CN106315705A

CN106315705A - 一种利用了农林废弃物制得的治理水体富营养化漂浮颗粒

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Publication number: CN106315705A
Application number: CN201510589314.4A
Authority: CN
Inventors: 袁振
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明提供一种能够防治水体富营养化的，能在水面漂浮的颗粒。用于解决目前很多水体富营养化带来的巨大生态环境压力和每年大量农林废弃物无法有效利用的现实。颗粒由按质量配比为农林废弃轻质材料26±25份、粘接凝合材料46±25份、固磷固氮材料28±25份的干料与水拌合组成。它利用了农林废弃物能在水中能够漂浮的特性，将农林废弃物与固氮固磷材料通过无机胶凝材料粘接起来，使得固氮固磷材料能够长期漂浮在水面，长期发挥防治富营养化的作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效。该颗粒在水体中饱和固定氮和磷后，可被打捞回收，作为农田肥料使用。

Description

一种利用了农林废弃物制得的治理水体富营养化漂浮颗粒

技术领域

本发明涉及一种用于防治水体富营养化的，可在水面漂浮的颗粒。具体地说，涉及一种利用了农林废弃物能在水中能够漂浮的特性，将它与固氮固磷材料通过无机胶凝材料粘接起来，使得固氮固磷材料能够长期漂浮在水面，长期发挥防治富营养化作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的颗粒。

背景技术

我国每年有大量的农林废弃物直接抛弃或在农田焚烧，造成了巨大的浪费和环境污染。特别是我国每年大量的稻子、小麦、玉米和棉花收获后，农业耕种者常常就地将剩余的稻秆、麦秆、玉米杆和棉秆焚烧，给大中城市的空气造成了巨大的污染，引起的雾霾问题越来越引起公众的注意。既然这些农林废弃物带来了巨大的环境问题，又没有有效的办法大量消耗，那能否变废为宝，将农林方面弃之不及的材料用于治理水体富营养化呢。本发明给出了有意义的答案。

本发明运用了农林废弃物一个显著的特征——能在水中漂浮。将这个特征将农林废弃物运用于防治富营养化颗粒的制作。取得了创新性的成果，既减少了农林废弃物的丢弃和焚烧，又治理了水体的富营养化，一举两得，以废治废。

水体富营养化是指湖泊、河流、水库或景观水体中由于氮和磷含量过多而引起的水藻疯狂生长，水体溶解氧迅速下降，造成浮游生物、植物、鱼类衰亡甚至绝迹的污染现象。我国每年因水体富营养化造成了巨大的经济损失和生态灾难，太湖、巢湖和滇池都发生过因水体富营养化而引起的生态灾难，尤其是滇池的水体富营养化近十年来年年都发生，给周围生产和生活的人们和周边的生态带来巨大的环境压力。

目前，富营养化的防治技术分类可分为物理防治、化学防治和生物防治。

物理防治主要是指将水中藻类通过机械的方式打捞和过滤出来，使得水中暂时变清，然而水中氮磷还在，藻类还会疯狂生长，难以标本兼治。近期有通过超声、磁、电、声、光将藻外壁破碎的物理方法报道，但是藻类破碎后会释放藻毒素，带来更大的生态灾难。

化学防治主要是通过投加化学药剂将藻类直接杀死或者是沉淀藻类所必须的氮和磷来达到控制富营养化的目的。例如投加硫酸铜可是杀死藻类，但是铜离子属于重金属，在水体中残留会造成水中其他生物体的伤害，为人畜饮用后会在身体内有重金属残留，为公众强烈反对。投加铝系或铁系絮凝剂能将水体中的氮磷沉淀，但是絮凝剂会最终沉入湖底，为淤泥包裹而失效，除磷除氮效率较低。

生物防治主要包括利用水葫芦和生态浮床来吸收水体中的氮和磷，但是水生植物吸收氮和磷后生长迅速，体量太大，以某些地区至于打捞的水生植物向外车辆运输的速度还赶不上水生植物生长的速度，耗费了巨大的人力和汽油。当然，向外输送水生植物带动了人口就业，提高了汽油的消费，甚至带动了一些水生植物机械挤压除水的新兴厂家和产业发展，也算是有利之处吧。

那么有没有能够直接将水中的磷类化合物和氮类化合物以难以溶解的沉淀固定在颗粒表面或者直接吸附在颗粒表面的材料呢，当然是有的，含有铝离子、铁离子或钙离子的材料能和水中的多种含磷化合反应，形成难溶固形物，巨大的表面积又能吸附氮类化合物。通常在实验室中能取得较好的效果。但是它们投放在自然水体中防治水体富营养化的种种努力基本难以成功。为什么会有这样的结果，因为含有铝离子、铁离子或钙离子的材料通常自身也比较重，一旦投加进水体后直接沉入水体被淤泥迅速包裹，基本难以发挥出应有的效果。

说白了，就是这些材料比水重，沉下去后被淤泥包裹失效，不能漂浮，不能长期浮于水面，不能长期发挥作用。

本发明于是想到利用农林废弃物能在水中能够漂浮的特性，将它与固氮固磷材料利用无机胶凝材料粘接起来，使得固氮固磷材料能够长期漂浮在水面，长期发挥作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的颗粒。

发明人搜索了所有利用漂浮特性制作的防治富营养化材料，这些材料主要集中在两大类，一类是生物浮床或自身能漂浮的水生植物，例如水葫芦。这类材料利用的是植物活体，利用植物生长需要氮和磷的特性来固氮固磷，而发明人主要利用含有铝离子、铁离子、钙离子的无机物来固氮固磷。其中的农林废弃物破碎颗粒只起浮子的作用，是死体。生态浮床和水生植物用的是活体。本发明用的是死物。一死一活的区别，可谓是一在平地一在天。请不要搜索时与其混淆。另外一类治理富营养化的漂浮材料，是直接将秸秆投入水中，这种方式固磷固氮效果非常差，远远赶不上含有铝离子、铁离子、钙离子的无机材料。

农林废弃物有能在水中能够漂浮的特性但不能有效固氮固磷降低富营养化，常用的固氮固磷材料能防治富营养化但无法漂浮，易沉入水体迅速被污泥包裹而失效。用无机胶凝材料将两者粘合起来，能够将两者优点相统一。

所以说，纯粹直接投加秸秆也不行，必须和相应的固磷固氮材料相结合，才形成了有本发明特色的防治水体富营养化漂浮颗粒。为了更利于清晰地区别本发明与这两类漂浮材料的区别，现将这两类材料的特征和区别分类说明如下：

一类治理富营养化的漂浮材料主要采用的生物浮床，或者也叫做生物浮岛，主要的原理是这样的，水生植物的生长需要氮磷，利用在生物浮床上栽种生物吸收水中的氮磷，降低水体的富营养化，使得水藻生长减少，水体恢复健康。例如专利CN201520075511一种人工水草、专利CN201520074324一种生物水体净化装置、专利CN201110363084一种基于水体富营养化治理的漂浮植物的综合利用方法、CN201410211345一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床、专利CN200410013019一种富营养化水体景观生态系统的构建方法、CN201210038635一种自持式景观修复生态浮岛装置、专利CN200620019748多功能草箔水上栽培浮床都是属于生物浮床的范畴。生物浮床的特征是利用植物活体，本发明虽用了农林废弃物，但都是死体，死和活的区别简直就是天上和地下明显不同的区别。

生物浮床的这种方法看起来很美好，但是有一个不可避免的致命缺陷。来算一笔帐，水生植物由碳氢氧和少量的氮磷构成，水生植物的干料由碳氢氧氮磷的比例大致为C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P，意味着水生植物每吸收1吨磷，就要有114.5吨的植物干料。水生植物一般含水率95％，干料占5％。那意味着每吸收1吨磷就要收获2290吨的水生植物。这个重量是哪个生态浮床也承受不起的，也难怪人们为何要不停的在水中打捞巨量的水葫芦了。

和生物浮床区别一：本发明的特征在于运用了农林废弃物能够漂浮的特性，而利用的农林废弃物都是死体，特征与生物浮床完全不同。应予以注意。

和生物浮床区别二：本发明的颗粒固磷固氮的效率也比生物浮床要更有优势，一个铁离子或一个铝离子就能固定一个磷酸根离子形成FePO₄或AlPO₄，三个钙离子也能固定两个磷酸根离子形成Ca₃(PO4)₂。效率要比生物浮床要高得多。

另一类治理富营养化的漂浮材料是直接将农林废弃物扔入水中，专利CN201310158456一种利用秸秆控制淡水有害藻类过度繁殖的方法。专利CN201010227902一种用秸秆生产抑藻产品的方法、专利CN200710038641利用植物秸秆治理富营养化水体的方法都是属于这一类。

和直接使用秸秆的区别非常明显：他们直接投加的是秸秆，例如本发明用无机胶凝材料把秸秆和固磷固氮剂粘合起来，本发明有秸秆、胶凝材料、固磷固氮剂三种组分。另外，效果也不同。

直接将秸秆投入水中的方式固磷固氮效果非常差，远远赶不上含有铝离子、铁离子、钙离子的无机材料。一个铁离子或一个铝离子就能固定一个磷酸根离子形成FePO₄或AlPO₄，三个钙离子也能固定两个磷酸根离子形成Ca₃(PO4)₂。纯粹直接投加秸秆也不行，必须和相应的固磷固氮材料相结合，才形成了有本发明特色的防治水体富营养化漂浮颗粒。

其他的防治富营养化的固磷固氮材料基本漂浮不起来，不构成对本专利的冲突。

注意，发明人坚持采用农林固体废弃物作为颗粒的浮子，而不采用白色EPS泡沫，聚氨酯泡沫，酚醛泡沫，或其他塑料作为浮子。并不是发明人智慧不够，想不到这点，而是发明人远见地看到，如果使用塑料，将会给湖泊及江海今后带来巨大的压力和伤害，发明人不愿在见到白色污染，重现江湖。即使再行打捞回收，也漏网之塑料颗粒，被塑料勒成8字形的水生动物，被堵住鼻孔，塞住食道的水生生物时有报道。而农林废弃物能为大自然分解，来自于自然最后回归自然。在这里希望其他人不要采用塑料作为浮子，放水中生灵一条生路，也希望国家予以立法，严禁向大江大湖中撒入大量含有塑料的颗粒。

发明内容

针对目前很多水体富营养化带来的巨大生态环境压力和每年大量农林废弃物无法有效利用的现实，本发明的目的在于提供一种能够防治水体富营养化的漂浮颗粒，能够长期漂浮在水面，长期发挥防治富营养化作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效。

为实现上述目的，本发明提供的方案是提供一种用于防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：该颗粒由按质量配比为农林废弃轻质材料26±25份、粘接凝合材料46±25份、固磷固氮材料28±25份的干料与水拌合组成。

优选地，该颗粒的粒径在0.1cm至100cm之间。

优选地，所述的干料与水的比值为0.1至1000之间。

优选地，所述的农林废弃轻质材料可为秸秆破碎颗粒、稻秆破碎颗粒、麦秆破碎颗粒、棉秆破碎颗粒、稻壳、麦壳、棉壳、木屑、锯末、竹类植物破碎颗粒、草本植物破碎颗粒、木本植物破碎颗粒中的一种或其混合物。

优选地，所述的粘接凝合材料可为水泥、粉煤灰、钢渣、矿渣、石灰、石膏、水玻璃、粘土、干粉砂浆中的一种或其混合物。

优选地，所述的固磷固氮材料可为氢氧化铁、氯化铁、六水合三氯化铁、氢氧化亚铁、氯化亚铁、氯化亚铁四水合物、聚合氯化铁、氧化铁、聚合硫酸铁、硫酸铁、水合硫酸铁、硫酸亚铁、七水硫酸亚铁、氢氧化铝、氯化铝、六水合氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氧化铝、硫酸铝、十八水合硫酸铝、十六水合硫酸铝、明矾的一种或其混合物。

优选地，所述的固磷固氮材料可为氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、硫酸钙、碳酸钙的一种或其混合物。

优选地，所述的固氮材料可为硅胶、活性炭中的一种或其混合物。

优选地，所述的固磷材料可为羟基磷灰石。

优选地，所述的水体可为湖泊水、水库水、江水、河水、沟水、中水、人工湖水、池塘水、景观水、公园景区水、海水中的一种。

本发明的有益效果是：

一、该颗粒利用了农林废弃物，又防治了水体富营养化，变废为宝，以废治废。

二、该颗粒能在水面自由漂浮，与藻类的运动是同向的，能跟随藻类的运动方向机动治理。假如吹东风将水中藻类吹往东面，颗粒也能同时被吹往东面，降低藻类所必须的氮和磷。假如吹西风将水中藻类吹往西面，颗粒也能同时被吹往西面，降低藻类所必须的氮和磷。

三、该颗粒能长期漂浮在水面，长期发挥固氮固磷作用，降低水体富营养化程度。

四、该颗粒避免了常规颗粒容易沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的厄运。

五、该颗粒在水体中饱和固定氮和磷后，能被打捞回收，作为农田肥料使用。

六、该颗粒的浮子采用农林固体废弃物，相对于采用塑料作为浮子，对于环境更友好。

具体实施方式

具体实施方式一：

使用学校景观水池，底部有淤泥淤积，面积12m²，水深1m，投加磷酸氢二铵和氯化铵，使得水体中磷含量达到3mg/L，氨氮含量达到14mg/L。

将破碎后的秸秆颗粒20份，水泥45份，氢氧化铁35份加水搅拌混合，以圆盘造粒机制成直径3cm小球颗粒。

在水池中投加小球颗粒10kg，一周后取水池水样测得水池中含磷量和和含氮量。

经检测，水池中含磷量0.03mg/L，含氨氮6.9mg/L。除磷率为99％，除氮率为50.7％。

为了对比说明秸秆单独实施情况下，和仅由45份水泥和35份氢氧化铁制成的下沉型颗粒投加的情况下，与本发明制得的颗粒区别效果。放空学校景观水池的水，重新加入新鲜水体，仍投加磷酸氢二铵和氯化铵，使得水体中磷含量达到3mg/L，氮氮含量达到14mg/L。单独加入秸秆10kg，一周后取水池水样测得水池中含磷量和和含氮量。再次重复更换池水，将氮与磷调节至初始值，投加下沉型颗粒10kg，一周一周后取水池水样测得水池中含磷量和和含氮量。

单独投加秸秆一周后的水质，水池含磷量3mg/L，含氨氮14.7mg/L，秸秆水下部分可见明显腐烂。证明单独投加秸秆，没有除磷效果，由于秸秆腐败，释放出氨氮，造成水体氨氮升高。

单独投加下沉型颗粒一周后的水质，水池含磷量2.7mg/L，含氨氮9.7mg/L。下沉型颗粒已完全为淤泥覆盖，除磷率20％，除氮率为30.7％。明显不如漂浮型的颗粒。

具体实施方式二：

将破碎后的秸秆颗粒20份，水泥50份，氢氧化铝30份加水搅拌混合，以圆盘造粒机制成直径3cm小球颗粒。

使用学校景观水池，面积12m²，水深1m，投加磷酸氢二铵和氯化铵，使得水体中磷含量达到3mg/L，氨氮含量达到14mg/L。

经检测，水池中含磷量0.58mg/L，含氨氮7.7mg/L。除磷率为80.6％，除氮率为45％。

具体实施方式三：

将破碎后的秸秆颗粒20份，水泥30份，硅胶50份加水搅拌混合，以圆盘造粒机制成直径3cm小球颗粒。

经检测，水池中含磷量3.0mg/L，含氨氮0.8mg/L。除磷率为0％，除氮率为94.3％。

Claims

1.一种用于防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：该颗粒由按质量配比为农林废弃轻质材料26±25份、粘接凝合材料46±25份、固磷固氮材料28±25份的干料与水拌合组成。

2.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：该颗粒的粒径在0.1cm至100cm之间。

3.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的干料与水的比值为0.1至1000之间。

4.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的农林废弃轻质材料可为秸秆破碎颗粒、稻秆破碎颗粒、麦秆破碎颗粒、棉秆破碎颗粒、稻壳、麦壳、棉壳、木屑、锯末、竹类植物破碎颗粒、草本植物破碎颗粒、木本植物破碎颗粒中的一种或其混合物。

5.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的粘接凝合材料可为水泥、粉煤灰、钢渣、矿渣、石灰、石膏、水玻璃、粘土、干粉砂浆中的一种或其混合物。

6.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的固磷固氮材料可为氢氧化铁、氯化铁、六水合三氯化铁、氢氧化亚铁、氯化亚铁、氯化亚铁四水合物、聚合氯化铁、氧化铁、聚合硫酸铁、硫酸铁、水合硫酸铁、硫酸亚铁、七水硫酸亚铁、氢氧化铝、氯化铝、六水合氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氧化铝、硫酸铝、十八水合硫酸铝、十六水合硫酸铝、明矾的一种或其混合物。

7.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的固磷固氮材料可为氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、硫酸钙、碳酸钙的一种或其混合物。

8.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的固氮材料可为硅胶、活性炭中的一种或其混合物。

9.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的固磷材料可为羟基磷灰石。

10.根据权利要求1中所述的防治水体富营养化的可在水面漂浮的颗粒，其特征是：所述的水体可为湖泊水、水库水、江水、河水、沟水、中水、人工湖水、池塘水、景观水、公园景区水、海水中的一种。