CN109851051A - 基于生态网箱的水质净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于生态网箱的水质净化方法，以内外双层网箱为载体，于内层箱体中投放浮水植物、外层箱体中填入富含微生物活菌、AP2和油菜素内酯的生物活性吸附载体，并使沉水植物一端固定在外层箱体中，网箱投放至水域，进行水质的净化；其中，浮水植物有大薸、满江红和睡莲；沉水植物有狐尾藻、金鱼藻和菹草；吸附载体为磁性小麦秸秆，可通过外加磁场分离并回收利用。本发明利用水生植物、微生物活菌、有益藻类和吸附载体的协同增效作用，吸收和吸附养殖水体中的氮、磷等有机质、重金属、砷、汞、农药残留和悬浮物，有效净化水体水质；同时增加有益藻体叶绿素合成，促进藻体细胞分裂生长，从而改善水体生态环境。
Description
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是涉及基于生态网箱的水质净化方法。
背景技术
网箱养殖具有投资收效快、管理方便、机动灵活、起捕容易等优势。但在养殖过程中，由于饲料残留、养殖用药等因素，水体中存在大量氮﹑磷，极易导致水体富营养化、抗生素使用污染、重金属离子污染等问题，这些问题直接关系到网箱养殖的经济效益和附近水域的水质。
传统网箱养殖水质净化方法包括换水、曝气、投放药物等，成本较高、操作繁杂、有效期短，效果不理想。而水生植物在网箱养鱼水环境中不仅可为鱼类提供栖息场所，而且可以吸收和吸附水体中的营养元素，其根系还同时为微生物的生长提供合适的营养环境，并吸附水体大量的悬浮物质，而且低耗、高效、环境安全，既能净化水质，又不引入二次污染，因此，种植水生植物是净化网箱养殖系统水质的有效途径。
此外，复合微生物制剂利用各种菌株相互作用，也能持续发挥净化水质的作用。复合微生物制剂常用的固定化填料有石英砂、陶瓷及合成纤维等塑料制品，这些填料负载量小，生物量少，水头损失大，对有机物和重金属离子的去除效果不好，而且不能回收利用。
现有技术如授权公告号为CN 104003523 B的中国发明专利，公开了一种基于生态网箱的水质净化方法，以双层网箱为载体，上层箱体中放养滤食性鱼类、下层箱体中固定沉水植物，将网箱投放至水域，进行水质的净化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种有效去除水体中的氮、磷、有机杂质、重金属离子、农药残留等有害物质的基于生态网箱的水质净化方法，克服现有技术中所使用的网箱水质净化方法成本高、操作繁杂、有效期短、净化效果不好，传统填料负载量小，生物量少，水头损失大，对有机物和重金属离子的去除效果不好，不能回收利用的问题。
本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：
基于生态网箱的水质净化方法，以内外双层网箱为载体，于内层箱体中投放浮水植物、外层箱体中填入富含微生物活菌和藻类生长促进剂的生物活性吸附载体和水草种子，并使沉水植物一端固定在外层箱体中之后，将网箱投放至水域，进行水质的净化；使用若干个网箱投放至水水域，所用若干个网箱彼此相互独立，且可在水域中悬浮移动。
漂浮性水生植物在内层网箱，沉水性植物在外层网箱，利用两种水生植物的协同增效作用，吸收和吸附养殖水体中的氮、磷等营养物质和重金属离子、悬浮物等污染物，同时植物根系还为外层网箱及水体中的微生物菌的生长提供合适的营养和环境，进一步增强微生物菌的吸收分解水体中氮磷等有机质，从而达到净化养殖水体水质的目的。
作为优选，所用浮水植物包括大薸、满江红和睡莲，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:10-18；网箱面积与浮水植物的种植面积比低于1:10，净化效果不显著；网箱面积与浮水植物的种植面积比高于1:18，浮水植物过度覆盖水面，遮盖阳光，不利于沉水植物进行光合作用，网箱面积与浮水植物的种植面积比在1:10-18之间，有利于达到网箱氮磷的零排放。
作为优选，所用沉水植物包括狐尾藻、金鱼藻和菹草，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:12-21；网箱面积与沉水植物的种植面积比低于1:12，净化效果不显著；网箱面积与沉水植物的种植面积比高于1:21，沉水植物过多，不利于其本身生长，而且会导致网箱的透明度降低，对水质净化不利；网箱面积与沉水植物的种植面积比在1:10-18之间，有利于达到网箱氮磷的零排放。
作为优选，基于生态网箱的水质净化方法，所用外层网箱底部封闭，其宽度为1.0-3.0m，网目为0.5-3.0cm。
作为优选，基于生态网箱的水质净化方法，所用复合微生物菌包括硝化菌、反硝化菌、芽孢杆菌、光合细菌等具有水质净化作用的菌；其发酵液的活菌数不低于15×108cfu/mL；硝化菌、反硝化菌、芽孢杆菌和光合细菌协同作用，具有优异的降解氨氮、亚硝酸盐氮等有毒物质的能力，高效分解水中和池底残饵、粪便等有机废物，吸收硫化物及二氧化碳，使好氧微生物因缺乏营养而被抑制，促进浮游植物的光合作用，从而增加水中氧气含量，降低有害氨气含量，快速提高水体透明度，达到净化水质、改善养殖生态环境的目的。
作为优选，基于生态网箱的水质净化方法，所用藻类生长促进剂为AP2和油菜素内酯，质量比为(1:5)-(5:1)；AP2的分子式为C8H14N4O，是一种三唑类化合物，AP2和油菜素内酯以适当比例配伍使用可以持续促进蛋白质和叶绿素合成，增加藻体叶绿素含量，防止藻体衰老，有利于藻体光合产物的合成和积累，并能维持藻体细胞高速分裂，有效促进藻体生长。
作为优选，基于生态网箱的水质净化方法，所用吸附载体为磁性小麦秸秆；磁性小麦秸秆具有磁偶极，可通过外加磁场达到迅速分离的目的，再一次通过高温煅烧，达到回收再利用的目的。
作为优选，所用浮水植物中，大薸的投放密度为0.1-1.0kg/m2；满江红的投放密度为0.1-0.6kg/m2；睡莲的投放密度为0.1-0.5kg/m2；投放密度过大，导致过度生长，不利水质净化和沉水植物的光合作用；投放密度过小，生长缓慢，水质净化效率低，期限长。
进一步优选，所用浮水植物中，大薸的投放密度为0.5kg/m2；满江红的投放密度为0.3kg/m2；睡莲的投放密度为0.2kg/m2；大薸以氮磷元素为有机营养，根系发达，生长迅速，能有效吸收和吸附水中氮磷元素；满江红对铬、镉、铜、锰、锌等多种重金属离子具有强烈吸附作用，可以降低水体矿化度，调整水体pH值；睡莲根可以吸收水中的汞、铅、苯酚等有毒物质、过滤水中的微生物，并对有害的铜绿微囊藻具有抑制能力；大薸、满江红和睡莲协同作用，既能高效去除氮磷等有机质，也能去除水体中重金属离子，同时还具有水面绿化、美化作用。
作为优选，所用沉水植物中，狐尾藻的投放密度为0.5-1.5kg/m2；金鱼藻的投放密度为0.3-1.0kg/m2；菹草的投放密度为0.3-1.0kg/m2；投放密度过大，导致过度生长，不利水质净化和沉水植物的光合作用；投放密度过小，生长缓慢，水质净化效率低，期限长。
进一步优选，所用沉水植物中，狐尾藻的投放密度为0.8kg/m2；金鱼藻的投放密度为0.5kg/m2；菹草的投放密度为0.4kg/m2；狐尾藻既能除去水体中的氮磷，还可吸收重金属元素，净化效果好；金鱼藻是喜氮喜磷植物，能吸收水体中的有机氮和有机磷；菹草对砷和锌有富集能力，可有效净化水体中的砷和锌；狐尾藻、金鱼藻和菹草协同作用，即可除去氮磷等有机质，又可去除重金属元素，从而净化水质，同时美化养殖水体。
作为优选，基于生态网箱的水质净化方法，所用生物活性吸附载体的制备方法包括：将活性吸附载体粉碎至粒径60-80目，2次置于复合微生物菌发酵液中，吸附平衡，自然晾干，然后与藻类生长促进剂混合均匀，造粒。
活性吸附载体2次浸润于复合微生物菌发酵液中，进一步增加复合微生物菌的吸附量；吸附微生物菌的生物活性吸附载体与藻类生长促进剂可以产生协同作用，一方面高效除去养殖水体中的有机碳、氮、磷等有机杂质、重金属离子、残留农药分子、悬浮物等污染物，改善养殖水体水质，提高水体透明度，另一方面增加水体有益藻类中蛋白质和叶绿素的合成，增加藻体叶绿素含量，并促进藻体细胞分裂，促进藻类生长，优化水体生态环境，提高水产品品质。
进一步优选，所用活性吸附载体的制备方法为：所述磁性小麦秸秆的制备方法为：将小麦秸秆粉碎，用质量分数为20-40％的硝酸浸泡过夜，去离子水洗涤，加入摩尔量为(1-3):1的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O，惰性气体保护，碱性条件反应1-3h，外加磁场分离后，以5-15℃的升温速率升温至1000-1500℃高温煅烧，保温2-3h进行水蒸气活化处理；所制活性吸附载体的孔径以微孔为主，BET比表面积为432-510m2/g。
1000-1500℃高温煅烧，小麦秸秆内部所含的铜、铁、硒等微量元素会聚集成有光泽的炭微晶体，蕴藏于活性载体的微孔结构中，这些炭微晶体能高效催化分解饲料及水体中的重金属、难降解的农药残留物如DDT等，同时与吸附载体的强力吸附力协同作用，有效清除水体中的悬浮物和重金属等污染物。
煅烧温度低于1000℃，不利产生炭微晶体，不能有效降解农药残留物；煅烧温度高于1500℃，会破坏磁性物质四氧化三铁的分子构型，降低磁性，不利分离回收。
活性吸附载体的吸附能力与其孔径大小有关，微孔孔径小于2nm，具有更大的比表面积，更易于吸附重金属离子和农药残留物分子。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明漂浮性水生植物大薸、满江红和睡莲在内层网箱，沉水性植物狐尾藻、金鱼藻和菹草在外层网箱，两类水生植物配合使用，利用其对不同污染物的选择性吸附能力达到协同增效作用，全面吸收和吸附养殖水体中的氮、磷等营养物质和重金属离子、砷、汞离子、悬浮物等污染物质，同时植物根系还为外层网箱及水体中的微生物菌的生长提供合适的营养和环境，进一步增强微生物菌的吸收分解水体中氮磷等有机质，从而达到净化养殖水体水质的目的。
2)本发明使用富含微生物菌的生物活性吸附载体与AP2和油菜素内酯协同作用，高效去除养殖水体中的有机碳、氮、磷等有机杂质、重金属离子、残留农药分子、悬浮物等污染物，改善养殖水体水质，提高水体透明度，同时增加水体有益藻类中蛋白质和叶绿素的合成，增加藻体叶绿素含量，并促进藻体细胞分裂，促进藻类生长，从而提高水产品品质，优化水体生态环境。
3)本发明基于网箱与水环境生态系统的综合利用，无需提供额外能量，仅依靠太阳能与水环境中的生物能便可持续运转网箱模块，无二次污染问题。
4)本发明仅需少量的人工干预，具有操作简单、后期维护成本低等优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
生态网箱制备：生态网箱为聚乙烯结节网，内层网箱规格为4.0m×4.0m×2.5m，网目2.0cm，外层网箱规格为5.5m×5.5m×1.0m，其中外层网箱的宽度为1.5m，网目为2.0cm。内层网箱投放大薸的投放密度为0.5kg/m2，满江红的投放密度为0.3kg/m2，睡莲的投放密度为0.2kg/m2，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:15；
外层网箱中填入富含微生物活菌的生物活性吸附载体和水草种子，并分别以0.8kg/m2、0.5kg/m2、0.4kg/m2的密度将狐尾藻、金鱼藻、菹草的一端固定在外层箱体中，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:18。
其中，生物活性吸附载体的制备方法为：将小麦秸秆粉碎，用质量分数为30％的硝酸浸泡过夜，去离子水多次洗涤，加入摩尔量为2:1的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O，惰性气体保护，碱性条件反应2h，外加磁场分离后，以10℃的升温速率升温至1200℃高温煅烧，保温3h进行水蒸气活化处理，得活性吸附载体；本实施例所制活性吸附载体的孔径以微孔为主，BET比表面积为509m2/g；将制得的活性吸附载体粉碎至粒径60-80目，2次置于复合微生物菌发酵液中，吸附平衡，自然晾干，然后与藻类生长促进剂混合均匀，造粒。其中，复合微生物菌包括硝化菌、反硝化菌、芽孢杆菌、光合细菌，发酵液的活菌数为30×108cfu/mL；藻类生长促进剂为AP2和油菜素内酯，质量比为1:1。
实施例2：
水质净化效果验证
杭州郊区受污染养殖湖泊，湖泊体积6000m3。水质指标：BOD5为12.3mg/L、COD为108.42mg/L、总氮为56.75mg/L、总磷为1.26mg/L、氨氮0.78mg/L、悬浮物29.5mg/L；重金属指标：砷：0.135mg/L、镉0.0137mg/L、铬(六价)0.563mg/L、铅0.112mg/L、汞0.0137mg/L；DDT指标：1.3367μg/kg。
水质净化方法如下：
取上述网箱20个，均匀投放至湖泊后，每隔10天测定BOD5、COD、总氮、总磷、氨氮、悬浮物指标，定期监测浮水植物和沉水植物的生长情况，其中浮水植物每10天采收一次，沉水植物在第40天时，一次性采收。40天后，检测湖泊内的水质指标，检测结果见表1。重金属与DDT指标见表2。
表1生态网箱对污染湖泊的净化效果
由表1可知，净化后的水质BOD5、COD、总氮、总磷、氨氮、悬浮物指标都远小于净化前，说明本发明生态网箱具有优异的水质净化效果，本发明基于生态网箱的水质净化方法行之有效，提示生态网箱内的漂浮性水生植物、沉水性植物与富含微生物活菌的生物活性吸附载体和水草种子可以协同作用，吸收和吸附养殖水体中的氮、磷等营养物质，有效净化养殖水体水质。
表2.生态网箱对污染湖泊中重金属和DDT的净化效果
由表2可知，净化前的水质中重金属含量和DDT含量都很高，而净化后的水质砷、镉、铬(六价)、铅、汞、DDT指标都未检出，说明本发明生态网箱具有优异的重金属离子和DDT污染物的净化效果，本发明基于生态网箱的水质净化方法行之有效，提示生态网箱内的漂浮性水生植物、沉水性植物与富含微生物活菌的生物活性吸附载体和水草种子可以协同作用，吸收和吸附养殖水体中的重金属离子、DDT、悬浮物等污染物，有效净化养殖水体水质。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于生态网箱的水质净化方法，以内外双层网箱为载体，其特征在于：于内层箱体中投放浮水植物、外层箱体中填入富含微生物活菌和藻类生长促进剂的生物活性吸附载体和水草种子，并使沉水植物一端固定在外层箱体中之后，将网箱投放至水域，进行水质的净化；
所述浮水植物包括大薸、满江红和睡莲，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:10-18；
所述沉水植物包括狐尾藻、金鱼藻和菹草，以外层箱体的底面积计，网箱面积与浮水植物的种植面积比为1:12-21；
所述复合微生物菌包括硝化菌、反硝化菌、芽孢杆菌、光合细菌等具有水质净化作用的菌；其发酵液的活菌数不低于15×108cfu/mL。
所述藻类生长促进剂为AP2和油菜素内酯，质量比为(1:5)-(5:1)；
所述吸附载体为可回收使用的磁性小麦秸秆。
2.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述外层网箱底部封闭，其宽度为1.0-3.0m，网目为0.5-3.0cm。
3.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述浮水植物中，大薸的投放密度为0.1-1.0kg/m2；满江红的投放密度为0.1-0.6kg/m2；睡莲的投放密度为0.1-0.5kg/m2。
4.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述浮水植物中，大薸的投放密度优选为0.5kg/m2；满江红的投放密度优选为0.3kg/m2；睡莲的投放密度优选为0.2kg/m2。
5.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述沉水植物中，狐尾藻的投放密度为0.5-1.5kg/m2；金鱼藻的投放密度为0.3-1.0kg/m2；菹草的投放密度为0.3-1.0kg/m2。
6.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述沉水植物中，狐尾藻的投放密度优选为0.8kg/m2；金鱼藻的投放密度优选为0.5kg/m2；菹草的投放密度优选为0.4kg/m2。
7.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述生物活性吸附载体的制备方法包括：将活性吸附载体粉碎至粒径60-80目，2次置于复合微生物菌发酵液中，吸附平衡，自然晾干，然后与藻类生长促进剂混合均匀，造粒。
8.根据权利要求1所述的基于生态网箱的水质净化方法，其特征在于：所述磁性小麦秸秆的制备方法为：将小麦秸秆粉碎，用质量分数为20-40％的硝酸浸泡过夜，去离子水洗涤，加入摩尔量为(1-3):1的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O，惰性气体保护，碱性条件反应1-3h，外加磁场分离后，以5-15℃的升温速率升温至1000-1200℃高温煅烧，保温2-3h进行水蒸气活化处理；所制活性吸附载体的孔径以微孔为主，BET比表面积为432-510m2/g。
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Effective date of registration: 20190718 Address after: 314300 Room 102, West Block 211 Yanbei Road, Wuyuan Street, Haiyan County, Jiaxing City, Zhejiang Province Applicant after: Jiaxing Juetou Technology Co., Ltd. Address before: 061000 No. 145, Zhaojiafen East District, Cangzhou Economic Development Zone, Cangzhou City, Hebei Province Applicant before: Cangzhou Beitongda Ocean Engineering Machinery Technology Co., Ltd. |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190607 |