一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置

摘要

本发明涉及一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，包括多个净化单元，每个净化单元都包括固着架和人工载体，人工载体在固着架上纵向平行排列；其中，人工载体包括聚丙烯材料制成的渔网、聚酰胺材料制成的立体载体、合成纤维加工的生物绳三种，以两层渔网、两层立体载体、两层生物绳、两层立体载体和两层渔网的顺序在固着架上从前到后依次排列。本发明还提供了应用该装置削减水体营养盐与盐分的方法。该装置能够有效地削减排渠中水体的营养盐及盐分，适用于我国西北部干旱/半干旱地区的高盐地区使用。

权利要求

1.一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，其特征在于：该装置包括多个净化单元，每个净化单元都包括固着架（1）和人工载体，人工载体在固着架（1）上纵向平行排列；其中，人工载体包括聚丙烯材料制成的渔网（2）、聚酰胺材料制成的立体载体（3）、合成纤维加工的生物绳（4）三种，以两层渔网（2）、两层立体载体（3）、两层生物绳（4）、两层立体载体（3）和两层渔网（2）的顺序在固着架（1）上从前到后依次排列；所述的人工载体相邻之间的距离为20cm；所述的固着架（1）上有多个固着环（5），人工载体的边缘通过布袋（7）缝制在塑料管（6）上，两端用尼龙束线带（8）固定，塑料管（6）和固着环（5）能够对应插装。

2.一种利用如权利要求1所述的装置削减水体营养盐与盐分的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：水体中的盐分被渔网（2）拦截，并沉积到底泥及渔网（2）的表面；立体载体（3）上附着并生长了藻类，吸收水体中的盐分；生物绳（4）上形成微生物膜，通过反硝化作用去除水体中的氮素。

说明书

一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置

技术领域

[0001] 本发明属于水体净化领域，涉及一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，特别涉及适用于西北干旱/半干旱地区含营养盐及盐分较高的排渠水体净化的人工载体组合装置。

背景技术

[0002] 人工载体是由人工合成的，同时利于生物附着及定量分析的复合材料。在水生态系统中，附着在人工载体上的附着生物由于富含细菌、藻类、原生生物等，具有极高的代谢活性，可以有效地分解、转化水体中的有机物质，并可通过定期将载体移出水体清洗等方式，使其中所附着的大量氮磷营养物质被带出水体，从而使得水体得以净化。在对受损的天然水体进行生态恢复和重建的过程中，在各种类型人工载体的表面上也往往会形成一个具有很强代谢活性的固着生物的群落，这些固着生物群落一方面通过自身的代谢活动，强烈地改变着其所处微环境的理化特性，如：所附着载体的表面结构、O2、pH等；另一方面，这些不同的固着生物群落通过与其所附着的载体的共同作用，逐步形成稳定的生态系统，并通过固着生物群落间的演替及其与水体中其它生物（如：高等水生植物、浮游植物等）的协同作用，使得水体中有机物，尤其是氮磷营养盐的形态、负荷发生迁移、转化，从而有利于提高水体的自净能力，最终实现水质持续改善的目标。目前，人工载体在污水处理工艺中应用广泛，效果显著。

[0003] 由于自然因素与人类活动的双重影响，我国西北部干旱/半干旱地区许多河流与湖泊目前处于富营养化与咸化的双重胁迫。以地处新疆巴音郭楞蒙古自治州的博斯腾湖（下简称博湖）为例，博湖原是蒙新高原上面积最大的淡水湖，湖泊水位由1956年的1048.34m下降到2010年的1045.23m，54年中湖水下降了3.11m，湖水矿化度由0.38g/L增加到1.51g/L，已从新疆最大的淡水湖变为微咸水湖。同时湖水中的总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）等污染物浓度也逐年升高。博湖流域人口的快速增长及开垦的农田面积的增加，农业面源污染、工业及生活污水的排放量的增加上导致上述现象的重要原因之一。
数据表明， 2007年博湖流域农业面源污染产生的TN、TP和COD的总量分别为5.86、1.55、
10.06万吨；流域内产生的各种污染物主要通过33条排渠进入博湖中，TN、TP、COD和盐量分别占入湖总负荷量的21%、21%、24%和48%。从对位于博湖西北角的排渠——黄水总干排历年水质的监测结果表明，此排渠中的水的矿化度（TDS）平均值为4341mg/L，最高值达到了6700mg/L；TN均值为1.46 mg/L，属于IV类，最高值达到了2.40 mg/L，属于劣V类；TP含量平均值也超过了湖库V类水质TP上限，最高值达到了0.860mg/L；此外，水体中总悬浮物（TSS）浓度也较高，五日生化需氧量（BOD5）及COD等的含量也超标。这些污水直接排入黄水区，最终汇入大湖。每年由农田废水排入并滞留在博湖中的盐分约有21.69万吨。农业面源污染加重了博斯腾湖的咸化与富营养化趋势。

[0004] 目前，人工载体已广泛应用于我国东南部地区重富营养化河流、湖泊的净化、废水处理等过程中。但尚无在我国西北部干旱/半干旱地区，如博湖流域这样营养盐及盐分严重超标的排渠中应用的实例。因此，需要发明一种专门适应我国西北部干旱/半干旱地区的人工载体装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，解决目前尚无适应我国西北部干旱/半干旱地区的人工载体装置，我国西北部干旱/半干旱地区湖泊的富营养化与咸化非常严重的问题。

[0006] 本发明的另一目的是提供使用上述装置削减水体营养盐与盐分的方法。

[0007] 本发明通过以下技术方案来实现：

[0008] 一、一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，该装置包括多个净化单元，每个净化单元都包括固着架和人工载体，人工载体在固着架上纵向平行排列；其中，人工载体包括聚丙烯材料制成的渔网、聚酰胺材料制成的立体载体、合成纤维加工的生物绳三种，以两层渔网、两层立体载体、两层生物绳、两层立体载体和两层渔网的顺序在固着架上从前到后依次排列。

[0009] 所述的人工载体相邻之间的距离为20cm。

[0010] 所述的固着架上有多个固着环，人工载体的边缘通过布袋缝制在塑料管上，两端用尼龙束线带固定，塑料管和固着环能够对应插装。

[0011] 二、一种利用上述装置削减水体营养盐与盐分的方法，该方法包括以下步骤：水体中的盐分被渔网拦截，并沉积到底泥及渔网的表面；立体载体上附着并生长了藻类，吸收水体中的盐分；生物绳上形成微生物膜，通过反硝化作用去除水体中的氮素。

[0012] 采用上述技术方案的积极效果：本发明的人工载体组合装置充分考虑了西北地区湖泊污染物来源途径，综合考虑削减效果、人工载体的成本及材料的易获取性，采用无毒、无嗅、低环境风险，且具有不同比表面积、不同质地、不同表面结构、不同性能、功能互补的三种载体组合，利用低成本高效率的人工载体净化技术，有效地削减排渠中水体的营养盐及盐分；整个装置结构简单、成本低廉、可以根据需要净化的排渠的水深等条件灵活配置人工载体净化单元的大小和个数，并且净化排渠水体的效果较好，可大大延缓或阻止西北部干旱/半干旱地区部分湖泊的富营养化及咸化进程，适用于我国西北部干旱/半干旱地区使用。

附图说明

[0013] 图1是本发明的固着架的结构示意图。

[0014] 图2是本发明的人工载体的挂设方式示意图。

[0015] 图3是渔网的实物图。

[0016] 图4是立体载体的实物图。

[0017] 图5是生物绳的实物图。

[0018] 图6是本发明的人工载体缝制加工示意图。

[0019] 图中，1固着架，2渔网，3立体载体，4生物绳，5固着环，6塑料管，7布袋，8尼龙束线带。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明做进一步说明：

[0021] 图1是本发明的固着架的结构示意图，图2是本发明的人工载体的挂设方式示意图，图3是渔网的实物图，图4是立体载体的实物图，图5是生物绳的实物图，图6是本发明的人工载体缝制加工示意图，结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种削减水体营养盐与盐分的人工载体组合装置，该装置包括多个净化单元，每个净化单元都包括固着架1和人工载体，人工载体在固着架1上纵向平行排列。固着架1用不锈钢材料或塑料材料制作而成，框架长1.8米，宽1米，高1米（高度也可根据所要消减营养盐和盐分的排渠的水深进行适当调整）。人工载体包括聚丙烯材料制成的渔网2、聚酰胺材料制成的立体载体3、合成纤维加工的生物绳4三种，以两层渔网2、两层立体载体3、两层生物绳4、两层立体载体3和两层渔网2的顺序在固着架1上从前到后依次排列。

[0022] 在实际使用中，为了使人工载体的净化效果达到最佳，人工载体相邻之间的距离设置为20cm。同时，为了方便安装，在固着架1上设置有多个固着环5，人工载体的边缘通过布袋7缝制在塑料管6上，两端用尼龙束线带8固定，塑料管6和固着环5能够对应插装，安装省时省力。固着环5的位置即固定人工载体的位置，因此，相邻的固着环5之间间隔也是20cm，将人工载体的边缘用布袋7缝制加工后，穿在塑料管6上，再用尼龙束线带8固定后，把塑料管6的两端插入固着环5中即可成为一个相对独立的净化单元。

[0023] 多个人工载体净化单元，置于高污染物排渠中，并加以固定，然后运行，用于削减排渠水体中的营养盐和盐分。因为排渠中的盐分主要来自于农业生产的土壤洗盐过程，渔网2可有效拦截水体中的高盐颗粒物，使之沉积到底泥及渔网的表面，从而降低水体中盐分。立体载体3是采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插附着在耐腐、高强度的中心绳上，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体填料的单体，载体在有效区域内能立体全方位均匀舒展，使空气、水、附着物得到充分混渗接触交换，这也使得附着生物在每根丝条上均能保持良好的活性和空隙可变性，进行良好的新陈代谢过程，利于藻类等的附着与生长，从而大量吸收水体的中营养盐。生物绳4使用细纤维加工而成，可以持续保持大量微生物，形成微生物膜。外层为好氧微生物，内层为厌氧微生物，可进行反硝化反应，从而去除水体中的氮素。几种载体的优化配置，可以显著提高氮磷等营养盐及盐分的去除效率，达到良好的削减排渠中营养盐及盐分的效果，减少进入湖体的污染物。前期实验结果表明，优化配置的人工载体净化单元经10天的悬挂后，上面附着的固着生物群落达到稳定。利用总氮、总磷及盐分的起始浓度分别约为1.5mg/L、0.5mg/L、4.5g/L的排渠水为实验对象，本装置10天内对总氮、总磷及盐分的去除的去除率分别为34.7-59.3%、54.2-76.4%、12.3-19.8%；而单个人工载体构建的净化单元对水体中总氮、总磷及盐分的去除的去除率分别为11.4-37.5%、23.1-51.1%、3.1-11.6%。本装置对水体中总氮、总磷及盐分的去除的去除率显著高于由单个人工载体构建的净化单元，适用于我国西北部干旱/半干旱地区的高盐地区大面积使用。