CN110117076A - 一种水生植物生长床及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水生植物生长床及其制备方法，水生植物生长床包括床体、植物生长体和微生物填充体；植物生长体设置在床体中；植物生长体包裹有水生植物的根；植物生长体中设有植物生长复合菌；床体中设有间隙；微生物填充体填充在床体的间隙中；微生物填充体中设有水体净化微生物；植物生长体和微生物填充体中均设有微生物培养物；制备方法包括：植物生长体制备步骤；床体制备步骤；微生物填充步骤；该水生植物生长床节省了常规种植时需先抽水、疏浚底泥、种植植物、水回抽的繁复步骤，可先在生长床上种植植物后，投入水中，投放效率大大提高，生长床对微生物有良好的固定作用，能够持续改善水质。

Description

一种水生植物生长床及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水生植物生长床及其制备方法，属于生态养护技术领域。

背景技术

湖泊是一个国家经济和社会发展的重要淡水资源之一，它不仅具有调节气候、水利防洪、水产养殖、供水用水、风景旅游等功能，而且在保护生物多样性、维护区域环境生态系统平衡等方面也发挥着重要作用。近年来，由于经济的高速发展、人口的快速增长，工业化、城市化和农业的快速推进，大量营养元素(N、P等)及有机物排入湖泊中，导致浮游植物过量繁殖，透明度下降，湖泊水质迅速恶化，湖泊的富营养化趋势严峻。因此，防治湖泊水体污染、修复富营养化水体、保护水资源是目前我国环保工作的一个重要方向。

水生态修复经历了若干年的发展，目前国内外采用的水体修复技术可分为物理法、化学法和生物/生态法。物理法包括底泥疏浚、引水换水、污水截留、造流曝气、机械除藻等。然而疏挖底泥费用昂贵，对水体生态破坏较大，清除的污泥处置困难，容易造成二次污染。但是曝气法存在投资费用高、安装维护困难、运行费用高等问题，不适宜长期应用。机械除藻速度远比不上藻类生长速度，去除效率低，费用高，作用微弱，不能从根本上解决水体富营养化问题。除此之外，打捞出的藻类的处置也是一大难题。

化学方法往往采用化学沉淀和化学除藻。通过投加化学混凝药剂促进水中污染物的沉降，提高水体透明度，抑制沉积物中磷的释放，改善水质。但是化学药剂不仅成本高，效果持续时间短，而且容易造成二次污染。投加化学药剂只适用于应急处理。

生物/生态法是利用培育的植物或培养、接种微生物的生命活动对水中的污染物进行迁移、转化和降解，从而使水体得到净化的技术。水生植物法是利用水生植物及其共生微生物吸收和分解污染物，从而起到净化水体的作用。水生植物还可以改变水与底泥间的物质交换平衡，促使悬浮或溶解在水中的污染物向底泥转移，澄清净化水质。植物还可以与浮游藻类形成营养竞争，抑制藻类爆发。通过对水生植物收割去除水体中的氮、磷。水生植物法投资成本低，能促进水生生态系统的发展，提高水体景观效果。

然而目前水体中种植植物恢复生态植被面临巨大困难，河流中由于水流速的影响，沉水植物难以栽种成活，湖泊中种植沉水植物往往先将水抽排出，疏浚底泥，再人工栽种植物，再逐步回抽水，工作量大，成本高，同时水生植物管理工作量大，管理不到位容易造成二次污染，过多的水上植物会封锁水面，遮蔽阳光，影响水下植被和生物。

此外，微生物强化法是通过向湖泊水体中投加人工选育或基因工程培育的修复菌种，通过这些高效菌种快速去除水体中的氮、磷营养元素和有机污染物。此技术操作简单，管理方便，可快速改善水质。但由于水体中缺少微生物的附着基质，投加的微生物往往会随水流损失，要保持良好的修复效果就要持续投加微生物，造成修复费用高昂。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种水生植物生长床，该水生植物生长床节省了常规种植时需先抽水、疏浚底泥、种植植物、水回抽的繁复步骤，可先在生长床上种植植物后，投入水中，投放效率大大提高，生长床对微生物有良好的固定作用，能够持续改善水质。

本发明的第二个目的在于提供一种上述水生植物生长床的制备方法，该制备方法简单，可实现工业生产。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种水生植物生长床，包括床体、植物生长体和微生物填充体；植物生长体设置在床体中；植物生长体包裹有水生植物的根；植物生长体中设有植物生长复合菌；床体中设有间隙；微生物填充体填充在床体的间隙中；微生物填充体中设有水体净化微生物；植物生长体和微生物填充体中均设有微生物培养物。

进一步地，床体为地聚合物床体。

进一步地，床体包括按重量份计的以下组分：

进一步地，植物生长复合菌包括按重量份计的以下组分：

枯草芽胞杆菌 30-50份；

固氮螺菌 15-30份；

根瘤菌 15-30份。

进一步地，水生植物为苦草。

进一步地，微生物填充体的填充体积占床体体积的18-26％。

进一步地，微生物为EM菌。

实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种水生植物生长床的制备方法，包括：

植物生长体制备步骤：将微生物培养物和植物生长复合菌加入胶凝剂中混合，得到复合菌胶凝液；将复合菌胶凝液包裹水生植物的根，然后进行固化，得到植物生长体；

床体制备步骤：将制备床体的原料与植物生长体混合后，固化成型，得到设有植物生长体的床体；

微生物填充步骤：将微生物培养物加入胶凝剂中，然后加入活化的水体净化微生物，得到微生物胶凝液；将设有植物生长体的床体浸润微生物胶凝液，然后取出并进行固化，得到水生植物生长床。

进一步地，床体制备步骤中，制备床体的原料通过将粉煤灰、偏高岭土、煤矸石和石块与，氢氧化钠和硅酸钠的水溶液混合得到。

进一步地，床体制备步骤中，制备床体的原料与植物生长体的质量比为(3-5):1。

进一步地，植物生长体制备步骤和微生物填充步骤中，胶凝剂为海藻酸钠和葡苷聚糖的混合液；固化为放入氯化钙溶液中进行固化反应。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明水生植物生长床将植物、微生物直接固化在床体上，在地面生产完成即可直接投放水中生长，植物可依附植物生长体生长，植物生长吸收水体中的污染物质转化为自身物质，进一步修复水体生态环境，微生物与水体连通，则可正常生长繁殖降解污染物，净化水体；

2、本发明水生植物生长床运输方便，使用时直接投放于河流即可，投放场地不受限制，即便是河底凹凸不平也不影响水生植物生长床的放置；

3、本发明水生植物生长床可以美化河流环境，大大克服了传统生态修复需抽水，疏导底泥再种植的缺陷；

4、本发明水生植物生长床可以轻松提取出水面进行植物维护管理，模块化管理，避免了水下作业难的问题。

附图说明

图1为水生植物生长床的结构示意图；

图2-4为模拟检测水体总磷、COD和氨氮浓度变化折线图；

图5-7为模拟检测上覆水总磷、COD和氨氮浓度变化折线图；

图8为模拟检测底泥有机质含量变化折线图；

图9-11为实际检测上覆水总磷、COD和氨氮浓度变化折线图；

图12为实际检测底泥有机质含量变化折线图；

图13-15为实际检测水体总磷、COD和氨氮浓度变化折线图；

图中，1、床体；2、植物生长体；3、微生物填充体；4、水生植物的根。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参照图1，一种水生植物生长床，包括床体1、植物生长体2和微生物填充体3；植物生长体2设置在床体中；植物生长体3包裹有水生植物的根4；植物生长体2包括植物生长复合菌；床体1中设有间隙；微生物填充体3填充在床体1的间隙中；微生物填充体3中设有水体净化微生物；植物生长体2和微生物填充体中均设有微生物培养物。

其中，床体为地聚合物床体，床体包括按重量份计的以下组分：

在该成分比例区间中，新形成的地聚合物具有高强度和高韧性，从而保证该床体的抗压强度在15-20PMa，针对水下的使用场景，其具有较强的耐腐蚀性和良好的耐久性和抗压性；地聚合物的孔隙结构对污染物具有吸附作用，同时孔隙中因固定了大量可以降解污染物的水体净化微生物，提高了微生物降解底泥中污染物的效率，同时地聚合物的结构为水生植物的生长提供了空间。

其中，植物生长复合菌包括按重量份计的以下组分：

枯草芽胞杆菌 30-50份；

固氮螺菌 15-30份；

根瘤菌 15-30份。

其中，水生植物为苦草；苦草生长吸收水体中的污染物质转化为自身物质，进一步修复水体生态环境，恢复水下森林。

其中，微生物填充体的填充体积占床体体积的18-26％，保证微生物的生长空间；微生物为EM菌；

EM菌为一种混合菌一般包括光合菌、酵母菌、乳酸菌等等有益菌类约80种，本发明中的EM菌从常规途径取得；

微生物培养物为常规可以用于菌种的液体剂型的通用培养基，可用于培养枯草芽胞杆菌、固氮螺菌、根瘤菌和EM菌。

上述的水生植物生长床通过以下方法制备得到：

一种水生植物生长床的制备方法，包括：

植物生长体制备步骤：将微生物培养物和植物生长复合菌加入海藻酸钠和葡苷聚糖的混合液中混合，得到复合菌胶凝液；将复合菌胶凝液包裹水生植物的根，然后放入3％wt氯化钙溶液中进行固化反应，以蒸馏水洗净停止反应，得到植物生长体；

复合菌胶凝液的成分按重量份计为：

床体制备步骤：将粉煤灰、偏高岭土、煤矸石和石块与，氢氧化钠和硅酸钠的水溶液混合，得到制备床体的原料混合物，混合物与植物生长体混合后，放入模具中固化成型，得到设有植物生长体的床体；

原料混合物和植物生长体的质量比为(3-5):1；在该质量比条件下，结合苦草的生长情况，可以使得苦草的密度达到1500-2000g/m²，苦草密度太高，苦草会太密集而死亡，如果苦草密度太低，达不到污水净化的效果；

微生物填充步骤：将微生物培养物加入海藻酸钠和葡苷聚糖的混合液中，然后加入活化的EM菌液，得到EM菌胶凝液；将设有植物生长体的床体浸润EM菌胶凝液，然后取出并放入3％wt氯化钙溶液中进行固化反应，以蒸馏水洗净停止反应，得到水生植物生长床；

EM菌胶凝液的成分按重量份计为：

微生物的填充体积是通过床体原料用量结合制备参数，而调整床体密度，使床体产生间隙。

实施例1-3：

实施例1-3的成分参数如表格1-3所示：

表格1实施例1-3的床体原料混合物成分参数

表格2实施例1-3的植物生长复合菌成分参数

表格3实施例1-3的微生物填充体填充体积

成分	实施例1	实施例2	实施例3
				微生物填充体填充体积(％)	19	25	20

实施例1-3的结构特征与具体实施方式相同。

制备工艺中：

表格4实施例1-3的用量参数

实施例1-2的制备方法与具体实施方式相同。

模拟检测：

设置多个蓝色塑料箱(510mm×380mm×285mm)，底部铺有8cm厚的底泥，加入50L生活污水(总磷浓度为4mg/L，COD为330mg/L，氨氮为30mg/L)作为污水模拟环境，将实施例1-3分别放置于3个蓝色箱中，设置3个重复。

对比例1：

蓝色塑料箱，不加入任何净水材料。

检测方式：每7d测定水体的总磷、氨氮、CODcr、底泥有机物，底泥上覆水总磷、氨氮、CODcr，实验周期为35天，水温温度设定为25℃。

如图2-4所示，在35天时间内，水体总磷浓度从4mg/L下降为0.8、0.5、0.4mg/L，COD浓度从330mg/L下降为72、65、55mg/L，氨氮浓度由12mg/L下降到3、2.5、2.2mg/L，去除率达75％，表明该模块对湖泊污水具有显著的去除效果。

如图5-7所示，底泥中的上覆水总磷浓度从1.1mg/L下降为0.45、0.44、0.47mg/L，上覆水COD浓度从60mg/L下降为22.4、24、25mg/L，氨氮浓度由11mg/L下降到1.9、2、2.1mg/L，如图8所示，底泥有机质含量从52.8g/kg下降至45.6kg、40、38g/kg，表明该模块对湖泊底泥具有显著的修复效果。

实际检测：

湖泊污水净化效果实践，选用一典型受污染城市浅水湖泊，作为处理对象，该湖泊位于广州市番禺区，属于景观功能型，水域面积40m²，平均水深0.8m，湖面呈较规则矩形；该湖长期受外来污水影响，水质情况较差，为劣V类水体，水体总磷浓度为4mg/L，COD为110mg/L，氨氮为15mg/L。

分别将实施例1-3放入在湖泊中，每7d采集一次水样，每7d测定水体的总磷、氨氮、CODcr、底泥有机物，底泥上覆水总磷、氨氮、CODcr，实验周期为91天，水温温度设定为25℃。

如图9-11所示，底泥上覆水总磷浓度从实验前期就轻微下降，14d后，总磷浓度开始大幅度下降，在14d-77d里，总磷浓度从2.8mg/L下降到0.3mg/L左右。底泥上覆水CODcr浓度由83mg/L下降为43mg/L左右。上覆水氨氮浓度在初期变化不大，在经过7d后，氨氮浓度开始大幅度下降，从14mg/L下降到1mg/L左右，49d后，氨氮浓度开始稳定不变。如图12所示，泥地中的有机物含量在实验初期就开始下降，从88g/kg下降到62.4g/kg左右，到第68d左右就没有明显的变化，含量趋于平稳。

如图13-15所示，实施例1-3在恢复湖泊生态环境过程中，水体总磷浓度从4mg/L下降到0.02mg/L左右，氨氮浓度从15mg/L下降到1.6mg/L左右，COD浓度从110mg/L下降至16mg/L左右，表明对湖泊生态修复具有显著的效果。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水生植物生长床，其特征在于，包括床体、植物生长体和微生物填充体；所述植物生长体设置在床体中；所述植物生长体包裹有水生植物的根；所述植物生长体中设有植物生长复合菌；所述床体中设有间隙；所述微生物填充体填充在床体的间隙中；所述微生物填充体中设有水体净化微生物；所述植物生长体和微生物填充体中均设有微生物培养物。

2.如权利要求1所述的水生植物生长床，其特征在于，所述床体为地聚合物床体。

3.如权利要求1所述的水生植物生长床，其特征在于，所述床体包括按重量份计的以下组分：

4.如权利要求1所述的水生植物生长床，其特征在于，所述植物生长复合菌包括按重量份计的以下组分：

枯草芽胞杆菌 30-50份；

固氮螺菌 15-30份；

根瘤菌 15-30份。

5.如权利要求1所述的水生植物生长床，其特征在于，所述微生物填充体的填充体积占床体体积的18-26％。

6.如权利要求1所述的水生植物生长床，其特征在于，所述微生物为EM菌。

7.一种水生植物生长床的制备方法，其特征在于包括：

植物生长体制备步骤：将微生物培养物和植物生长复合菌加入胶凝剂中混合，得到复合菌胶凝液；将复合菌胶凝液包裹水生植物的根，然后进行固化，得到植物生长体；

床体制备步骤：将制备床体的原料与植物生长体混合后，固化成型，得到设有植物生长体的床体；

微生物填充步骤：将微生物培养物加入胶凝剂中，然后加入活化的水体净化微生物，得到微生物胶凝液；将设有植物生长体的床体浸润微生物胶凝液，然后取出并进行固化，得到水生植物生长床。

8.如权利要求7所述的水生植物生长床的制备方法，其特征在于，床体制备步骤中，制备床体的原料通过将粉煤灰、偏高岭土、煤矸石和石块与，氢氧化钠和硅酸钠的水溶液混合得到。

9.如权利要求7所述的水生植物生长床的制备方法，其特征在于，床体制备步骤中，制备床体的原料与植物生长体的质量比为(3-5):1。

10.如权利要求7所述的水生植物生长床的制备方法，其特征在于，植物生长体制备步骤和微生物填充步骤中，所述胶凝剂为海藻酸钠和葡苷聚糖的混合液；所述固化为放入氯化钙溶液中进行固化反应。