一种水草定植透光管和黑臭水体防治方法

本发明涉及水污染治理工程领域，具体的说是一种水草定植透光管和黑臭水体防治方法。

背景技术：

1、水体是一个极为复杂的微生态系统，在这一生态系统中，生产者主要包括各类沉水植物、水藻等，消费者主要包括各类水生微生物和动物，分解者主要为各类细菌、腐生微生物、腐生动物，物质来源主要是随水流进入水体的各类营养物质，能量来源与所有的地面生态系统一样——阳光。当所有的生物和外界条件(水温、洋流、水体的ph值、光照强度等)都处于一个变化范围较小的平衡之下时，水体的水质是能够稳定保持的。

2、但这一平衡，在人类的生产生活过程中，极易被打破。人类工农业生产活动和生活活动中，排入水体中的富含氮磷钾等营养元素的生产废水，会极快的加速各类水藻的生长，但藻类大量繁殖形成的水华现象，导致阳光无法有效进入水体内，极易破坏水体其他生产者的生存条件，导致除藻类外其他生物的大量死亡；而大量水藻的生长也会导致水体内的毒素等积聚，藻类大量死亡后，在腐败、分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，导致水体环境表现为厌氧环境，厌氧菌类的大量产生，使水体严重恶臭，导致黑臭水体的产生。

3、对黑臭水体的处理，要从减少污染物源头排放、人工处理污水、提升水体污染物自净化能力这几个主要方向。其中，污染物源头排放控制需要改进技术，人工污水处理需要新建，技术难度、成本均较高，且需要长期的管理。而提升水体污染物自净化能力则主要是通过改善水体生态系统的方式，管理难度较低，见效较快，是目前主要的研究方向。

4、黑臭水体产生的主要成因有以下两点：，

5、其一，是氮磷污染。现有技术中，利用水生植物对氮磷类污染物进行吸收消解，净化水质，是一种修复富营养化水体的有效生态手段。目前水生植物常用的技术手段是生态浮床、浮水植物等方法。但这一类方法主要依靠的是植物对营养盐的吸收，未能充分利用水体中的藻类，所能顾及的区域也主要是水体上表面区域部分，对于深水区的改善效果较差。

6、其二，当进入夜间无光照的情况下，水体内所有的水草和水藻等都将由产氧状态转变为耗氧状态，随着水体内氧气含量的下降，水体上表面部分可通过水体表面直接溶解氧气来补充，但水深超过50cm后，空气中溶解的氧气就很难快速到达。此区域厌氧菌群的活动将加强，导致水体极易黑臭化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种水草定植透光管和黑臭水体防治方法。

2、解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种水草定植透光管，其特征在于，包括：透光管本体、n层附着盘和水下支撑杆，n≥2；

4、所述透光管本体设有位于顶端的进光部、位于侧壁的出光部和用于将光从进光部引导至出光部的导光结构；

5、所述n层附着盘从上至下间隔的设置在透光管本体的侧壁，并依次记为第一层至第n层，第一层附着盘位于出光部以上的位置，第二层至第n层附着盘均位于出光部范围以内；并且，每一层附着盘均设有水平盘体，第一层至第n-1层附着盘的水平盘体底面均设有围合形成附着盘底面凹腔的下沿边，至少第二层至第n层附着盘的水平盘体顶面设有多根用于种植水草类植物的水草定植桩；其中，第一层附着盘可以不种植水草类植物，但也可以在其水平盘体顶面同样设置多根水草定植桩，以用于种植水草类植物。

6、所述水下支撑杆固定在透光管本体的底部，以在透光管本体通过水下支撑杆竖直插装在水体中时，使得：透光管本体的进光部位于水面以上，以确保阳光能够通过进光部引入透光管本体内部；且第一层附着盘位于水面下50cm深度以内，以确保种植于第一层附着盘上的水草类植物能够利用从水面进入水体中的阳光进行光合作用；且第二层至第n层附着盘均位于水面下50cm深度以下，以确保种植于第二层至第n层附着盘上的水草类植物，在处于水面下50cm深度以下的无法从水面透光的深水区域时，能够利用透光管本体内部经导光结构从出光部向水体透出的光线进行光合作用。

7、优选的：对于形成有附着盘底面凹腔的附着盘：其水平盘体的底面设有多根亲水桩。

8、从而，通过液面分子的作用，使得：水体与附着盘底面凹腔中的空气包的接触面，能够由未设置亲水桩时的一个面，变成包含各根亲水桩表面的凹凸不平的多个面，大大增加了水体与空气包的接触面积，由此极强的增加了水体与空气包的交换效率，使得空气的氧气能够更快的补充到水体中。

9、优选的：所述水草定植桩由三个沿竖直方向依次相连的上小下大的圆锥台体构成，以能够稳定、方便的插装水草类植物种植球。

10、作为本发明的优选实施方式：所述透光管本体的侧壁设有从上至下依次相连的反射区段、半出射区段和全出射区段，所述导光结构采用反射面朝内的镜面铝箔反射膜；其中，所述反射区段的内壁满贴镜面铝箔反射膜，以使得阳光通过进光部引入透光管本体内部后，经反射区段的镜面铝箔反射膜反射而被全部引导至半出射区段；所述半出射区段的内壁以竖直方向和周向都均匀间隔的棋盘状分布方式粘贴镜面铝箔反射膜，以使得进入半出射区段的阳光，部分经半出射区段的镜面铝箔反射膜反射而被引导至全出射区段，部分则从半出射区段未粘贴镜面铝箔反射膜的透光区域向水体散射出射；所述全出射区段为未粘贴镜面铝箔反射膜的透光区域，以使得进入全出射区段的阳光全部向水体散射出射；半出射区段和全出射区段共同作为所述出光部。

11、从而，本发明能够使通过进光部引入透光管本体内部的阳光，更为均匀的通过共同作为出光部的半出射区段和全出射区段向水体散射出射，以提高种植在各层附着盘上的水草类植物的光合作用效率；并且，具有成本低的优点。

12、优选的：所述透光管本体由透光管身和透光管帽组成；其中，透光管身的上端开口、下端封闭，反射区段、半出射区段和全出射区段均设置在透光管身；所述透光管帽盖合在透光管本体的上端口并作为透光管本体的进光部。

13、优选的：所述透光管身、透光管帽和附着盘均由有机玻璃材料(即：聚甲基丙烯酸钾脂，简称pmma，有很强的抗腐蚀能力，制造成本低)制成。

14、一种黑臭水体防治方法，其特征在于，包括：

15、步骤s1、根据目标水域的水深，制备多根合适尺寸规格的所述水草定植透光管，以满足步骤s3限定的安装条件；

16、步骤s2、在所述水草定植透光管的水草定植桩插上水草类植物种植球；

17、步骤s3、将各根所述水草定植透光管间隔的安装到目标水域，以使得每一根水草定植透光管均满足以下安装条件：透光管本体通过水下支撑杆竖直插装在水体中，且透光管本体的进光部位于水面以上，且第一层附着盘位于水面下50cm深度以内，第二层至第n层附着盘均位于水面下50cm深度以下。其中，透光管本体的进光部优选位于水面以上20cm左右，因进光部过低可能会在水面上涨时被覆盖，进光部过高则会导致透光管本体过多区域被太阳光照射而导致老化。

18、从而，本发明能够通过透光管本体、水草定植桩上所种植的水草类植物、附着盘底面凹腔的协同作用，同时解决黑臭水体的两大成因，以实现对黑臭水体的防治，具体如下：

19、其一，通过透光管本体和水草定植桩上所种植水草类植物的配合，能够在水面下50cm深度以下的深水区域创造适合水草类植物生存的垂直单元区域，实现在日间通过光合作用提升深水区域水体的总含氧量，并加快水体中营养元素的吸收降解效率，提升了水体的自清洁能力，以起到黑臭水体的防治效果：

20、在日间，阳光从透光管本体的进光部进入并经由导光结构的传导后从出光部均匀的散射到周边的水体中，使得种植在各层附着盘上、位于水面下50cm深度以下之深水区域的水草类植物能够被散射出的阳光照射而进行光合作用，由此在以下三个方面提升深水区域水体的总含氧量，并加快水体中营养元素的吸收降解效率，以起到黑臭水体的防治效果：第一方面，水草类植物的光合作用消耗水体内二氧化碳和营养元素，改善水体酸碱度的同时直接消耗水体营养元素；第二方面，水草类植物在光合作用过程中产生的氧气将通过叶片上的微气孔直接释放在水体内，直接释放的纯氧在水中的溶解效率远高于水面位置氧气的溶解效率，这样能够有效改善水体内氧含量，促进好氧细菌的氧化过程，进一步降解水体内的过量营养元素的同时，压制厌氧菌的生化反应，改善水体的黑臭现象；第三方面，水草类植物在生长到一定高度，一般为40cm以上时，能够减缓水草定植透光管周边的水流速度，在水草定植透光管的周围形成一个较为稳定的区域，在该区域内，根系及叶片附近能够迅速生产周丛生物群，周丛生物群内巨量的藻类，能够发挥类似于水草的作用，消耗二氧化碳和营养元素，释放氧气，进一步改善日照条件下透光管周边约50cm半径水体酸碱度的同时，直接释放氧气到水体内。

21、其二，通过水草定植桩上所种植水草类植物和附着盘底面凹腔的配合，能够在日间通过上层附着盘的附着盘底面凹腔留存住在下层附着盘处产生的多余氧气，以在夜间通过各层附着盘底面凹腔中的空气包补充氧气到水面下50cm深度以下的深水区域水体中，实现实现改善夜间水体含氧量，并减缓水体黑臭化速度，由此起到黑臭水体的防治效果：

22、在日间，各层附着盘上的水草类植物和水草定植透光管周围的生物群所产生的氧气，除了正常的消耗外，还会有部分余量，正常情况下，这些多余的氧气因无法迅速溶解到水中而会以小气泡的形式直接排放到水面；而本发明中，在日间，在下层附着盘处产生的多余氧气多数会被上层附着盘挡住并留存在上层附着盘的附着盘底面凹腔中，形成一个浓度接近纯氧的薄薄的空气包；以在夜间无光照的情况下，通过各层附着盘底面凹腔中的空气包补充氧气到水面下50cm深度以下的深水区域水体中，以缓冲深水区域水体的酸碱度变化，压制深水区域水体中厌氧菌群的生化反应强度，减缓水体黑臭化。

23、优选的：所述步骤s2中，所述水草类植物种植球由大型淡水根固着型水草类植物被截取的主根系和生长段，用渔网包裹后绑扎而成。其中，大型淡水根固着型水草类植物包括金鱼藻、蓖齿眼子菜、矮生苦藻、黑藻、狐尾藻、聚草、菹草等,此类水草都具有根系仅为固着作用、适应高度富营养化的水质、光合作用释氧量高的特点，也具有对光照要求较高的特点。以金鱼藻为例：选取根系茁壮的金鱼藻，截取5cm长的主根系和5cm长的生长段，使用10cm*10cm、孔径3mm的渔网包裹5-10根金鱼藻截取段后，绑扎为金鱼藻种植球。

24、优选的：所述步骤s3中，对于每一根水草定植透光管的安装：先将透光管本体以倾斜的姿态放入水体中，待水草定植透光管整体被水浸泡，使得每一层附着盘的附着盘底面凹腔均被水完全充满后，再将透光管本体扶正，以将透光管本体通过水下支撑杆竖直插装在水体中。由此，确保附着盘底面凹腔在安装时完全背水充满，以更多的留住水草产生的氧气。

25、优选的：还包括：

26、步骤s4、定期对每一根水草定植透光管的位置和竖立姿态进行检查；并且，定期检查水草类植物种植球所生长出的水草，在水草的高度超过预设高度时进行修剪。其中，优选在水草的高度超过50cm时进行修剪，修剪下来的水草需要滤水外运，作为饲料或农家肥均可，一般夏季1至2周修剪一次，春秋2至3周修剪一次，冬季枯水期可拔出；并且，当透光管本体的外壁被水苔等附着生长且覆盖面积太大影响光传输时，则拔出水草定植透光管使用高压水枪进行清除，清除时需注意不要破坏附着盘上定植的水草。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、第一，参见图1和图2，本发明能够通过透光管本体1、水草定植桩2-3上所种植的水草类植物、附着盘底面凹腔2a的协同作用，同时解决黑臭水体的两大成因，以实现对黑臭水体的防治，具体如下：

29、其一，通过透光管本体1和水草定植桩2-3上所种植水草类植物的配合，能够在水面下50cm深度以下的深水区域创造适合水草类植物生存的垂直单元区域，实现在日间通过光合作用提升深水区域水体的总含氧量，并加快水体中营养元素的吸收降解效率，提升了水体的自清洁能力，以起到黑臭水体的防治效果：

30、在日间，阳光从透光管本体1的进光部1a进入并经由导光结构的传导后从出光部1b均匀的散射到周边的水体中，使得种植在各层附着盘2上、位于水面下50cm深度以下之深水区域的水草类植物能够被散射出的阳光照射而进行光合作用，由此在以下三个方面提升深水区域水体的总含氧量，并加快水体中营养元素的吸收降解效率，以起到黑臭水体的防治效果：第一方面，水草类植物的光合作用消耗水体内二氧化碳和营养元素，改善水体酸碱度的同时直接消耗水体营养元素；第二方面，水草类植物在光合作用过程中产生的氧气将通过叶片上的微气孔直接释放在水体内，直接释放的纯氧在水中的溶解效率远高于水面位置氧气的溶解效率，这样能够有效改善水体内氧含量，促进好氧细菌的氧化过程，进一步降解水体内的过量营养元素的同时，压制厌氧菌的生化反应，改善水体的黑臭现象；第三方面，水草类植物在生长到一定高度，一般为40cm以上时，能够减缓水草定植透光管周边的水流速度，在水草定植透光管的周围形成一个较为稳定的区域，在该区域内，根系及叶片附近能够迅速生产周丛生物群，周丛生物群内巨量的藻类，能够发挥类似于水草的作用，消耗二氧化碳和营养元素，释放氧气，进一步改善日照条件下透光管周边约50cm半径水体酸碱度的同时，直接释放氧气到水体内。

31、其二，通过水草定植桩2-3上所种植水草类植物和附着盘底面凹腔2a的配合，能够在日间通过上层附着盘2的附着盘底面凹腔2a留存住在下层附着盘2处产生的多余氧气，以在夜间通过各层附着盘底面凹腔2a中的空气包补充氧气到水面下50cm深度以下的深水区域水体中，实现改善夜间水体含氧量，并减缓水体黑臭化速度，由此起到黑臭水体的防治效果：

32、在日间，各层附着盘2上的水草类植物和水草定植透光管周围的生物群所产生的氧气，除了正常的消耗外，还会有部分余量，正常情况下，这些多余的氧气因无法迅速溶解到水中而会以小气泡的形式直接排放到水面；而本发明中，在日间，在下层附着盘2处产生的多余氧气多数会被上层附着盘2挡住并留存在上层附着盘2的附着盘底面凹腔2a中，形成一个浓度接近纯氧的薄薄的空气包；以在夜间无光照的情况下，通过各层附着盘底面凹腔2a中的空气包补充氧气到水面下50cm深度以下的深水区域水体中，以缓冲深水区域水体的酸碱度变化，压制深水区域水体中厌氧菌群的生化反应强度，减缓水体黑臭化。

33、第二，本发明通过设置亲水桩2-4，能够大大增加水体与附着盘底面凹腔2a中的空气包的接触面积，由此极强的增加了水体与空气包的交换效率，使得空气的氧气能够更快的补充到水体中。

34、第三，本发明将透光管本体1的侧壁设置为从上至下依次相连的反射区段1c、半出射区段1b1和全出射区段1b2，并采用分别粘贴在反射区段1c和半出射区段1b1的镜面铝箔反射膜4作为导光结构，能够使通过进光部1a引入透光管本体1内部的阳光，更为均匀的通过共同作为出光部1b的半出射区段1b1和全出射区段1b2向水体散射出射，以提高种植在各层附着盘2上的水草类植物的光合作用效率；并且，具有成本低的优点。

35、第四，本发明在投入使用后，主要的使用成本为管理和维护成本，利用的能源主要是阳光这种清洁能源，无需复杂的管线系统，因此，本发明具有构造简单、无需附加能源的优点。