CN109455892A - 用于去除河道底泥中氮、磷和重金属的生态沉床及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除河道底泥中氮、磷和重金属的生态沉床及其方法。该生态沉床包括沉床、种植篮、基质、沸石、网袋和填料。将植物根植于基质中，植物顶部伸出于顶部格栅外；网袋中装有所述沸石，环绕在植物周围；填料串联绑定在种植篮内，环绕植物。本发明的特点是结合了基质和沸石表面的物理吸附和微生物降解作用，以及水生植物净化功能，多重方式净化水体，解决浮床因下雨水流速度大，阳光暴晒，易受损坏，耐受时间短等不利条件。本发明生态沉床的材质无毒无害，不易损坏，经久耐用，结束后便于回收再次使用，不会产生二次污染，原料成本低，来源广泛，易于推广实施。

Description

用于去除河道底泥中氮、磷和重金属的生态沉床及其方法

技术领域

本发明涉及治理污染的方法，具体涉及一种用于去除河道底泥中氮、磷和重金属的生态沉床及其方法，该生态沉床用于深度污染河道处理及原位修复。

背景技术

目前，我国多数江河湖库水体达不到五类地表水标准，对污染的水体进行治理，已成为社会经济发展和生态环境建设的迫切需要。针对河道修复，传统的河道清淤、底泥覆盖、引水、补水修复方法存在工程庞杂、操作困难、耗资巨大、效果反复等问题。

生态浮床是一种治理受污染河湖水体常用的原位修复技术，在治理水体污染、修复生态系统的过程中效果显著。该技术是通过种植植物，依靠植物生长过程中根部的吸收、吸附作用，以及浮床基质的吸附作用，去除水体中的重金属和氮、磷等营养物质，从而达到净化水体的目的，已经得到广泛应用。

尽管现有人工浮床形式多样，但难以抵抗风、雨和较急水流，使用效果并不明显，此外浮床过多利用植物根系吸附和吸收水体表层污染物质，对水体中间和底部污染物产生影响较小，但绝大多数的污染物均存在于底泥和泥水交界面。因此，急需一种针对河床底泥的污染治理方案。

发明内容

本发明的目的为了解决现有技术的不足，提供了一种用于去除河道底泥中氮、磷等营养元素和重金属的生态沉床。该生态沉床以基质、沸石、填料和植物为原料，结合沸石、填料表面微生物降解与物理吸附作用，以及水生植物净化功能等多重方式净化水体，对污染水体达到标本兼治的目的。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种对深度污染河道处理及原位修复的生态沉床，包括沉床、种植篮、基质、沸石、网袋及填料；所述沉床包括框架主体，框架主体底部和顶部由方形格栅组成；框架主体内设有若干方形的预留种植槽，且预留种植槽以顶部格栅的方形孔作为开口；所述沉床两侧设有把手，且沉床两端设有铰链；所述种植篮置于预留种植槽中，且两者以嵌套卡接的形式紧密相连；所述种植篮包括顶部开口的种植篮主体，种植篮主体四周和底部为网状结构；所述种植篮底部设有多层填充物，由下至上依次为基质、沸石及填料，所述基质及填料的粒径均大于种植篮网状结构的孔径；所述基质包括若干黏土层及玉米芯层，且黏土层及玉米芯层交替复合；所述沸石装于网袋中，所述沸石的粒径大于网袋的孔径；所述填料包括若干空心填料球及立体弹性填料，所述空心填料球被立体弹性填料串联连接。其中，铰链用于相邻生态沉床的之间的连接和固定。

作为优选，所述基质中种植植物，且植物顶部伸出顶部格栅。

作为优选，所述沸石为斜发沸石。斜发沸石无毒无害，吸附能力强。

作为优选，所述空心填料球被立体弹性填料串联连接并且捆绑于种植篮内部。

作为优选，所述框架主体采用PVC材料实体结构。

作为优选，所述沉床两侧各设有一个把手，且把手为半圆形把手。两侧的把手可方便沉床、沸石、填料和植物的回收。

作为优选，所述植物为沉水植物。进一步优选，沉水植物可以选用黑藻、苦草、金鱼藻等。

本发明还提供了一种利用上述生态沉床去除河道底泥中氮、磷和重金属的方法：

将所述生态沉床沉于河底，相邻生态沉床之间通过铰链连接；植于基质中的沉水植物生长过程中，其根部穿过基质及种植篮底部及四周的网状结构扎根于底泥中；同时，空心填料球上迅速挂膜并在表面形成生物膜；黏土层中携带的微生物及所述生物膜能够有效降解水体中的有机污染物；沉水植物的根系和茎叶吸收及吸附消减水体和底泥中的重金属、氮、磷及有机污染物。

土壤及生物膜上含有大量的微生物，能够有效降解水体中的有机污染物，分解产生的硝酸盐等无机化合物又可以被植物吸收用于生长，植物生命活动产生的氧气也可以促进微生物的生长，形成共生关系。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明提出生态沉床的概念，建立植物、基质和沸石的共生体系，强化净化效果。

(2)沉床的基质由黏土、玉米芯组成，玉米芯为农业废弃物，但其中含有大量的碳元素，可以很好的调节C/N比，既是反硝化反应所需的碳源，同时又是微生物附着生长的载体，此方法将玉米芯变废为宝。

(3)基质上面为网袋盛装的沸石层，既方便回收沸石又不会影响沸石效果。沸石属于多孔状无机材料，机械强度高，具有吸附性、离子交换性、催化等性能，可吸收水中氨氮、有机物和重金属离子，同时会产生微量氧气，降低河底厌氧状态，为沉水植物的生长提供良好的生态环境。

(4)填料是由立体弹性填料和空心球填料球构成，立体弹性填料将空心球填料串联在一起，捆绑在种植盆内部，为微生物提供优良的附着场所，提高挂膜效率，从而提高水体净化效果。

(5)本发明采用吸附污染物能力强的沉水植物，直接作用于污染物含量最高的底泥，治理目标明确，效果显著。

(6)整个床体位于水体底部，既可以压实底泥，防止底质悬浮和内源污染释放，又解决了生态浮岛受水流冲击和阳光曝晒易损坏的缺点。

(7)本发明沉床两侧有半圆形把手，便于框体、沸石和水草的回收，主体两端有铰链，用于框架之间的连接和固定。本发明生态沉床的材质无毒无害，不易损坏，经久耐用，实验结束后便于回收再次使用，不会产生二次污染，原料成本低，来源广泛，易于推广实施。

附图说明

图1为生态沉床的结构示意图；

图2为种植篮的示意图；

图3为生态沉床串联后的平面图；

图4为种植篮中基质的多层复合结构示意图。

图中附图标记：1-生态沉床；11-框架主体；12-预留种植槽；13-把手；14-铰链；2-种植篮；3-基质；4-沸石；5-植物；6-填料。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

如图1所示，为本发明一优选实施例中的一种对深度污染河道处理及原位修复的生态沉床。该生态沉床1包括框架主体11，框架主体11的顶部及底部均为方形格栅结构，而且顶部格栅及底部格栅上的格栅开孔一一对应，共同组成可用于放置种植篮2的若干方形预留种植槽12。其中，顶部格栅的开孔作为预留种植槽12的上部开口。框架主体11两侧设有半圆形把手13，便于沉床、沸石、填料和植物的回收。此外框架主体11还设有铰链14，用于相邻主体之间的连接和固定，如图3所示。该框架主体11为PVC材料，通过一次性吹制而成。PVC材料应用广泛，制作简单，适用于大规模制造。

种植篮2为塑料制品，种植篮2四周和底部采用网格结构。种植篮2也为方形，且其尺寸略小于种植槽12。放置时，种植篮2通过顶部格栅的开孔放入种植槽12中，种植篮2底部位于与底部格栅上，而且种植篮2与种植槽12以嵌套卡接的形式紧密相连，即种植篮2嵌入种植槽12中且两者之间卡合相接。

如图2所示，种植篮2底部铺设有多层填充物，最下层为基质3，中层为沸石4，上层为填料6。基质3为由玉米芯层及黏土层所形成的交替多层结构。基质3的铺设方法为在种植篮2的底部交替铺设玉米芯层及黏土层，即一层玉米芯层31，一层黏土层32，再一层玉米芯层31，一层黏土层32，如图4所示。需要注意的是需保证玉米芯层及黏土层的厚度均匀，且厚度尽量小一点，黏土层中一般具有微生物(特别是硝化细菌)，在使用过程中玉米芯会作为微生物附着生长的载体，而且其中含有大量的碳元素，可以很好的调节C/N比，能够作为反硝化反应所需的碳源。上述的玉米芯层由玉米芯组成，玉米芯为常见的农业废弃物，其被破碎成粒径约为2cm的颗粒。另外，必要时，还可以向基质中增加微生物菌剂，以快速提高硝化细菌等微生物含量。

沸石4用网袋包裹后环绕在植物周围，网袋直径远小于沸石4粒径，使用完毕后可以通过网袋将其回收。本发明优选沸石为斜发沸石，斜发沸石对环境友好，可循环使用，吸附平衡时间短，对于河道水体中重金属和氮磷等污染物吸附作用强，水质净化功能显著。

处于最上层的填料6包括空心填料球和立体弹性填料。空心填料球为直径2cm的塑料多孔空心球，采用聚烯烃或聚酰胺类为材料，立体弹性填料是由聚烯烃制成的中心绳体和绳体上呈辐射状连接在一起的丝条构成，这种填料具有耐腐蚀、耐老化、材质寿命长、表面积大、挂膜迅速及造价低廉的优点。立体弹性填料将空心填料球串联在一起，并固定于种植篮2上。空心填料球由于比表面积大，沉于水中后可迅速挂膜并在表层形成生物膜，生物膜中也含有大量的微生物。

植物5主要为黑藻、苦草、金鱼藻等沉水植物，根部能够穿过基质3和种植篮2四周网眼扎根于底泥中，植物5根系和茎叶吸收及吸附消减水体和底泥中的重金属、氮、磷及有机污染物，同时植物光合作用释放O₂进入水体中。

因此，在本生态沉床中，黏土层及生物膜上的大量微生物，能够有效降解水体中的有机污染物，并且分解产生硝酸盐等无机化合物。这些无机物又可以被植物吸收用于生长，而且植物生命活动产生的氧气提高水中溶解氧，为微生物营造好氧硝化环境从而促进微生物的生长，形成共生关系。

该生态沉床的使用方法为：

将所述生态沉床沉于河底，相邻生态沉床之间通过铰链连接；植于基质中的沉水植物生长过程中，其根部穿过基质及种植篮底部及四周的网状结构扎根于底泥中；同时，空心填料球上迅速挂膜并在表面形成生物膜；黏土层中携带的微生物及所述生物膜能够有效降解水体中的有机污染物；沉水植物的根系和茎叶吸收及吸附消减水体和底泥中的重金属、氮、磷及有机污染物；一段时间后，需将生态沉床从水中提出，并更换沸石、填料等，并将吸收了重金属的沉水植物回收。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于去除河道底泥中氮、磷和重金属的生态沉床，其特征在于，包括沉床、种植篮、基质、沸石、网袋及填料；所述沉床包括框架主体，框架主体底部和顶部由方形格栅组成；框架主体内设有若干方形的预留种植槽，且预留种植槽以顶部格栅的方形孔作为开口；所述沉床两侧设有把手，且沉床两端设有铰链；所述种植篮置于预留种植槽中，且两者以嵌套卡接的方式紧密相连；所述种植篮包括顶部开口的种植篮主体，种植篮主体四周和底部为网状结构；所述种植篮底部设有多层填充物，由下至上依次为基质、沸石及填料，所述基质及填料的粒径均大于种植篮网状结构的孔径；所述基质包括若干黏土层及玉米芯层，且黏土层及玉米芯层交替复合；所述沸石装于网袋中，且沸石的粒径大于网袋的孔径；所述填料包括若干空心填料球及立体弹性填料，所述空心填料球被立体弹性填料串联连接。

2.根据权利要求1所述的生态沉床，其特征在于：所述基质中种植植物，且植物顶部伸出顶部格栅。

3.根据权利要求1所述的生态沉床，其特征在于：所述沸石为斜发沸石。

4.根据权利要求1所述的生态沉床，其特征在于：所述空心填料球被立体弹性填料串联连接并且捆绑于种植篮内部。

5.根据权利要求1所述的生态沉床，其特征在于：所述框架主体采用PVC材料实体结构。

6.根据权利要求1所述的生态沉床，其特征在于：所述沉床两侧各设有一个把手，且把手为半圆形把手。

7.根据权利要求2所述的生态沉床，其特征在于：所述植物为沉水植物。

8.一种根据权利要求7所述生态沉床去除河道底泥中氮、磷和重金属的方法，其特征在于：

将所述生态沉床沉于河底，相邻生态沉床之间通过铰链连接；植于基质中的沉水植物生长过程中，其根部穿过基质及种植篮底部及四周的网状结构扎根于底泥中；同时，空心填料球上迅速挂膜并在表面形成生物膜；黏土层中携带的微生物及所述生物膜能够有效降解水体中的有机污染物；沉水植物的根系和茎叶吸收及吸附消减水体和底泥中的重金属、氮、磷及有机污染物。