公布日：2024.12.27
申請日：2024.11.01
分類號：C02F3/32(2023.01)I;C02F103/00(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/36(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N;C02F101/12(2006.01)N;C02F101/
16(2006.01)N
摘要
本發明屬于水生態修復領域，具體涉及一種基于生態浮毯的河道水生態修復方法，利用生態浮毯‑魚類‑微生物構建生態修復系統改善河道水體，其中，生態浮毯包括植物、載體、尼龍網、種植基質和無機填料；所選植物經過接種污染物降解菌和耐受性實驗馴化；生態浮毯下部通過尼龍網懸掛無機填料；尼龍網經過預掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質為殼聚糖‑海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、生物炭、廢鐵屑、明礬污泥陶粒中多種的組合；本發明提供的植物耐受性強，高效吸附降解污染物；本發明提供的種植基質相互促進、高效吸附污染物；本發明構建的生態浮毯‑魚類‑微生物構成生態種養技術，可促進受納河道形成水體健康的食物鏈系統。
權利要求書
1.一種基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于，利用生態浮毯-魚類-微生物構建生態修復系統改善河道水體，包括以下步驟：S1、河道選擇：河道為工業區污水處理廠尾水的受納水體，在河道內用小型圍網設施隔離出處理區域，處理區域水流速度不超過1m/s；S2、生態浮毯的制備：生態浮毯包括植物、載體、尼龍網、種植基質和無機填料；生態浮毯中植物為鳶尾花、風車草、空心菜、蘆葦、大薸中多種的組合，所選植物經過接種污染物降解菌和耐受性實驗馴化；生態浮毯中載體為由EVA制作而成的浮墊，浮墊上安裝有種植籃用于固定植物的根部，浮墊下部通過尼龍網懸掛無機填料，無機填料為沸石和海綿鐵的組合；盛放無機填料的尼龍網經過預掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質為殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、生物炭、廢鐵屑、明礬污泥陶粒中多種的組合；S3、水中魚類的選擇：魚類凈化功能群為能攝入有機碎屑、浮游藻類，且習性、攝食特性不同的魚類；魚類為鲴魚、鰱魚和鳙魚的組合；S4、河道水生態的恢復：生態浮毯-魚類-微生物構建生態修復系統投入使用6個月后，河道水體環境得到改善。
2.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：所述生態浮毯中植物的種植密度為1kg幼苗/m2，鳶尾花、風車草、空心菜、蘆葦、大薸的種植比例為(1.4-1.6):(1.1-1.3):(0.9-1.1):(1.4-1.6):(0.9-1.0)；魚類中鲴魚、鰱魚和鳙魚的數量比為1:1:1，投放魚類重量為0.3～0.5kg/尾、投放密度為9尾/m2。
3.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：無機填料中沸石和海綿鐵的質量比為(0.8-1.2):1。
4.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：步驟S2中植物馴化實驗包括以下步驟：（1）將貝萊斯芽胞桿菌、施氏假單胞菌、蠟樣芽孢桿菌三種細菌菌株分別在200mg/L苯酚的無機鹽培養基中培養24h，至OD660在0.8-1.2之間；吸取培養液進行離心收獲細胞，然后重新懸浮在0.9%（w/v）的NaCl溶液中；調整每種細菌菌株的光密度，使其細胞數量不低于1.0×107CFU/mL，將三種細菌菌株懸浮液以1:1:1的比例混合，制成150mL接種液；（2）準備20L清水，水中滴加一定量生根劑調高植物存活率，將健康的植物幼苗在清水中培養20天；（3）將培養后的植物幼苗轉移至苯酚濃度為300mg/L的污染水體中，對污染水體和植物根部表面進行滅菌后，在污染水體中添加150ml細菌接種液，培養植物幼苗10天。
5.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：步驟S2中尼龍網預掛膜處理過程為：（1）尼龍網清水浸泡30h后，懸掛于盛有50L試驗水體的容器中；試驗水體為從步驟S1的河道中取的水體；（2）試驗水體中加入復合菌制劑，曝氣，進行預掛膜，等待尼龍網表面生物膜的形成；復合菌制劑為枯草芽孢桿菌、賴氨酸芽孢桿菌和酯香微桿菌經過培養干燥后再按1:1:1比例混合后制得，添加量為0.5g/L。
6.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：所述殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫的制備步驟為：將1×1×1cm3密胺聚氨酯泡沫浸入殼聚糖-乙酸溶液中，超聲30min，得到第一產物；然后將第一產物浸入濃度為1.0g/L的海藻酸鉀溶液中，常溫靜置1h后從溶液中取出，得到第二產物；最后將第二產物放入6%氯化鈣溶液中浸泡30h，自然晾干制成殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫；所述生物炭為滅菌后的植物原料經500-600℃高溫裂解并穩定碳化2h制成；所述廢鐵屑呈螺旋彎曲形狀，長度為2-3cm；所述明礬污泥陶粒的原料取自自來水廠明礬污泥；將明礬污泥捏成球狀，室溫風干至恒重后，將其放入600℃馬弗爐中燒制6min后取出，于室溫下冷卻18h制成明礬污泥陶粒，陶粒直徑為0.5-0.6cm，平均孔徑為3.5mm，比表面積平均為250m2/g。
7.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、由網袋盛裝好的100g生物炭和900g鐵屑。
8.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫和1000g明礬污泥陶粒。
9.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：每個所述種植籃中放入500g明礬污泥陶粒、由網袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑。
10.根據權利要求1所述的基于生態浮毯的河道水生態修復方法，其特征在于：每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、由網袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑、500g明礬污泥陶粒。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種基于生態浮毯的河道水生態修復方法。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于生態浮毯的河道水生態修復方法，利用生態浮毯-魚類-微生物構建生態修復系統改善河道水體，包括以下步驟：S1、河道選擇：河道為工業區污水處理廠尾水的受納水體，在河道內用小型圍網設施隔離出處理區域，處理區域水流速度不超過1m/s；S2、生態浮毯的制備：生態浮毯包括植物、載體、尼龍網、種植基質和無機填料；生態浮毯中植物為鳶尾花、風車草、空心菜、蘆葦、大薸中多種的組合，所選植物經過接種污染物降解菌和耐受性實驗馴化；生態浮毯中載體為由EVA制作而成的浮墊，浮墊上安裝有種植籃用于固定植物的根部，浮墊下部通過尼龍網懸掛無機填料，無機填料為沸石和海綿鐵的組合；盛放無機填料的尼龍網經過預掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質為殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、生物炭、廢鐵屑、明礬污泥陶粒中多種的組合；S3、水中魚類的選擇：魚類凈化功能群為能攝入有機碎屑、浮游藻類，且習性、攝食特性不同的魚類；魚類為鲴魚、鰱魚和鳙魚的組合；S4、河道水生態的恢復：生態浮毯-魚類-微生物構建生態修復系統投入使用6個月后，河道水體環境得到改善。
進一步的，所述生態浮毯中植物的種植密度為1kg幼苗/m2，鳶尾花、風車草、空心菜、蘆葦、大薸的種植比例為(1.4-1.6):(1.1-1.3):(0.9-1.1):(1.4-1.6):(0.9-1.0)；魚類中鲴魚、鰱魚和鳙魚的數量比為1:1:1，投放魚類重量為0.3～0.5kg/尾、投放密度為9尾/m2。
進一步的，無機填料中沸石和海綿鐵的質量比為(0.8-1.2):1。
進一步的，步驟S2中植物馴化實驗包括以下步驟：（1）將貝萊斯芽胞桿菌、施氏假單胞菌、蠟樣芽孢桿菌三種細菌菌株分別在200mg/L苯酚的無機鹽培養基中培養24h，至OD660在0.8-1.2之間；吸取培養液進行離心收獲細胞，然后重新懸浮在0.9%（w/v）的NaCl溶液中；調整每種細菌菌株的光密度，使其細胞數量不低于1.0×107CFU/mL，將三種細菌菌株懸浮液以1:1:1的比例混合，制成150mL接種液；（2）準備20L清水，水中滴加一定量生根劑調高植物存活率，將健康的植物幼苗在清水中培養20天；（3）將培養后的植物幼苗轉移至苯酚濃度為300mg/L的污染水體中，對污染水體和植物根部表面進行滅菌后，在污染水體中添加150ml細菌接種液，培養植物幼苗10天。
進一步的，步驟S2中尼龍網預掛膜處理過程為：（1）尼龍網清水浸泡30h后，懸掛于盛有50L試驗水體的容器中；試驗水體為從步驟S1的河道中取的水體；（2）試驗水體中加入復合菌制劑，曝氣，進行預掛膜，等待尼龍網表面生物膜的形成；復合菌制劑為枯草芽孢桿菌、賴氨酸芽孢桿菌和酯香微桿菌經過培養干燥后再按1:1:1比例混合后制得，添加量為0.5g/L。
進一步的，所述殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫的制備步驟為：將1×1×1cm3密胺聚氨酯泡沫浸入殼聚糖-乙酸溶液中，超聲30min，得到第一產物；然后將第一產物浸入濃度為1.0g/L的海藻酸鉀溶液中，常溫靜置1h后從溶液中取出，得到第二產物；最后將第二產物放入6%氯化鈣溶液中浸泡30h，自然晾干制成殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫；所述生物炭為滅菌后的植物原料經500-600℃高溫裂解并穩定碳化2h制成；所述廢鐵屑呈螺旋彎曲形狀，長度為2-3cm；所述明礬污泥陶粒的原料取自自來水廠明礬污泥；將明礬污泥捏成球狀，室溫風干至恒重后，將其放入600℃馬弗爐中燒制6min后取出，于室溫下冷卻18h制成明礬污泥陶粒，陶粒直徑為0.5-0.6cm，平均孔徑為3.5mm，比表面積平均為250m2/g。
在一個實施例中，每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、由網袋盛裝好的100g生物炭和900g鐵屑。
在另一個實施例中，每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫和1000g明礬污泥陶粒。
在另一個實施例中，每個所述種植籃中放入500g明礬污泥陶粒、由網袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑。
在另一個實施例中，每個所述種植籃中放入50個殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫、由網袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑、500g明礬污泥陶粒。
本發明的有益效果是：1.本發明提供的植物耐受性強，高效吸附降解污染物；五種植物通過實驗室馴化實驗提高對污染物的耐受性，在受污染水體中生存時，可降解、吸附水體中污染物質、難溶物質和重金屬，植物根深深地伸入受污染的水中，相互纏繞在水中形成濃密的網，過濾吸附水體中大量的懸浮物，通過植物的根系吸收或吸附作用，用于污染物的物理捕獲、生化轉化和降解，削減水體中的氮、磷及苯酚、微塑料、氟化物等新興污染物質，使其成為植物的營養物質。植物根系徑向泌氧以及河道中細菌的共同作用會最終在植物根系表面形成生物膜，有效吸附水中懸浮物，吞噬和代謝水中的污染物。
2.本發明提供的浮墊安全、穩定、無污染；該浮墊可以為植物提供浮力，穩定性高、耐久性好、抗沖擊載荷能力強、不溶出、價格低、疏水性好、易富集生物膜，具有高度的多孔性和滲透性，可有效抵抗環境降解。另一方面，浮墊下部懸掛對水中污染物具有穩定、吸附功能強的無機填料，它們對NH4+-N和PO43−-P具有很強的吸附性能；前期，沸石和海綿鐵的物理吸附和化學沉淀促進了水中氮污染物和磷污染物的去除；在后期，無機填料可以作為微生物生長的附著載體，并增強了生物作用對污染物去除的貢獻，即使在冬季植物生長停滯期，也能有效去除污染物；下掛無機填料還增強了生態浮毯的穩定性和植物的抗倒伏性。
3.本發明提供的種植基質相互促進、高效吸附污染物；殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復合泡沫具有獨特的化學和物理穩定性，在弱酸和弱堿環境下不會老化、分解，無殘存游離甲醛，在生態浮毯中的使用具有生態功效和環境友好性，其對環境中重金屬等污染物有良好的吸附性能。明礬污泥陶粒、生物炭和廢鐵屑對水中無機和有機污染物都具有很高的吸附能力，混合使用能增強對污水中的氯代有機物、硝基芳香族化合物、偶氮染料、重金屬、高氯酸鹽、硝酸鹽等的去除效果，同時明礬污泥陶粒和生物炭還可為微生物提供更多的粘附面積，增強其對富營養化水中的污染物的吸附降解。不同種植基質的結合使用能顯著提高水體脫氮和除磷的速度，同時有利于微生物群落的豐富性、多樣性和均勻性，并增強異養或自養反硝化作用，這將有利于污水處理廠尾水的進一步處理。
4、本發明構建的生態浮毯-魚類-微生物構成生態種養技術，污水處理廠的尾水進入河道，經生態浮毯-魚類-微生物處理，除削減有機物、氮磷負荷外，還可改善尾水的生態性，使污水處理廠尾水從“工程的水”轉變成“生態的水”，魚類殘餌、排泄物等可為植物提供營養，植物自身的代謝作用既可改善水質，殘根又可供魚類食用；微生物作為中間者能夠有效調節魚類和植物間的微生態平衡，可促進受納河道形成水體健康的食物鏈系統，為可持續的生態健康循環形成有利條件。本發明除了應用在河道中，也可以應用在池塘、人工濕地等環境中。
（發明人：郝強;陳國斌;杜美;劉先平;張進軍;楊長明;余世祥;張翔;林圻壅）
