CN111547834A - 一种微孔生物砾料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种微孔生物砾料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生态建筑材料技术领域，尤其涉及一种微孔生物砾料、其制备方法及应用。本发明提供的微孔生物砾料由包括特定组分的微孔矿物砾料母球和特定组分的混合粉体的原料经生物挂膜得到，所述微孔生物砾料对氮磷具有较强的吸附能力，将本发明中微孔生物砾料制成生态驳岸构筑物，可以净化流入水域的面源污染，不仅可以有效消减雨水径流中的氮磷污染，而且可以防止水土流失，辅助优良植物、水草、藻类等附着在材料上，使鱼类和微生物繁殖能力增强，形成一个微循环过滤系统，保护自然环境。

Description

一种微孔生物砾料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及生态建筑材料技术领域，尤其涉及一种微孔生物砾料、其制备方法及应用。
背景技术
随着城市建设和城市人类水景需求，临水岸修建的道路越来越多，目前的河道护坡主要有硬质护坡、生态护坡以及原始土坡三种形式。三者中，硬质护坡占大多数，应用最广，它的特点是坚固耐用、占地少，避免道路水流顺坡冲刷及水土流失，是防汛的必备品。硬质护坡材质包括两种，一种为钢筋水泥混凝土的，一种为浆砌石的，其中浆砌石挡墙是较为传统的坡岸，因石头廉价易得，而它的缺点是容易被河水冲刷腐蚀，强度不及钢筋混凝土挡墙。生态护坡有生态砖和桩木护岸两种形式。相对来说，桩木护岸比较少，因为它对河岸土地面积的要求更高，需要占用更多的土地，但它也是最接近自然土坡的一种护岸。原始土坡现在变得越来越少了，只能在乡下才能看得见。土坡上必须有大量植被，才能保证水土不流失，这样就需要很多土地。但目前很多地方并不具备这样的条件，所以出于节约土地的需求，土坡在减少，很多都做成了直立的硬质护坡。随着水生态文明建设加快，人们对河道又有了景观方面的要求，既要能防洪，又要好看，因此生态护岸被较为广泛地应用到河道整治中。
河流、湖泊水体富营养化严重，主要超标因子为无机氮(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮)和活性磷酸盐。水域整治除了清淤、控污等传统方式外，更加重视恢复水域自身的生态功能。但是由于降雨径流携带的面源污染已经成为水体污染的主要来源，特别是城市内部水体，在雨季，水体中氮磷以及悬浮物含量通常偏高。
目前，在面源污染控制技术中通常采用快速渗透或者截流措施，降低进入水体的污染，如植草沟、雨水花园、地下渗滤系统、人工湿地等，或者沿水体种植水生植物，通过滤料以及水生植物对径流中的氮磷及悬浮物进行吸收和过滤。水体氮磷削减技术根据控制方法原理的不同可分为吸附法、化学法、生物-生态法等。吸附法作为一种重要的物理化学方法，因其高效快速、操作简单、使用方便、可再生利用等优点，受到越来越多的关注。目前常用的吸附材料有活性炭、活性氧化铝、硅藻土、沸石以及一些工业原料或废料如黏土矿物、煤灰渣、钢渣等，其来源广泛，具有一定的实用价值，被广泛用于去除水中的氨氮、磷等污染物质。化学方法原理是化学试剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等反应，使污染物从水体和底泥中分离或转化为低污染或无污染状态。生物-生态法生物利用水体和底泥中各污染物进行代谢活动，从而使污染物浓度降低或去除，对原有生态影响小、维护成本低、二次污染小、生态协调及美化环境等优点。
而用于降低面源污染的措施主要是添加的各种碎石等填料以及种植植物等，利用其对氮磷等污染物质的拦截和吸附，完成对面源污染的处理。前者如果选用碎石，则其对氮磷吸附能力较弱，如果采用改性碎石，可以通过化学反应，对氮磷产生吸附作用；后者则主要取决于种植植物的种类以及对氮磷的快速吸附能力。然而，在植草沟、雨水花园、地下渗滤系统、人工湿地等系统中，雨水均可以有一定的停留时间，为氮磷的充分吸附提供了基础条件，然而，这些措施主要以降低水体中悬浮物含量为首要目的，对于氮磷消减属于次要目的。相反，对于水体堤岸等，雨水无法保证充足的停留时间，对氮磷的吸附效果将大打折扣。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微孔生物砾料、其制备方法及应用，所述微孔生物砾料对氮磷具有较强吸附能力。
本发明提供了一种微孔生物砾料，由包括微孔矿物砾料母球和混合粉体的原料经生物挂膜得到；
所述微孔矿物砾料母球包括：
Figure BDA0002508886340000021
Figure BDA0002508886340000031
所述微孔矿物砾料母球中的所有组份用量之和为100％；
所述混合粉体包括：
Figure BDA0002508886340000032
所述混合粉体中的所有组份用量之和为100％。
优选的，所述微孔矿物砾料母球中的粘结剂为水玻璃；
所述混合粉体中的粘结剂为水玻璃。
优选的，所述微孔矿物砾料母球中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种；
所述混合粉体中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种。
优选的，所述含微量元素的金属盐包括FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O中的一种或几种。
优选的，所述微孔矿物砾料母球和混合粉体的质量比为9：1；
所述微孔生物砾料的粒径为15～25mm，孔隙率>40％，比表面积>10m2/g。
本发明还提供了一种上文所述的微孔生物砾料的制备方法，包括以下步骤：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质混合，在25～30℃、pH值为7.5～8.5的条件下进行生物挂膜，得到微孔生物砾料。
优选的，所述微生物菌群按照以下方法进行制备：
将筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养不少于48h，得到微生物菌群；
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的38wt％～42wt％，P(下标ON)占聚磷菌的35wt％～39wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的17wt％～21wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
优选的，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4中的一种或几种。
本发明还提供了一种生态驳岸构筑物的制备方法，包括以下步骤：
在坡度为30°～40°的驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为50～70cm；
或在坡度大于40°的驳岸上，通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上，固定网套埋入地下的深度为不小于1m，固定网套的直径不大于0.5m；
或在坡度大于40°的梯形驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处，铺设厚度为50～70cm。
优选的，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm；
或通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm；
或将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm。
本发明提供了一种微孔生物砾料，由包括微孔矿物砾料母球和混合粉体的原料经生物挂膜得到；所述微孔矿物砾料母球包括：粉煤灰80wt％～85wt％；水泥5wt％～10wt％；脱硫石膏2wt％～4wt％；生石灰2wt％～4wt％；粘结剂2wt％～4wt％；增孔剂2wt％～4wt％；所述微孔矿物砾料母球中的所有组份用量之和为100％；所述混合粉体包括：粉煤灰75wt％～85wt％；水泥5wt％～7wt％；脱硫石膏2wt％～4wt％；生石灰2wt％～4wt％；含微量元素的金属盐0.3wt％～0.7wt％；粘结剂1wt％～2wt％；增孔剂3wt％～5wt％；所述混合粉体中的所有组份用量之和为100％。本发明提供的微孔生物砾料对氮磷具有较强的吸附能力，将本发明中微孔生物砾料制成生态驳岸构筑物，可以净化流入水域的面源污染，不仅可以有效消减雨水径流中的氮磷污染，而且可以防止水土流失，辅助优良植物、水草、藻类等附着在材料上，使鱼类和微生物繁殖能力增强，形成一个微循环过滤系统，保护自然环境。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
本发明提供了一种微孔生物砾料，由包括微孔矿物砾料母球和混合粉体的原料经生物挂膜得到；
所述微孔矿物砾料母球包括：
Figure BDA0002508886340000051
所述微孔矿物砾料母球中的所有组份用量之和为100％；
所述混合粉体包括：
Figure BDA0002508886340000052
所述混合粉体中的所有组份用量之和为100％。
本发明提供的微孔矿物砾料母球包括粉煤灰。所述粉煤灰的主要作用是提供砾料的基本体。在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰的含量为85wt％。
所述微孔矿物砾料母球还包括水泥。在本发明的某些实施例中，所述水泥的含量为5wt％。
所述微孔矿物砾料母球还包括脱硫石膏。所述脱硫石膏主要用于提高母球的强度。在本发明的某些实施例中，所述脱硫的含量为2wt％。
所述微孔矿物砾料母球还包括生石灰。所述生石灰主要用于促进粉煤灰的水化反应活性，提高早期强度。在本发明的某些实施例中，所述生石灰的含量为2wt％。
所述微孔矿物砾料母球还包括粘结剂。所述粘结剂主要用于提高成球率。在本发明的某些实施例中，所述粘结剂的含量为2wt％或1wt％。在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球中的粘结剂为水玻璃。
所述微孔矿物砾料母球还包括增孔剂。在本发明的某些实施例中，所述增孔剂的含量为4wt％或5wt％。在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种。在本发明的某些实施例中，所述双氧水的质量浓度为30％。在本发明的某些实施例中，所述增孔剂为膨胀珍珠岩粉和双氧水，质量比为1：2。在本发明的某些实施例中，所述增孔剂为双氧水和铝粉，质量比为3：1。
在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球的粒径为4～6mm。在某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球的粒径为5mm。
在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球按照以下方法进行制备：
a)将粉煤灰、水泥、脱硫石膏、生石灰、粘结剂和增孔剂混匀；
b)将所述混匀后的物料进行造粒成型，自然养护后，得到微孔矿物砾料母球。
所述微孔矿物砾料母球的制备方法中用到的原料的组分和配比同上，在此不再赘述。
在本发明的某些实施例中，所述造粒成型在雾化的环境中进行。在本发明的某些实施例中，所述雾化的环境是通过将水雾化形成雾化的环境。在本发明的某些实施例中，所述造粒成型在造粒机中进行。
本发明对所述自然养护的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的自然养护方法即可。
本发明提供的混合粉体包括粉煤灰。在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰的含量为85wt％。
本发明提供的混合粉体还包括水泥。在本发明的某些实施例中，所述水泥的含量为5wt％。
本发明提供的混合粉体还包括脱硫石膏。在本发明的某些实施例中，所述脱硫的含量为2wt％。
本发明提供的混合粉体还包括生石灰。在本发明的某些实施例中，所述生石灰的含量为2wt％。
本发明提供的混合粉体还包括含微量元素的金属盐。微量元素利于生物菌群生长繁殖，利于产生厌氧环境，促进含氮物质的降解以及其他有害物质降解。在本发明的某些实施例中，所述含微量元素的金属盐的含量为0.3wt％、0.5wt％或0.7wt％。在本发明的某些实施例中，所述含微量元素的金属盐包括FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O中的一种或几种。在本发明的某些实施例中，所述含微量元素的金属盐包括FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O，所述FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O的质量比为100：1：1。在本发明的某些实施例中，所述含微量元素的金属盐包括FeCl2·4H2O和NiCl2·6H2O，所述FeCl2·4H2O和NiCl2·6H2O的质量比为100：1。
本发明提供的混合粉体还包括粘结剂。在本发明的某些实施例中，所述粘结剂的含量为1.7wt％、1.5wt％或1wt％。在本发明的某些实施例中，所述混合粉体中的粘结剂为水玻璃。
本发明提供的混合粉体还包括增孔剂。在本发明的某些实施例中，所述增孔剂的含量为4wt％或4.3wt％。在本发明的某些实施例中，所述混合粉体中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种。在本发明的某些实施例中，所述双氧水的质量浓度为30％。
在本发明的某些实施例中，所述混合粉体按照以下方法制备得到：
将粉煤灰、水泥、脱硫石膏、生石灰、含微量元素的金属盐、粘结剂和增孔剂混匀，得到混合粉体。
所述混合粉体的制备方法中用到的原料的组分和配比同上，在此不再赘述。
在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球和混合粉体的质量比为8～10：0.5～1.5。在某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球和混合粉体的质量比为9：1。
在本发明的某些实施例中，所述微孔生物砾料的粒径为15～25mm，孔隙率>40％，比表面积>10m2/g。在某些实施例中，所述微孔生物砾料的粒径为20mm、18mm或22mm。在某些实施例中，所述微孔生物砾料的孔隙率为45％、46％或47％。在某些实施例中，所述微孔生物砾料的比表面积为16m2/g、17m2/g或19m2/g。
本发明提供的微孔生物砾料中，微量元素利于生物菌群生长繁殖，利于产生厌氧环境，促进含氮物质的降解以及其他有害物质降解。粉煤灰提供微孔生物砾料的基本体，便于生物菌群附着其上。脱硫石膏和生石灰可以提高砾料的强度，使得砾料在水中不会掉落成粉，为生物菌群提供持续降解的环境。各组分协同作用，使得到的微孔生物砾料对氮磷具有较强的吸附能力，将本发明中微孔生物砾料制成生态驳岸构筑物，可以净化流入水域的面源污染，不仅可以有效消减雨水径流中的氮磷污染，而且可以防止水土流失，辅助优良植物、水草、藻类等附着在材料上，使鱼类和微生物繁殖能力增强，形成一个微循环过滤系统，保护自然环境。
本发明还提供了一种上文所述的微孔生物砾料的制备方法，包括以下步骤：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质混合，在25～30℃、pH值为7.5～8.5的条件下进行生物挂膜，得到微孔生物砾料。
在本发明的某些实施例中，所述微孔矿物砾料母球和混合粉体混匀在常温下进行。
在本发明的某些实施例中，所述微生物菌群按照以下方法进行制备：
将筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养不少于48h，得到微生物菌群。
在本发明的某些实施例中，所述筛选后的原生态微生物包括发酵菌、产乙酸菌和假白喉棒杆菌，或筛选后的原生态微生物包括发酵菌和假白喉棒杆菌，或产乙酸菌和假白喉棒杆菌。在本发明的某些实施例中，所述筛选后的原生态微生物中，发酵菌、产乙酸菌和假白喉棒杆菌的数量比为104：10：1。在本发明的某些实施例中，所述筛选后的原生态微生物中，发酵菌和假白喉棒杆菌的数量比为104：1。
在本发明的实施例中，所述筛选后的原生态微生物来源于需要处理的水体(即需要构筑生态驳岸构筑物的水域)，通过定向进化产生。所述反硝化聚磷菌为一般市售。本发明对所述定向进化的步骤并无特殊的限制，在本发明的某些实施例中，所述定向进化可以为在培养基内进行定向富集培养。
在本发明的某些实施例中，筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌的数量比为105：1。
在本发明的某些实施例中，所述底泥可以选择需要构筑生态驳岸构筑物的水域中的底泥。
在本发明的某些实施例中，所述联合培养的时间为48h。
在本发明的某些实施例中，所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的38wt％～42wt％，P(下标ON)占聚磷菌的35wt％～39wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的17wt％～21wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。在某些实施例中，P(下标O)占聚磷菌的40.6wt％、41.4wt％或40.3wt％。在某些实施例中，P(下标ON)占聚磷菌的38.9wt％、39wt％或38.8wt％。在某些实施例中，P(下标ONO)占聚磷菌的20.5wt％、19.6wt％或20.9wt％。
在本发明的某些实施例中，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4中的一种或几种。益生菌在发酵过程中的代谢产物具有抑菌物质，在培养中易于增殖，对生物具有促进生长作用。所述益菌物质为一般市售。在本发明的某些实施例中，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4，所述枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4的质量比为1：1：1。在本发明的某些实施例中，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38和植物乳杆菌HS-R9，所述枯草芽孢杆菌HS-A38和植物乳杆菌HS-R9的质量比为1：1。在本发明的某些实施例中，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38和胶红酵母菌HS-J4，所述枯草芽孢杆菌HS-A38和胶红酵母菌HS-J4的质量比为1：1。
得到微生物菌群和益菌物质后，将所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质混合，在25～30℃、pH值为7.5～8.5的条件下进行生物挂膜，得到微孔生物砾料。
优选的，具体为：
将所述复合砾料置于反应器中，控制反应器的温度为25～30℃，将微生物菌群加入所述反应器中，再加入益菌物质，在pH值为7.5～8.5的条件下进行生物挂膜，得到微孔生物砾料。
在本发明的某些实施例中，在生物挂膜的过程中，待所述复合砾料表面的颜色变成深绿色后，生物挂膜完成。
在本发明的某些实施例中，所述生物挂膜的温度为25℃，生物挂膜的pH值为8。
在本发明的某些实施例中，所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比为100：0.1～0.35：0.2～0.5。在某些实施例中，所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比为100：0.12：0.2或100：0.14：0.4。
本发明还提供了一种生态驳岸构筑物的制备方法，包括以下步骤：
在坡度为30°～40°的驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为50～70cm。
在本发明的某些实施例中，所述驳岸的坡度为30°。在本发明的某些实施例中，铺设的厚度为50cm或60cm。
在本发明的某些实施例中，装有微孔生物砾料的固定网套铺设完成后，可以在所述微孔生物砾料上种植水生景观植物，如鸢尾花、香蒲、芦苇等挺水植物。
在本发明的某些实施例中，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm。
在本发明的某些实施例中，固定网套之间的间距为10～15cm。在某些实施例中，固定网套之间的间距为10cm或15cm。
本发明还提供了一种生态驳岸构筑物的制备方法，包括以下步骤：
在坡度大于40°的驳岸上，通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上，固定网套埋入地下的深度为不小于1m，固定网套的直径不大于0.5m。
在本发明的某些实施例中，装有微孔生物砾料的固定网套填充完成后，可以在所述微孔生物砾料上种植水生景观植物，如鸢尾花、香蒲、芦苇等挺水植物。
在本发明的某些实施例中，通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm。
在本发明的某些实施例中，固定网套之间的间距为10～15cm。
本发明还提供了一种生态驳岸构筑物的制备方法，包括以下步骤：
在坡度大于40°的梯形驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处，铺设厚度为50～70cm，固定网套之间的间距为10～15cm。
在本发明的某些实施例中，装有微孔生物砾料的固定网套铺设完成后，可以在所述微孔生物砾料上种植水生景观植物，如鸢尾花、香蒲、芦苇等挺水植物。
在本发明的某些实施例中，所述驳岸的坡度为50°。
在本发明的某些实施例中，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm。
在本发明的某些实施例中，固定网套之间的间距为10～15cm。
在本发明的某些实施例中，所述固定网套的材质选择环境降解材料，形成具有一定形态的生态驳岸构件。
固定网套之间的间距设置，可以减弱水流对坡脚的直接冲蚀和淘刷，为水域附近动植物提供自然保护地。
将水域中底泥铺设在所述固定网套之上的铺设方法有利于微孔生物砾料快速吸收底泥中的水分和营养物质，并迅速固化底泥。
在本发明的某些实施例中，所述驳岸所在水域的总氮含量为3.4～3.8mg/L，总磷含量为0.9～1.2mg/L，COD为39～42mg/L。
本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种微孔生物砾料、其制备方法及应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
微孔矿物砾料母球的制备：
a)将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、2wt％的粘结剂(水玻璃)和4wt％的增孔剂(双氧水，质量浓度为30％)混匀；
b)将所述混匀后的物料置于造粒机中，加入适量的水，水的加入方式为雾化加入，进行造粒成型，自然养护后，得到粒径为5mm的微孔矿物砾料母球。
混合粉体的制备：
将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、0.3wt％的含微量元素的金属盐(FeCl2·4H2O)、1.7wt％的粘结剂(水玻璃)和4wt％的增孔剂(双氧水，质量浓度为30％)混匀，得到混合粉体。
微生物菌群的制备：
将筛选后的原生态微生物(发酵菌、产乙酸菌和假白喉棒杆菌的数量比为104：10：1)与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养48h，得到微生物菌群；筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌的数量比为105：1。
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的40.6wt％，P(下标ON)占聚磷菌的38.9wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的20.5wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
微孔生物砾料的制备：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体按照质量比为9：1在常温下混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料置于反应器中，控制反应器的温度为25℃，将微生物菌群加入所述反应器中，再加入益菌物质(枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4，质量比为1：1：1)，在pH值为8的条件下进行生物挂膜，待所述复合砾料表面的颜色变成深绿色后，得到微孔生物砾料；所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比100：0.12：0.2；
所述微孔生物砾料的粒径为20mm，孔隙率为45％，比表面积为16m2/g。
生态驳岸构筑物的制备：
在坡度为30°的驳岸上，将装有微孔生物粒料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为50cm，固定网套之间的间距为10cm。铺设之前，水体中总氮含量为3.4mg/L，总磷含量为0.9mg/L，COD为42mg/L。铺设3个月后，水体中总氮含量为2.4mg/L，总磷含量为0.5mg/L，COD为40mg/L。铺设6个月后，水体中总氮含量为1.6mg/L，总磷含量为0.4mg/L，COD为33mg/L。
实施例2
微孔矿物砾料母球的制备：
a)将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、1wt％的粘结剂(水玻璃)和5wt％的增孔剂(膨胀珍珠岩粉和双氧水，质量比为1：2，双氧水的质量浓度为30％)混匀；
b)将所述混匀后的物料置于造粒机中，加入适量的水，水的加入方式为雾化加入，进行造粒成型，自然养护后，得到粒径为5mm的微孔矿物砾料母球。
混合粉体的制备：
将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、0.5wt％的含微量元素的金属盐(FeCl2·4H2O和NiCl2·6H2O，质量比为100：1)、1.5wt％的粘结剂(水玻璃)和4wt％的增孔剂(膨胀珍珠岩粉)混匀，得到混合粉体。
微生物菌群的制备：
将筛选后的原生态微生物(发酵菌、产乙酸菌和假白喉棒杆菌，数量比为104：10：1)与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养48h，得到微生物菌群；筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌的数量比为105：1。
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的41.4wt％，P(下标ON)占聚磷菌的39wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的19.6wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
微孔生物砾料的制备：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体按照质量比为9：1在常温下混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料置于反应器中，控制反应器的温度为25℃，将微生物菌群加入所述反应器中，再加入益菌物质(枯草芽孢杆菌HS-A38和植物乳杆菌HS-R9，质量比为1：1)，在pH值为8的条件下进行生物挂膜，待所述复合砾料表面的颜色变成深绿色后，得到微孔生物砾料；所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比100：0.14：0.4；
所述微孔生物砾料的粒径为18mm，孔隙率为46％，比表面积为17m2/g。
生态驳岸构筑物的制备：
在坡度为30°的驳岸上，将装有微孔生物粒料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为50cm，固定网套之间的间距为15cm。铺设之前，水体中总氮含量为3.4mg/L，总磷含量为0.9mg/L，COD为40mg/L。铺设3个月后，水体中总氮含量为2.0mg/L，总磷含量为0.4mg/L，COD含量39mg/L。铺设6个月后水体中总氮含量为1.2mg/L，总磷含量为0.3mg/L，COD为30mg/L。
实施例3
微孔矿物砾料母球的制备：
a)将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、1wt％的粘结剂(水玻璃)和5wt％的增孔剂(双氧水和铝粉，质量比为3：1，双氧水的质量浓度为30％)混匀；
b)将所述混匀后的物料置于造粒机中，加入适量的水，水的加入方式为雾化加入，进行造粒成型，自然养护后，得到粒径为5mm的微孔矿物砾料母球。
混合粉体的制备：
将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、0.7wt％的含微量元素的金属盐(FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O，质量比为100：1：1)、1wt％的粘结剂(水玻璃)和4.3wt％的增孔剂(双氧水，质量浓度为30％)混匀，得到混合粉体。
微生物菌群的制备：
将筛选后的原生态微生物(发酵菌和假白喉棒杆菌，数量比为104：1)与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养48h，得到微生物菌群；筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌的数量比为105：1。
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的40.3wt％，P(下标ON)占聚磷菌的38.8wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的20.9wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
微孔生物砾料的制备：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体按照质量比为9：1在常温下混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料置于反应器中，控制反应器的温度为25℃，将微生物菌群加入所述反应器中，再加入益菌物质(枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4，质量比为1：1：1)，在pH值为8的条件下进行生物挂膜，待所述复合砾料表面的颜色变成深绿色后，得到微孔生物砾料；所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比100：0.25：0.5；
所述微孔生物砾料的粒径为20mm，孔隙率为45％，比表面积为19m2/g。
生态驳岸构筑物的制备：
在坡度为30°的驳岸上，将装有微孔生物粒料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为60cm，固定网套之间的间距为10cm。铺设之前，水体中总氮含量为3.4mg/L，总磷含量为0.9mg/L，COD为40mg/L。铺设3个月后，水体中总氮含量为1.8mg/L，总磷含量为0.4mg/L，COD含量39mg/L。铺设6个月后水体中总氮含量为1.4mg/L，总磷含量为0.3mg/L，COD为30mg/L。
实施例4
微孔矿物砾料母球的制备：
a)将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、2wt％的粘结剂(水玻璃)和4wt％的增孔剂(双氧水，质量浓度为30％)混匀；
b)将所述混匀后的物料置于造粒机中，加入适量的水，水的加入方式为雾化加入，进行造粒成型，自然养护后，得到粒径为5mm的微孔矿物砾料母球。
混合粉体的制备：
将85wt％的粉煤灰、5wt％的水泥、2wt％的脱硫石膏、2wt％的生石灰、0.7wt％的含微量元素的金属盐(FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O，质量比为100：1：1)、1wt％的粘结剂(水玻璃)和4.3wt％的增孔剂(双氧水，质量浓度为30％)混匀，得到混合粉体。
微生物菌群的制备：
将筛选后的原生态微生物(发酵菌、产乙酸菌和假白喉棒杆菌，数量比为104：10：1)与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养48h，得到微生物菌群；筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌的数量比为105：1。
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的40.3wt％，P(下标ON)占聚磷菌的38.8wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的20.9wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
微孔生物砾料的制备：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体按照质量比为9：1在常温下混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料置于反应器中，控制反应器的温度为25℃，将微生物菌群加入所述反应器中，再加入益菌物质(枯草芽孢杆菌HS-A38和胶红酵母菌HS-J4，质量比为1：1)，在pH值为8的条件下进行生物挂膜，待所述复合砾料表面的颜色变成深绿色后，得到微孔生物砾料；所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质的质量比100：0.15：0.5；
所述微孔生物砾料的粒径为22mm，孔隙率为47％，比表面积为19m2/g。
生态驳岸构筑物的制备：
在坡度为50°的梯形驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处，铺设厚度为60cm，固定网套之间的间距为10cm，将水域中底泥挖出，铺设于微孔矿物生物砾料上方，铺设厚度为10cm。铺设之前，水体中总氮含量为3.8mg/L，总磷含量为1.2mg/L，COD为39mg/L。铺设3个月后，水体中总氮含量为1.8mg/L，总磷含量为0.4mg/L，COD含量34mg/L。铺设6个月后水体中总氮含量为1.0mg/L，总磷含量为0.3mg/L，COD为28mg/L。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微孔生物砾料，由包括微孔矿物砾料母球和混合粉体的原料经生物挂膜得到；
所述微孔矿物砾料母球包括：
Figure FDA0002508886330000011
所述微孔矿物砾料母球中的所有组份用量之和为100％；
所述混合粉体包括：
Figure FDA0002508886330000012
所述混合粉体中的所有组份用量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的微孔生物砾料，其特征在于，所述微孔矿物砾料母球中的粘结剂为水玻璃；
所述混合粉体中的粘结剂为水玻璃。
3.根据权利要求1所述的微孔生物砾料，其特征在于，所述微孔矿物砾料母球中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种；
所述混合粉体中的增孔剂选自膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯、PMMA微球、双氧水和铝粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的微孔生物砾料，其特征在于，所述含微量元素的金属盐包括FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的微孔生物砾料，其特征在于，所述微孔矿物砾料母球和混合粉体的质量比为9：1；
所述微孔生物砾料的粒径为15～25mm，孔隙率>40％，比表面积>10m2/g。
6.权利要求1所述的微孔生物砾料的制备方法，包括以下步骤：
A)将微孔矿物砾料母球和混合粉体混匀，得到复合砾料；
B)将所述复合砾料、微生物菌群和益菌物质混合，在25～30℃、pH值为7.5～8.5的条件下进行生物挂膜，得到微孔生物砾料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述微生物菌群按照以下方法进行制备：
将筛选后的原生态微生物与反硝化聚磷菌在底泥中25℃下联合培养不少于48h，得到微生物菌群；
所述微生物菌群中，P(下标O)占聚磷菌的38wt％～42wt％，P(下标ON)占聚磷菌的35wt％～39wt％，P(下标ONO)占聚磷菌的17wt％～21wt％，N/P为4：1，pH值为8～8.5。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述益菌物质包括枯草芽孢杆菌HS-A38、植物乳杆菌HS-R9和胶红酵母菌HS-J4中的一种或几种。
9.一种生态驳岸构筑物的制备方法，包括以下步骤：
在坡度为30°～40°的驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上，铺设厚度为50～70cm；
或在坡度大于40°的驳岸上，通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上，固定网套埋入地下的深度为不小于1m，固定网套的直径不大于0.5m；
或在坡度大于40°的梯形驳岸上，将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处，铺设厚度为50～70cm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，
将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm；
或通过打桩的方式将装有微孔生物砾料的固定网套填充在驳岸上之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm；
或将装有微孔生物砾料的固定网套铺设在岸坡平缓坡脚处之后，还包括：将水域中底泥铺设在所述固定网套之上，底泥铺设的厚度为5～10cm。
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