[發明專利]一種植物?微生物耦合型陂塘生態廊道水體凈化系統及應用方法

在審

• 申請號: 201711259920.5
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107892393A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 羅金學;馮艷霞;冒建華;白獻宇;金瀟;王輝;葉亞琦;付振;林岳
• 申請（專利權）人: 北控水務（中國）投資有限公司
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于水環境治理技術領域，具體來說，涉及到一種植物-微生物耦合型陂塘生態廊道水體凈化系統。

背景技術

黑臭水體、富營養化水體、污水廠尾水和初期雨水匯流是當前水環境治理的主要對象。這些水體中的主要污染物常常由COD、銨態氮、硝態氮、正磷酸鹽及多聚磷酸鹽組成。對這些污染物的生物生態處理常常由植物或微生物介導。首先，植物與微生物系統都可以將這些污染物作為碳、氮、磷等營養物質進行吸收。其次，微生物系統可以通過硝化作用將銨態氮轉化為硝態氮，然后通過反硝化作用將硝態氮轉化為氣態氮，最終實現總氮污染的消減。第三，微生物可以通過聚磷菌在好氧條件下將磷酸鹽積累在胞內，并通過微生物沉降作用而使磷從水體中脫除出來。目前，在水環境治理領域已經開發了一系列的植物水處理或微生物凈化方面技術，如以沉水植物為主的草型水生態系統構建技術和以功能微生物投加為主的功能菌劑技術等。

然而，單獨的植物吸收或微生物轉化都有其局限性。第一，植物對碳、氮、磷營養物質的吸收不是無限制的，受到植物生長速率的影響；第二，硝態氮不易吸附于土壤中，易隨水流而流走，導致了植物對硝態氮的吸收效率降低。第三，總氮與總磷的微生物脫除對氧的需求存在矛盾性。微生物對氨態氮及硝態氮的轉化受到水體及土壤中氧氣的影響，如硝化脫氨需要氧的存在，而反硝化脫氮則需要在厭氧條件下發生。然而，由聚磷菌介導的微生物脫磷過程卻存在著與生物脫氮相反的氧需求，即“厭氧釋磷、好氧吸磷”。第四，植物與微生物的水質凈化作用受溫度的影響較大。在冬季低溫期，植物或微生物的凈化作用往往會變得非常弱。因此，需要研發一種可以融合了植物吸收與微生物轉化過程的高效同步脫氮除磷的水體凈化系統。

發明內容

針對以上實際問題，本發明提供了一種耦合了植物吸收和微生物生物膜轉化作用的陂塘生態廊道水體凈化系統，可以實現氨氮、總氮與總磷的同步脫除。

本發明的技術原理是利用植物-微生物在污染物轉化過程中互惠互利現象，通過構建植物吸收與泌氧系統和生物膜高效轉化系統，實現水體的有效凈化。首先，植物根系泌氧現象的發生能夠提供微生物進行硝化反應所需要的氧分子。其次，植物根系的存在增大了微生物附著生長的表面積，有利于微生物生物膜的形成。最后，微生物能夠分泌維生素、生長刺激素等因子，促進植物的生長。因此，植物-微生物聯合凈水是水體污染物脫除的一條有效途徑。

本發明所述的水體凈化系統包括陂塘單元和生態濾溝單元。其中陂塘單元主要起水體調蓄、懸浮物沉降、水體復氧和水體初步凈化的作用，生態濾溝單元起到水質深度凈化的作用。

所述陂塘單元為近紡錘形，長徑比在2:1-3:1之間，最大水深為1.5-2米，常水位水深為1米，邊坡比為1:4-1:6，水力負荷為0.4-1.6m³/m²·d。

所述陂塘單元常水位以下水生植物搭配為沉水植物與挺水植物，水生植物的總覆蓋率不低于45％。其中挺水植物選取蘆葦、菖蒲、千屈菜中的任一種，沉水植物選取苦草、菹草、黑藻中的任一種，挺水植物與沉水植物的種植面積比為1:2。挺水植物的初始種植株高為50-80cm，沉水植物的初始種植株高為10-15cm。

所述陂塘單元中設置懸浮型太陽能曝氣機。太陽能曝氣機的錨定線長度為2～3米，保證太陽能曝氣設備可隨水位的變化而始終懸浮于水面之上。陂塘單元水體溶解氧(DO)濃度維持在5-8mg/L。

所述生態濾溝單元通過運用微地形改造技術，創造一種下凹式的植物-微生物生長環境，營造有氧及厭氧環境的層化分布現象。所述生態濾溝單元包括植被層、種植土層、脫氨填料層、輔助除磷填料層、脫氮填料層和底部排水管層，共6個部分。下凹式生境的常水位水深為0.3-0.5米，邊坡比為1:5-1:3。生態廊道單元水力負荷為0.3-0.5m³/m²·d。

所述生態濾溝植被層通過挺水植物與沉水植物帶狀間種的方式來構建水生植物系統。植物種植初始覆蓋面積率不低于50％，挺水植物與沉水植物種植面積比為2:1。挺水植物選取菖蒲、香蒲、美人蕉和千屈菜種的任一種；沉水植物選取黑藻、穗花狐尾藻和苦草中的任一種。挺水植物的初始種植高度為50-80cm，沉水植物的初始種植高度為10-15cm。