CN104150599B - 一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物浮岛，公开了一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，包括生物浮岛单元（1），生物浮岛单元（1）包括植被层（2）、基质层（3）、浮力基盘（4）和重锤（5），基质层（3）盛放在浮力基盘（4）内，植被层（2）覆盖在基质层（3）表面，根系扎入到基质层（3）中，浮力基盘（4）承载着基质层（3）和植被层（2）漂浮在水体表面，重锤（5）沉没在水体内，重锤（5）和浮力基盘（4）底部柔性相连，重锤（5）表面卡嵌有微生物填料颗粒（6）。本发明结构简单，成本低廉，运用微生物与陆生植物的协同作用处理污染水域，水体净化效率、净化时间、设置面积等指标均优于传统的生物浮岛。

Description

一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛

技术领域

本发明涉及一种生物浮岛，尤其涉及了一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛。

背景技术

随着工农业的快速发展，多数河流、湖泊以及水库的水质逐渐恶化，呈现富营养化状态，导致藻类大量繁殖，产生恶臭，影响河流在饮用、灌溉和养殖方面发挥应有的作用，阻碍国民经济的发展，而且降低周围空气质量、影响河道景观，降低人们的生活质量。

水体的富营养化主要是由于水体中氮、磷元素过量引起的。氮、磷元素主要来自生活污水、工业废水以及农田排水。由于目前无法将所有污水进行集中处理，因此，很难杜绝氮、磷元素进入水体，所以常采用一些水体净化技术，对水体进行原位修复，减少氮、磷元素含量，降低水体富营养化程度。目前，对水体的直接净化技术主要是曝气增氧技术、人工湿地技术、植物修复带技术以及生物膜技术。但是上述技术普遍存在处理效率低、灵活性差等缺点，无法大规模推广应用。在此基础上，出现了生态浮岛技术，具有灵活性高，处理效果好等优点。但是，现有的生物浮岛技术抗冲击力差，采用水生植物吸收能力有限，对氮磷元素的去除率低，因此，需要设置占水域面积20％以上的浮岛才能达到一定的净化效果，导致前期投入和后期维护成本都很高。

发明内容

本发明针对现有技术中在水体富营养化治理方面的不足，提供了一种抗冲击能力强，对氮磷元素的去除率高，前期投入和后期维护成本都很低的陆生植物和微生物结合的生物浮岛。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，包括一个或若干个生物浮岛单元，生物浮岛单元包括植被层、基质层、浮力基盘和重锤，基质层盛放在浮力基盘内，植被层覆盖在基质层表面，植被层的根系扎入基质层中，基质层包括质量分数为5％～10％的珍珠岩，质量分数为2％～10％的陶粒，质量分数为3％～15％的河沙，质量分数为2％～10％的腐熟棉子壳，质量分数为5％～20％的腐熟牛粪和余量的园土，浮力基盘承托基质层和植被层漂浮在水体表面，重锤沉没在水体内，重锤和浮力基盘底部柔性相连，重锤表面设有微槽，微槽内卡嵌有微生物填料颗粒。浮力基盘承托基质层和植被层漂浮在水体表面，植被层覆盖在基质表面，根系扎入基质层中，基质层为植物生长提供养分，根系抓牢基质层，植物生长于近似陆生土壤环境中，植被层吸收力强，能迅速将水域中的磷元素、氮元素等富集到植物体内，植物生长旺盛；同时，由于基质层中含有一定量的珍珠岩、陶粒和河沙，基质层空隙率较大，植物的根部能接触到空气，避免陆生植物在生物浮岛环境中烂根；此外，基质层包含腐熟棉籽壳和腐熟牛粪，含有大量微生物，能够分解大分子有机物供给植物吸收，植物长势更好。重锤沉没在水体内，采用钢索或绳索等与浮力基盘底部柔性相连，一方面，重锤对浮力基盘起到牵拉的作用，能确保浮力基盘的位置相对固定；另一方面，由于重锤表面的微槽内卡嵌有微生物填料颗粒，重锤沉没在水体内，微生物填料颗粒与水体内部或水底区域内的淤泥接触，微生物填料颗粒分散到水底，能采用微生物降解水体有机质，有助于加快水质净化。

作为优选，浮力基盘包括天然橡胶围成的外壁和与外壁形状相适应的多孔托盘，外壁表面设有卡扣。天然橡胶围成的浮力基盘外壁能为浮力基盘提供浮力，同时，天然橡胶外壁具有一定的柔性，相邻的浮力基盘发生碰撞后，天然橡胶外壁能起到一定的缓冲作用，因此，能确保浮力基盘在大风、暴雨等恶劣天气条件下不受损害，延长使用时间。浮力基盘还包括与外壁形状相适应的多孔托盘，多孔托盘底部分布有细小的孔洞，一方面，待治理的水域的水和有机质能通过孔洞进入到浮力基盘上的基质层，为植被层生长提供水分；另一方面，植被层根系能透过孔洞，根系能大量吸收待净化水域中的营养物质，植株生长更好，效率更高。卡扣的设置能方便生物浮岛单元相互连接，能增强生物浮岛的抗风浪抗冲击能力，生物浮岛单元牢固耐用。

作为优选，外壁为废旧轮胎。外壁为采用天然橡胶的废旧轮胎，缩减了设备成本，有效利用废旧轮胎，属于废旧物资的循环利用，避免了传统的焚烧处理导致的大气污染；此外，天然橡胶废旧轮胎的主要成分是天然橡胶，是植物高分子材料，相比于传统的生物浮岛采用的塑料或发泡材料，天然橡胶轮胎与基质层和植被层的亲和性更好，植物长势更好。

作为优选，生物浮岛单元面积为0.1m²～2m²。生物浮岛单元面积较传统浮岛单元面积小，比表面积大，浮力大，能承载较厚的基质层，为植被层提供近似于陆生土壤环境，植物的物质密度和吸收能力显著提高，水域净化效果也高于传统的生物浮岛。

作为优选，微生物填料颗粒包括质量分数为0.1％～1％的芽孢杆菌干粉、质量分数为0.01～1％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭。微生物填料颗粒即采用活性炭吸附芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉。芽孢杆菌为蜡状芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌，反硝化细菌为ParacoccuspantotrophusATCC35512。芽孢杆菌通过厌氧呼吸或兼性厌氧呼吸，将水体内或水底淤泥中的有机质分解为植物易于吸收的养分；反硝化细菌还原富营养化水体中的亚硝酸盐，使之生成无害的氮气，消耗富营养水体中的氮元素，抑制藻类的过度繁殖，净化水体，提高水体透明度。同时，由于在富营养化的水体中，溶解氧浓度很低，兼性好氧菌和好氧菌呼吸作用速率低，植物根系输送多余的氧气到水中，能促进好氧菌转入良性状态，因此，植物和微生物协同作用，互相促进，形成良性循环，极大的缩短了治理时间，治理效率高。

作为优选，植被层植物为陆生植物，为月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花中的一种或多种。陆生植物较水生植物的物质密度和吸收能力都要高很多，而开花期长，花朵数量多的陆生植物对磷元素的需求旺盛，更适宜用于富营养化水体的吸附治理。

本发明由于采用陆生植物和微生物相结合的生物浮岛，采用浮力基盘为陆生植物营造近似于陆地土壤的生长环境，具有吸附力高的优点；浮力基盘底部与重锤柔性相连，重锤对浮力基盘起到牵拉定位的作用；同时在重锤表面的微槽内卡嵌有微生物填料颗粒，重锤沉没在水体内，微生物填料颗粒与水体内部或水底区域内的淤泥接触，微生物填料颗粒分散到水底，运用微生物与植物的协同作用，消耗富营养化水体中的氮元素和磷元素，水体净化效率高，缩短净化时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—生物浮岛单元、2—植被层、3—基质层、4—浮力基盘、5—重锤、6—微生物填料颗粒、7—外壁、8—多孔托盘、9—卡扣、10—微槽。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，如图1所示，包括生物浮岛单元1，每个生物浮岛单元1面积为0.1m²。生物浮岛单元1包括植被层2、基质层3、浮力基盘4和重锤5，基质层3盛放在浮力基盘4内，植被层2覆盖在基质层3表面，根系扎入到基质层3中，浮力基盘4承载着基质层3和植被层2漂浮在水体表面，重锤5沉没在水体内，重锤5和浮力基盘4底部柔性相连，重锤5表面设有微槽10，微槽10内卡嵌有微生物填料颗粒6。

基质层3包括质量分数为5％的珍珠岩，质量分数为2％的陶粒，质量分数为3％的河沙，质量分数为2％的腐熟棉子壳，质量分数为5％的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填料颗粒6包括质量分数为0.1％的芽孢杆菌干粉、质量分数为0.01％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌干粉为等质量混合的蜡状芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，芽孢杆菌干粉为芽孢杆菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得。反硝化细菌干粉为反硝化细菌经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。

浮力基盘4包括多孔托盘8和围绕在多孔托盘8外周的天然橡胶外壁7。外壁7为废旧轮胎。外壁7表面设有卡扣9，两个浮岛单元1通过卡扣9固定在一起。

生物浮岛单元1组合成水面景观，一方面，起到装饰作用，另一方面吸收富营养化水体中的氮元素和磷元素，有效降低水体总氮、总磷，提高水体透明度，消除水体异味。浮力基盘4的外壁7为废旧轮胎，一方面回收利用废物，避免了焚烧废旧轮胎带来的大气污染和减少环境污染；另一方面，废旧轮胎外壁7具有抗冲击、牢固耐用的优点；同时，由于轮胎的主要成分是天然橡胶，是植物高分子材料，与塑料和发泡材料相比，与基质层3和植被层2具有更好的相容性。

实施例2

一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，如图1所示，包括一个生物浮岛单元1，生物浮岛单元1面积为0.7m²。生物浮岛单元1包括植被层2、基质层3、浮力基盘4和重锤5，基质层3盛放在浮力基盘4内，植被层2覆盖在基质层3表面，根系扎入到基质层3中，浮力基盘4承载着基质层3和植被层2漂浮在水体表面，重锤5沉没在水体内，重锤5和浮力基盘4底部柔性相连，重锤5表面附着有微生物填料颗粒6。

基质层3包括质量分数为10％的珍珠岩，质量分数为10％的陶粒，质量分数为15％的河沙，质量分数为10％的腐熟棉子壳，质量分数为20％的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填料颗粒6包括质量分数为1％的芽孢杆菌干粉、质量分数为0.1％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为蜡状芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得蜡状芽孢杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得反硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。

浮力基盘4包括多孔托盘8和围绕在多孔托盘8外周的天然橡胶外壁7。外壁7表面设有卡扣9。

实施例3

实施例3与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为0.4m²。

基质层3包括质量分数为8％的珍珠岩，质量分数为8％的陶粒，质量分数为10％的河沙，质量分数为6％的腐熟棉子壳，质量分数为15％的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填料颗粒6包括质量分数为0.5％的芽孢杆菌干粉、质量分数为1％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得地衣芽孢杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得反硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。

实施例4

实施例4与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为1m²。

基质层3包括质量分数为7％的珍珠岩，质量分数为5％的陶粒，质量分数为5％的河沙，质量分数为7％的腐熟棉子壳，质量分数为10％的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填料颗粒6包括质量分数为0.3％的芽孢杆菌干粉、质量分数为0.3％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得枯草芽孢杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得反硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。

实施例5

实施例5与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为2m²。

实施例6

2013年3月，在污染程度相近的富营养化水域，分别设置实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的陆生植物和微生物结合的生物浮岛。其中，面积100m²的富营养水域1，设置5个实施例1中的生物浮岛；面积30m²的富营养水域2，设置1个实施例2中的生物浮岛单元；面积50m²的富营养水域3，设置2个实施例3中的生物浮岛单元；面积50m²的富营养水域4，设置1个实施例4中的生物浮岛单元；面积50m²的富营养水域5，设置5个面积分别为3m²传统生物浮岛。

分别在设置后当天和第设置后第10天取样测定水域COD、总氮和总磷指标，测试结果如表1所示。

表1陆生植物与微生物相结合的生物浮岛的处理效果表

通过表1可以看出，采用传统生物浮岛和本申请的生物浮岛都能降低富营养化水域化学需氧量，且对降低总氮和总磷浓度都有所作用；对比实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例，可以看出，采用本申请的陆生植物与微生物结合的生物浮岛处理污染水域，化学需氧量、总氮、总磷下降速度都比传统生物浮岛快，且传统生物浮岛设置面积占水域面积的30％，而实施例1中生物浮岛仅占水域面积的0.5％，实施例2生物浮岛占水域面积的2.3％，实施例3生物浮岛占水域面积的1.6％，实施例4生物浮岛占水域面积的2.0％，因此，采用本申请中的陆生植物和微生物结合的生物浮岛能以极小的面积达到治理大面积水域的效果，处理时间短，成本低，在生物浮岛上栽植陆生植物，特别是花卉类植物，还具有美化环境的作用。此外，由于采用多年生陆生植物，极大降低了维护成本，可以收到景观效果和其它经济效益。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，包括至少一个生物浮岛单元(1)，生物浮岛单元(1)包括植被层(2)、基质层(3)、浮力基盘(4)和重锤(5)，基质层(3)盛放在浮力基盘(4)内，植被层(2)覆盖在基质层(3)表面，植被层(2)的根系扎入到基质层(3)中，基质层(3)包括质量分数为5％～10％的珍珠岩，质量分数为2％～10％的陶粒，质量分数为3％～15％的河沙，质量分数为2％～10％的腐熟棉子壳，质量分数为5％～20％的腐熟牛粪和余量的园土，浮力基盘(4)承托基质层(3)和植被层(2)漂浮在水体表面，重锤(5)沉没在水体内，重锤(5)采用钢索或绳索与浮力基盘(4)底部柔性相连，重锤(5)表面设有微槽(10)，微槽(10)内卡嵌有微生物填料颗粒(6)。

2.根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，浮力基盘(4)包括天然橡胶围成的外壁(7)和与外壁(7)形状相适应的多孔托盘(8)，外壁(7)表面设有卡扣(9)，外壁(7)为废旧轮胎。

3.根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，生物浮岛单元(1)面积为0.1m²～2m²。

4.根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，微生物填料颗粒(6)包括质量分数为0.1％～1％的芽孢杆菌干粉、质量分数为0.01～1％的反硝化细菌干粉和余量的活性炭。

5.根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，植被层植物为陆生植物，为月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花中的一种或多种。