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(fā)明屬于水生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，利用生態(tài)浮毯‑魚類‑微生物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)改善河道水體，其中，生態(tài)浮毯包括植物、載體、尼龍網(wǎng)、種植基質(zhì)和無機(jī)填料；所選植物經(jīng)過接種污染物降解菌和耐受性實(shí)驗(yàn)馴化；生態(tài)浮毯下部通過尼龍網(wǎng)懸掛無機(jī)填料；尼龍網(wǎng)經(jīng)過預(yù)掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質(zhì)為殼聚糖‑海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫、生物炭、廢鐵屑、明礬污泥陶粒中多種的組合；本發(fā)明提供的植物耐受性強(qiáng)，高效吸附降解污染物；本發(fā)明提供的種植基質(zhì)相互促進(jìn)、高效吸附污染物；本發(fā)明構(gòu)建的生態(tài)浮毯‑魚類‑微生物構(gòu)成生態(tài)種養(yǎng)技術(shù)，可促進(jìn)受納河道形成水體健康的食物鏈系統(tǒng)。

權(quán)利要求書

1.一種基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于，利用生態(tài)浮毯-魚類-微生物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)改善河道水體，包括以下步驟：S1、河道選擇：河道為工業(yè)區(qū)污水處理廠尾水的受納水體，在河道內(nèi)用小型圍網(wǎng)設(shè)施隔離出處理區(qū)域，處理區(qū)域水流速度不超過1m/s；S2、生態(tài)浮毯的制備：生態(tài)浮毯包括植物、載體、尼龍網(wǎng)、種植基質(zhì)和無機(jī)填料；生態(tài)浮毯中植物為鳶尾花、風(fēng)車草、空心菜、蘆葦、大薸中多種的組合，所選植物經(jīng)過接種污染物降解菌和耐受性實(shí)驗(yàn)馴化；生態(tài)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(wǎng)懸掛無機(jī)填料，無機(jī)填料為沸石和海綿鐵的組合；盛放無機(jī)填料的尼龍網(wǎng)經(jīng)過預(yù)掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質(zhì)為殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)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(jī)碎屑、浮游藻類，且習(xí)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(tài)的恢復(fù)：生態(tài)浮毯-魚類-微生物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)投入使用6個(gè)月后，河道水體環(huán)境得到改善。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：所述生態(tài)浮毯中植物的種植密度為1kg幼苗/m2，鳶尾花、風(fēng)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(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：無機(jī)填料中沸石和海綿鐵的質(zhì)量比為(0.8-1.2):1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：步驟S2中植物馴化實(shí)驗(yàn)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(xì)菌菌株分別在200mg/L苯酚的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h，至OD660在0.8-1.2之間；吸取培養(yǎng)液進(jìn)行離心收獲細(xì)胞，然后重新懸浮在0.9%（w/v）的NaCl溶液中；調(diào)整每種細(xì)菌菌株的光密度，使其細(xì)胞數(shù)量不低于1.0×107CFU/mL，將三種細(xì)菌菌株懸浮液以1:1:1的比例混合，制成150mL接種液；（2）準(zhǔn)備20L清水，水中滴加一定量生根劑調(diào)高植物存活率，將健康的植物幼苗在清水中培養(yǎng)20天；（3）將培養(yǎng)后的植物幼苗轉(zhuǎn)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(jìn)行滅菌后，在污染水體中添加150ml細(xì)菌接種液，培養(yǎng)植物幼苗10天。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：步驟S2中尼龍網(wǎng)預(yù)掛膜處理過程為：（1）尼龍網(wǎng)清水浸泡30h后，懸掛于盛有50L試驗(yàn)水體的容器中；試驗(yàn)水體為從步驟S1的河道中取的水體；（2）試驗(yàn)水體中加入復(fù)合菌制劑，曝氣，進(jìn)行預(yù)掛膜，等待尼龍網(wǎng)表面生物膜的形成；復(fù)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(jīng)過培養(yǎng)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：所述殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)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(chǎn)物；然后將第一產(chǎn)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(chǎn)物；最后將第二產(chǎn)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(fù)合泡沫；所述生物炭為滅菌后的植物原料經(jīng)500-600℃高溫裂解并穩(wěn)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(fēng)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫、由網(wǎng)袋盛裝好的100g生物炭和900g鐵屑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫和1000g明礬污泥陶粒。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：每個(gè)所述種植籃中放入500g明礬污泥陶粒、由網(wǎng)袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于：每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫、由網(wǎng)袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑、500g明礬污泥陶粒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于生態(tài)浮毯的河道水生態(tài)修復(fù)方法，利用生態(tài)浮毯-魚類-微生物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)改善河道水體，包括以下步驟：S1、河道選擇：河道為工業(yè)區(qū)污水處理廠尾水的受納水體，在河道內(nèi)用小型圍網(wǎng)設(shè)施隔離出處理區(qū)域，處理區(qū)域水流速度不超過1m/s；S2、生態(tài)浮毯的制備：生態(tài)浮毯包括植物、載體、尼龍網(wǎng)、種植基質(zhì)和無機(jī)填料；生態(tài)浮毯中植物為鳶尾花、風(fēng)車草、空心菜、蘆葦、大薸中多種的組合，所選植物經(jīng)過接種污染物降解菌和耐受性實(shí)驗(yàn)馴化；生態(tài)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(wǎng)懸掛無機(jī)填料，無機(jī)填料為沸石和海綿鐵的組合；盛放無機(jī)填料的尼龍網(wǎng)經(jīng)過預(yù)掛膜處理，使其表面形成一層黃棕色的生物膜；種植基質(zhì)為殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)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(jī)碎屑、浮游藻類，且習(xí)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(tài)的恢復(fù)：生態(tài)浮毯-魚類-微生物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)投入使用6個(gè)月后，河道水體環(huán)境得到改善。

進(jìn)一步的，所述生態(tài)浮毯中植物的種植密度為1kg幼苗/m2，鳶尾花、風(fēng)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(shù)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(jìn)一步的，無機(jī)填料中沸石和海綿鐵的質(zhì)量比為(0.8-1.2):1。

進(jìn)一步的，步驟S2中植物馴化實(shí)驗(yàn)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(xì)菌菌株分別在200mg/L苯酚的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h，至OD660在0.8-1.2之間；吸取培養(yǎng)液進(jìn)行離心收獲細(xì)胞，然后重新懸浮在0.9%（w/v）的NaCl溶液中；調(diào)整每種細(xì)菌菌株的光密度，使其細(xì)胞數(shù)量不低于1.0×107CFU/mL，將三種細(xì)菌菌株懸浮液以1:1:1的比例混合，制成150mL接種液；（2）準(zhǔn)備20L清水，水中滴加一定量生根劑調(diào)高植物存活率，將健康的植物幼苗在清水中培養(yǎng)20天；（3）將培養(yǎng)后的植物幼苗轉(zhuǎn)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(jìn)行滅菌后，在污染水體中添加150ml細(xì)菌接種液，培養(yǎng)植物幼苗10天。

進(jìn)一步的，步驟S2中尼龍網(wǎng)預(yù)掛膜處理過程為：（1）尼龍網(wǎng)清水浸泡30h后，懸掛于盛有50L試驗(yàn)水體的容器中；試驗(yàn)水體為從步驟S1的河道中取的水體；（2）試驗(yàn)水體中加入復(fù)合菌制劑，曝氣，進(jìn)行預(yù)掛膜，等待尼龍網(wǎng)表面生物膜的形成；復(fù)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(jīng)過培養(yǎng)干燥后再按1:1:1比例混合后制得，添加量為0.5g/L。

進(jìn)一步的，所述殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)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(chǎn)物；然后將第一產(chǎn)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(chǎn)物；最后將第二產(chǎn)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(fù)合泡沫；所述生物炭為滅菌后的植物原料經(jīng)500-600℃高溫裂解并穩(wěn)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(fēng)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(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫、由網(wǎng)袋盛裝好的100g生物炭和900g鐵屑。

在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫和1000g明礬污泥陶粒。

在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述種植籃中放入500g明礬污泥陶粒、由網(wǎng)袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑。

在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述種植籃中放入50個(gè)殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫、由網(wǎng)袋盛裝好的50g生物炭和450g鐵屑、500g明礬污泥陶粒。

本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明提供的植物耐受性強(qiáng)，高效吸附降解污染物；五種植物通過實(shí)驗(yàn)室馴化實(shí)驗(yàn)提高對污染物的耐受性，在受污染水體中生存時(shí)，可降解、吸附水體中污染物質(zhì)、難溶物質(zhì)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(wǎng)，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(zhuǎn)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(zhì)，使其成為植物的營養(yǎng)物質(zhì)。植物根系徑向泌氧以及河道中細(xì)菌的共同作用會(huì)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(fā)明提供的浮墊安全、穩(wěn)定、無污染；該浮墊可以為植物提供浮力，穩(wěn)定性高、耐久性好、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、不溶出、價(jià)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(huán)境降解。另一方面，浮墊下部懸掛對水中污染物具有穩(wěn)定、吸附功能強(qiáng)的無機(jī)填料，它們對NH4+-N和PO43−-P具有很強(qiáng)的吸附性能；前期，沸石和海綿鐵的物理吸附和化學(xué)沉淀促進(jìn)了水中氮污染物和磷污染物的去除；在后期，無機(jī)填料可以作為微生物生長的附著載體，并增強(qiáng)了生物作用對污染物去除的貢獻(xiàn)，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(jī)填料還增強(qiáng)了生態(tài)浮毯的穩(wěn)定性和植物的抗倒伏性。

3.本發(fā)明提供的種植基質(zhì)相互促進(jìn)、高效吸附污染物；殼聚糖-海藻酸鉀涂層密胺聚氨酯復(fù)合泡沫具有獨(dú)特的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，在弱酸和弱堿環(huán)境下不會(huì)老化、分解，無殘存游離甲醛，在生態(tài)浮毯中的使用具有生態(tài)功效和環(huán)境友好性，其對環(huán)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(jī)和有機(jī)污染物都具有很高的吸附能力，混合使用能增強(qiáng)對污水中的氯代有機(jī)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(shí)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(qiáng)其對富營養(yǎng)化水中的污染物的吸附降解。不同種植基質(zhì)的結(jié)合使用能顯著提高水體脫氮和除磷的速度，同時(shí)有利于微生物群落的豐富性、多樣性和均勻性，并增強(qiáng)異養(yǎng)或自養(yǎng)反硝化作用，這將有利于污水處理廠尾水的進(jìn)一步處理。

4、本發(fā)明構(gòu)建的生態(tài)浮毯-魚類-微生物構(gòu)成生態(tài)種養(yǎng)技術(shù)，污水處理廠的尾水進(jìn)入河道，經(jīng)生態(tài)浮毯-魚類-微生物處理，除削減有機(jī)物、氮磷負(fù)荷外，還可改善尾水的生態(tài)性，使污水處理廠尾水從“工程的水”轉(zhuǎn)變成“生態(tài)的水”，魚類殘餌、排泄物等可為植物提供營養(yǎng)，植物自身的代謝作用既可改善水質(zhì)，殘根又可供魚類食用；微生物作為中間者能夠有效調(diào)節(jié)魚類和植物間的微生態(tài)平衡，可促進(jìn)受納河道形成水體健康的食物鏈系統(tǒng)，為可持續(xù)的生態(tài)健康循環(huán)形成有利條件。本發(fā)明除了應(yīng)用在河道中，也可以應(yīng)用在池塘、人工濕地等環(huán)境中。

（發(fā)明人：郝強(qiáng);陳國斌;杜美;劉先平;張進(jìn)軍;楊長明;余世祥;張翔;林圻壅）