CN115259403A - 一种生态浮床的制备及其治理水体富营养化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及营养化水体治理领域，具体公开了一种生态浮床的制备及其治理水体富营养化的方法。一种生态浮床的制备方法包括以下步骤：步骤1，将纳米零价铁与碳纤维耦合制成微生物附着器，在微生物附着器上耦合微生物；再将微生物附着器安装在浮床框架上；步骤2，在浮床框架上安装种植板，并在种植槽内植入水生植物；步骤3，准备浮体，将浮体安装在浮床框架上。本发明中的生态浮床的制备方法制备的生态浮床能够减少对生态浮床的移动范围的限制，增大生态浮床能够治理的范围。
Description
技术领域
本发明涉及营养化水体治理领域，具体涉及一种生态浮床的制备及其治理水体富营养化的方法。
背景技术
当水体营养化时往往会导致藻类爆发，会进一步加重水体的污染，在淡水资源相对匮乏的地区，水体污染严重的甚至会导致当地水资源短缺，故需要对被污染的水体进行治理，而对于水体营养化的水体而言，如何避免藻类爆发是治理时需要着重考虑的问题。
对于富营养化的水体可采用生态浮床进行治理，生态浮床又名生态浮船、生态浮岛，但目前的生态浮床的结构、原料和制作方法多种多样，如公开号为CN111533273A的专利公开了一种临岸生态浮船的施工方法，该生态浮床在制作时先在河岸的边坡上打设锚固杆，再通过链条将浮床和浮船本体与锚固杆连接。
这一施工方法制作的生态浮船只能设置在靠近岸边的位置，难以对水体的中心位置进行治理。其次，链条对生态浮船与锚固杆连接后，对生态浮船的移动范围也进行了限制，使得生态浮船无法移动至其它被污染处进行治理，治理的范围有限。
发明内容
本发明意在提供一种生态浮床的制备及其治理水体富营养化的方法，以减少对生态浮床的移动范围的限制，增大生态浮床能够治理的范围。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种生态浮床的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将纳米零价铁与碳纤维耦合制成微生物附着器，在微生物附着器上耦合微生物；再准备浮床框架，将微生物附着器安装在浮床框架上；
步骤2，在浮床框架上安装设有种植槽的种植板，并使种植板高于微生物附着器；在种植槽内植入水生植物；
步骤3，准备密度小于水的浮体，并将浮体可拆卸的安装在浮床框架上。
本方案的有益效果为：
1.本方案中的生态浮床仅安装有浮床框架，生态浮床置于水中后能够漂浮在水面上并在水流或者风的作用下在水面上移动，且能够移动至水体的中心处进行治理，治理的范围更大。其次，本方案中的生态浮床完全在岸上进行制作，制作时制作者无需接触水体，可避免制作者或者使用的材料落入水体中，制作的安全性更高；而且在岸上制作时，制作者移动以及取用原料也更为便捷，制作的速度更快。
2.本方案中的浮体与浮床框架可拆卸的连接，在将生态浮床置于水中后，根据种植的水生植物的量、大小以及生态浮床的整体重量等特征能够对浮体的数量、安装位置等进行调整，可保证生态浮床各侧面受到的浮力均匀不会发生倾斜甚至翻倒，保证生态浮床能够稳定的漂浮在水面上。
进一步，步骤1在安装微生物附着器前，先在浮床框架上横向安装下定位架，再将微生物附着器安装在下定位架上。
本方案的有益效果为：与浮床框架相比，本方案中的下定位架上能够安装更多的微生物附着器，通过更多的微生物对水体进行治理，提高治理效果和速度。
进一步，步骤1中的下定位架安装前，先在下定位架上加工出若干通孔。
本方案的有益效果为：水能够通过通孔流动至下定位架与种植板之间，降低生态浮床的重心，使得生态浮床在风的作用下不会倾斜或者翻倒。
进一步，步骤1微生物附着器安装时，先在下定位架上竖向安装固定杆，再将多根碳纤维杆沿周向固定在圆盘状的定位盘上，再将圆盘状的定位盘套设在固定杆上，并将定位盘与固定杆固定。
本方案的有益效果为：通过定位盘的设置，能够进一步增加碳纤维杆的数量，从而增加每个微生物附着器中能够耦合的微生物的数量，进一步提高水体的治理速度和效果。而固定杆竖向设置，能够进一步降低生态浮床的重心，使得生态浮床在风的作用下不会发生歪斜和翻倒。
进一步，步骤1中的碳纤维杆在固定在定位盘上前，先在碳纤维杆上耦合微生物。
本方案的有益效果为：本方案可避免碳纤维杆安装后受到相邻碳纤维杆的遮挡而无法附着微生物，提高碳纤维杆上的微生物附着率。
进一步，还包括步骤4，在种植板或浮床框架上安装太阳能超声波装置和太阳能微曝气装置中的至少一种。
本方案的有益效果为：太阳能超声波装置能够利用机械以及空化效应来破碎藻细胞或抑制其生长，进一步提高除藻、抑藻的效果。太阳能微曝气装置能够向水体中通入空气，增加水动力并对水中进行供氧，最后提高水体流动性，使未处理的水流动至浮床框架中被治理，进一步提高水体治理的效果。
进一步，还包括步骤5，在种植板和微生物附着器之间放置水生动物。
本方案的有益效果为：水生动物能够以水中的有机物和浮游藻类为食，也能够对水体中的藻类进行去除，进一步提高水体治理的效果。
一种治理水体富营养化的方法，利用上述任意一项制备方法制备的生态浮床，包括以下步骤：
步骤1，将生态浮床置于富营养化的水体中；
步骤2，调整浮体的位置、数量和大小中的任意一项或多项，使所有的微生物附着器浸于水中，并使种植槽中的水生植物的根部浸于水中。
本方案的有益效果为：
1.本方案制备的生态浮床在富营养化的水体中使用时，水生植物能够吸收水体中的二氧化碳从而对碳进行中和，而水体中的二氧化碳减少后，藻类的生长也会受到抑制，与传统的生物除藻相比，有效避免藻类泛滥。其次，水生植物还能够作为观赏植物，提高水面的美观度。而微生物能够对水体中的营养物质进行分解，且与传统的化学除藻相比，分解也不会产生对水生生态造成破坏的物质，不会对水体造成二次污染。最后，本发明的方法应用于对富营养化水体的治理，发明人在实验时发现，当水体的富营养化较为严重时，即使通过治理使藻类死亡，死亡的藻类也会释放较多的藻毒素，且这些藻毒素难以在短时间内消失，往往会造成水体中的生物死亡，本方法采用了微生物对藻毒素进行去除，有效降低了水体中的藻毒素的浓度，在对水体进行治理的同时还对水生生物进行了保护，避免水体中的生物链遭到破坏，故在水体治理完成后，水体仍能保持原有的生态系统，而水体中原有的生态系统通常较为稳定，当水体再遭受到富营养化物质的污染时，在污染物较少的情况下，稳定的生态系统能够对少量的富营养化的污染物质进行分解，即水体保留有一定的抗污染能力，不容易再次被污染。
2.本方案中安装的浮体能够使浮床框架漂浮在水体上，使得生态浮床能够在风或者水流的作用下在水面上移动，使得水生植物和微生物附着器能够移动至不同的位置，对不同位置的水体进行治理，而不需要完全依靠人工移动，使用方便。
进一步，步骤2在对浮体进行调整时，使所有浮体沿生态浮床的周向分布，并使种植板水平。
本方案的有益效果为：本方案中的浮体能够更均匀的为生态浮床提供浮力，进一步避免生态浮床歪斜。
进一步，步骤1采用的生态浮床中的浮体为气囊，并在气囊上设置可封闭的进气口，步骤2对浮体进行调整时，向浮体中充气或者将浮体中的气体排出。
本方案的有益效果为：本方案中的气囊的成本较低，且通过充气或者排出气囊中的气体也能够快速对气囊的大小进行调整，从而改变气囊受到的浮力。
附图说明
图1为本发明实施例制备的生态浮床的立体图；
图2为图1中一个微生物附着器的立体图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：浮床框架1、浮体11、种植板2、种植槽21、太阳能超声波装置3、太阳能微曝气装置4、固定杆5、定位盘51、碳纤维杆52、下定位架6。
实施例1
本实施例公开一种生态浮床的制备方法，用于制备如图1和图2所示的生态浮床，包括以下步骤：
步骤1，准备浮床框架1和下定位架6，并在下定位架6上加工出若干通孔，并将下定位架6通过螺钉水平安装在浮床框架1上，下定位架6上设有若干通孔，使得水能够通过通孔流动至下定位架6的上侧，降低浮床框架1的重心；
将纳米零价铁与碳纤维采用现有技术耦合制成碳纤维杆52，并将混有微生物的溶液喷涂在碳纤维杆52上，使微生物附着在碳纤维杆52上，具体的，本实施例中的微生物采用白腐菌，碳纤维杆52的制作方法与现有技术相同，本实施例中不再赘述；再将多根碳纤维杆52沿周向竖向胶接在环状的定位盘51上，再准备长度为0.6～0.9m的固定杆5，将固定杆5下端依次穿过多个定位盘51，形成微生物附着器，故一个微生物附着器上设有若干根附着有白腐菌的碳纤维杆52；再准备浮床框架1，将下定位架6通过螺钉横向安装在浮床框架1上，再将若干固定杆5通过螺钉竖向安装在下定位架6的底部。
步骤2，在浮床框架1上安装设有种植槽21的种植板2，并使种植板2高于下定位架6，具体的，种植板2底部与下定位架6顶部之间的距离为0.3～0.5m，最后在种植槽21内植入水生植物。
步骤3，准备密度小于水的浮体11，并将浮体11安装在浮床框架1上，本实施例中的浮体11采用带有阀门的气囊，且若干气囊沿周向均匀胶接在浮床框架1的外壁上。
步骤4，在种植板2的四个顶角位置安装太阳能超声波装置3，在种植板2的中心位置安装太阳能微曝气装置4，具体的，本实施例中使用的太阳能超声波装置3和太阳能微曝气装置4均为现有技术，本实施例中不再赘述其结构、安装方式和使用方法。
步骤5，在种植板2和下定位架6之间放置网笼，并在网笼中放入水生动物，水生动物能够以水体中的有机物和藻类为食，能够进一步提高水体的治理效果和速度，太阳能微曝气装置4能够向水体中供氧，保证水生动物的正常生命活动。
本实施例还公开一种治理水体富营养化的方法，利用上述生态浮床，包括以下步骤：
步骤1，将上述生态浮床置于富营养化的水体中；
步骤2，根据生态浮床的总重量调整浮体11的位置、数量和大小中的任意一项或多项，本实施例以调整浮体11的大小为例，当生态浮床置于水中后，若水生植物完全沉没在水面以下，则将外界的如打气筒、气泵等设备通过阀门向气囊中充气，增大气囊的体积，从而增大气囊受到的浮力，直到种植板2刚好漂浮在水面上、水生植物的根部浸于水中，水生植物的枝叶位于水面以上；
当生态浮床置于水中后，若水生植物的根部位于水面之上时，则打开阀门，排出气囊中的气体，使气囊的体积减小，减小气囊受到的浮力，从而使生态浮床下沉，直到种植板2刚好漂浮在水面上、水生植物的根部浸于水中，水生植物的枝叶位于水面以上。
生态浮床在使用时，因为其漂浮在水面上，在风力或者水流的作用下会自动在水体中移动，且太阳能微曝气装置能够向水体中通入空气，增加水动力和对水中进行供氧，最后提高水体流动性，从而对不同位置的水体进行治理，而不需要人工移动，操作简单。治理时，太阳能超声波装置能够利用机械以及空化效应来破碎藻细胞或抑制其生长，而碳纤维负载纳米零价铁制成的碳纤维杆52能够对藻类死亡释放的藻毒素进行吸附，再通过白腐菌对吸附的藻毒素进行生化降解，避免因为富营养化的水体中，藻类过多导致死亡的藻类也较多，同时释放的藻毒素过多导致水体中的藻毒素浓度过大，对水体中的生态系统造成破坏。
与将碳纤维应用于重金属污染的水体治理相比，碳纤维只能对重金属污染的水体中的重金属进行吸附，后续还需要进一步解析等工艺才能对重金属进行治理和回收。本发明中对藻毒素的治理原理与上述完全不同：直接将纳米零价铁和微生物与碳纤维耦合，当藻毒素被吸附至碳纤维杆52上后直接被微生物降解，故碳纤维杆52上的藻毒素不会达到饱和，碳纤维杆52能够长时间的保持对藻毒素的吸附作用，从而能够持续的对富营养化的水体进行治理，而不需要中途更换碳纤维杆52。
本发明对治理相同体积、来源于同一水体中的富营养化程度基本相同的水体的总时长、平均成本、治理后是否产生会二次污染水体的污染物以及总人工耗时进行测量，其中总人工耗时为所有工人耗费时间之和，平均测量结果如下表所示：
根据上述测量结果可知：
1.采用本实施例的治理方法的除藻效果较好，除藻耗时相对较短，治理的平均成本更低，且在治理过程中以及治理过程后不会产生会二次污染水体的污染物，故治理水体更为环保和安全。
2.采用投加药剂法治理需要的总时长虽然短于本实施例的治理方法，但是其治理成本为本方法的2～3倍，且总人工耗时仅略短于本方法，但逐一将药剂投入水体中需要的人工数量较多，在人数较少或者水体面积较大的情况下不好操作。另外，投加药剂法在治理过程中和治理后往往会在水体中形成药剂残留以及产生对水体造成污染的物质，对于存在完整生态系统的水体而言，这一操作无疑会对水体的生态系统造成很大的破坏。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中同时在碳纤维杆52上耦合纳米零价铁，具体的操作为：在氮气的条件下电动搅拌，将50.00mL的包含有0.20gNaBH4的水溶液逐滴滴加到30mL包含有1.20g FeSO4.7H2O溶液中，待NaBH4完全滴完后，溶液在通氮气的条件下继续搅拌30min。待反应结束后，首先用磁铁将产物分离，等到上方的溶液层与下方的纳米零价铁清晰的分开后，把上层水溶液倾倒除去，然后用无水乙醇洗涤3次，真空抽滤，最后把得到的产物纳米零价铁装入样品瓶置于真空干燥箱中进行干燥。
然后将2.00g活性碳纤维(ACF)浸入30.00mL包含有1.2g FeSO4.7H2O的溶液中，搅拌过夜后，按照上述的方法在通氮气条件下与NaBH4反应，由此制得活性炭纤维负载纳米零价铁。然后将负载有纳米零价铁的活性碳纤维按照目前活性碳纤维制备棒状的碳纤维杆的现有技术制备碳纤维杆52,即本实施例中的碳纤维杆52上耦合有纳米零价铁，在实际实施时，也可采用其它现有技术将纳米零价铁与活性碳纤维耦合制成碳纤维杆52。
本实施例同时将纳米零价铁应用于营养化的水体中，营养化的水体是水体中包括多种营养物质、浮游藻类，并在地形地貌以及环境等共同影响下造成的污染，所以水体富营养化难以治理，采用纳米零价铁能够更好的治理营养化水体中的藻类。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种生态浮床的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将纳米零价铁与碳纤维耦合制成微生物附着器，在微生物附着器上耦合微生物；再准备浮床框架，将微生物附着器安装在浮床框架上；
步骤2，在浮床框架上安装设有种植槽的种植板，并使种植板高于微生物附着器；在种植槽内植入水生植物；
步骤3，准备密度小于水的浮体，并将浮体可拆卸的安装在浮床框架上。
2.根据权利要求1所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：步骤1在安装微生物附着器前，先在浮床框架上横向安装下定位架，再将微生物附着器安装在下定位架上。
3.根据权利要求2所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：步骤1中的下定位架安装前，先在下定位架上加工出若干通孔。
4.根据权利要求3所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：步骤1微生物附着器安装时，先在下定位架上竖向安装固定杆，再将多根碳纤维杆沿周向固定在圆盘状的定位盘上，再将圆盘状的定位盘套设在固定杆上，并将定位盘与固定杆固定。
5.根据权利要求4所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：步骤1中的碳纤维杆在固定在定位盘上前，先在碳纤维杆上耦合微生物。
6.根据权利要求1所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：还包括步骤4，在种植板或浮床框架上安装太阳能超声波装置和太阳能微曝气装置中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种生态浮床的制备方法，其特征在于：还包括步骤5，在种植板和微生物附着器之间放置水生动物。
8.一种治理水体富营养化的方法，其特征在于：利用上述权利要求1～7中任意一项制备方法制备的生态浮床，包括以下步骤：
步骤1，将生态浮床置于富营养化的水体中；
步骤2，调整浮体的位置、数量和大小中的任意一项或多项，使所有的微生物附着器浸于水中，并使种植槽中的水生植物的根部浸于水中。
9.根据权利要求8所述的一种治理水体富营养化的方法，其特征在于：步骤2在对浮体进行调整时，使所有浮体沿生态浮床的周向分布，并使种植板水平。
10.根据权利要求9所述的一种治理水体富营养化的方法，其特征在于：步骤1采用的生态浮床中的浮体为气囊，并在气囊上设置可封闭的进气口，步骤2对浮体进行调整时，向浮体中充气或者将浮体中的气体排出。
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