专利名称：组合式人工鱼礁-生物栅水体净化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，涉及水质净化技术，特别是应用于城市景观水体 水质净化和生态修复的方法，更具体地说是一种组合式人工鱼礁-生物栅水体净化方法及
其装置。
背景技术：
随着城市化进程和工农业污染，城市景观水体水质呈现出明显的下降趋势，并破 坏了河道与湖泊生态系统的平衡，从而引起水体藻类暴发，导致水质恶化、味觉和嗅觉变 坏、溶解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、阻塞航道，对人和动物产生毒性，造成城市景观水 体功能的丧失，因此，采取有效措施抑制藻类滋长、改善城市景观水体水质、保障区域水利 安全、营造出人与自然和谐的水环境具有重要的意义。景观水体的水质维护主要是控制水体中的COD(化学需氧量)、NH3-N(氨氮)、 TN(总氮)和TP (总磷)的含量及藻类等的生长，保持水体的清澈、洁净和整个水域的水质。 目前，应用于景观水体治理的方法众多，包括物理法、化学法和生物法等。其中物理法就是 利用物理作用，分离污染水体中呈悬浮状态的污染物质，如采用重力分离、气浮、反渗透、离 心分离、蒸发等；化学法就是利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收污染水体中的污 染物，并使其转化为无害物质，如混凝、中和、氧化还原、吸附、电渗析、汽提、萃取等工艺，化 学法在景观水体中的主要应用包括凝聚沉淀和化学药剂杀藻法等；生物法主要包括生物接 触氧化、土地处理系统、人工湿地、投加微生物菌剂等方法。上述技术在国内外城市景观水 体的水质净化与生态修复中均有应用，并在生产应用中取得了良好的效果，但存在电耗高、 运行费用高、二次污染风险大等问题。生物栅是一种近自然生态型的水质净化技术，生物栅对水体中污染物的净化过程 是多种物理、化学和生物作用综合的结果，其中填料对水体中颗粒态污染物具有良好的阻 留、过滤、吸附、沉淀净化作用，填料上生长的大量微生物(生物膜)，在纵向上，构成了一 个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级组成的复杂生态系统，在横向上， 沿着液体到载体的方向，构成了一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型、附着厌氧型的 多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统，该区域是污染物分解、转化的功能 主体，它们与动植物共同形成复杂食物链(网)对水体中污染物质具有快速、高效的净化效 果。生物栅填料具有良好的弹性，适合于河道水体复杂多变的水动力学条件，不会造成净化 装置的堵塞和生物膜大量脱落。根据水体的污染特点、程度及净化要求，可以对生物栅进行 模块化生产，在河道与湖泊水体中进行灵活布置。人工鱼礁能为鱼虾及贝类提供庇护、栖 息、索饵及产卵场所，形成良性循环的水域生态环境。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有景观水体治理的方法中存在的缺点与不足，提供一 种组合式人工鱼礁-生物栅水体净化方法及其装置。它可以有效地去除污水中的氮、磷等污染物和控制水体中藻类滋长。为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案一种组合式人工鱼礁-生物栅水体净化系统装置，其特征在于它是由人工鱼礁 (1)和生物栅( 构成；所述的人工鱼礁(1)为正方形体，中间设有十字形隔墙，隔墙四端 与正方形体墙四个中心点或对角点相连接，边墙和隔墙上均设有多个孔(6)，并在正方形体 墙四个角处预埋连接固件G)，所述的连接固件(4)由预埋铁(7)和螺栓连接件(8)组成所 述的生物栅(5)由生物栅支架( 和生物绳C3)组成；所述的人工鱼礁(1)通过连接固件 (4)与挂有生物绳(3)的生物栅支架O)固定在一起。其结构如图1所示。本发明所述的净化系统装置，其中的人工鱼礁为钢筋混凝土按模整体浇筑而成， 所述边墙和隔墙上均设有多个圆形或方形的孔(6)。其结构如图2所示。本发明所述的净化系统装置，其中的生物绳C3)缝制在塑料管上，再将塑料管等 距离固定在生物栅支架(2)上构成生物栅，其结构如图3所示，其中的生物栅支架采用不锈 钢角钢焊接而成。连接固件(4)是采用螺栓连接或者采用焊接。通过连接固件(4)将生物栅和人工鱼礁固定成一个整体，该整体可作为一个大型 鱼礁，为鱼类等水生动物的捕食、栖息和繁衍提供场所。本发明所述的净化系统装置，其中连接固件⑷由预埋铁(7)和螺栓连接件⑶ 组成，其结构如图4所示。本发明进一步公开了净化系统装置的使用方法，其特征在于，实施时将人工鱼 礁-生物栅净化系统装置，放置在景观水体水面下10 20cm处，经过1 3个月的生物膜 培养，形成一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物多个营养级组成的复杂生态系统， 其中的生物绳能有效去除污水中的磷，出水中的总磷浓度亦有所降低。监测结果表明该系 统对水体中TN去除率为20 40%，TP去除率维持在15 30%，COD去除率维持在30 60%之间，叶绿素a去除率维持在75 90%之间。本发明的人工鱼礁模仿自然环境中鱼类捕食、栖息、产卵场所设计，人工鱼礁单 元为正方形体，正方形体长X宽X高为1200mmX 1200mmX200mm，中间设有十字形隔 墙，隔墙长X宽X高为800mmX120mmX200mm，隔墙四端与正方形体边墙中心点或对角 相连接，边墙和隔墙上均设有多个圆形或方形的孔，该种结构空间利用率高、水动力性能 好、稳定性(抗漂移、抗倾覆、抗沉陷)高；并在正方形体墙四个角处预埋铁，预埋铁埋入 墙体内部分长100mm，露出部分高为150mm，在露出部分IOOmm处设有螺栓连接件，生物 栅支架四脚与预埋铁通过螺栓连接件固定，作为人工鱼礁与生物栅支架的连接固件，利 用人工鱼礁的自重，固定生物栅；生物栅支架采用不锈钢角钢焊接而成，长X宽X高为 IOOOmmX IOOOmmX 1000mm，支架上缠绕着生物绳。人工鱼礁为钢筋混凝土按模整体浇筑而成，根据需要也可以采用粉煤灰结构，内 部配加强筋或可以采用竹片等其它材料制成，这些常规的制作方法，均在本发明的保护范 围之内。将人工鱼礁与生物栅进行结合，能够为鱼类等水生动物提供更大的活动空间，同 时利用鱼类等水生动物在生物栅内部滤食原生动物、吞食有机颗粒和小型底栖动物，起到 延长食物链、分解有机物的作用。鱼类等水生动物在生物栅填料间往来穿梭，将促进生物栅 空间结构内水的交换以及DO和养分的交换，减少因为生物膜过于密集而造成的死水区域， 并能够打乱水面复氧形成的从表面向底层DO逐渐降低的DO梯度，加速空气复氧，提高水体中的含氧量；填料上的生物膜由内向外将存在一定的DO浓度梯度，生物栅内同时存在好 氧、缺氧环境，硝化作用和反硝化作用可以在不同空间内同时进行，有利于污水中总氮的去 除，同时填料能有效去除污水中的磷，出水中的总磷浓度亦有所降低。本发明的有益效果在于(1)本发明的组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置，能经济、有效地去除污水中 的氮、磷等污染物和控制水体中藻类滋长，促进城市景观水体的清澈、洁净，实现河道与湖 泊生态系统的平衡的目的。(2)采用本发明的净化系统装置放置在景观水体水面下10 20cm处，经过1 3 个月的生物膜培养，可有效措施抑制藻类滋长，监测结果表明该系统对水体中TN去除率可 达20 40%，TP去除率维持在15 30%，COD去除率维持在30 60%之间，叶绿素a去 除率维持在75 90%之间，该系统的应用改善了城市景观水体水质、保障区域水利安全、 营造出了人与自然和谐的水环境。
图1为本发明的组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置结构示意图。图2为本发明的组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置的人工鱼礁结构示意图。图3为本发明的组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置的生物栅结构示意图。图4为本发明的组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置的连接固件示意图。图中标号1为人工鱼礁，2为生物栅支架，3为生物绳，4为连接固件，5为生物栅， 6为孔，7为预埋铁，8为螺栓连接件。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明本发明组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置 的结构。实施例1组合式人工鱼礁-生物栅水体净化装置的制作及使用方法净化装置的制作过程(1)组合式人工鱼礁-生物栅水体净化系统装置，包括人工鱼礁(1)、生物栅 (5)，所述的生物栅(5)由生物栅支架(2)和生物绳(3)组成，所述的连接固件由预 埋铁(7)和螺栓连接件(8)组成，所述的人工鱼礁(1)通过连接固件(4)与挂有生物绳 (3)的支架O)固定在一起；人工鱼礁为钢筋混凝土按模整体浇筑而成，其形状为正方形 体，长X宽X高为1200mmX1200mmX200mm，中间设有十字形隔墙，隔墙长X宽X高 为800mmX 120mmX200mm，隔墙四端与正方形体边墙中心点对角点相连接，边墙和隔墙上 均设有多个圆形或方形的孔，并在正方形体墙四个角处预埋铁，预埋铁埋入墙体内部分长 100mm，露出部分高为150mm，在露出部分IOOmm处设有螺栓连接件，生物栅支架四脚与预埋 铁通过螺栓连接件固定，作为人工鱼礁与生物栅支架的连接装置。(2)生物栅支架采用不锈钢角钢焊接而成，长X宽X高为 IOOOmmX IOOOmmX 1000mm,将生物绳填料缝制在塑料管上，再把塑料管等距离地安装在支
(3)生物栅制造完成后，利用螺栓连接件将其与预制好的钢筋混凝土人工鱼礁组 装成组合式人工鱼礁-生物栅水体净化系统装置。(4)实施时将人工鱼礁-生物栅净化系统放置在河道或湖泊或景观水体水面下 10 20cm左右，经过1 3个月的生物膜培养，将会形成一个由细菌、真菌、藻类、原生动 物、后生动物等多个营养级组成的复杂生态系统，底栖动物和鱼类等水生动物在系统间进 行捕食、往来穿梭，促使水体搅动，加速空气复氧，提高水体中的含氧量，系统将具有较好的 氮、磷等污染物的去除功能和抑制水体中藻类滋长。实施例2在天津某表面流人工湿地出水端设置人工鱼礁-生物栅净化系统装置，填料为生 物绳，安装在生物栅支架上，放置在水面下20cm左右，经过2个月的生物膜挂膜成功后，通 过对该系统进出水进行监测，结果表明该系统对水体中TN去除率为20%，TP去除率维持在 30%, COD去除率维持在50%。实施例3在天津某景观河道出水端设置组合式人工鱼礁-生物栅系统装置，填料为生物 绳，安装在生物栅支架上，放置在水面下IOcm左右，经过1个月的生物膜培养后，可以见到 在较小的空间内集聚了大量的浮游植物、微生物、原生动物和水生动物，通过对该系统进 出水进行监测，该系统对水体中TN去除率为25%，TP去除率维持在25%，COD去除率维持 在 40%。实施例4在天津某富营养化水体出水端设置组合式人工鱼礁-生物栅系统装置，放置在水 面下IOcm左右，经过2个月的生物膜培养后，通过对该系统进出水进行监测，该系统对水体 中TN去除率为30%，TP去除率维持在25%，COD去除率维持在60%，藻密度和叶绿素的去 除率分别达到90%和85%。实施例5在天津某富营养化水体出水端设置组合式人工鱼礁-生物栅系统，同时取该水体 中的污水进行混凝气浮工艺处理，所加混凝剂为聚合氯化铝(PAC)，两者的处理效果见下表 1 表1组合人工鱼礁-生物栅系统与混凝气浮工艺处理富营养化水体效果
方法TN去除率TP去除率COD去除率藻类去除率本发明方法30%25%60%90%混凝气浮工艺15%20%50%80% 综上所述，本发明的内容并不局限在的实施例中，相同领域内的有识之士可以在 本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的 范围之内。
权利要求
1.一种组合式人工鱼礁-生物栅水体净化系统装置，其特征在于它是由人工鱼礁(1) 和生物栅(5)构成；所述的人工鱼礁(1)为正方形体，中间设有十字形隔墙，隔墙四端与正 方形体墙四个中心点或对角点相连接，边墙和隔墙上均设有多个孔(6)，并在正方形体墙四 个角处预埋连接固件G)，所述的连接固件由预埋铁(7)和螺栓连接件(8)组成；所述 的生物栅( 由生物栅支架( 和生物绳( 组成；所述的人工鱼礁(1)通过连接固件(4) 与挂有生物绳(3)的生物栅支架O)固定在一起。
2.权利要求1所述的净化系统装置，其中的人工鱼礁为钢筋混凝土按模整体浇筑而成。
3.权利要求2所述的净化系统装置，其中人工鱼礁边墙和隔墙上均设有多个圆形或方 形的孔。
4.权利要求1所述的净化系统装置，其中的生物绳C3)是缝制在塑料管上，再将塑料管 等距离固定在生物栅支架(2)上构成生物栅，生物栅支架采用不锈钢角钢焊接而成。
5.权利要求1所述的净化系统装置，其中的连接固件(4)是采用螺栓连接或者采用焊接。
6.权利要求1所述的净化系统装置，其中人工鱼礁(1)上的连接固件(4)将生物栅和 人工鱼礁固定成一个整体，该整体可作为一个大型鱼礁，为鱼类水生动物的捕食、栖息和繁 衍提供场所。
7.权利要求1所述净化系统装置的使用方法，其特征在于，实施时将人工鱼礁-生物栅 净化系统放置在景观水体水面下10 20cm处，经过1 3个月的生物膜培养后，系统将发 挥较强的去除污染物的能力，经监测系统对水体中TN去除率为20 40%，TP去除率维持 在15 30%，COD去除率维持在30 60%之间，叶绿素a去除率维持在75 90%之间。
全文摘要
本发明公开了一种组合式人工鱼礁-生物栅水体净化方法及其装置，它是由人工鱼礁和由支架与生物绳组成的生物栅构成；人工鱼礁为钢砼结构，中间设有十字形隔墙，隔墙四端与正方形体边墙四个中心点或对角点相连接，边墙和隔墙上均设有多个孔，并在正方形体墙四个角处预埋铁作为与生物栅支架的连接固件。采用本发明的净化系统装置可以使水体中TN去除率为20～40％，TP去除率维持在15～30％，COD去除率维持在30～60％之间，叶绿素a去除率维持在75～90％之间。本发明的方法适用于景观水体治理与水生生态系统的恢复，是一种节能、高效的景观水体生物-生态强化修复技术。
文档编号C02F3/32GK102101723SQ20101026279
公开日2011年6月22日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者于丹, 冯辉, 刘红磊, 唐运平, 孙贻超, 曾猛, 袁敏 申请人:天津市环境保护科学研究院