CN104003524A

CN104003524A - 一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床

Info

Publication number: CN104003524A
Application number: CN201410211345.1A
Authority: CN
Inventors: 武海鹏; 曾光明; 梁婕; 晏铭; 张长; 李忠武; 李晓东; 黄璐; 许飘; 赖萃; 黄超; 张学刚; 杨中柱
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: CN104003524B

Abstract

本发明公开了一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床，包括浮床基板，浮床基板上设置若干个圆孔，圆孔下方固定有网袋，还包括生物质吸附材料和水生植物，生物质吸附材料置于网袋内，水生植物种植于生物质吸附材料中。其中，生物质吸附材料由生物质材料及由生物质材料缺氧热解得到的生物碳混合堆肥制备。本发明的生态吸附浮床不仅能高效治理水体富营养化，而且不会带来二次污染，不产生新的废物，同时实现了生物质材料的资源化利用。

Description

一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体是涉及到一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床。

背景技术

近年来由于含氮磷成分的工业废水、农业径流和生活污水的大量排放，引发了全球范围内的水体富营养化。赤潮或水华在全球范围内频繁出现是富营养化问题加深的直接反映。富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。水体富营养化的广泛存在及严重的危害性引起了社会及科研人员的广泛关注。对富营养化水体进行治理修复，是社会发展及生态环境建设的迫切需要，寻找先进、实用、造价低廉的技术迫在眉睫。

现有的水体富营养化治理技术主要分为直接投药法、过滤净化法和生态技术。直接投药法即在藻类大量生长时投加药剂除藻并沉淀污染物，该方法虽然立竿见影，使水质迅速改良，但不能从根本上去除导致藻类过量生长的氮磷等营养盐，且沉淀的污染物经过一段时间后又会重新释放，危害水体健康。过滤净化法即将受污染的水体抽提起来，利用过滤设备去除水体中的悬浮态固体污染物和少部分藻类，该方法的缺点在于动力消耗大，运行成本高，去除效果有待提高，装置易堵塞。生态技术基于水生生物尤其是水生植物对水体的净化作用，以人工浮床技术为代表，但该方法在去除氮磷的同时产生大量的生物量需要处理，且植物生长周期长，受季节气候影响大。为了进一步提高生态浮床的治理效果，现有技术中公开了一种添加诸如造粒粉煤灰、沸石、蛭石吸附材料以增强处理效率的浮床，但该浮床使用后的吸附材料易产生二次污染，且产生大量生物量需要处理、处理效果欠佳。

另一反面，人类活动会产生大量的生物质材料，比如：农业生产产生大量的秸秆资源，畜牧业产生大量的畜禽粪便，污水处理产生的大量活性污泥等。这些生物质材料如果闲置或处理不当，将造成严重的浪费甚至是严重的环境问题，对社会生活和生产产生诸多负面影响。因此生物质材料的资源化利用和高效处置已成为社会各界关注的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生态吸附浮床，利用生物质材料制备生物质吸附材料，不仅能高效治理水体富营养化，而且不会带来二次污染，不产生新的废物，同时实现了生物质材料的资源化利用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种生态吸附浮床，包括浮床基板，前述浮床基板上设置若干个圆孔，圆孔下方固定有网袋，还包括生物质吸附材料和水生植物，生物质吸附材料置于网袋内，水生植物种植于生物质吸附材料中。

进一步的，前述生物质吸附材料由生物质材料和生物碳经混合堆肥后制备得到，具体的制备包括以下步骤：

S1：将生物质材料、生物碳按质量比1∶1～3混合得到混合物；

S2：将前述混合物进行好氧堆肥得到堆肥产品；

S3：洗涤前述堆肥产品，得到前述生物质吸附材料。洗涤次数为3～5次。

前述S2中好氧堆肥过程中控制含水率为45％～55％，堆肥处理的时间为30～45天，生物质材料和生物碳的混合物的C/N比为20～35∶1。

前述生物碳可以为市售产品，在本发明优选的生物碳采用前述的生物质材料制备得到，与生物质材料混合后，堆肥效力更强，效果更好。生物碳的制备方法具体包括以下步骤：将前述生物质材料在缺氧条件下热解得到生物碳粗品，将生物碳粗品粉碎成粒径为0.125mm～2mm的颗粒，得到生物碳。

进一步的，前述用于制备生物碳的生物质材料和用于制备生物质吸附材料的生物质材料为树木枝叶、秸秆、畜禽粪便、活性污泥、水生植物中的一种或多种。

进一步的，前述浮床基板由轻质漂浮材料制成，长为1m～4m，宽为1m～2m，厚为5cm～8cm；前述圆孔的直径10cm～20cm；网袋为孔径不大于0.125mm的聚酯网袋；前述水生植物为对氮磷有较好吸收转化效果的水生植物，优选为香蒲或美人蕉。

本发明相比于现有技术，具有以下优点：

1、本发明提供的生物吸附浮床，将水生植物种植在生物质吸附材料中，生物质吸附材料可以有效吸附水体中的污染物，治理水体中的富营养化。同时，生物质吸附材料吸附了水体中的氮磷营养物后，通过缓慢释放被种植于生物质吸附材料中水生植物吸收，促进了水生植物的生长，增长的水生植物进一步加强了对水体中氮磷营养物的吸收，使生态吸附浮床的吸附效率更高，对水体富营养化治理效果更好。

2、本发明采用的生物质吸附材料由生物碳和生物质材料混合堆肥后制备得到，生物碳空隙结构发达，具有相当高的防腐稳定性和超高的养分和水分保留能力，是一种理想的吸附材料，吸附效率是活性炭的2～3倍。堆肥过程中堆肥微生物的生物活动改良了生物碳结构，提高了生物碳的吸附效率；同时，生物碳进一步促进了生物质材料的堆肥效力，有益于堆肥微生物栖息和活动，增加了堆肥微生物的活性，使堆肥微生物对水体中氮磷吸收效率更高，促进堆肥。

3、种植于生物质吸附材料中的水生植物可以作为生物质材料制备生物质吸附材料和生物碳，解决了现有技术中浮床产生大量生物量处理困难的问题，实现了资源化利用。

4、本发明提供的生态吸附浮床可重复使用，其中的生物质吸附材料经使用后，由于富含氮、磷等营养物质，可用作农田缓释肥原料和土壤调节剂，不会带来二次污染，不产生新的废物，属于环境友好型生态吸附浮床。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1中的生态吸附浮床的浮床基板结构示意图。

图2为本发明实施例1中的生态吸附浮床的整体结构组成示意图。

图例说明：

1、浮床基板；2、圆孔；3、网袋；4、生物质吸附材料；5、水生植物。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1

参见图1，本发明提供了一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床，采用聚乙烯泡沫塑料板制作浮床基板1，浮床基板1的尺寸为长2m，宽1m，厚5cm；浮床基板1上设置若干个圆孔2，圆孔2的直径为20cm。

浮床基板1的尺寸不仅限于此，还可以是：长1m～4m；宽1m～2m，厚5cm～8cm；圆孔2的直径还可以是10cm～20cm。

同时参见图2，圆孔2下方固定有网袋3，网袋3是孔径为0.125mm聚酯网袋；网袋3内装有生物质吸附材料4；在生物质吸附材料4中种植对氮磷具有较强去除效果的水生植物5，水生植物5为香蒲(水生植物5还可以为美人蕉)。

网袋3还可以是孔径小于0.125mm聚酯网袋。

上述的生物质吸附材料4的制备方法，包括以下步骤：

首先，取小麦秸秆在缺氧条件下进行400℃热解1小时得到生物碳粗品，将生物碳粗品进行粉碎得到粒径为0.125mm～2mm的生物碳；将小麦秸秆、生物碳按1∶2的质量比(质量比为1∶1～3均可)混合得到堆肥原料，堆肥原料的C/N比为25∶1；然后将堆肥原料进行好氧堆肥，控制含水率为50％(含水率为45％～55％均能实施)，待堆肥原料腐熟后(好氧堆肥时间为42天)得到堆肥产品；将堆肥产品洗涤4次，去除堆肥产品中的可溶性的氮磷营养物质得到生物质吸附材料4。

堆肥产品采用水洗涤，洗涤后的废水可用于农田施肥。

实施例1采用小麦秸秆作为生物质材料制备生物碳和生物质吸附材料4，在本发明中，生物质材料还可以是树木枝叶、畜禽粪便、活性污泥或水生植物，水生植物是所有能在水中生长的植物，例如香蒲、美人蕉。

实施例1中生物质材料和生物碳进行好氧堆肥的时间是42天，在本发明中，好氧堆肥时间为30～45天均能得到质量较优的堆肥产品。

将实施例1的生态吸附浮床应用于水体富营养化治理：

将实施例1的生态吸附浮床共4座投入一实验池塘内，池塘总面积200m³，水深2米。同时，将市售的4座生态吸附浮床(市售的生态吸附浮床采用沸石、蛭石、粉煤灰的混合物作为吸附材料)投入相同规格的对照池塘一内。另外，将4座用于对照的生态吸附浮床(用于对照的生态吸附浮床采用市售的生物碳作为吸附材料)投入相同规格的对照池塘二内。实验池塘、对照池塘一、对照池塘二在夏季均发生了严重的富营养化，富营养化程度无明显区别。表1为投入生态吸附浮床前，对照池塘一、对照池塘二和实验池塘的水质情况。

表1投入生态吸附浮床前三池塘的水质情况

	氨氮(mg/L)	全磷(mg/L)	COD(mg/L)	浊度	透明度(m)
						实验池塘	1.05	0.42	9.30	75	0.24
对照池塘一	1.09	0.40	9.16	73	0.25
						对照池塘二	1.06	0.42	9.41	75	0.24

从表1中可知，实验池塘和对照池塘中氨氮、磷等指标均相似，可以用于实施例1的生态吸附浮床与市售的生态浮床、用于对照的生态吸附浮床进行对比分析。

投入生态吸附浮床10天后，分别对实验池塘、对照池塘一、对照池塘二的水质进行检测；30天后收割生态吸附浮床上的植物，测定生物量(实验前，各生态吸附浮床上的生物量相同，均为3kg)。表2为投入生态吸附浮床10天后三个池塘的水质情况及30天后各生态吸附浮床水生植物5生物量结果。

表2投入生态吸附浮床后池塘的水质情况及水生植物生物量的检测结果表

	氨氮(mg/L)	全磷(mg/L)	COD(mg/L)	浊度	透明度(m)	水生植物生物量(kg)
							实验池塘	0.12	0.03	0.51	10	1.2	16
对照池塘一	0.54	0.22	3.04	34	0.7	10
							对照池塘二	0.32	0.15	1.89	24	0.9	14

对比表1和表2的水质数据可以看出，本发明的生态吸附浮床治理水体富营养化的效率明显高于对照池塘一和对照池塘二的生态吸附浮床。从表2可以看出，本发明的生态吸附浮床水生植物5生物量明显高于普通的生态吸附浮床，意味着本发明中的水生植物5能够吸收更多的氮磷污染物。

上述应用过程中产生的水生植物5可作为生物质材料继续用于生物质吸附材料4的制备，解决了因普通浮床产生大量生物量而造成的二次污染问题；上述应用过程中产生的吸附了氮磷污染物的生物质吸附材料4可用作农田缓释肥原料或土壤调理剂，实现了生物质材料的资源化利用。本发明的用于水体富营养化治理的生态吸附浮床不仅能高效治理水体富营养化，而且不会带来二次污染，不产生新的废物，同时实现了生物质材料的资源化利用。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床，包括浮床基板(1)，所述浮床基板(1)上设置若干个圆孔(2)，所述圆孔(2)下方固定有网袋(3)，其特征在于，还包括生物质吸附材料(4)和水生植物(5)，所述生物质吸附材料(4)置于所述网袋(3)内，所述水生植物(5)种植于所述生物质吸附材料(4)中。

2.根据权利要求1所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述生物质吸附材料(4)由生物质材料和生物碳经混合、堆肥后制备得到。

3.根据权利要求2所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述生物质吸附材料(4)的制备包括以下步骤：

S2：将所述混合物进行好氧堆肥得到堆肥产品；

S3：洗涤所述堆肥产品，得到所述生物质吸附材料(4)。

4.根据权利要求3所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述S2中所述好氧堆肥过程中控制含水率为45％～55％，好氧堆肥时间为30～45天。

5.根据权利要求2所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述生物碳由所述生物质材料制备得到，所述生物碳的制备方法为：将所述生物质材料在缺氧条件下热解得到生物碳粗品，将所述生物碳粗品粉碎成粒径为0.125mm～2mm的颗粒，得到所述生物碳。

6.根据权利要求2至5中任意一项所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述生物质材料为树木枝叶、秸秆、畜禽粪便、活性污泥、水生植物中的一种或多种。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述浮床基板(1)由轻质漂浮材料制成，长为1m～4m，宽为1m～2m，厚为5cm～8cm；所述圆孔(2)的直径10cm～20cm。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述网袋(3)为孔径不大于0.125mm的聚酯网袋。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的生态吸附浮床，其特征在于，所述水生植物(5)为对氮磷有较好吸收转化效果的水生植物；所述水生植物(5)为香蒲或美人蕉。