CN110104780A - 一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统 - Google Patents

一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水污染治理与生态修复领域，公开了一种模块化生物膜‑生态浮床组合净化系统，包括生态浮床模块和生物填料模块，其中，生态浮床模块包括竹排、土工格栅、轻质基质生态棒和水生植物，竹排由成年毛竹排列而成，竹排上设有间隔，轻质基质生态棒固定在竹排的间隔内，水生植物定植在轻质基质生态棒上，土工格栅固定在竹排下方，土工格栅用于承托轻质基质生态棒；生物填料模块包括生物填料、第一穿孔管和第二穿孔管，第一穿孔管和第二穿孔管上分别设有孔眼，生物填料的两端分别固定在第一穿孔管和第二穿孔管的孔眼上，第一穿孔管吊挂安装在竹排中的毛竹上。本发明的净化系统对水体中氮、磷物质的去除效果显著，可以明显提升水质情况。

Description

一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统
技术领域
本发明涉及水污染治理与生态修复领域，尤其涉及了一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统。
背景技术
生态浮床是由现代农艺无土种植技术衍生而来的一种水生态修复技术，通常也被称为生态浮岛、生物浮床、人工浮床、人工浮岛或生物浮岛。近几年来，随着我国水污染防治工作的全面推进，这种被誉称为“水上花园”的生态修复技术在我国许多地区得到了十分广泛的应用。就工程措施而言，生态浮床与自然植物净化的主要区别在于：生态浮床采用了轻质材料使水生植物固定并高密度地浮于水面生长。这一技术手段赋予了浮床技术殊多优势，主要体现在：1)植物种类、设置区等选择空间大，如设置在不利于植物生长的深水区；2)受水位变化、水深、水流等影响很小；3)易与水景观结合进行整体设计，观赏性拓展空间大。
生物膜-生态浮床组合净化技术是在生态浮床基础上，通过在生态浮床下增设有利于微生物附着生长的生物填料，以强化微生物净化效果的一种生物生态联合净化技术，通常也被称为立体式生态浮床或复合式生态浮床。相对于单纯的生态浮床，该技术拓展了微生物的作用空间，因而往往具有更好的水质净化效果。
但现行生物膜-生态浮床组合净化技术在实际应用中存在一些问题，主要表现在：(1)在生物填料和生态浮床的组配方面，通常是直接在生态浮床下悬挂生物填料，安装不便，施工难度大；(2)在浮床植物种植方面，通常采用种植篮或种植盆方式定植，植物易倒伏；(3)为确保浮力与植物定植要求，生态浮床模块中通常采用塑料材质的浮板，成本普遍较高；(4)在天然水体中，生物膜填料对氮、磷的净化能力十分有限，主要依靠浮床植物的吸收作用净化氮、磷营养盐，而浮床植物的生长受限于水质，水质较好时，浮床植物因营养供应不足而长势较差，而水质很差时，某些浮床植物又不能正常生长，因此，浮床植物对氮、磷的净化效果和抗冲击能力不甚理想。
目前，专利号为201520157125.5的实用新型专利公开了一种新型生态浮床，包括浮框、浮床床体、浮床植物和生物滤料，框架由若干空心塑料管首尾相连而成，生物滤料一端悬挂于浮框下端，生物滤料另一端固定在水底，安装不便，施工难度大；浮床床体包括浮床主板、设于浮床主板上的种植孔和设于种植孔内的浮床基质，而且，浮床主板为聚乙烯泡沫板，易折断变形，成本较高，并容易引发微塑料污染。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述缺点，提供了一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，该净化系统安装方便，经济实用，对水质变化适应性强，脱氮除磷效果明显。
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：
一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，包括生态浮床模块和生物填料模块，生物填料模块吊挂安装在生态浮床模块下方，其中，生态浮床模块包括竹排、土工格栅、轻质基质生态棒和水生植物，竹排由成年毛竹排列而成，竹排上设有间隔，轻质基质生态棒固定在竹排的间隔内，水生植物定植在轻质基质生态棒上，土工格栅固定在竹排下方，土工格栅用于承托轻质基质生态棒；
轻质基质生态棒包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭10～15份，轻质陶粒10～15份，膨胀蛭石35～45份，浮石25～35份；
生物填料模块包括生物填料、第一穿孔管和第二穿孔管，第一穿孔管和第二穿孔管上分别设有孔眼，生物填料的两端分别固定在第一穿孔管和第二穿孔管的孔眼上，第一穿孔管吊挂安装在竹排中的毛竹上。
在制作施工方面，本发明的模块化生物膜-生态浮床组合净化系统采用了分体模块化方式，生物填料模块和生态浮床模块的制作可在岸上完成，水上只需进行简便拼装和固定，施工十分方便，宜于推广应用。
在污染净化方面，本发明的模块化生物膜-生态浮床组合净化系统在轻质基质中配入了经低温(300～400℃)碳化制得的轻质生物炭，该生物炭除了具备常规生物炭的污染吸附净化、促进植物生长等作用外，由于还含有可缓慢解放的可溶性有机碳，因此，该轻质基质加入，不仅可以促进浮床植物的生长，还可以作为生物脱氮除磷的补充碳源，进而提高脱氮除磷效果和抗冲击能力。
在经济成本方面，本发明的模块化生物膜-生态浮床组合净化系统利用轻质基质生态棒、土工格栅和竹排来替代现行通用但成本较高的塑料浮板，轻质基质生态棒、土工格栅和竹排的价格较低，可以显著降低投资成本，使得该净化系统的成本约为现行同类技术的1/3。
在浮力保障方面，本发明的生态浮床模块中的竹排和轻质基质生态棒可确保足够的浮力，用于承载生物填料模块，确保整个生物膜-生态浮床组合净化系统不下沉。
作为优选，成年毛竹的长度为3～7m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排上间隔的距离为20～40cm。
作为优选，生态袋由植物根系可透过生长的植生型土工布加工而成。
作为优选，轻质生物炭为水稻、玉米或油菜杆在300～400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm。
作为优选，水生植物为水生美人蕉、水生鸢尾、梭鱼草、千屈菜、风车草和香菇草的一种或一种以上。
作为优选，第一穿孔管和第二穿孔管由管径为15cm的镀锌钢管经钻孔加工而成，第一穿孔管上孔眼的间距为10～20cm，第二穿孔管上孔眼的间距为20～30cm。
作为优选，生物填料为用于污水或废水处理的弹性填料、半软性填料、复合填料或生物绳，生物填料的长度为1～2m。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明的模块化生物膜-生态浮床组合净化系统的浮力和净化效果主要受生物填料模块的尺寸和基质配比及其用量的影响，该净化系统既能确保整个系统浮力而不下沉，又可以确保良好的净化效果和生态景观。
与现行通用生态浮床技术相比，本发明的净化系统对水体中氮、磷物质的去除效果显著，可以明显提升水质情况。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—竹排、2—土工格栅、3—轻质基质生态棒、4—水生植物、5—第一穿孔管、6—生物填料、7—第二穿孔管、11—间隔。
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
一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，如图1-2所示，包括生态浮床模块和生物填料模块，生物填料模块吊挂安装在生态浮床模块下方，其中，生态浮床模块包括竹排1、土工格栅2、轻质基质生态棒3和水生植物4，竹排1由成年毛竹排列而成，竹排1上设有间隔11，轻质基质生态棒3固定在竹排1的间隔11内，水生植物4定植在轻质基质生态棒3上，土工格栅2固定在竹排1下方，土工格栅2用于承托轻质基质生态棒3；
轻质基质生态棒3包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭10份，轻质陶粒10份，膨胀蛭石35份，浮石25份；
生物填料模块包括生物填料6、第一穿孔管5和第二穿孔管7，第一穿孔管6和第二穿孔管7上分别设有孔眼，生物填料6的两端分别固定在第一穿孔管5和第二穿孔管7的孔眼上，第一穿孔管5两端吊挂安装在竹排1中的毛竹上。
成年毛竹的长度为5m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排1上间隔11的距离为30cm。
生态袋由植物根系可透过生长的植生型土工布加工而成。
轻质生物炭为水稻在300℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm。
水生植物4为水生美人蕉、水生鸢尾、梭鱼草、千屈菜、风车草和香菇草。
第一穿孔管5和第二穿孔管7由管径为15cm的镀锌钢管经钻孔加工而成，第一穿孔管5上孔眼的间距为15cm，第二穿孔管7上孔眼的间距为25cm。
生物填料6为用于污水或废水处理的弹性填料，生物填料6的长度为1.5m。
对比例1
本对比例采用现行通用生态浮床，在PE材质的塑料浮板内设有标准种植篮，种植篮内填充陶粒基质，水生植物定植在种植篮内，水生植物为水生美人蕉、水生鸢尾、梭鱼草、千屈菜、风车草和香菇草。
对比例2
同对比例1，所不同的是在PE材质的塑料浮板内设有标准种植盆，种植盆内填充沸石基质。
实施例2
将实施例1和对比例1-2应用于中试规模的污水处理，污水中氨氮、总氮和总磷的浓度分别为9.2、10.5和1.2mg/L，处理时间为20天。20天后，实施例1和对比例1-2对污水中氨氮、总氮和总磷的去除率如表1所示。
表1实施例1和对比例1-2对污水中氨氮、总氮和总磷的去除率
氨氮去除率(％) 总氮去除率(％) 总磷去除率(％)
实施例1 94 88 91
对比例1 69 57 63
对比例2 75 63 64
由表1可知，鱼对比例1-2相比，实施例1的净化系统可以显著提高对污水中氨氮、总氮和总磷的去除率。
实施例3
同实施例1，所不同的是：
轻质基质生态棒3包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭15份，轻质陶粒15份，膨胀蛭石45份，浮石35份；
成年毛竹的长度为3m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排1上间隔11的距离为20cm；
轻质生物炭为油菜杆在400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm；
水生植物4为水生美人蕉、梭鱼草和香菇草；
第一穿孔管5上孔眼的间距为10cm，第二穿孔管7上孔眼的间距为20cm；
生物填料6为用于污水或废水处理的生物绳，生物填料6的长度为1m。
将本实施例的净化系统应用于桐乡市某河道支流治理，三个月后，该河道的水质由劣Ⅴ类上升为Ⅳ类。
实施例4
同实施例1，所不同的是：
轻质基质生态棒3包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭12份，轻质陶粒12份，膨胀蛭石40份，浮石30份；
成年毛竹的长度为7m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排1上间隔11的距离为40cm；
轻质生物炭为玉米在300℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm；
水生植物4为水生鸢尾、风车草和香菇草；
第一穿孔管5上孔眼的间距为20cm，第二穿孔管7上孔眼的间距为30cm；
生物填料6为用于污水或废水处理的半软性填料，生物填料6的长度为2m。
将本实施例的净化系统应用于湖州市德清县某乡村河道治理，五个月后，该河道水质由劣V类上升到Ⅳ类。
实施例5
同实施例1，所不同的是：
轻质基质生态棒3包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭11份，轻质陶粒11份，膨胀蛭石38份，浮石28份；
成年毛竹的长度为4m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排1上间隔11的距离为35cm；
轻质生物炭为油菜杆在300℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm；
水生植物4为千屈菜；
第一穿孔管5上孔眼的间距为13cm，第二穿孔管7上孔眼的间距为26cm；
生物填料6为用于污水或废水处理的复合填料，生物填料6的长度为1.6m。
将本实施例的净化系统应用于舟山市某乡村河道治理，三个月后，该河道水质由劣V类上升到Ⅳ类。
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 (7)

1.一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：包括生态浮床模块和生物填料模块，生物填料模块吊挂安装在生态浮床模块下方，生态浮床模块包括竹排(1)、土工格栅(2)、轻质基质生态棒(3)和水生植物(4)，竹排(1)由成年毛竹排列而成，竹排(1)上设有间隔(11)，轻质基质生态棒(3)固定在竹排(1)的间隔内，水生植物(4)定植在轻质基质生态棒(3)上，土工格栅(2)固定在竹排(1)下方，土工格栅(2)用于承托轻质基质生态棒(3)；
轻质基质生态棒(3)包括生态袋和填充在生态袋内的轻质基质，以重量份计，轻质基质包括如下组分：轻质生物炭10～15份，轻质陶粒10～15份，膨胀蛭石35～45份，浮石25～35份；
生物填料模块包括生物填料(6)、第一穿孔管(5)和第二穿孔管(7)，第一穿孔管(5)和第二穿孔管(7)上分别设有孔眼，生物填料(6)的两端分别固定在第一穿孔管(5)和第二穿孔管(7)的孔眼上，第一穿孔管(5)吊挂安装在竹排1中的毛竹上。
2.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：成年毛竹的长度为3～7m，成年毛竹的直径为5～10cm，竹排(1)上间隔的距离为20～40cm。
3.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：生态袋由植物根系可透过生长的植生型土工布加工而成。
4.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：轻质生物炭为水稻、玉米或油菜杆在300～400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于4.0mm，轻质陶粒为可漂浮于水面上的多孔陶粒，轻质陶粒的粒径为4～10mm，膨胀蛭石粉的最大粒径小于4.0mm，浮石的粒径为2～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：水生植物(4)为水生美人蕉、水生鸢尾、梭鱼草、千屈菜、风车草和香菇草的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：第一穿孔管(5)和第二穿孔管(7)由管径为15cm的镀锌钢管经钻孔加工而成，第一穿孔管(5)上孔眼的间距为10～20cm，第二穿孔管(7)上孔眼的间距为20～30cm。
7.根据权利要求1所述的一种模块化生物膜-生态浮床组合净化系统，其特征在于：生物填料(6)为用于污水或废水处理的弹性填料、半软性填料、复合填料或生物绳，生物填料(6)的长度为1～2m。
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