一种去除水体中营养盐的方法技术

本发明专利技术公开了一种去除水体中营养盐的方法，其步骤是：Ａ．建立生物岛：根据治理水体的面积和深度，构建一层或两层浮岛；Ｂ．生物岛构筑：以尼龙、塑料或不锈钢制成柔性或刚性的浮岛单元框架；Ｃ．填充生物岛基质：在浮岛框架内填充轻质、悬浮、多孔、吸附性基质；Ｄ．生物岛投放：将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物可在多孔、中空的轻质载体中生长并形成生物膜。本发明专利技术通过生物岛中生物膜的吸附、生长可降低４０～８０％的水体营养盐浓度，持续时间可达２～３年，达到脱磷除氮的生物岛功能。同时具有改善水体景观，提高水质，维护简便，效果持久的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及富营养化水体的修复治理领域，具体涉及，适用于富营养化的海湾、湖泊、水库、河流以及水质恶化的城市景观水体水质的改善。
技术介绍
水环境恶化是当前面临的世界性难题，改善天然水体的富营养化趋势和治理城市景观水体的污染已成为各国政府、科研机构和广大民众最为关注的问题之一。目前，富营养化水体的常规修复治理技术主要包括物理手段(底泥疏浚)、化学手段(投加药剂)和生物手段(种植水草、放养鱼苗)等。底泥疏浚可以快速去除积累在其中的有毒有害物质，而且不增加外来物质，是湖泊水库治理的一项常用技术。疏挖方式一般有两种方式，即排水挖泥和带水作业。前者因要将水抽干，底部脱水后才可机械化作业，因此多用于小型水库。带水作业方式在湖泊修复中应用较多，并开发了多种技术，主要有机械式疏挖和水力式疏挖，还可根据情况采取特殊措施。疏挖成本受许多因素影响，包括设备类型、项目大小、堆放场、底泥密度、输送距离和底泥的综合利用等。如果底泥含有需要额外处理的有毒有害物质，疏挖和处理成本将更高。底泥疏浚工程中需要注意防止底泥泛起而导致有害物质进入水体；还要注意底泥的合理处置，防止二次污染。此外，疏挖深度也是需要考虑的问题。由于营养盐在沉积物中的沉积规律，一定深层的沉积物中可溶性磷和氨氮可能高于表层，疏挖后造成水体富营养化程度反而增加的现象，不一定能达到预想的水环境修复目的。因此疏挖前需调查沉积物的分布和特征，合理设计工程量。含Fe、Ca、Al阳离子的盐可以与水体中的无机磷或含磷颗粒物结合，因此可通过投加药剂来控制水体中的营养盐迁移。常用药剂包括氯化铁、石灰和铝盐等。氯化铁可与硫化氢反应，形成氢氧化铁并与磷紧密结合。铝盐的投加则可在水体中形成磷酸铝或胶体氢氧化铝进而形成磷酸铝沉淀，从而有效降低水体中磷的含量。投加石灰可提高水体pH，使其维持在适宜微生物脱氮的水平。显然，药剂投加法一方面要考虑实施成本，另一方面需考虑所造成的长期生态影响，因此该法一般只用于应急措施。水体生态系统维持和生物多样性提高是重建和维持健康湖泊生态系统的重要条件。通常根据食物链结构关系，将生态控制分为“上行控制”(bottom-up)和“下行控制”(top-down)两类。上行控制是通过调控水体的能量和营养的输入、分配来控制水环境中食物链结构的生物操纵法。例如通过各类飘浮植物、浮叶植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢复和重建，进行水体营养盐的重新分配，避免单一优势种的过度孳生。下行控制则是利用食物链中的捕食关系，通过提高或降低某个高级生态位物种的生物量来改变水体生物群落结构，达到改善水环境的目的，如通过放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类，然后借重浮游动物遏制藻类。但浮游动物只能控制细菌和小型藻类，对形成水华的大型藻类如丝状藻和群生微囊藻的控制则无能为力。由于上述技术存在费用高、二次污染、实施难度大等不足，而现有的人工浮床技术主要依靠种植在泡沫塑料载体上的陆生植物来吸收水体中的营养盐，修复效果取决于植物生长状况，并且存在工程结束后的植物处理问题。在污水处理微污染原水水处理工艺研究的发展过程中，继过滤、混凝、活性污泥和活性炭吸附处理，生物膜技术成为新的研究和应用热点，如国际权威期刊Water Research近年则以近三分之一的版面论述生物膜技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过投放漂浮或悬浮于水体中的轻质载体而形成浮岛，利用依附于浮岛生长的微生物、水生植物和水生动物的生长来去除水体中的营养盐，消除藻类污染，构建了健康水生态环境，改善了水体景观，提高了水质，并且维护简便，效果持久，具有很大的应用潜力。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术措施，去除水体中营养盐的方法步骤如下1、建立生物岛根据治理水体的面积和深度，以水面面积的8-12％为浮岛面积，水深1.0-1.5m以内构建一层18-22cm的浮岛；水深1.5m～2.5m则可间隔45-55cm构建两层18-22cm的浮岛；2、生物岛构筑以筛网孔径0.5-1cm的尼龙、塑料或不锈钢等材质制成柔性或刚性的1m×1m×20cm的浮岛单元框架；3、填充生物岛基质在浮岛框架内填充粒径1-3cm的轻质、悬浮、多孔、吸附性基质(塑胶、浮石、沸石、陶粒等)，此为水生微生物、水生植物和水生动物等生长的依附载体；4、生物岛投放将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物可在多孔、中空的轻质载体中自然生长并形成生物膜(在10～15℃的水温条件下，2～3周可完成挂膜过程，15～20℃的水温条件下，挂膜所需时间可缩短为1～2周)。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果1、轻质载体不仅限于漂浮在水体表层，而且可形成立体结构，治理纵深大；2、浮床主要利用植物吸收营养盐，治理效果取决于植物生长状况，而本专利技术利用微生物生长去除营养盐，消除藻类污染，改善水体景观，提高水质，并且效果稳定，轻质载体可重复使用，成本较低，应用潜力大。3、生物膜载体颗粒随水流运动，提高了污染物与生物膜接触的机会，提高了传质效果。4、载体比表面积大，单位体积内的生物量较高。5、抗冲击负荷能力较强，不要求预处理高，不存在堵塞问题。6、生物岛功效通过生物膜的吸附、生长去除富营养化水体中的营养盐，达到脱磷除氮的生物岛功能。挂膜60～70天后，可降低40～80％的水体营养盐浓度，持续时间可达2～3年。具体实施例方式步骤如下1、建立生物岛根据治理水体的面积和深度，以水面面积的10％为浮岛面积，水深1.5m以内构建一层20cm的浮岛；水深2m则可间隔50cm构建两层20cm的浮岛；2、生物岛构筑以筛网孔径1cm的尼龙、塑料或不锈钢等材质制成柔性或刚性的1m×1m×20cm的浮岛单元框架；3、填充生物岛基质在浮岛框架内填充粒径2cm的轻质、悬浮、多孔、吸附性基质(塑胶、浮石、沸石、陶粒等)，此为水生微生物、水生植物和水生动物等生长的依附载体；4、生物岛投放将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物可在多孔、中空的轻质载体中自然生长并形成生物膜(在10～15℃的水温条件下，2～3周可完成挂膜过程，15～20℃的水温条件下，挂膜所需时间可缩短为1～2周)。权利要求1.，它包括下列步骤A、建立生物岛根据水体的面积和深度，以水面面积的8-12％为浮岛面积，水深1.0-1.5m以内构建一层18-22cm的浮岛；水深1.5m～2.5m则可间隔45-55cm构建两层18-22cm的浮岛；B、生物岛的构筑以筛网孔径0.5-1cm的尼龙、塑料或不锈钢制成柔性或刚性的1m×1m×20cm的浮岛单元框架；C、填充生物岛基质在浮岛框架内填充粒径1-3cm的轻质、悬浮、多孔、吸附性基质，此为水生微生物、水生植物和水生动物生长的依附载体；D、生物岛投放将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物在多孔、中空的轻质载体中生长并形成生物膜，在10～15℃的水温条件下，2～3周可完成挂膜，15～20℃的水温条件下，挂膜时间缩短为1～2周。全文摘要本专利技术公开了，其步骤是A.建立生物岛根据治理水体的面积和深度，构建一层或两层浮岛；B.生物岛构筑以尼龙、塑料或不锈钢制成柔性或刚性的浮岛单元框架；C.填充生物岛基质在浮岛框架内填充轻质、悬浮、多孔、吸附性基质；D.生物岛投放将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物可在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除水体中营养盐的方法，它包括下列步骤：Ａ、建立生物岛：根据水体的面积和深度，以水面面积的８－１２％为浮岛面积，水深１．０－１．５ｍ以内构建一层１８－２２ｃｍ的浮岛；水深１．５ｍ～２．５ｍ则可间隔４５－５５ｃｍ构建两层１８－２２ ｃｍ的浮岛；Ｂ、生物岛的构筑：以筛网孔径０．５－１ｃｍ的尼龙、塑料或不锈钢制成柔性或刚性的１ｍ×１ｍ×２０ｃｍ的浮岛单元框架；Ｃ、填充生物岛基质：在浮岛框架内填充粒径１－３ｃｍ的轻质、悬浮、多孔、吸附性基质，此为水生微生物、 水生植物和水生动物生长的依附载体；Ｄ、生物岛投放：将填充基质的浮岛放入富营养化水体中，微生物在多孔、中空的轻质载体中生长并形成生物膜，在１０～１５℃的水温条件下，２～３周可完成挂膜，１５～２０℃的水温条件下，挂膜时间缩短为１～２周。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张维昊，方涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]