富營養化水域水質處理懸浮床及其水處理方法

2023-05-27 13:12:06 1

專利名稱：富營養化水域水質處理懸浮床及其水處理方法
技術領域：
本發明涉及汙水淨化處理技術領域，尤其涉及一種富營養化水域水質處理懸浮床 及其水質處理方法。
背景技術：
富營養化是一種氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質汙染惡化的現象。 在我國，水體富營養化造成的汙染和危害越來越多地見諸報導。以滇池為例，滇池水體富營 養化，遭受汙染，在很早以前就見諸報端，但治理到現在，大量的新技術，新措施的應用，作 用很有限，目前不管用綜合方法，綜合措施，對水體富營養化的治理作用效果不明顯，治理 的成效性不能在高投入時滿足人們對治理汙染，和環境保護的希望和渴求，幾十年內成了 一個複雜而難於解決的系統工程；讓我們都沒有看到成功希望。目前，國內治理水體富營養化尚未有高效而便於控制的方法，使用最多的就是放 養水生植物，如水葫蘆，利用其自身生長繁殖對水中富餘營養物質進行吸收，但由於水葫蘆 繁殖快速，反而常常造成水葫蘆泛濫成災，引起更大的生態惡化事故。故如何得到一種高效而便於控制的富營養化水域水質處理方法，成為本領域有待 解決的技術難題。

發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是怎樣提供一種富營養化 水域水質處理懸浮床，並基於該懸浮床得到一種高效而便於控制的富營養化水域水質處理 方法。為了解決上述技術問題，本發明中採用了如下的技術方案
一種富營養化水域水質處理懸浮床，其特點在於，採用包括以下步驟的方法製得 a、在待處理水域水面設置一個可浮於水面的圈結構，所述圈結構通過繩索和拉錨定位 於水面；b、在上述圈結構內種植水生植物或水培植物(水葫蘆等)苗株(本發明下述文字中 以水葫蘆苗株為例，根據本發明發明原理可知，實施時也可以採用其他的水生植物或者水 培植物，比如菱角、黑麥草)，並使其種植和繁育密度大於50株/米2，令水葫蘆在圈結構內 生長繁殖，使水葫蘆養殖密度逐漸增大，使太陽光投射達到床下無光的鬱閉度為1時(指水 面被植物莖葉投影完全覆蓋住時)，利用植物競爭機制迫使圈結構內水葫蘆根系向下延伸 並相互糾結成為立體的網狀結構，進行下述測試對多個單株水葫蘆向上施力使其根系被 拔出，當平均值小於30牛頓的力不能使單株水葫蘆根系被拔出時進行後繼步驟；所述30牛 頓的力不包括克服該單株水葫蘆自重所施之力；c、往圈結構內水葫蘆的網狀結構的根系中 均勻地噴入密度大於1的吸附劑，使吸附劑附著在網狀結構的根系內；d、進行接種，即令水 處理用的微生物菌種進入到網狀結構的根系中並附著於根系和吸附劑上，形成一個立體網狀結構的微生物處理膜；懸浮床的根系部吸附物質和微生物的固體物質含量大於等於1克 /升。微生物處理膜為能滿足對水處理微生物種類選擇的生物膜，如聚磷菌等。技術方案中，水葫蘆苗株的種植密度大於50株/米2，可以使其在較短時間內得到 養殖密度要求；b步驟中，進行測試的判斷標準值屬於經實驗得到的經驗值，該值內的根系 連接牢靠度，可以保證後續步驟的順利進行。c步驟中噴灑的吸附劑，附著於根系後可以利 用其吸附作用吸附水中的重金屬等物質，還可以方便菌種著床，便於形成一個立體網狀結 構的可進行微生物選擇的微生物處理膜。採用密度大於1的吸附劑，可以避免吸附劑漂浮 在水面而不能結合進根系中。d步驟中，所述微生物菌種，指硝化菌、聚磷菌等水處理細菌中 的一種或數種。其中作為優化，所述圈結構包括若干浮體和順次連接浮體使其圍成一圈的繩或 杆，所述圈結構圍成的面積在2—200平方米之內。採用這種結構的圈結構，結構簡單，實施 成本低廉，圈結構的面積限定為2—200平方米之內，可以更好地保證後續的動態平衡生物 鏈網能夠順利生成；實施時懸浮床可以為水處理造形或者人為平面設計景觀造形。所述水 處理造形是指懸浮床的外形與待處理水域形狀相適應，一般為長條形或者圓形或者矩形； 所述人為平面設計景觀造形是指懸浮床的外形設置為動物、花朵或文字等形狀，用於公園 或者景觀水域淨化，可以起到人為景觀的作用。作為進一步優化，所述圈結構內沿水面設置有線網。這樣，可以使得水葫蘆根系之 間相互連接的力更加強大，提高株與株的連接力和植株的抓水力，在後繼切割水葫蘆的莖 葉時能夠更加順利地完成切割而不影響根系的穩定。作為進一步優化，所述吸附劑為活性炭顆粒或自然界本身存在的吸附物質顆粒。 活性炭具有吸附效果好，成本低廉無汙染等優點，當然具體實施時，也可以採用其他不對水 體造成汙染的吸附劑。採用上述的懸浮床進行水處理時，包括以下步驟，
1)、使懸浮床網狀結構的根系中逐漸形成包括細菌、藻類、原生動物和後生動物的動態 平衡生物鏈、網，具有有機物和無機物富結，生物絮凝和極強的硝化，聚磷及吸附，活化，過 濾，殺滅有害菌作用等的水處理作用的反應器進行水處理，水處理過程中，利用水葫蘆根系 吸收水中重金屬離子，並使其部分轉移到莖和葉內，利用微生物吸收水中富營養成分並進 而供給水葫蘆生長，改善水質；
2)、在懸浮床內水葫蘆進入開花結果期之前，對圈結構內水葫蘆進行第一次收割，第一 次收割時，從水葫蘆根部向上5—15cm處進行切割，將切割掉的莖和葉收集起來進行利用；
3)、待切割後的水葫蘆進行第二次生長，並在其再次進入結果期之前進行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫蘆的莖和葉進行利用，並將剩餘的根部從水中撈離。具體實施時，也可以無需進行第二次收割，直接在懸浮床內水葫蘆進入開花結果 之前，對圈結構內水葫蘆進行切割掉莖和葉進行下一級利用，並將剩餘的根系部從水中撈

這樣，在水處理時，先採用懸浮床並在其根系形成一個動態平衡生物鏈網，根據待 處理水域大小，可以採用多個懸浮床進行聯動，可以根據不同的水質情況採用不同針對性 菌種的懸浮床，動態平衡生物鏈網形成過程中可以人工進行一些調試，比如改變相鄰懸浮 床之間間距來改變根系內可以透入的光線強度以適應菌種對光線強度的要求等等，這些均屬於本領域公知常識，不在此詳述。所述生物鏈、網包括水葫蘆、細菌、藻類、原生動物和後 生動物，其中水葫蘆的根系可以進行有機物和無機物的富集，以立體狀根係為中心附著產 生的立體微生物處理膜及生物絮體，分解消耗水中的富營養化物質，產生極強的硝化、聚磷 及吸附、活化、過濾作用，原生動物和後生動物，如輪蟲和線蟲。它們能消耗掉多餘的細菌和 藻類，維持生物膜的動態平衡。同時由於根系之間間距很小，如魚類等較大的後生動物不能 進入到根系內部，避免對根系中的生物鏈造成破壞。在水葫蘆進入開花結果期之前，進行第 一次收割，由於水葫蘆根系糾結在一起，根部抓緊力足夠大，使得收割時可以採用類似割麥 的方式，可以採用收割機械進行處理，高效而成本低廉。在水葫蘆結果之前收割可以避免水 葫蘆結果時產生的有害物質進入水中造成二次汙染。從水葫蘆根部向上5—15cm處進行第 一次切割並使留下的莖部第二次生長，延長壽命，使水葫蘆對水質的處理能力得到最大限 度的發揮。收割下的莖和葉可以用著飼料(草粉等)和生物沼氣等其它用途。第二次收割後， 由於水葫蘆根部糾結為一體，可以直接以捲地毯的方式將根部捲起回收，方便快捷，大大縮 減了收割和打撈的成本。收回的根部可以採用焚燒填埋等方式處理。綜上所述，本發明技術方案具有以下有益效果
1、充分利用了浮水植物水葫蘆的汙水處理能力，同時綜合了生物膜法水處理的優點， 在水葫蘆根部生成立體式的生物膜，大大提高了生物膜的水處理效率，根部形成的生物鏈 能夠最大限度地吸收水中的富營養物質並轉化為水葫蘆的莖葉組成部分，同時對水中的重 金屬等有害物質的吸附回收效果也大大增加。可以高效、快速地解決水域水質富營養化的 問題。2、本方法中水葫蘆被嚴格控制在圈結構內繁殖，根部連為一體，使得收割和打撈 根部時均極為方便快捷，大大提高了經濟學和可控性，不會造成水葫蘆的泛濫。3、本方法中，在水葫蘆根部形成一個生物鏈、網，對水中營養物質進行吸收處理， 形成立體式的高效處理生物系統，實施時可採用多個懸浮床形成聯動，形成人工溼地，既高 效地處理了水源，還可以起到綠化、美化環境的效果。
具體實施例方式具體實施時，本發明需要先設置一種富營養化水域水質處理懸浮床，採用包括以 下步驟的方法製得a、在待處理水域水面設置一個可浮於水面的圈結構，所述圈結構通過 繩索和拉錨定位於水面；b、在上述圈結構內種植水葫蘆苗株，並使其種植密度大於50株/ 米2，令水葫蘆在圈結構內生長繁殖，使水葫蘆養殖密度逐漸增大，使太陽光投射達到床下 無光的鬱閉度為1時，利用植物競爭機制迫使圈結構內水葫蘆根系向下延伸並相互糾結成 為立體的網狀結構，進行下述測試對多個單株水葫蘆向上施力使其根系被拔出，當平均值 小於30牛頓的力不能使單株水葫蘆根系被拔出時進行後繼步驟；所述30牛頓的力不包括 克服該單株水葫蘆自重所施之力；C、往圈結構內水葫蘆的網狀結構的根系中均勻地噴入密 度大於1的吸附劑，使吸附劑附著在網狀結構的根系內；d、進行接種，即令水處理用的微生 物菌種進入到網狀結構的根系中並附著於根系和吸附劑上，形成一個立體網狀結構的微生 物處理膜。其中所述圈結構包括若干浮體和順次連接浮體使其圍成一圈的繩或杆，所述圈 結構圍成的面積在2—200平方米之內。所述圈結構內沿水面設置有線網。所述吸附劑採用活性炭顆粒或自然界本身存在不對水體形成二次汙染的吸附物顆粒，或兩種吸附物組成。然後，以上述懸浮床為基礎進行處理，包括以下步驟
1)、使懸浮床網狀結構的根系中具有有機物和無機物富結，生物絮凝和極強的硝化，聚 磷及吸附，活化，過濾，殺滅有害菌作用等的水處理作用的反應器逐漸形成包括細菌、藻類、 原生動物和後生動物的動態平衡生物鏈、網，進行水處理，水處理過程中，利用水葫蘆根系 吸收水中重金屬離子，並使其部分轉移到莖和葉內，利用微生物吸收水中富營養成分並進 而供給水葫蘆生長，改善水質；
2)、在懸浮床內水葫蘆進入結果期之前，對圈結構內水葫蘆進行第一次收割，第一次收 割時，從水葫蘆根部向上5—15cm處進行切割，將切割掉的莖和葉收集起來進行利用；
3)、待切割後的水葫蘆進行第二次生長，並在其再次進入結果期之前進行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫蘆的莖和葉進行利用，並將剩餘的根部從水中撈離。本發明中，可以採用多個懸浮床進行聯動，根據不同的具體水源情況調整菌群結 構，通過對懸浮床的直徑及床間間距的設置和調整，利用水體表層溶氧高和床對太陽光的 遮檔形成好氧無光和好氧弱光的環境，使其利於細菌繁殖和生長，形成立體的微生物處理 膜。通過剪掉水葫蘆莖和葉實現物質的轉移，吸收和去除水中氨氮磷硫汞和重金屬等有害 物質。使水體恢復透明度高和溶氧高等結構優化的自然淨水機制的恢復，使汙染水體在短 期內(劣五類水質小於12個月)進入地表水一類水運行，且能在汙染下重載運行，二到三年 地表水一類穩態運行；特別適用於如滇池等湖泊和水庫，河流的水處理。懸浮床可以控制植物的橫向生長，植物橫向生長受抑制時，植株向上生長更高，根 系越長；使床中植物根系更長，更密形成水中相互糾結的密結網狀結構，在植物水中密結網 狀結構上人為著床吸附劑，吸附劑為密度約大於1具有比表面積大且具有較好的吸附孔隙 的無二次汙染的天然物質和人工合成物，或兩種物質組合。然後進行微生物菌種著床，附生 在立體的網狀根系及吸附物上形成微生物絮體，隨著原生及後生等動物進入，形成較長的 食物鏈網，具有有機物和無機物富結，生物絮凝和極強的硝化，聚磷及吸附，活化，過濾，殺 滅有害菌等作用；懸浮床面積小於等於200平方米，且懸浮床可以作為平面造景觀床。中水葫蘆的根系糾結，株與株連續，提高懸浮床內植物抓水能力，株連接力，一是 使懸浮床適應範圍廣，能抗擊季風產生的風浪，使懸浮床使用不受水流，風浪限制；二是後 續步驟中，可以使用旋轉模式切割機械水中進行根葉分離；根系用捲簾模式機械打撈，實現 高效率的打撈，分離。莖葉能用於製造沼氣和飼料。根中汙染物焚燒填埋；這樣可以人為把 水葫蘆在水中生長控制在生長期；產生藻毒素的藻類控制在生長期。處理時，懸浮床中水葫 蘆根系部利用聚磷菌吸磷和保持磷來調整水體中的溶解性磷含量；懸浮床的根系部吸附物 質和微生物的含量大於等於1克/升，懸浮床根系區中，懸浮床根系區中，平均1單位體積 中聚磷菌吸收溶解性磷和保持溶解性磷總量，與最接近懸浮床水體5米內水中的溶解性磷 的含量在同單位體積質量之比超過10倍。懸浮床植物採用水葫蘆，但也可以等同替換為水處理效果好的其它水生植物或水 培的陸生植物，甚至可以是由一個植物或兩種植物組成，只需滿足懸浮床的人造景觀要求， 以及對酚，笨和重金屬離子綜合結構處理的品種要求。懸浮床水中根系上有較多的人工著 床密度大於1的具有較大比表面積和較好吸附孔隙的吸附劑物質，圍繞在根系上的孔隙物 質上有微生物處理膜及絮體。通過植物和微生物處理膜處理及共同作用，對水質進行連續活化。通過剪切分離莖葉和根，以及根系的打撈，實現物質的流轉。懸浮床的工作原理是一是懸浮床的植物部分通過生長從水體中吸收氮，磷等營 養物，水葫蘆等水生植物的根莖能吸收和分散水體中鉛、鎘、汞、銅、鍶等重金屬離子，汙水 中含有大量重金屬離子；水葫蘆吸收氨氮、磷、重金屬銅能力強，並對重金屬離子、農藥等有 極強的富集能力，水藻進行糖類合成反應外(把二氧化碳和水在化學能的作用下合成葡萄 糖)，也需要吸收水中富營養成分如鐵、錳、磷、鉀等。懸浮床的圈結構內高密放養和種植水生，水培植物；生長增殖過程中橫向發展受 強抑致，導致向緻密方向，植物光合誘導影響向上競爭機制而加速向上生長，競爭下根系更 長；(例懸浮床水葫蘆會改變形體，根系會達到40釐米及以上；相同水體，相同面積，懸浮床 植物乾物質能超過普通放養植物乾物質的10倍及以上；高密殖及利用植物競選器的機理， 能形成較長的具有相互糾結，根系網格小的網狀結構，提高株與株的連結力，床內植物的抓 水能力；如類似小麥收割機的旋轉模式的機械完成莖葉和根的分離，萌芽復壯的再生延長 植物生長期；旋轉捲簾模式從水中打撈床植物根系，高效打撈，經濟利用才具有現實性；例 水葫蘆懸浮床莖葉可作為有益能流，飼料(直接飼喂，草粉等)和生物沼氣能源等；根系含病 原及重金屬焚燒填埋，量大時可作生物質沼氣發生器，草粉乾燥熱源，燃燒發電。圈結構下方水中中形成較長的相互糾結，網狀化的龐大絮狀根系，使懸浮床根系 區(根系和根區水)體積增大，及絮狀根系的附著物增多；在強化的絮狀根系上著床儘可能 多的人為著床密度約大於1的具有比表面積大且具有較好的吸附孔隙的無二次汙染的吸 附劑；然後進行微生物在附著有孔隙的吸附物質且具有密結網狀結構的著床，附生在根系 及吸附物上形成微生物絮體；隨著原生及後生等動物進入，形成較長的食物鏈、網。食物鏈 包括細菌，藻類，原生動物和後生動物，如輪蟲和線蟲。它們能消耗掉多餘的細菌和藻類，維 持生物膜的動態平衡。例如草履蟲能吞食細菌，淨化汙水；太陽蟲、鍾蟲可以做魚的餌料。實施時，可以多個懸浮床聯動，形成人工溼地，多個水生植物懸浮床按聯動作用較 強的間距及水深比例設置，多個懸浮床與整個被處理的水體整體聯動，一是利用自然(風 能，氣液接觸面積大)增氧對水體作用，水體中的溶氧是表層逐漸下降，利用天然機制使植 物懸浮床具有較高溶氧(即最終遠大於2毫克/升)；二是利用懸浮床的遮光作用；三是利 用地球自轉等作用，植物懸浮床投影位移的特性，投射，折射補充懸浮床根系的光線；建立 了懸浮於水體(不佔耕地等)，對光和風能及水氣兩相接觸溶氧機極微影響的植物懸浮床溼 地，形成對汙染水體原來生態有很強調理作用，如微光富氧，無光富氧等作用的新環境(新 系統)；
實施時，本發明的控制性好，在水葫蘆生長周期中，通過人為控制方法，使得水葫蘆吸 收的有害物質通過人為切割和打撈，而快速進入大循環的陸地生態中。解決了無效控制狀 態下的水葫蘆在水中生長衰亡，對水造成二次汙染，同時造成氮，磷，營養鹽，毒系等在水中 不停循環的原有缺陷。無控制時的水葫蘆，快速繁殖對其生活的水面採取了野蠻的封鎖策 略，擋住陽光，導致水下植物得不到足夠光照而死亡，破壞水下動物的食物鏈，導致水生動 物死亡。同時，任何大小船隻也別想在水葫蘆的領地裡來去自由。不僅如此，水葫蘆還有富 集重金屬的能力，水葫蘆死後腐爛體沉入水底形成重金屬高含量層，直接殺死底棲生物，造 成生態災難。同時，本方法加強了水葫蘆根部連接力，即株與株的連接力，和植株的抓水能 力；這兩個指標是經濟有效莖葉和根分離，和打撈的機械設計的基礎；可以經濟地分離對人類有益的莖葉分離，進行機械高效處理，經濟利用是良性循環的基礎；違反這個規律或不 能有效地利用這個規律，就會付出高昂的成本和代價。另外，無控制時，例如微囊藻在水中 會自然衰亡，會產生自來飲水工藝不能處理，加熱也不易破壞的藻毒素，而本方法中，由於 形成了生物鏈網，微囊藻絕大部分未進入衰亡期分泌產生藻毒素時就進入水生態下級食物 鏈，被原生動物或後生動物食用，降低了對水體危害。下面更加詳細地對本發明對富營養水質中氮、磷和汞的處理原理等方面進行介 紹。磷的控制和調理
磷在水體生態中呈溶解性反應磷DRP，溶解性有機磷D0P，鐵磷FE—P，鋁磷AL—P等。對磷的控制主要是水中的溶解性反應磷和溶解性有機磷，這兩種類型的磷對藻 類，水生植物影響最大，也是水體磷循環的中間過程(如水化學作用可把不溶性磷轉化為可 溶性磷等)；主流學術也把磷看著淡水系統的植物生長的限制性因素，水質富營養化時首先 是磷的平衡被打破；藍綠藻暴發，水葫蘆泛濫成災。但汙水處理廠去磷是利用聚磷菌的吸 磷，放磷，最後進入汙泥，通過汙泥脫離水體而達到排磷；人工溼地主要是靠植物的吸收轉 化，通過對植物的收割達到排磷的(如進行不好又會重複汙染，通俗地講溼地會呈存在運行 效率老化問題)；這些控磷排磷措施及方法，實用性和效率性對現有湖泊磷的排除和控制有 限；就又回到(弄出水葫蘆生態災難)水葫蘆放養的老路，只不過盡力去控制水葫蘆的成災 的負面因素，但不可否認的是，巨大的處理效果呈現出來，單位面積處理能力，綜合效果遠 大於人工溼地。例江蘇太湖，發展到又重回滇池。本發明採用控磷調磷是利用懸浮床創建的高氧新環境，懸浮床內的植物從水體中 吸收磷，床內植物根系中人工著床的發育成巨大數量的聚磷菌控制水體中的溶解性磷；聚 磷菌吸收溶解性磷，和保持溶解性磷；這個吸磷持磷速率大於進入水體中的磷(城市生活汙 水和農村汙水)和緩溶性水體沉澱磷(鐵磷，鋁磷等)轉化為溶解性磷的速率；水體中溶解性 磷就持續下降。如水體中的溶解性磷降到20微克/升以下運行時；藍綠藻汙染的問題就根 除了。本發明的懸浮床就具有吸磷，持磷，磷轉化，排磷功能，也改變了磷在水中循環的 模式，結構優化的磷循環是優良水生態穩態的基礎。經試驗，已獲得成功。本發明獲得急速降磷(溶解性反應磷和溶解性有機磷)，一是因為水體流動，懸浮 態的有機物和無機物在風浪，波浪等作用下，向懸浮床移動被植物富集(水葫蘆的強大富集 作用)，溶解性有機物通過床下根系的吸附，過濾，絮凝作用等被保留在床中；這些作用為聚 磷菌提供足夠的碳源和營養源，為聚磷菌的增殖提供堅實的優良條件；二是懸浮床植物根 系的大量聚磷菌處於高氧的環境中，提高聚磷菌的活性，使聚磷菌通過擴散(濃度高向濃度 低的方向)，水通過生物膜，生物絮體聚磷菌從這些水中吸收溶解性磷。聚磷菌在好氧階段大量吸收並積貯溶解性磷化物中的磷，合成TAP與聚磷酸鹽， 聚磷細菌是好氧菌，它並不是優勢菌種，但能在厭氧環境中將聚磷酸水解。由於它在利用基 質的競爭中比其他好氧菌佔優勢，從而利於它的大量繁殖。經過厭氧與好氧的交替，進行釋 磷與吸磷的過程。懸浮床的聚磷菌運行為全世代，也呈好氧和缺氧過程，只是好氧佔絕對優勢，這裡 以生物膜理論解釋，一是在每天二十四小時，床根系區外沿溶氧高，好氧菌消耗氧較少，吸磷大於內部，也是處於同溶氧水體外面溶氧大於內部溶氧；即使床內部聚磷菌衰亡，細胞破 裂釋放磷，也會被空曝處於飢餓的聚磷菌吸收的，所以床內磷不會外洩，即具有鎖磷作用； 唯一外洩磷是水流，大型水生動物使聚磷菌從懸浮床根系脫落，因密度較小，仍能在好氧區 增殖和吸收磷，為偏好作用；第二是懸浮床生物膜圍繞在較好孔隙吸附物上，生物膜具有 較大的表面積，具有很強的氧化能力。當生物膜較厚，並達到一定的厚度時，水中的氧很快 被生物膜表面的微生物消耗，難透入生物膜內層，造成靠近內層的生物膜處於缺氧，厭氧狀 態；但懸浮床膜結構中植物根系正好處於極化中心，從孔隙物質中吸收聚磷菌釋放的磷供 給自己對磷的需求；即懸浮床的這種結構，使懸浮床植物吸收的磷濃度比天然放養，控制放 養獲得更多的磷，即使在水體中磷含量極少，也能生長較好。解決了低磷水體態水生植物 (如水葫蘆)不能良好生長或不能生長的難題。前面所述的控磷調磷使水中溶解性磷能迅速達到一類水的磷含量要求，甚至使溶 解性磷達到極低值1微克/升，仍有降磷空間。也改變了化學除磷，如藍綠藻暴發吸磷到分 解者作用，使磷又回到水體中等循環路徑。氮，嗅和味控制調理
水中用來表示氮含量的指標有總氮(TN)，總凱氏氮(TKN)，硝酸鹽氮(N03 — N)，亞硝 酸鹽氮(N02 — N)，以及氨氮(NH3 — N)。水中的氮主要以以下幾種形式存在有機氮，氨氮，亞硝態氮，硝態氮。本懸浮床水處理時一是利用懸浮床內植物(水葫蘆)對硝態氮的吸收轉化；二是 微生物法對氨氮，亞硝態氮的轉化速率，匹配處理；
懸浮床在水中建立的富氧弱光，富氧無光的新環境，可使整個水體的菌群結構發生變 化。下面簡單介紹硝化細菌和亞硝化菌結構改變，及其作用機理。微生物汙水處理脫氮過程即是各種形態的氮轉化為氮氣從水中脫除的過程，本懸 浮床也有這個轉化為氮氣的過程。在好氧池中，汙水中的有機氮被細菌分解成氨，硝化作用使氨進一歩轉化為亞硝 態氮，亞硝態氮轉化為硝態氮(硝態氮為植物可吸收的營養氮)，然後在缺氧池中進行反硝 化，硝態氮還原成氨氣溢出。①.氨化作用
有機氮化合物(蛋白質等)的降解首先氨化作用，即在細菌分泌的水解酶的催化作用 下，有機氮化合物水解斷開肽鍵，脫除羧基和氨基形成氨。②.硝化作用
消化過程分兩步進行。在亞硝化菌的作用下，氨先轉化為亞硝酸鹽氮，然後再經硝化菌 作用氧化成硝酸鹽氮。在富營養水體中氨化作用，硝化作用同時發生；但經常出現氨化作用(分解者)大 於硝化作用(生產者吸收)的情況，顯著的實例①是水產生的臭味，②死魚腐爛產生的臭味。 富營養水嗅和味主要由氨和硫化氫組成。本發明中是利用懸浮床生物膜一類光合細菌，和提高亞化細菌數量及活性；硝 化細菌活性；使水體分解者作用產生的氨和硫化氫被迅速轉化，而使水體不產生令人不愉 快的臭味(嗅和味)。如硝化細菌和亞硝化細菌，這兩種菌對太陽光敏感，但與硝化細菌相比，亞硝化細菌特別對太陽光的近紫外線非常敏感，特別是紫外線對它們的殺傷巨大；植物懸浮床為它 們提供了完美的弱光，無光富氧環境，硝化細菌增殖和活性增強，提高了硝化作用；一是亞 硝化細菌迅速地把氨轉化為亞硝酸鹽氮，然後再經硝化菌共同作用氧化成硝酸鹽氮，硝酸 鹽氮作為可被懸浮床植物吸收作為營養氮素，當這個作用與產氨匹配時，水中的氨味，氨氮 就降了下來。使得水不在發臭。經具體實驗驗證，細菌著懸浮床時，十天就解決了水質發臭 問題。本發明中氮在水中循環調理主要是分解者產氨氮，直接硝化，硝態氮供懸浮床植 物生長，機械分離打撈懸浮床植物進入陸地，使水中的氮降下來。達到地表水一級的水中對 氮的要求。下面以汞為例說明本發明對水中重金屬的處理原理汞一是通過懸浮床水生植物 (水葫蘆)根系從水中吸入重金屬離子汞；二是通過懸浮床植物根系上附著的具有較好吸附 孔徑的比表面積的物質或這些物質相互作用形成的微孔結構的毛細管作用；吸附重金屬離 子汞，使流過床根系的汞被截留下來，植物根系從吸附物質中保持的汞，吸附物質就被懸浮 床根系的吸收作用活化，吸收，根系活化；不停循環。效果比單獨活性炭吸附更好，具有自活 化的功能。這兩種作用使植物(水葫蘆)根系從水體中吸收更多的汞，沉積在根系中，這樣就 從水體中吸收，吸附保持更多的汞，使水中的汞含量大幅降低，滿足水體進入地表水一類水 的重金屬指標。本發明中，利用懸浮床中的植物和根系對水體懸浮的有機物和無機懸浮物的富集 作用，以及溶解性磷的減少，藻類數量減少；使得水體透明度增大，太陽光作用加強。太陽光對水體起作用的主要是紅光和藍紫光，紅外光；紅光和藍紫光主要對水體 中藻類，細菌提提光合源，水生所有綠色植物中的葉綠素A ；水生高等植物，綠藻，眼蟲藻， 管藻的葉綠素B ；硅藻，甲藻，褐藻的葉綠素C ；細菌的葉綠系F和細菌葉綠素；都能與太陽 光進行光合作用。太陽光不可見光譜中紫外線的作用之一殺菌，即使是在微量的紫外線投射劑量 下，也可以破壞一個細胞的生命核心一DNA，因此阻止細胞再生，喪失再生能力使細菌變得 元害，從而達到滅菌的效果。紫外線對水中的有害菌，綠膿菌，大腸菌；依哥拉菌，巴斯拉菌， 沙門氏菌；祿藻等有很強的殺滅作用。取決於紫外線的強度和接觸時間的長短；水體中的 透明度增大，水中紫外線衰減越小，殺菌能力更強。水能見度的增大，水體透明度增大，太陽 光的穿透能力越強；波長較短的紫外線也可以有效地降低總有機碳量，波長較短的紫外線 具有更多的能量，因此能夠分解有機物，紫外線氧化有機物的反應過程雖然非常複雜，主要 是通過產生氧化能力很強的自由氫氧，將有機物氧化成水和二氧化碳。同時，本發明的懸浮床植物(水葫蘆)的根系分泌物能殺死汙水中的細菌和病原微 生物。使得水中細菌群數，大腸桿菌大幅下降。這樣通過多種作用，可以快速地使得汙染水體轉化為溶解氧高，能見度好，各項指 數達到或超過地表水一類的水源。同時本發明對水葫蘆控制性好，還可以解決水葫蘆泛濫 成災的問題。原理是把泛濫的水葫蘆圈入懸浮床中，在水中繼續生長，直到水葫蘆株與株的 連接力提高，抓水力提高達到大型機械打撈的力學要求時，把懸浮床拉到岸邊進行快速打撈。故本發明還具有以下優點(1)本發明處理效果好，可控性強，可以經濟快速解決水體富營養化的問題。(2)本發明可以對水葫蘆進行經濟高效的處理，避免水葫蘆泛濫成災的現象發生。(3)本發明能夠經濟高速完成治理，且能夠把有害能流轉為有益且能夠經濟利用 的能流。
權利要求
1.一種富營養化水域水質處理懸浮床，其特徵在於，採用包括以下步驟的方法製得a、在待處理水域水面設置一個可浮於水面的圈結構，所述圈結構通過繩索和拉錨定位 於水面；b、在上述圈結構內種植水生植物或水培植物苗株，並使其種植及繁育密度大於50株/ 米2，令水生植物或水培植物苗株在圈結構內生長繁殖，使水生植物或水培植物苗株養殖密 度逐漸增大，使太陽光投射達到床下無光的鬱閉度為1時，迫使圈結構內水生植物或水培 植物苗株根系向下延伸並相互糾結成為立體的網狀結構，進行下述測試對多個單株水生 植物或水培植物苗株向上施力使其根系被拔出，當平均值小於30牛頓的力不能使單株水 生植物或水培植物苗株根系被拔出時進行後繼步驟；所述30牛頓的力不包括克服該水生 植物或水培植物苗株蘆自重所施之力；c、往圈結構內水生植物或水培植物的網狀結構的根系中均勻地噴入密度大於1的吸 附劑，使吸附劑附著在網狀結構的根系內；d、進行接種，即令水處理用的微生物菌種進入到網狀結構的根系中並附著於根系和吸 附劑上，形成一個立體網狀結構的微生物處理膜；懸浮床的根系部吸附物質和微生物的固 體物質含量大於等於1克/升。
2.如權利要求1所述的富營養化水域水質處理懸浮床，其特徵在於，所述圈結構包括 若干浮體和順次連接浮體使其圍成一圈的繩或杆，所述圈結構圍成的面積在2—200平方 米之內；且懸浮床為水處理造形或者人為平面設計景觀造形。
3.如權利要求1所述的富營養化水域水質處理懸浮床，其特徵在於，所述圈結構內沿 水面設置有線網。
4.如權利要求1或2或3所述的富營養化水域水質處理懸浮床，其特徵在於，所述吸附 劑為活性炭顆粒或自然界本身存在的吸附顆粒。
5.一種富營養化水域水質處理方法，其特徵在於，採用了上述的懸浮床進行處理，並包 括以下步驟1)、使懸浮床網狀結構的根系中逐漸形成包括細菌、藻類、原生動物和後生動物的動態 平衡生物鏈、網，進行水處理，水處理過程中，利用水葫蘆根系及根系上的吸附物質吸收水 中重金屬離子，並使其部分轉移到莖和葉內，利用根系中特定微生物處理膜的微生物吸收 和控制水中富營養成分並進而供給水葫蘆生長，改善水質；2)、在懸浮床內水葫蘆進入結果期之前，對圈結構內水葫蘆進行第一次收割，第一次收 割時，從水葫蘆根部向上5— 15cm處進行切割，將切割掉的莖和葉收集起來進行利用；3)、待切割後的水葫蘆進行第二次生長，並在其再次進入結果期之前進行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫蘆的莖和葉進行利用，並將剩餘的根部從水中撈離。
全文摘要
本發明公開了富營養化水域水質處理懸浮床及其水處理方法，所述懸浮床採用一個浮於水面的圈結構，在圈結構內種植水葫蘆苗株，使水葫蘆等養殖密度逐漸增大，迫使圈結構內水葫蘆根系向下延伸並相互糾結成為立體的網狀結構；再往圈結構內水葫蘆等的網狀結構的根系中均勻地噴入吸附劑並使其附著在網狀結構的根系內；令水處理用的微生物菌種進入到網狀結構的根系中並附著於根系和吸附劑上，形成立體網狀結構的微生物處理膜。具有富結，生物絮凝和硝化、聚磷及吸附、活化，過濾等的水處理作用，對汙染水質氨氮磷硫汞等循環的調整；本水處理方法基於該懸浮床得到，可以高效地對富營養化的水質進行處理，高效而便於控制的優點。
文檔編號C02F3/34GK102120648SQ201110032358
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者胡志清, 蒲淵 申請人:胡志清, 蒲淵