CN110436637A

CN110436637A - 一种生态浮床及其应用

Info

Publication number: CN110436637A
Application number: CN201910827594.6A
Authority: CN
Inventors: 何圣兵; 孙珊珊; 覃思; 马玉慧; 王亚楠; 陈帆帆; 袁文璟; 刘洁
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2019-11-12

Abstract

本发明涉及水体治理技术领域，具体涉及一种生态浮床及其应用。本发明提供了一种生态浮床，包括浮床载体1、设置于浮床载体1上方的浮床植物6以及设置于浮床载体1下方的浮床基质；所述浮床基质包括铁刨花10。本发明通过在浮床载体1的水下部分悬浮铁刨花10，一方面能够起到微生物附着生长载体的作用，增加铁自养反硝化菌的数量；另一方面零价铁填料能够提供电子，通过铁自养反硝化作用去除水中的硝酸盐，在此过程中零价铁失去电子变成二价铁或者三价铁，与水体中的磷酸根发生化学沉淀作用，从而除磷，进而高效去除低污染水体中的氮磷营养盐。

Description

一种生态浮床及其应用

技术领域

本发明涉及水体治理技术领域，具体涉及一种生态浮床及其应用。

背景技术

我国水资源紧张、水体富营养化态势严重，人造氮肥、磷肥的工业生产和使用，虽然大幅度增加了全球粮食产量，却也造成了诸多环境问题，如陆生和水生系统的富营养化、全球酸化等。农田肥料、工业源、城市径流和城市污水厂尾水中含有的过量氮磷，大部分以硝酸盐氮和磷酸盐的形式存在，最终排入地表水体中，可能会导致受纳水体富营养化、蓝藻暴发，并进而危及河流、湖泊等生态栖息地。

农业地表径流和城镇污水处理厂尾水是最重要的氮、磷排放源，农业地表径流中的氮在排放过程中大都被氧化成了硝态氮，城镇生活污水在经过二级生化处理以后，大部分的氨氮和易降解有机物都得以有效去除，出水以硝酸盐氮为主，它们都是典型的低碳氮比污水。由于缺乏可生物降解的有机物，低碳氮比水体中的硝态氮难以通过微生物反硝化作用有效脱除，会在河流湖泊等地表水体中积累，威胁水生态安全。此外，农业面源和污水厂尾水中的磷含量也都远超过地表水环境质量标准，如果不加处理进入地表水环境，很容易导致受纳水体磷含量超标而处于富营养化状态，对于这类富营养水体的深度脱氮除磷势在必行。

由于农业地表径流或者污水厂尾水具有“高氮磷低碳”的水质特点，难以利用传统的生物脱氮除磷工艺有效削减氮磷营养盐。生态浮床是一种绿色节能的原位生态处理技术，不需要额外占用土地，成本低廉，适合在河流、湖泊、池塘中新建和改造，已经被广泛应用于营养化湖泊、污染河道、污水厂尾水、农业面源等的处理中。但是目前的生态浮床去污效果受季节和植物生物量的影响较大，生态浮床中植物根系直接悬浮在水体中，相对于根系处于土壤中的植物，微量元素摄入不足，容易产生生长不良现象。很多研究表明浮床植物吸收对氮磷去除方面贡献较小，植物同化吸收只占总氮和总磷去除效果的4～10％，生物作用依然是生态浮床系统去除氮、磷营养盐的主要途径，但是由于水体中有机物含量低，C/N、C/P处于很低的水平，不具备高效生物反硝化脱氮和除磷的条件。因此，亟需对生态浮床功能进行强化以提高其脱氮除磷效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生态浮床及其应用，采用本发明提供的生态浮床能够高效去除富营养水体中的氮磷营养盐，达到脱氮除磷效果，另外本发明提供的生态浮床结构简单，适宜大规模推广应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种生态浮床，包括浮床载体1、设置于浮床载体1上方的浮床植物6以及设置于浮床载体1下方的浮床基质；所述浮床基质包括铁刨花10。

优选地，所述浮床载体1由若干个浮床单体2构成，所述浮床单体2的材质为高密度聚乙烯。

优选地，所述浮床单体2的中央设置有植篮圆孔3，四周设置有连接用圆孔4。

优选地，所述浮床植物6包括菖蒲、香蒲和美人蕉中的一种或几种。

优选地，所述铁刨花10的宽度为6～8mm，长度为0.2～1m。

优选地，所述浮床载体1的底部设置有塑料网7，所述铁刨花10放置于网袋9中，所述网袋9通过尼龙绳8与所述塑料网7连接。

优选地，所述网袋9为圆柱形，直径为80～150mm，高度为600～1500mm；所述网袋9的网眼直径为4～8mm。

优选地，所述生态浮床还包括曝气支管11，所述曝气支管11设置于所述浮床基质的下方。

优选地，所述曝气支管11的材质为聚氯乙烯，直径为DN10～DN25。

本发明还提供了上述技术方案所述的生态浮床在处理富营养水体中的应用。

本发明提供了一种生态浮床，包括浮床载体1、设置于浮床载体1上方的浮床植物6以及设置于浮床载体1下方的浮床基质；所述浮床基质包括铁刨花10。本发明通过在浮床载体1的水下部分悬浮铁刨花10，一方面能够起到微生物附着生长载体的作用，增加铁自养反硝化菌的数量；另一方面零价铁填料能够提供电子，通过铁自养反硝化作用去除水中的硝酸盐，在此过程中零价铁失去电子变成二价铁或者三价铁，与水体中的磷酸根发生化学沉淀作用，形成的磷酸铁和羟基磷酸铁沉淀物将从水体中沉淀分离，从而具有除磷功能，进而高效去除低污染水体中的氮磷营养盐；本发明通过在浮床载体1的水上部分种植水生植物，可以同化去除一部分营养盐，同时其根系可以为微生物提供附着载体，提高脱氮除磷效率。实施例结果表明：采用本发明提供的生态浮床处理上海闵行江川街道某富营养河道，处理后河道水体氮磷可以达到地表水IV类水水平(总氮<1.5mg/L，总磷<0.2mg/L)；处理上海闵行某污水处理厂二沉池出水，出水总氮可减少至4～6mg/L，总磷可低至0.1～0.2mg/L，说明本发明提供的生态浮床具有优异的脱氮除磷效果；另外本发明提供的生态浮床结构简单，适宜大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明生态浮床的剖面示意图；

图2为浮床载体1的平面示意图；

其中，1-浮床载体，2-浮床单体，3-植篮圆孔，4-连接用圆孔，5-定植篮，6-浮床植物，7-塑料网，8-尼龙绳，9-网袋，10-铁刨花，11-曝气支管，12-曝气总管。

具体实施方式

本发明提供的生态浮床包括浮床载体1，用于提供浮床植物6生长和浮床基质悬挂的浮体结构。在本发明中，所述浮床载体1优选由若干个浮床单体2构成，更优选为4～16个，最优选为9个；所述浮床单体2的材质优选为高密度聚乙烯。在本发明中，所述浮床载体1的平面尺寸优选为(660～1320)mm×(660～1320)mm，更优选为990mm×990mm，所述浮床单体2的厚度优选为50～150mm，更优选为100mm；所述浮床单体2的平面尺寸优选为(200～400)mm×(200～400)mm，更优选为330mm×330mm。本发明采用若干个浮床单体2拼接成浮床载体1的作用是提高浮床载体在水中的稳定性。

作为本发明的一个实施例，所述浮床单体2的中央设置有植篮圆孔3，用于放置盛有浮床植物6的定植篮5。在本发明中，所述植篮圆孔3的直径优选为60～150mm，更优选为80mm。在本发明中，所述浮床植物6优选为挺水型水生植物，具体包括菖蒲、香蒲和美人蕉中的一种或几种。本发明采用上述种类的水生植物，有利于同化去除一部分营养盐，同时其根系可以为微生物提供附着载体。

作为本发明的一个实施例，所述浮床单体2的四周设置有连接用圆孔4，当所述浮床单体2的外轮廓为矩形时，在所述浮床单体2的四边各设置有一个连接用圆孔4，所述连接用圆孔4的直径优选为8～15mm，更优选为10mm。本发明优选采用尼龙绳8依次穿过所述连接用圆孔4，将浮床单体2连接在一起构成浮床载体1。

作为本发明的一个实施例，所述浮床载体1的底部设置有塑料网7，所述塑料网7优选套在所述浮床载体1的下部。在本发明中，所述塑料网7优选通过浮床单体2外侧的12个(见图2)连接用圆孔4用尼龙绳8与浮床载体1固定在一起。在本发明中，所述塑料网7的平面尺寸优选为(1～1.2)m×(1～1.2)m，更优选为1m×1m；网眼尺寸优选为(40～60)mm×(40～60)mm，更优选为50mm×50mm。本发明利用塑料网7固定连接铁刨花10，具体连接方式见下文详述。

本发明提供的生态浮床包括设置于浮床载体1下方的浮床基质，所述浮床基质包括铁刨花10。在本发明中，所述铁刨花10的宽度优选为5～12mm，更优选为6～8mm，长度优选为0.2～2.0m，更优选为0.2～1.0m。在本发明中，所述铁刨花10优选为钢铁加工过程中产生的边角料，主要成分为单质铁。本发明利用铁刨花10为自养反硝化脱氮和沉淀脱磷提供铁基质。在本发明中，所述铁刨花10的更换周期优选为0.5～1年。

在本发明中，所述铁刨花10优选放置于网袋9中，所述网袋9优选通过尼龙绳8与所述浮床载体1下部的塑料网7连接。在本发明中，单个网袋9中铁刨花10的装填量优选为4～10kg，更优选为6kg。在本发明中，所述网袋9的材质优选为塑料，所述网袋9的形状优选为圆柱形，所述网袋9的直径优选为80～150mm，更优选为100mm，高度优选为600～1500mm，更优选为800mm，所述网袋9的网眼直径优选为4～8mm，更优选为5mm。

在本发明中，所述浮床载体1的下方优选设置有9～25个装有铁刨花10的网袋9，更优选为25个，所述网袋9之间的横向间距优选为200～300mm，更优选为为200mm；纵向间距优选为200～300mm，更优选为200mm。在本发明中，所述网袋9放置在同一水平面上，横向和纵向间距指的是行与行、列与列之间的距离。本发明限定各个网袋9之间的横向间距和纵向间距的作用是均匀分布铁刨花含量。

本发明提供的生态浮床还包括曝气支管11，所述曝气支管11设置于所述浮床基质的下方。本发明利用曝气支管11定期冲洗网袋9，清除网袋9中铁刨花10表面产生的铁锈，保证铁基质的脱氮除磷作用。在本发明中，所述曝气支管11的材质优选为聚氯乙烯，直径优选为DN10～DN25，更优选为DN10。

作为本发明的一个实施例，在所述网袋9的下方设置有3根曝气支管11，相邻所述曝气支管11之间的水平间距优选为200～500mm，更优选为330mm。在采用曝气支管11冲洗网袋9时，气冲强度优选为2～4L/(m²·s)，冲洗频率优选为1～2次/月，单次冲洗时长优选为1～3分钟。

在本发明中，当所述曝气支管11为两个以上时，所述生态浮床还包括曝气总管12，与各个曝气支管11相连通。所述曝气总管12的一端连接鼓风机，通过曝气总管12为曝气支管11提供空气源。在本发明中，所述曝气总管12的材质优选为聚氯乙烯，直径优选为DN15～DN40，更优选为DN15。

本发明还提供了上述技术方案所述的生态浮床在处理营养水体中的应用。本发明优选将所述生态浮床放置于河道、池塘或者表面流湿地中，用于去除富营养水体中的氮磷营养盐，水体在浮床系统中的停留时间控制在1～2d，依靠铁自养反硝化和化学除磷方式，能够实现良好的脱氮除磷效果。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供的生态浮床如图1和图2所示，采用尼龙绳穿过连接用圆孔4，将9个浮床单体2连接成为1组浮床载体1，在浮床单体2中间的植篮圆孔3中放置定植篮5，在定植篮5中种植菖蒲6；在浮床载体1的下部套上塑料网7，在塑料网7绳上系上尼龙绳8，尼龙绳8的下端连接圆柱形塑料网袋9，塑料网袋9的内部装填有铁刨花10；每个塑料网袋9之间的横向和纵向间距均为200mm，每组浮床载体1下部共计悬挂25个装填铁刨花10的圆柱形塑料网袋9；在圆柱形塑料网袋9的下方设置3根曝气支管11，曝气支管11之间的水平间距为330mm，用于定期曝气冲洗塑料网袋9，清除铁刨花10表面产生的铁锈，气冲强度为4L/(m²·s)，冲洗频率为2次/月，冲洗时长为1分钟；3根曝气支管合并成为一根曝气总管，连接至外部的鼓风机；其中，浮床载体1的平面尺寸为990mm×990mm，单个浮床单体2的平面尺寸为330mm×330mm，材质为高密度聚乙烯(HDPE)，植篮圆孔3的直径为80mm，连接用圆孔4的直径为10mm，塑料网7的平面尺寸为1m×1m，通过9个浮床单体2外侧的12个连接用圆孔4用尼龙绳与浮床载体固定在一起，塑料网的网眼尺寸为50mm×50mm，网眼直径为5mm；塑料网袋9的直径为100mm，高度为800mm；铁刨花10的宽度范围为6～8mm，长度为0.2～1m，单个塑料网袋9中铁刨花的装填量为6kg。

试验例1

实验地点为上海市闵行区江川街道某一河段(河段长度约120m，平均宽度8m，平均水深1.2m)，由于间歇性受到周边农业地表径流的影响，水质一直处于富营养化状态，根据长期水质监测数据，其COD含量为16～30mg/L，氨氮含量0.72～1.36mg/L，总氮含量4.82～8.26mg/L，总磷含量0.38～0.65mg/L，水质长期处于低有机物高营养盐状态。2016年5月，在此河段的一端放置10组实施例1所述的生态浮床，在河段的另一端，通过水泵循环的方式，将另一端水体输送至生态浮床区域进行处理，连续循环处理40天后，河段的水质大幅度提升，水体中COD、NH₃-N、总氮、总磷含量分别为10～18mg/L、0.35～1.08mg/L、1.23～1.46mg/L和0.06～0.15mg/L，达到了地表水IV类水水平。

试验例2

实验地点为上海市闵行区某污水处理厂，在厂区内的一个面积约15m²的池塘中，2017年6月放置10组实施例1所述的生态浮床，从二沉池出水中引入尾水量为10m³/d，经生态浮床处理后排放，系统建成后经过1个月的启动后到达稳定，监测生态系统进出水水质，COD由28～45mg/L下降至21～36mg/L，氨氮由0.35～2.42mg/L下降至0.21～1.66mg/L，总氮由10.38～14.56mg/L下降至4.26～5.89mg/L，总磷由0.24～0.46mg/L下降至0.12～0.16mg/L。除总氮外，其它主要水质指标均达到了地表水V类水平。

由实施例结果可以看出，采用本发明提供的生态浮床能够高效去除富营养水体中的氮磷营养盐，达到脱氮除磷效果，另外本发明提供的生态浮床结构简单，适宜大规模推广应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种生态浮床，其特征在于，包括浮床载体(1)、设置于浮床载体(1)上方的浮床植物(6)以及设置于浮床载体(1)下方的浮床基质；所述浮床基质包括铁刨花(10)。

2.根据权利要求1所述的生态浮床，其特征在于，所述浮床载体(1)由若干个浮床单体(2)构成，所述浮床单体(2)的材质为高密度聚乙烯。

3.根据权利要求2所述的生态浮床，其特征在于，所述浮床单体(2)的中央设置有植篮圆孔(3)，四周设置有连接用圆孔(4)。

4.根据权利要求1所述的生态浮床，其特征在于，所述浮床植物(6)包括菖蒲、香蒲和美人蕉中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的生态浮床，其特征在于，所述铁刨花(10)的宽度为6～8mm，长度为0.2～1m。

6.根据权利要求1所述的生态浮床，其特征在于，所述浮床载体(1)的底部设置有塑料网(7)，所述铁刨花(10)放置于网袋(9)中，所述网袋(9)通过尼龙绳(8)与所述塑料网(7)连接。

7.根据权利要求6所述的生态浮床，其特征在于，所述网袋(9)为圆柱形，直径为80～150mm，高度为600～1500mm；所述网袋(9)的网眼直径为4～8mm。

8.根据权利要求1～7任一项所述的生态浮床，其特征在于，还包括曝气支管(11)，所述曝气支管(11)设置于所述浮床基质的下方。

9.根据权利要求8所述的生态浮床，其特征在于，所述曝气支管(11)的材质为聚氯乙烯，直径为DN10～DN25。

10.权利要求1～9任一项所述的生态浮床在处理富营养水体中的应用。