本發(fā)明涉及一種環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種具有底泥磷固定與吸收功能的生態(tài)修復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

磷被認(rèn)為水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子，內(nèi)源磷的聚集給湖泊富營(yíng)養(yǎng)化帶來(lái)了潛在威脅，因此削減和控制內(nèi)源磷的釋放是治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。近年來(lái)，植物修復(fù)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于內(nèi)源磷的控制。然而，在一些實(shí)際應(yīng)用中，植物修復(fù)去除率較低的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。為了提高去除率，一種新開發(fā)的除磷材料水化硅酸鈣作為基質(zhì)被應(yīng)用于植物修復(fù)技術(shù)中，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高抑制內(nèi)源磷釋放的效果。

底泥中的磷被粗略的分為無(wú)機(jī)磷(IP)和有機(jī)磷(Org-P)。由于有機(jī)磷在底泥磷負(fù)荷中占的比例不大，無(wú)機(jī)磷分為不穩(wěn)定性或松結(jié)合態(tài)磷(Lab-P)、鋁結(jié)合態(tài)磷(Al-P)、鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)、鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)、不穩(wěn)定性磷結(jié)合力弱、穩(wěn)定性較差，它們?cè)谖锘瘲l件如溫度、pH值、水動(dòng)力條件及生物擾動(dòng)等因素作用下，可直接通過(guò)再懸浮或滲透被帶到上覆水中，或通過(guò)水體磷濃度的變化解析到水體，直接參與生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)。鐵磷和鋁磷主要是通過(guò)一些物理和化學(xué)作用吸附在鐵、鋁氧化物膠體表面上的磷。鈣結(jié)合態(tài)磷主要是碳酸鈣吸附的磷和鈣磷酸鹽沉淀。它也是無(wú)機(jī)磷的一個(gè)主要形態(tài)，在pH>8的條件下，磷酸根很容易與鈣離子發(fā)生共沉淀，并主要以羥基磷灰石(Ca(PO₄)₃OH)形式存在，形式比較穩(wěn)定，一般被看作永久性的磷匯。閉蓄態(tài)磷是指被Fe₂O₃或Al₂O₃膠膜所包蔽的還原性磷酸鐵及磷酸鋁，很難被作物吸收利用，也不易再次回到底泥的磷循環(huán)中，可認(rèn)為已被固定在底泥中的磷。

內(nèi)源磷負(fù)荷的削減控制技術(shù)，一般可以分為原位處理和異位處理。異位處理技術(shù)如底泥疏浚、異位淋洗等需要耗費(fèi)大量的人力物力，且無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，難以大規(guī)模推廣，因此主要采用內(nèi)源磷的原位處理技術(shù)，按照控制方法和原理的不同，原位大致可以分為物理控制技術(shù)(如覆蓋法、底層曝氣、稀釋沖刷等)、化學(xué)控制技術(shù)以及生態(tài)控制技術(shù)。物理法中以覆蓋法最為常見，是在污染底泥上放置一層或多層覆蓋物，使污染底泥與水體隔離，防止底泥磷向水體遷移，采用的覆蓋物主要有未污染的底泥、沙、礫石或一些功能基質(zhì)材料等。然而，由于實(shí)際的水體會(huì)受到風(fēng)浪擾動(dòng)和生物擾動(dòng)，覆蓋法在應(yīng)用中難以持久有效實(shí)現(xiàn)。化學(xué)控制技術(shù)是指通過(guò)向底泥中投加一些化學(xué)藥劑(如包括硝酸鈣、氯化鐵和氫氧化鈣)，使其與底泥中的磷發(fā)生沉淀、配位、結(jié)晶等反應(yīng)，將磷從底泥中分離出來(lái)，或控制其釋放到水體中的技術(shù)，但由于底泥的生物地球化學(xué)作用，難以持久的固定磷。總的來(lái)講，原位物理方法和化學(xué)方法都起到了暫時(shí)的作用，并沒有將磷從水體中移除。

生態(tài)控制技術(shù)是利用大型的水生植物在水體中的物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、生物過(guò)程及協(xié)同作用，來(lái)抑制及轉(zhuǎn)移內(nèi)源磷的一種技術(shù)，一方面由于水生植物生長(zhǎng)過(guò)程需要吸收大量氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)大型水生植物的生長(zhǎng)可以改變根區(qū)底泥的生物地球化學(xué)性質(zhì)，例如:氧化還原電位、pH值、粘土比例、有機(jī)質(zhì)含量、金屬離子的數(shù)量和形式和磷的吸附能力等，從而改變了磷在底泥、上覆水以及植物體之間的比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)源磷的原位修復(fù)。采用生態(tài)控制技術(shù)具有投資少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、節(jié)省能源、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小，有利于資源化，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和較高的美化環(huán)境價(jià)值，有利于整體生態(tài)環(huán)境的改善，在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理技術(shù)中有廣闊的發(fā)展前景。但是，這一方法也有不可避免的局限性:首先，植物修復(fù)法依靠的是植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，而生物作用相對(duì)其物理化學(xué)等方法來(lái)說(shuō)，過(guò)程較為緩慢。這就導(dǎo)致了植物修復(fù)的修復(fù)周期相對(duì)較長(zhǎng)。其次，自然水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)雖然含量很大，但是濃度并不算高，特別是在植物根系附近的水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度很可能難以達(dá)到植物需要的濃度，從而使植物難以得到充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而抑制了植物的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響了修復(fù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)靈活簡(jiǎn)單、便于管理的具有底泥磷固定與吸收功能的下沉式生態(tài)修復(fù)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：具有底泥磷固定與吸收功能的下沉式生態(tài)修復(fù)裝置，其特征在于，包括下層管材、中層管材、上層管材，所述的下層管材上設(shè)有基質(zhì)固定網(wǎng)，用于裝填磷固定基質(zhì)，所述的中部管材將水生植物和磷固定基質(zhì)隔開，為植物根系提供生長(zhǎng)區(qū)域，所述的上層管材上設(shè)有植物固定網(wǎng)，用于放置水生植物，所述的下層管材、中層管材和上層管材由下到上依次設(shè)置并通過(guò)軟繩連接浮標(biāo)，各管材上均設(shè)有透水孔眼；

采用磷固定基質(zhì)對(duì)底泥磷加以固定，并通過(guò)水生植物的根系對(duì)固定的磷加以吸收，最終通過(guò)植物的收割將磷移除。

所述的磷固定基質(zhì)為除磷效率高的綠色環(huán)保的材料，包括水化硅酸鈣。

所述的水生植物采用適合于當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的沉水植物或挺水植物。

所述的下層管材和上層管材根據(jù)需要設(shè)置至少一層。

所述的下層管材、中層管材、上層管材由高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的材料制成。

所述的基質(zhì)固定網(wǎng)由高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的材料制成，網(wǎng)格尺寸小于所用磷固定基質(zhì)材料顆粒的大小。

所述的植物固定網(wǎng)由高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的材料制成，網(wǎng)格尺寸供水生植物根系穿過(guò)。

所述的軟繩采用耐腐蝕、耐老化的材料制成，承擔(dān)整個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置的總重量。

多個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置根據(jù)淺水湖泊、養(yǎng)殖池塘、河道底泥等具體環(huán)境，按照不同組合形狀靈活布設(shè)。

各下沉式生態(tài)修復(fù)裝置依靠自重實(shí)現(xiàn)下沉，通過(guò)軟繩連接浮標(biāo)，以確定裝置位置，并可通過(guò)軟繩從水體中取出，便于對(duì)植物、基質(zhì)進(jìn)行收割、更換等管理。

與現(xiàn)有底泥磷覆蓋技術(shù)相比，本發(fā)明不僅對(duì)底泥磷具有很好的覆蓋和固定作用，且由于上部水生植物的作用，克服了傳統(tǒng)功能基質(zhì)覆蓋易受到水力擾動(dòng)的影響和沉積物覆蓋的影響，同時(shí)，水生植物對(duì)磷固定基質(zhì)固定的磷加以吸收利用，通過(guò)裝置提升，可以將植物收割，使磷從水體中去除。

與現(xiàn)有沉水植物對(duì)底泥磷的吸收技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)磷固定基質(zhì)強(qiáng)化了植物對(duì)磷的吸收作用，且將裝置便于提升，對(duì)植物、基質(zhì)進(jìn)行收割、更換等管理。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-底泥；2-磷固定基質(zhì)；3-基質(zhì)固定網(wǎng)；4-下層管材；5-中層管材；6-上層管材；7-植物固定網(wǎng)；8-水生植物；9-軟繩；10-浮標(biāo)。

圖2為實(shí)施例1中本發(fā)明的使用平面示意圖；

圖3為實(shí)施例2中本發(fā)明的使用平面示意圖；

圖4為實(shí)施例3中本發(fā)明的使用平面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1所示。包括下層管材4、中層管材5、上層管材6，所述的下層管材4上設(shè)有基質(zhì)固定網(wǎng)3，用于裝填磷固定基質(zhì)2，所述的中部管材5將水生植物和磷固定基質(zhì)隔開，為植物根系提供生長(zhǎng)區(qū)域，所述的上層管材6上設(shè)有植物固定網(wǎng)7，用于放置水生植物8，所述的下層管材4、中層管材5和上層管材6由下到上依次設(shè)置并通過(guò)軟繩9連接浮標(biāo)10，各管材上均設(shè)有透水孔眼；

采用磷固定基質(zhì)2對(duì)底泥1磷加以固定，并通過(guò)水生植物8的根系對(duì)固定的磷加以吸收，最終通過(guò)植物的收割將磷移除。

將上述裝置用于富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊底泥磷的固定與吸收，具體如下：

在富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的月份，底泥磷釋放嚴(yán)重，將裝置置于底泥1磷釋放水平較高的區(qū)域，單個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置結(jié)構(gòu)長(zhǎng)2-4m，寬1-2m。如圖2所示，多個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置A相互連接形成一定面積的覆蓋區(qū)域。各下沉式生態(tài)修復(fù)裝置A的管材采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的PP材料制成，管材直徑110mm，管材上面布設(shè)5-10mm孔徑的孔眼，可以使水進(jìn)入。管材通過(guò)高強(qiáng)度、耐老化尼龍軟繩連接固定。上層水生植物區(qū)的植物固定網(wǎng)7網(wǎng)格尺寸為100mm，下層基質(zhì)固定網(wǎng)3網(wǎng)格尺寸為20mm，兩種固定網(wǎng)均采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的尼龍網(wǎng)制成。沉水植物可選用穗狀狐尾藻、苦草、菹草等(本實(shí)施例中選用穗狀狐尾藻)。磷固定基質(zhì)2采用水化硅酸鈣顆粒，粒徑25-40mm。水化硅酸鈣(CSH)是一類以廉價(jià)易得、無(wú)毒無(wú)害的天然材料生石灰、石英粉為原料,經(jīng)150-210℃水熱合成的無(wú)機(jī)材料。其除磷作用基于晶析原理。對(duì)比于常見的吸附劑，水化硅酸鈣顯示出極強(qiáng)的除磷性能，水化硅酸鈣與磷反應(yīng)后的產(chǎn)物能夠溶于土壤并作為磷肥直接為植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。

水化硅酸鈣能使底泥的鐵磷減少，轉(zhuǎn)化為鈣磷及可交換態(tài)磷，起到固磷作用。投加水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組鐵磷從初始的237.18mg/kg，下降為55.84mg/kg，而鈣磷則從373.77mg/kg上升至699.2mg/kg。

水化硅酸鈣的投加能夠促進(jìn)穗狀狐尾藻對(duì)底泥中可交換態(tài)磷的吸收，使底泥磷向植物轉(zhuǎn)移，并促使植物生長(zhǎng)，35天后，投加水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組植物含磷量比未投加組高出76％，且投加水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組植株重量增加了149.0％。

實(shí)施例2

多個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置根據(jù)淺水湖泊、養(yǎng)殖池塘、河道底泥等具體環(huán)境，按照不同組合形狀靈活布設(shè)。如圖2所示，在本實(shí)施例中，將多個(gè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置A均勻分散于養(yǎng)殖池塘中，用于富營(yíng)養(yǎng)化水平的養(yǎng)殖池塘底泥磷的控制與吸收。

在養(yǎng)殖池塘進(jìn)入6-7月份，為了避免底泥磷釋放，在池塘中布設(shè)下沉式生態(tài)修復(fù)裝置，單體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)2-4m，寬1-2m。根據(jù)養(yǎng)殖池塘的功能結(jié)構(gòu)布局，將下沉式單元結(jié)構(gòu)零星隨機(jī)分布。

管材采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的PP材料制成，管材直徑110mm，管材上面布設(shè)5-10mm孔徑的孔眼，可以使水進(jìn)入。管材通過(guò)高強(qiáng)度、耐老化尼龍軟繩連接固定。上層水生植物區(qū)的植物固定網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為50mm，下層基質(zhì)固定網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為20mm，兩種固定網(wǎng)均采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的尼龍網(wǎng)制成。磷固定基質(zhì)采用水化硅酸鈣顆粒，粒徑25-40mm。沉水植物可選用穗狀狐尾藻、伊樂(lè)藻、輪頁(yè)黑藻等。

以穗狀狐尾藻為例，水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組鐵磷下降為76.5％，而鈣磷則上升46.5％。水化硅酸鈣的投促使植物生長(zhǎng)，投加水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組穗狀狐尾藻含磷量比未投加組高出76％。

實(shí)施例3

用于富營(yíng)養(yǎng)化河道底泥磷的控制與吸收，如圖3所示。

沿著河道方向，在中央或兩側(cè)布設(shè)具有底泥磷固定與吸收功能的下沉式生態(tài)修復(fù)裝置A，單體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)2-4m，寬1-2m，裝置依次排列，長(zhǎng)100米。

管材采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的PP材料制成，管材直徑110mm，管材上面布設(shè)5-10mm孔徑的孔眼，可以使水進(jìn)入。管材通過(guò)高強(qiáng)度、耐老化尼龍軟繩連接固定。上層水生植物區(qū)的植物固定網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為50mm，下層基質(zhì)固定網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為20mm，兩種固定網(wǎng)均采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐老化的尼龍網(wǎng)制成。磷固定基質(zhì)采用水化硅酸鈣顆粒，粒徑25-40mm。選用穗狀狐尾藻、菹草等沉水植物，或蘆葦、香蒲等挺水植物。

以香蒲為例，水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組鐵磷下降為75.3％，而鈣磷則上升47.7％。水化硅酸鈣的投促使植物生長(zhǎng)，投加水化硅酸鈣的實(shí)驗(yàn)組香蒲含磷量比未投加組高出76％。