本發(fā)明屬于河流生態(tài)治理與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)面源污染的排放量日益增加，大量的污染物直接排入江河、湖泊，造成水體污染和富營養(yǎng)化的頻繁發(fā)生，導(dǎo)致河水黑臭，魚蝦絕跡。河流湖泊是重要的淡水資源，同時(shí)也是水源地的重要組成，它與人民的生產(chǎn)、生活以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展休戚相關(guān)，但是污染的水體不僅失去了資源功能和使用價(jià)值，而且嚴(yán)重破壞周圍的環(huán)境景觀，甚至危害到居民的健康。目前河流湖泊黑臭已經(jīng)成為我國城市中小型河流共同存在的污染問題，河流湖泊黑臭對(duì)城市的環(huán)境造成極其嚴(yán)重的影響。如何盡快解決城市河流湖泊的黑臭問題已經(jīng)成為城市環(huán)境工作的當(dāng)務(wù)之急。目前在黑臭河流湖泊治理中主要有：(1)物理法，如拆除硬質(zhì)護(hù)岸、引水沖污，底泥清污等；(2)化學(xué)法，如加入化學(xué)試劑等；(3)生物法，如種植水生植物、投加微生物菌劑等。物理法和化學(xué)法都存在投資高、容易產(chǎn)生二次污染，且也改變了生態(tài)系統(tǒng)原始的面貌。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不會(huì)對(duì)水體造成二次污染的黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法所采用的技術(shù)方案為：

一種黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法，包括水質(zhì)在線檢測、外源污染物控制、內(nèi)源污染物控制、生物多樣性恢復(fù)、生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建和遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)；水質(zhì)在線檢測，對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行水質(zhì)檢測；外源污染物控制，消減外源污染物進(jìn)入目標(biāo)水體；內(nèi)源污染物控制，對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行修復(fù)處理；生物多樣性恢復(fù)對(duì)目標(biāo)水體的微生物菌群結(jié)構(gòu)、原生動(dòng)物及低棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成和魚類種群結(jié)構(gòu)及密度進(jìn)行調(diào)整；生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建，利用人工生態(tài)浮島對(duì)岸帶挺水植物群的構(gòu)建、近岸帶浮葉植物群落恢復(fù)及沉水和浮游植物群落的構(gòu)建；遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)處理系統(tǒng)運(yùn)行工況的遠(yuǎn)程監(jiān)管和控制。

一種黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法，具體步驟為：

(1)建造人工生態(tài)浮島，轉(zhuǎn)移水中的營養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行改善；

(2)在線對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行水質(zhì)檢測，包括ph、do、水溫、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和流量指標(biāo)的監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異樣變化時(shí)采取補(bǔ)救措施，，即當(dāng)河流/湖泊水質(zhì)低于當(dāng)?shù)氐乇硭|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，遠(yuǎn)程啟動(dòng)生態(tài)浮島的曝氣裝置，通過曝氣裝置提高水體的溶解氧，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和保持河流湖泊的潔凈狀態(tài)；

(3)對(duì)河流/湖泊(天然或人工)補(bǔ)水進(jìn)行預(yù)處理，包括消減外界營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，初期雨水凈化處理及進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水；

(4)投加微源生物制劑，微源生物制劑具有固底泥，阻斷泥水交換，同時(shí)產(chǎn)生胞外酶和活性菌膜，降解底泥，抑制厭氧腐敗菌的生長，提高水體溶解氧，形成底泥中的微生態(tài)系統(tǒng)；

(5)生物多樣性恢復(fù)，通過以上幾步的實(shí)施，目標(biāo)水體得到改善，水體生物豐富、生物鏈延長，水生態(tài)系統(tǒng)初步建立，此時(shí)通過優(yōu)化微生物菌群結(jié)構(gòu)、原生動(dòng)物及低棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成和水生魚類種群結(jié)構(gòu)及密度的調(diào)控，達(dá)到水體表面干凈，無異味，逐步向清澈轉(zhuǎn)變，魚群活躍，能夠依靠水體的食物鏈進(jìn)行生存繁衍；

(6)生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建，通過挺水植物群的構(gòu)建、近岸帶浮葉植物群落恢復(fù)及沉水和浮游植物群落的構(gòu)建增加空間生態(tài)位、抑制生物性和非生物性懸浮物，改善水下光照和溶解氧條件；

(7)遠(yuǎn)程控制監(jiān)測，采用rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備集成了模擬信號(hào)采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、計(jì)數(shù)和無線數(shù)據(jù)通信，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g無線數(shù)據(jù)通信于一體，能夠直接接入傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號(hào)、儀表輸出的模擬信號(hào)、電平信號(hào)、干觸點(diǎn)、脈沖信號(hào)，利用水質(zhì)監(jiān)測裝置對(duì)水體的ph、do、水溫、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、流量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備與曝氣裝置連接，通過遠(yuǎn)程操作設(shè)備遠(yuǎn)程控制曝氣裝置的啟動(dòng)或停止。

建立人工生態(tài)浮島時(shí)采用多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)黑色河流不同的形成原因?qū)觾?nèi)填料進(jìn)行組配，以實(shí)現(xiàn)加快對(duì)生物生態(tài)的修復(fù)和增加生物的多樣性。

rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備為固定的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或移動(dòng)的控制終端。

曝氣裝置可以采用納米氣泡發(fā)生裝置。納米氣泡發(fā)生裝置產(chǎn)生的納米氣泡向水體充氧，并攪動(dòng)水流，提供填料及水生植物所需的溶解氧和水力條件，在好氧條件下填料表面附著生長生物膜，納米氣泡在水中上升速度慢，停留時(shí)間長，溶解效率高，并具備自增氧、帶負(fù)電荷和富含強(qiáng)氧化的特性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)方法，強(qiáng)調(diào)以生態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以接近自然、模擬自然、生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)為建設(shè)理念，充分考慮動(dòng)植物的生存環(huán)境，將人工系統(tǒng)與大自然有機(jī)結(jié)合起來，以求人與自然和諧共處。

(2)本發(fā)明應(yīng)用外源污染物控制、內(nèi)源污染物控制、生物多樣性恢復(fù)、生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建等手段，減少污染物的流入，促進(jìn)自然水體恢復(fù)自我修復(fù)功能，強(qiáng)化水體的自凈能力，構(gòu)建完整的食物網(wǎng)鏈和生態(tài)可持續(xù)系統(tǒng)，抑制藻類和厭氧缺氧的腐敗菌的生長，達(dá)到維持和改善水質(zhì)的目的，使得水體能夠形成一個(gè)可自我維持、良性循環(huán)、具有生命力的生態(tài)系統(tǒng)。

(3)投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)適用，對(duì)治理黑臭水體有特效，該技術(shù)能在較短時(shí)間內(nèi)消除水體的黑臭現(xiàn)象，恢復(fù)水體生態(tài)功能，并能長期維持水體的治理效果，是一種安全的黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明人工生態(tài)浮島的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

一種黑臭河流生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)集成方法，包括如下步驟：

(1)建立人工生態(tài)浮島，對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行改善；

(2)通過rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備和水質(zhì)檢測裝置在線檢測目標(biāo)水體的污染指標(biāo)，包括ph、do、水溫、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和流量指標(biāo)的監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異樣變化時(shí)采取補(bǔ)救措施，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和保持河流湖泊的潔凈狀態(tài)；以便制定適宜的治理工藝，了解治理后改善的情況和取得的效果，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以進(jìn)一步改善和提高水體水質(zhì)；

(3)補(bǔ)水進(jìn)行預(yù)處理，包括消減外界營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，初期雨水凈化處理進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水；

(4)投加微源生物制劑，微源生物制劑具有固底泥，阻斷泥水交換，同時(shí)產(chǎn)生胞外酶和活性菌膜，降解底泥，抑制厭氧腐敗菌的生長，提高水體溶解氧，形成底泥中的微生態(tài)系統(tǒng)；

(5)生物多樣性恢復(fù)，通過以上幾步的實(shí)施，目標(biāo)水體得到改善，水體生物豐富、生物鏈延長，水生態(tài)系統(tǒng)初步建立，此時(shí)通過優(yōu)化微生物菌群結(jié)構(gòu)、原生動(dòng)物及低棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成和水生魚類種群結(jié)構(gòu)及密度的調(diào)控，達(dá)到水體表面干凈，無異味，逐步向清澈轉(zhuǎn)變，魚群活躍，能夠依靠水體的食物鏈進(jìn)行生存繁衍；

(6)生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建，通過挺水植物群的構(gòu)建、近岸帶浮葉植物群落恢復(fù)及沉水和浮游植物群落的構(gòu)建增加空間生態(tài)位、抑制生物性和非生物性懸浮物，改善水下光照和溶解氧條件，為形成復(fù)雜的食物鏈提供食物、場所和其他必要條件，是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)，其中挺水植物群的構(gòu)建主要是通過在淺水區(qū)種植挺水植物(包括香蒲、蘆葦、菖蒲或黑三棱等)；近岸帶浮葉植物群落恢復(fù)主要通過在水面上投放浮葉植物(包括槐葉萍、浮萍、滿江紅等)；沉水和浮游植物的構(gòu)建主要是通過在水底投放沉水植物(包括水毛茛、金魚草、茨藻或狐尾藻等)和在水中投放浮游植物(主要包括浮游藻類)；

(7)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程控制監(jiān)測，采用rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備集成了模擬信號(hào)采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、計(jì)數(shù)和無線數(shù)據(jù)通信，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g無線數(shù)據(jù)通信于一體，能夠直接接入傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號(hào)、儀表輸出的模擬信號(hào)、電平信號(hào)、干觸點(diǎn)、脈沖信號(hào)，利用水質(zhì)監(jiān)測裝置對(duì)水體的ph、do、水溫、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、流量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備與氣泡發(fā)生裝置連接，通過遠(yuǎn)程操作設(shè)備遠(yuǎn)程控制氣泡發(fā)生裝置的啟動(dòng)或停止。

如圖2和圖3所示，人工生態(tài)浮島包括支架，支架包括上支架1和下支架2，上下支架之間通過連接件3連接，上支架1為大圓形框架10，在大圓形框架10內(nèi)設(shè)置有同心的中心圓框架12，中心圓框11與大圓形框架10之間均布相切的小圓形框架12，這些框架的相切處設(shè)置有浮子13，在中心圓框架的圓心處設(shè)置有浮筒14，浮筒14中空，上開孔，可以裝入沙子等重物，用塞子封閉，通過調(diào)整裝入沙子的重量對(duì)整個(gè)裝置在水中的位置進(jìn)行微調(diào)，浮筒14通過固定架與支架連接固定，下支架2與上支架1的形狀相同只是沒有安裝浮子13和浮筒14，上支架1固定有多個(gè)浮子13，使得支架能夠漂浮在水面上，支架內(nèi)部由下至上填充有碳素纖維膜層15、懸浮填料層16和海綿基質(zhì)層17，各層之間設(shè)置有隔網(wǎng)，海綿基質(zhì)層17種植有水生植物18，如蘆葦、香蒲、美人蕉等，碳素纖維膜層15內(nèi)放置有微生物菌群，碳素纖維的細(xì)孔結(jié)構(gòu)不同于活性炭，碳素纖維微孔豐富且孔徑分布集中(0.5～2nm)，微孔體積占總體積的90％左右，比表面積大，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有含氧官能團(tuán)，懸浮填料層16可以形成生物膜，浮筒14上設(shè)置有氣泡發(fā)生裝置4、水質(zhì)檢測裝置5和rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備6，氣泡發(fā)生裝置4的曝氣口8設(shè)置在碳素纖維膜層15的下側(cè)，且與水體底部的底泥層具有一定的距離，以避免攪起底泥，氣泡在向水體充氧時(shí)攪動(dòng)水流，提供填料及水生植物18所需的溶解氧和水力條件，在好氧條件下填料表面附著生物膜，生物膜主要由真菌、細(xì)菌、菌膠團(tuán)及其產(chǎn)生的胞外多聚物組成，這些微生物能以水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)，將其氧化分解成無害的無機(jī)物，同時(shí)能氧化水中溶解態(tài)的鐵、錳，使其沉淀，并去除氣泡發(fā)生裝置4產(chǎn)生的極細(xì)氣泡，氣泡在水中上升速度慢、停留時(shí)間長、溶解效率高，并具備自增氧、帶負(fù)電荷和富含強(qiáng)氧化性的自由基等特性，同時(shí)氣泡的水對(duì)動(dòng)植物都具有促進(jìn)生物活性的作用，氣泡發(fā)生裝置4、水質(zhì)檢測裝置5均與rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備6連接，rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備6通過無線信號(hào)與遠(yuǎn)處的遠(yuǎn)程操作設(shè)備連接，通過rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備6啟動(dòng)或關(guān)閉水質(zhì)檢測裝置5與氣泡發(fā)生裝置4；為了增加支架內(nèi)各層的整體強(qiáng)度，減少水流損壞，上支架連接有下垂的柔性的繩體7，繩體7貫穿各層對(duì)各層進(jìn)行牽拉，繩體7上設(shè)置有結(jié)節(jié)9用于增加與各層物料的牽拉面積；支架為pvc管、pe管、不銹鋼管或玻璃鋼管；同時(shí)在圓形框架鏈接間隙處種植浮游植物，形成不同形狀、構(gòu)造及植物類型，從而吸引野生動(dòng)物在此棲息，增加生物多樣性，加快生物生態(tài)修復(fù)過程；rtu無線遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備6集成了模擬信號(hào)采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、計(jì)數(shù)和無線數(shù)據(jù)通信，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，rs485通信和4g/3g/2g無線數(shù)據(jù)通信于一體，能夠直接接入傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號(hào)、儀表輸出的模擬信號(hào)、電平信號(hào)、干觸點(diǎn)和脈沖信號(hào)，遠(yuǎn)程操作設(shè)備為固定的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或移動(dòng)的控制終端。

本發(fā)明專利針對(duì)目前黑臭河流湖泊修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)，該技術(shù)以“外源污染物控制技術(shù)/內(nèi)源污染物控制技術(shù)/生物多樣性恢復(fù)/生態(tài)可持續(xù)構(gòu)建聯(lián)用技術(shù)”為主，以水生動(dòng)植物為輔，外加水質(zhì)監(jiān)測及遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)的綜合治理措施。這套系統(tǒng)中的各項(xiàng)技術(shù)可根據(jù)受污染水體的程度不同而進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)自然水體恢復(fù)自我修復(fù)功能，強(qiáng)化水體的自凈能力。