叶部分穿过所述浮板单元上的贯穿孔，伸出于生态浮板上方。

进一步的，所述基质由陶粒和好氧反硝化细菌固定化颗粒组成，所述好氧反硝化细菌固定化颗粒的直径为1～1.5cm，所占体积为所述基质总体积的2％～5％。

进一步的，挺水植物选自美人蕉、香蒲、梭鱼草、菖蒲、水葱、千屈菜或黄花鸢尾中的一种或多种；沉水植物选自狐尾藻、矮型苦草、菹草或轮叶黑藻中的一种或多种。具体植物种类根据现场具体条件确定。

进一步的，所述生态浮板为矩形；所述微生态模块有两个，对称的设于所述生态浮板的对角上的两个浮板单元的下方，其余浮板单元上设有所述挺水植物种植模块；或所述微生态模块有四个，对称的设于所述生态浮板的四个角上的浮板单元的下方，其余浮板单元上设有所述挺水植物种植模块。

本实用新型还提供了生物孵化净水平台进行原位修复水生态系统的修复方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将未投放食藻虫、未种植沉水植物和挺水植物的生物孵化净水平台先放置于受污染的水体中，进行挂膜，使水下部分形成生物膜；此阶段称为挂膜期，可大大增加微生物的附着面积，提高微生物的附着量，提高生物孵化净水平台对水体处理的稳定性和水体生态修复的效果；

S2、挂膜后，采用模块下沉法栽种沉水植物，将沉水植物的秧苗种植于悬挂式种植模块中，再将悬挂式种植模块悬挂于生态浮板上，组装好生物孵化净水平台后，置于问题水域中，在挺水植物种植模块内栽种挺水植物；在生物反应器内投放食藻虫；

S3、生物孵化净水平台的运行模式为构建水生态系统的运行模式，在生物反应器内食藻虫增殖至100～600mg/L时，将食藻虫释放到周围水域，并定期向生物反应器内补充食藻虫，直至水体透明度达到修复要求可停止补充；生物反应器释放食藻虫后；生物反应器释放食藻虫后，向水域中投加水生动物，包括鱼类、虾类、贝类、螺类和/或蚌类等；这样的目的是富集培养的食藻虫通过定期释放来抑制蓝藻生长，改善水体的理化性质，提高水体的透明度；沉水植物取代蓝藻进行水下光合作用，释放大量溶解氧，和挺水植物共同吸收水体中过多的氮、磷等污染物质，建立适宜的栖息和生长环境，配合后期水生动物的投放，建立起较为完善的水生动植物生态系统；

S4、对构建的水生态系统进行后期维护，包括定期修剪生物孵化净水平台上种植的沉水植物和挺水植物，并清理水面漂浮的枯萎水生植物。

相对于现有技术，本实用新型所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台及修复方法具有以下优势：

(1)本实用新型所述的生物孵化净水平台在受污染的水体中，能够高效的改善水体生态系统缺失问题，对人工景观封闭水体的水体浑浊和富营养化有着极大的改善作用，能够高效除藻、脱氮、除磷、降低COD等污染物，同时具有结构紧凑、占地小、易于运输、方便安装、稳定性高、后期维护简单、管理方便、景观效果好和为水生动物提供栖息繁衍的场所等优点，对改善受污染水体水质及重建水体生态系统有着极大积极作用；

(2)本实用新型所述的生物孵化净水平台将景观设计与水体生态修复相结合，构建出以生物孵化净水平台为基础的水生动植物生态系统，通过控制食藻虫的投加量和改变沉水植物的种植方式，不需要施工队通过消毒底泥来大面积种植沉水植物和投放食藻虫，治理成本低、治理效果好，形成耐物性水域生态系统，可使水域长期保持自我稳定，并提高水体景观观赏性；

(3)本实用新型所述的生物孵化净水平台通过生物反应器可阻断天敌和大型浮游生物的竞争，富集食藻虫，既可以定期释放食藻虫来抑制蓝藻生长，改善水体的理化性质，又可有效减少大水域面积下的投加成本；

(4)本实用新型所述的悬挂式种植模块将传统的沉水植物水平种植方式进行改进，可以控制沉水植物的种植深度，减少水体透明度对其成活率的影响，提高了对悬浮空间的充分利用；并且由于火山岩和活性炭网具有高效的吸附能力，可大大增加生物膜的表面积，提高微生物的种类及数量，增加了生物孵化净水平台稳定性以及使用寿命；

(5)本实用新型所述的安装有微生态模块的浮板单元中，生物反应器位于中间位置，悬挂式种植模块围绕在生物反应器的四周，此种分布方法，生物反应器内的食藻虫可在短时间内抑制并减少浮游植物密度，提高透明度，给沉水植物生长营造良好环境，可促进沉水植物生长，加快对水体氨氮的吸收；

(6)本实用新型所述的花篮中铺设有陶粒和好氧反硝化细菌固定化颗粒，也增加了微生物的附着量，和传统的浮岛花篮不同，该生物孵化净水平台提高了浮床对水体处理的稳定性和水体生态修复的效果。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的生物孵化净水平台的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的生物反应器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的悬挂式种植模块结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的生物孵化净水平台4个月内对总氮的去除效果图；

图5为本实用新型实施例所述的生物孵化净水平台4个月内对总磷的去除效果图；

图6为本实用新型实施例所述的生物孵化净水平台4个月内对高锰酸盐指数的去除效果图；

图7为本实用新型实施例所述的生物孵化净水平台4个月内对氨氮的去除效果。

附图标记说明：

1-生态浮板；2-微生态模块；3-挺水植物种植模块；4-浮板单元；5-贯穿孔；6-悬挂式种植模块；7-生物反应器；8-网格笼；9-隔网；10-沉水植物；11-筛网笼；12-花篮；13-挺水植物。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1到3所示，原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，包括生态浮板1、微生态模块2、挺水植物种植模块3；

生态浮板1为由多个浮板单元4拼接组成的矩形结构，浮板单元4也为矩形结构，其中心位置设有贯穿孔5；

微生态模块2包括悬挂式种植模块6和生物反应器7；悬挂式种植模块6包括网格笼8、设于网格笼8内将网格笼8内空间分隔成多个区域的隔网9、填充于网格笼8内的填料；网格笼8包括外层的硬质网和铺设于硬质网内侧的内衬网；硬质网的材质为ABS或PC热塑性塑料材质，内衬网的材质为尼龙、聚乙烯或聚氯乙烯材质，隔网9为活性炭网，填料为火山岩；硬质网的硬度为80～100洛氏硬度，内衬网的孔径为3～5mm，硬质网的孔径大于内衬网的孔径；悬挂式种植模块6用于种植沉水植物10，沉水植物10的根系固定于填料内，茎叶部分由网格笼8内伸出，沉水植物10选自狐尾藻、矮型苦草、菹草或轮叶黑藻中的一种或多种；生物反应器7包括筛网笼11，筛网笼11的材质为尼龙，规格为150～200目，筛网笼11内用于培养食藻虫；

微生态模块2有四个，对称的设于生态浮板1的四个角上的浮板单元4的下方；筛网笼11设于浮板单元4的贯穿孔5对应的区域下方，筛网笼11内腔与贯穿孔5连通；悬挂式种植模块6围绕筛网笼11设置；

挺水植物种植模块3有多个，分布于未安装微生态模块2的浮板单元4上；挺水植物种植模块3包括设于浮板单元4下端面的花篮12、填充于花篮12内的基质；基质由陶粒和好氧反硝化细菌固定化颗粒组成，好氧反硝化细菌固定化颗粒的直径为1～1.5cm，所占体积为基质总体积的2％～5％；挺水植物种植模块3内种植有挺水植物13，挺水植物12的根系固定于基质内，茎叶部分穿过浮板单元4上的贯穿孔5，伸出于生态浮板1上方；挺水植物13选自美人蕉、香蒲、梭鱼草、菖蒲、水葱、千屈菜或黄花鸢尾中的一种或多种。

生物孵化净水平台进行原位修复水生态系统的修复方法，包括如下步骤：

S1、将未投放食藻虫、未种植沉水植物和挺水植物的生物孵化净水平台先放置于受污染的水体中，人工挂膜15天，使水下部分中火山岩、活性炭网、陶粒和好氧反硝化固定化颗粒形成生物膜；此阶段称为挂膜期；

S2、挂膜后，采用模块下沉法栽种沉水植物，将沉水植物的秧苗种植于悬挂式种植模块6中，再将悬挂式种植模块6悬挂于生态浮板1上，组装好生物孵化净水平台后，置于问题水域中，在挺水植物种植模块3内栽种挺水植物13；在生物反应7器内投放食藻虫；

S3、生物孵化净水平台的运行模式为构建水生态系统的运行模式，在生物反应器7内食藻虫增殖至100-600mg/L时，将食藻虫释放到周围水域，并定期向生物反应器7内补充食藻虫，直至水体透明度达到修复要求可停止补充；生物反应器释放食藻虫后；生物反应器7释放食藻虫后，向水域中投加水生动物，包括鱼类、虾类、贝类、螺类和/或蚌类等；

S4、对构建的水生态系统进行后期维护，包括定期修剪生物孵化净水平台上种植的沉水植物10和挺水植物13，并清理水面漂浮的枯萎水生植物。

本实用新型旨在通过构建以生物反应器和悬挂式种植模块相结合的小型微生态系统为核心的生物孵化净水平台，通过富集浮游动物和种植沉水植物，以及后期投放大型水生动物群落净化系统等，完善水下食物链，改善景观水体水质，满足项目水体生态修复的需求。

本实施例的施工地址选为天津滨海新区渤龙湖，水域原有乡土植物芦苇在水岸生长茂密，水体总面积为2800m²，主要采用雨水和自来水作为补充水源，该水域每年6-8月微藻爆发。在未进行水体修复前，该片水域各项水质指标如下：氨氮为1.5mg/L，总磷为0.34mg/L，高锰酸盐指数为9.81mg/L，总氮为3.29mg/L。

修复过程包括：生物孵化净水平台的构建、水生动物投放和后期水生态系统的维护。

1.生物孵化净水平台的构建：

如图1到3所示，生物孵化净水平台包括生态浮板1、微生态模块2、挺水植物种植模块3；

将生物孵化净水平台各部分置于受污染的水体中，挂膜15天；

生态浮板1由多个浮板单元4拼接组成，浮板单元4中心位置设有贯穿孔5；

微生态模块2由悬挂式种植模块6和生物反应器7组成；

悬挂式种植模6块包括网格笼8、设于网格笼8内将网格笼8内空间分隔成多个区域的隔网9、填充于网格笼8内的火山岩；网格笼8包括外层的硬质网和铺设于硬质网内侧的内衬网；硬质网采用洛氏硬度(HR)为100的ABS材质，内衬网采用孔径为4mm的尼龙渔网，隔网9为活性炭网；采用模块下沉栽种法将秧苗固定在悬挂式种植模块6内，再将悬挂种植模块6悬挂到生态浮板1的四个角上的浮板单元4的下方；

生物反应器7包括筛网笼11，筛网笼11的材质为尼龙，规格为160目，筛网笼11为顶端敞口的网兜形式，筛网笼11的顶端固定在生态浮板1的四个角上的浮板单元4的贯穿孔5对应的区域下方，悬挂种植模块6围绕筛网笼11设置；调整网兜不要聚堆打结，放入待处理水体深水区使其漂浮。将生物孵化净水平台放置到问题水域，在每个生物反应器7中投放150只食藻虫，在培养至100～600mg/L时可进行释放。筛网笼11可以重复使用，可以再次作为富集食藻虫的生物反应器7；

挺水植物种植模块3有多个，分布于未安装微生态模块2的浮板单元4上；挺水植物种植模块3包括设于浮板单元4下端面的花篮12、填充于花篮12内的基质；基质由陶粒和好氧反硝化细菌固定化颗粒组成，好氧反硝化细菌固定化颗粒的直径为1.2cm，所占体积为基质总体积的3％；花篮12上长有挺水植物13，挺水植物13的根系固定到基质内，茎叶部分通过贯穿孔5伸出水面上；

水生植物种植是生态修复、展现景观观赏性的重要工程部分，因此生态孵化净水平台的水上部分的挺水植物13选择为黄花鸢尾，水下部分的沉水植物10选择为矮型苦草。

2.水生动物投放：

生物孵化净水平台的运行模式更改为以构建水生态系统为目的的运行模式后，在生物反应器7内食藻虫增殖至100～600mg/L时，将食藻虫释放到周围水域；投加水生动物，包括鱼类、虾类、贝类、螺类和蚌类等。

3.后期的生态系统维护：

定期修剪生物孵化净水平台上种植的沉水植物10和挺水植物13，并清理水面漂浮的枯萎水生植物，保持水面整洁，定期对生态系统进行检测，巩固水生态系统的稳定，保持水体自净效应。

天津滨海新区渤龙湖为中国空间技术研究院的小型景观湖，在处理水域和对照水域湖边分别设置采样点，对水质进行监测，各项指标变化如图4～7所示。经过4个月的调整，构建的生态系统对总磷具有很好的去除效果，去除率为82.9％，对总氮、氨氮和高锰酸盐指数的去除率分别为42.6％、52.7％和39.6％，同时水体透明度也从0.2m提高至1.2m。结果表明，天津滨海新区渤龙湖的水质明显得到改善。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于，包括：

生态浮板，所述生态浮板由多个浮板单元拼接组成；

微生态模块，所述微生态模块有多个，悬于所述生态浮板外边缘的浮板单元的下方；所述微生态模块包括悬挂式种植模块和生物反应器；所述悬挂式种植模块包括网格笼、设于所述网格笼内将所述网格笼内空间分隔成多个区域的隔网、填充于所述网格笼内的填料，所述悬挂式种植模块用于种植沉水植物，沉水植物的根系固定于所述填料内，茎叶部分由网格笼内伸出；所述生物反应器包括固定于浮板单元下方的筛网笼，所述筛网笼内用于培养食藻虫；

挺水植物种植模块，所述挺水植物种植模块设于所述生态浮板上。

2.根据权利要求1所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述网格笼包括外层的硬质网和铺设于所述硬质网内侧的内衬网，所述硬质网的硬度为80～100洛氏硬度，所述内衬网的孔径为3～5mm，所述硬质网的孔径大于所述内衬网的孔径。

3.根据权利要求2所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述硬质网的材质为ABS或PC热塑性塑料材质；所述内衬网的材质为尼龙、聚乙烯或聚氯乙烯材质；所述隔网为活性炭网；所述填料为火山岩。

4.根据权利要求1所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述筛网笼的材质为尼龙，所述筛网笼的规格为150～200目。

5.根据权利要求1所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述浮板单元上设有贯穿孔；所述筛网笼设于所述浮板单元的贯穿孔对应的区域下方，所述筛网笼内腔与所述贯穿孔连通。

6.根据权利要求5所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述悬挂式种植模块围绕所述筛网笼设置。

7.根据权利要求1所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述浮板单元上设有贯穿孔；所述挺水植物种植模块有多个，分布于未安装所述微生态模块的浮板单元上；所述挺水植物种植模块包括设于所述浮板单元下端面的花篮、填充于所述花篮内的基质，所述挺水植物种植模块内种植有挺水植物，所述挺水植物的根系固定于所述基质内，茎叶部分穿过所述浮板单元上的贯穿孔，伸出于生态浮板上方。

8.根据权利要求7所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：挺水植物选自美人蕉、香蒲、梭鱼草、菖蒲、水葱、千屈菜或黄花鸢尾中的一种或多种；沉水植物选自狐尾藻、矮型苦草、菹草或轮叶黑藻中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的原位修复水生态系统的生物孵化净水平台，其特征在于：所述生态浮板为矩形；所述微生态模块有两个，对称的设于所述生态浮板的对角上的两个浮板单元的下方，其余浮板单元上设有所述挺水植物种植模块；或所述微生态模块有四个，对称的设于所述生态浮板的四个角上的浮板单元的下方，其余浮板单元上设有所述挺水植物种植模块。

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