[发明专利]一种植物‑微生物耦合型陂塘生态廊道水体净化系统及应用方法

说明书

技术领域

本发明属于水环境治理技术领域，具体来说，涉及到一种植物-微生物耦合型陂塘生态廊道水体净化系统。

背景技术

黑臭水体、富营养化水体、污水厂尾水和初期雨水汇流是当前水环境治理的主要对象。这些水体中的主要污染物常常由COD、铵态氮、硝态氮、正磷酸盐及多聚磷酸盐组成。对这些污染物的生物生态处理常常由植物或微生物介导。首先，植物与微生物系统都可以将这些污染物作为碳、氮、磷等营养物质进行吸收。其次，微生物系统可以通过硝化作用将铵态氮转化为硝态氮，然后通过反硝化作用将硝态氮转化为气态氮，最终实现总氮污染的消减。第三，微生物可以通过聚磷菌在好氧条件下将磷酸盐积累在胞内，并通过微生物沉降作用而使磷从水体中脱除出来。目前，在水环境治理领域已经开发了一系列的植物水处理或微生物净化方面技术，如以沉水植物为主的草型水生态系统构建技术和以功能微生物投加为主的功能菌剂技术等。

然而，单独的植物吸收或微生物转化都有其局限性。第一，植物对碳、氮、磷营养物质的吸收不是无限制的，受到植物生长速率的影响；第二，硝态氮不易吸附于土壤中，易随水流而流走，导致了植物对硝态氮的吸收效率降低。第三，总氮与总磷的微生物脱除对氧的需求存在矛盾性。微生物对氨态氮及硝态氮的转化受到水体及土壤中氧气的影响，如硝化脱氨需要氧的存在，而反硝化脱氮则需要在厌氧条件下发生。然而，由聚磷菌介导的微生物脱磷过程却存在着与生物脱氮相反的氧需求，即“厌氧释磷、好氧吸磷”。第四，植物与微生物的水质净化作用受温度的影响较大。在冬季低温期，植物或微生物的净化作用往往会变得非常弱。因此，需要研发一种可以融合了植物吸收与微生物转化过程的高效同步脱氮除磷的水体净化系统。

发明内容

针对以上实际问题，本发明提供了一种耦合了植物吸收和微生物生物膜转化作用的陂塘生态廊道水体净化系统，可以实现氨氮、总氮与总磷的同步脱除。

本发明的技术原理是利用植物-微生物在污染物转化过程中互惠互利现象，通过构建植物吸收与泌氧系统和生物膜高效转化系统，实现水体的有效净化。首先，植物根系泌氧现象的发生能够提供微生物进行硝化反应所需要的氧分子。其次，植物根系的存在增大了微生物附着生长的表面积，有利于微生物生物膜的形成。最后，微生物能够分泌维生素、生长刺激素等因子，促进植物的生长。因此，植物-微生物联合净水是水体污染物脱除的一条有效途径。

本发明所述的水体净化系统包括陂塘单元和生态滤沟单元。其中陂塘单元主要起水体调蓄、悬浮物沉降、水体复氧和水体初步净化的作用，生态滤沟单元起到水质深度净化的作用。

所述陂塘单元为近纺锤形，长径比在2:1-3:1之间，最大水深为1.5-2米，常水位水深为1米，边坡比为1:4-1:6，水力负荷为0.4-1.6m³/m²·d。

所述陂塘单元常水位以下水生植物搭配为沉水植物与挺水植物，水生植物的总覆盖率不低于45％。其中挺水植物选取芦苇、菖蒲、千屈菜中的任一种，沉水植物选取苦草、菹草、黑藻中的任一种，挺水植物与沉水植物的种植面积比为1:2。挺水植物的初始种植株高为50-80cm，沉水植物的初始种植株高为10-15cm。

所述陂塘单元中设置悬浮型太阳能曝气机。太阳能曝气机的锚定线长度为2～3米，保证太阳能曝气设备可随水位的变化而始终悬浮于水面之上。陂塘单元水体溶解氧(DO)浓度维持在5-8mg/L。

所述生态滤沟单元通过运用微地形改造技术，创造一种下凹式的植物-微生物生长环境，营造有氧及厌氧环境的层化分布现象。所述生态滤沟单元包括植被层、种植土层、脱氨填料层、辅助除磷填料层、脱氮填料层和底部排水管层，共6个部分。下凹式生境的常水位水深为0.3-0.5米，边坡比为1:5-1:3。生态廊道单元水力负荷为0.3-0.5m³/m²·d。

所述生态滤沟植被层通过挺水植物与沉水植物带状间种的方式来构建水生植物系统。植物种植初始覆盖面积率不低于50％，挺水植物与沉水植物种植面积比为2:1。挺水植物选取菖蒲、香蒲、美人蕉和千屈菜种的任一种；沉水植物选取黑藻、穗花狐尾藻和苦草中的任一种。挺水植物的初始种植高度为50-80cm，沉水植物的初始种植高度为10-15cm。