一种阶梯式水体修复系统的制作方法

本发明属于水体修复技术领域，涉及一种阶梯式水体修复系统。

背景技术：

目前，水体污染是当今世界面临的重大环境问题，也是我国环境保护中面临的最为重要的环境问题之一。而造成水体污染的原因主要为：1)岸边的污水直接排入，通常景观湖为封闭水体，平时水体水量、水流不高，流动性差，水体交换能力不足，有机物、氮、磷丰富造成藻类滋生，使水体发绿，发臭；2)清淤不及时导致厌氧发酵，底泥反过来污染水体，水体周边的污水直排水体，从而造成水体污染，而景观湖周边游客众多难于管理，部分人又缺少环保意识，垃圾、杂物随意倾倒现象严重；3)湖内水量、水流不高，流动性差，缺氧，而造成死水一潭，雨水收集系统建设滞后，冲刷岸边农药、垃圾等带来大量面污染随雨水携带入水体，引起水体污染；4)雨水收集系统建设滞后，带来大量面污染，水体中的部分垃圾沉入水底形成底泥，由于清淤不及时导致厌氧发酵，这些底泥反过来污染水体，引起水质恶化，同时水质恶化也加剧了底泥污染，这种相互作用、相互影响，导致了水环境整体恶化。

现今针对水体污染而进行的生态修复系统的研究已得到广泛关注，例如，申请号为201310039399.x的中国发明专利公布了一种景观水体生态修复系统，包括水域外围的水体净化区、水域中部上层的水体交换区以及水域中部中层的水体复氧区，水体经过水体复氧区增加溶解氧后进入水体交换区，水体交换区将水体推排至水体净化区，净化后的水体流至水体复氧区，往复循环直至整个水域得到净化。上述专利公布的技术方案虽然能够实现水体复氧-水体交换-水体净化往复循环原位治理模式，但该系统需要采用诸如太阳能光板、集水箱、生态基等部件来进行布设，这也增加了建造难度以及经济成本，比较适用于小范围的水体治理，而对于大范围的水体生态治理则投入成本较大。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构设计简单，材料成本低，施工和运行对外界干扰小，维护管理简便，无需外部投加化学药剂的阶梯式水体修复系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种阶梯式水体修复系统，该系统包括依斜坡坡度由上而下呈阶梯状分布设置的光催化净化区、组合型生态浮床净化区、水生植物净化区以及将光催化净化区、组合型生态浮床净化区及水生植物净化区依次串联的输水管，所述的光催化净化区、组合型生态浮床净化区及水生植物净化区依景观地地形进行组合，其中，所述的光催化净化区、水生植物净化区分别采用侧面进水方式及侧面排水方式。

所述的光催化净化区包括多条沿水道进水方向平行布设的缆绳以及多条垂直挂载在缆绳下方的光催化材料。

所述的光催化材料采用纤维填料负载纳米半导体光催化剂制备而成。

所述的纳米半导体光催化剂为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅中的一种，所述的纤维填料为丝瓜络、棕榈丝、亚麻或蕉麻的一种。

所述的纤维填料的形状为圆筒刷状结构。

所述的组合型生态浮床净化区包括多块沿水道进水方向呈阵列布设的生态浮床以及多条垂直挂载在生态浮床下方的生物接触氧化填料。

所述的生态浮床上种植有挺水植物，该挺水植物的种植密度为16-20株/m²。

所述的生物接触氧化填料的材质为聚氨脂、聚丙烯或聚乙烯醇中的一种。

所述的生物接触氧化填料的形状为串状结构。

所述的水生植物净化区中种植有挺水植物，该挺水植物的种植密度为16-20株/m²。

所述的挺水植物包括芦苇、花叶芦荻、香蒲、菖蒲、美人蕉、风车草、梭鱼草、慈姑或泽泻中的一种或多种。

本发明阶梯式水体修复系统可用于对景观区的污染水体进行修复治理。

本发明在实际设计时，水道用于对进水流向及路径进行约束，以便有效利用水源地空间，提高水力停留时间，最大限度发挥各净化单元效能。光催化净化区、组合型生态浮床净化区、水生植物净化区的位置和面积可根据水质要求、水源地地形 和理化环境特征进行调整。

本发明用于水体修复的工作原理为：在对水体进行净化时，光催化净化区主要功能是利用光催化剂在光照条件下催化氧化有机物的特性，降解有机污染物，抑制藻类生长，改善水体透明度；组合型生态浮床净化区主要功能为利用挺水植物和附着于生物接触氧化填料的生物膜改善水质，挺水植物不仅可以直接吸收和降解污染物，还可以通过促进各种微生物在其根系附着和生长实现对污染物的联合降解，同时，生物接触氧化填料由于比表面积较大，适宜各种微生物附着，填料表面经一段时间附着生物膜后，可以有效净化水体中的各种污染物；水生植物净化区主要功能为利用水生植物的水质净化功能改善并稳定水质。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明耦合光催化、生态浮床、生物接触氧化填料、植物修复四种技术的原位水质改善方案，利用太阳能、水生植物和微生物原位降解污染物，安全可靠，成本低廉，水质改善效果好；

2)系统结构设计简单，材料成本低，施工和运行对外界干扰小，无需外部投加化学药剂，安全无二次污染；

3)本发明无需外部能源驱动和原料补给，运行维护简单，节省运营成本，施工简便，进而降低了建设成本，可适应不同地形，能满足不同水量的污染处理需求，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明光催化区截面剖视图；

图3为本发明组合型生态浮床区截面剖视图；

图中标记说明：

1—斜坡、2—输水管、3—光催化净化区、31—缆绳、32—浮球、33—光催化材料、4—组合型生态浮床净化区、41—生态浮床、42—生物接触氧化填料、5—水生植物净化区、6—挺水植物。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种阶梯式水体修复系统，该系统包括依斜坡1坡度由上而下呈阶梯状分布设置的光催化净化区3、组合型生态浮床净化区4、水生植物净化区5以及将光催化净化区3、组合型生态浮床净化区4及水生植物净化区5依次串联的输水管2，光催化净化区3、组合型生态浮床净化区4及水生植物净化区5依景观地地形进行组合，其中，光催化净化区3、水生植物净化区5分别采用侧面进水方式及侧面排水方式。

如图2所示，光催化净化区3包括多条沿水道进水方向平行布设的缆绳31以及多条垂直挂载在缆绳31下方的光催化材料33；在实际设计时，将光催化材料33挂载在带有浮球32的缆绳31上，多条缆绳31以垂直于进水方向平行布置，光催化材料33在缆绳31上的挂载间距为40cm，缆绳16间距为50cm。光催化材料33采用纤维填料负载纳米半导体光催化剂制备而成，其中，纳米半导体光催化剂为纳米二氧化钛，纤维填料为丝瓜络，并且纤维填料的形状为圆筒刷状结构，是将单根直径0.4-0.6mm的丝瓜络的填料丝穿插固着在尼龙材质的中心绳上制成。

如图3所示，组合型生态浮床净化区4包括多块沿水道进水方向呈阵列布设的生态浮床41以及多条垂直挂载在生态浮床41下方的生物接触氧化填料42，该生物接触氧化填料42的材质为聚氨脂，形状为串状结构。生物接触氧化填料42的长度为1.5m，挂载密度为20条/m³，而生态浮床18上种植有挺水植物19，其种植密度为20株/m³。

水生植物净化区5中种植有挺水植物6，该挺水植物6的种植密度为18株/m²。

本实施例所采用的挺水植物6为花叶芦荻、菖蒲、风车草及梭鱼草。

在对水体进行净化时，光催化净化区3主要功能是利用光催化剂在光照条件下催化氧化有机物的特性，降解有机污染物，抑制藻类生长，改善水体透明度；组合型生态浮床净化区4主要功能为利用挺水植物6和附着于生物接触氧化填料42的生物膜改善水质，挺水植物6不仅可以直接吸收和降解污染物，还可以通过促进各种微生物在其根系附着和生长实现对污染物的联合降解，同时，生物接触氧化填料42由于比表面积较大，适宜各种微生物附着，填料表面经一段时间附着生物膜后，可以有效净化水体中的各种污染物；水生植物净化区5主要功能为利用水生植物的水质净化功能改善并稳定水质。

实施例2：

本实施例中，光催化材料33中的纳米半导体光催化剂为纳米二氧化硅，纤维填料为棕榈丝；生物接触氧化填料42的材质为聚丙烯；生态浮床41上的挺水植物6的种植密度为16株/m²，水生植物净化区5中挺水植物6的种植密度为20株/m²。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，光催化材料33中的纳米半导体光催化剂为纳米二氧化硅，纤维填料为亚麻；生物接触氧化填料42的材质为聚乙烯醇；生态浮床41上的挺水植物6的种植密度为20株/m²，水生植物净化区5中挺水植物6的种植密度为16株/m²。其余同实施例1。

实施例4：

本实施例中，光催化材料33中的纳米半导体光催化剂为纳米二氧化钛，纤维填料为蕉麻；生物接触氧化填料42的材质为聚乙烯醇；生态浮床41上的挺水植物6的种植密度为18株/m²，水生植物净化区5中挺水植物6的种植密度为18株/m²。其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。