一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物浮島，公開了一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，包括生物浮島單元（1），生物浮島單元（1）包括植被層（2）、基質(zhì)層（3）、浮力基盤（4）和重錘（5），基質(zhì)層（3）盛放在浮力基盤（4）內(nèi)，植被層（2）覆蓋在基質(zhì)層（3）表面，根系扎入到基質(zhì)層（3）中，浮力基盤（4）承載著基質(zhì)層（3）和植被層（2）漂浮在水體表面，重錘（5）沉沒在水體內(nèi)，重錘（5）和浮力基盤（4）底部柔性相連，重錘（5）表面卡嵌有微生物填料顆粒（6）。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)用微生物與陸生植物的協(xié)同作用處理污染水域，水體凈化效率、凈化時間、設(shè)置面積等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)的生物浮島。
【專利說明】一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物淳島
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物浮島，尤其涉及了一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，多數(shù)河流、湖泊以及水庫的水質(zhì)逐漸惡化，呈現(xiàn)富營養(yǎng)化 狀態(tài)，導(dǎo)致藻類大量繁殖，產(chǎn)生惡臭，影響河流在飲用、灌溉和養(yǎng)殖方面發(fā)揮應(yīng)有的作用，阻 礙國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且降低周圍空氣質(zhì)量、影響河道景觀，降低人們的生活質(zhì)量。
[0003] 水體的富營養(yǎng)化主要是由于水體中氮、磷元素過量引起的。氮、磷元素主要來自生 活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)田排水。由于目前無法將所有污水進(jìn)行集中處理，因此，很難杜絕 氮、磷元素進(jìn)入水體，所以常采用一些水體凈化技術(shù)，對水體進(jìn)行原位修復(fù)，減少氮、磷元素 含量，降低水體富營養(yǎng)化程度。目前，對水體的直接凈化技術(shù)主要是曝氣增氧技術(shù)、人工濕 地技術(shù)、植物修復(fù)帶技術(shù)以及生物膜技術(shù)。但是上述技術(shù)普遍存在處理效率低、靈活性差等 缺點(diǎn)，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了生態(tài)浮島技術(shù)，具有靈活性高，處理效果好 等優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有的生物浮島技術(shù)抗沖擊力差，采用水生植物吸收能力有限，對氮磷元素 的去除率低，因此，需要設(shè)置占水域面積20%以上的浮島才能達(dá)到一定的凈化效果，導(dǎo)致前 期投入和后期維護(hù)成本都很高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中在水體富營養(yǎng)化治理方面的不足，提供了一種抗沖擊能力 強(qiáng)，對氮磷元素的去除率高，前期投入和后期維護(hù)成本都很低的陸生植物和微生物結(jié)合的 生物浮島。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：
[0006] -種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，包括一個或若干個生物浮島單元，生物 浮島單元包括植被層、基質(zhì)層、浮力基盤和重錘，基質(zhì)層盛放在浮力基盤內(nèi)，植被層覆蓋在 基質(zhì)層表面，植被層的根系扎入基質(zhì)層中，基質(zhì)層包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?10%的珍珠巖，質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為2%?10%的陶粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%?15%的河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?10%的腐熟 棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?20%的腐熟牛糞和余量的園土，浮力基盤承托基質(zhì)層和植被層 漂浮在水體表面，重錘沉沒在水體內(nèi)，重錘和浮力基盤底部柔性相連，重錘表面設(shè)有微槽， 微槽內(nèi)卡嵌有微生物填料顆粒。浮力基盤承托基質(zhì)層和植被層漂浮在水體表面，植被層覆 蓋在基質(zhì)表面，根系扎入基質(zhì)層中，基質(zhì)層為植物生長提供養(yǎng)分，根系抓牢基質(zhì)層，植物生 長于近似陸生土壤環(huán)境中，植被層吸收力強(qiáng)，能迅速將水域中的磷元素、氮元素等富集到植 物體內(nèi)，植物生長旺盛；同時，由于基質(zhì)層中含有一定量的珍珠巖、陶粒和河沙，基質(zhì)層空隙 率較大，植物的根部能接觸到空氣，避免陸生植物在生物浮島環(huán)境中爛根；此外，基質(zhì)層包 含腐熟棉籽殼和腐熟牛糞，含有大量微生物，能夠分解大分子有機(jī)物供給植物吸收，植物長 勢更好。重錘沉沒在水體內(nèi)，采用鋼索或繩索等與浮力基盤底部柔性相連，一方面，重錘對 浮力基盤起到牽拉的作用，能確保浮力基盤的位置相對固定；另一方面，由于重錘表面的微 槽內(nèi)卡嵌有微生物填料顆粒，重錘沉沒在水體內(nèi)，微生物填料顆粒與水體內(nèi)部或水底區(qū)域 內(nèi)的淤泥接觸，微生物填料顆粒分散到水底，能采用微生物降解水體有機(jī)質(zhì)，有助于加快水 質(zhì)凈化。
[0007] 作為優(yōu)選，浮力基盤包括天然橡膠圍成的外壁和與外壁形狀相適應(yīng)的多孔托盤， 外壁表面設(shè)有卡扣。天然橡膠圍成的浮力基盤外壁能為浮力基盤提供浮力，同時，天然橡 膠外壁具有一定的柔性，相鄰的浮力基盤發(fā)生碰撞后，天然橡膠外壁能起到一定的緩沖作 用，因此，能確保浮力基盤在大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣條件下不受損害，延長使用時間。浮力 基盤還包括與外壁形狀相適應(yīng)的多孔托盤，多孔托盤底部分布有細(xì)小的孔洞，一方面，待治 理的水域的水和有機(jī)質(zhì)能通過孔洞進(jìn)入到浮力基盤上的基質(zhì)層，為植被層生長提供水分； 另一方面，植被層根系能透過孔洞，根系能大量吸收待凈化水域中的營養(yǎng)物質(zhì)，植株生長更 好，效率更高?？鄣脑O(shè)置能方便生物浮島單元相互連接，能增強(qiáng)生物浮島的抗風(fēng)浪抗沖擊 能力，生物浮島單元牢固耐用。
[0008] 作為優(yōu)選，外壁為廢舊輪胎。外壁為采用天然橡膠的廢舊輪胎，縮減了設(shè)備成本， 有效利用廢舊輪胎，屬于廢舊物資的循環(huán)利用，避免了傳統(tǒng)的焚燒處理導(dǎo)致的大氣污染；此 夕卜，天然橡膠廢舊輪胎的主要成分是天然橡膠，是植物高分子材料，相比于傳統(tǒng)的生物浮島 采用的塑料或發(fā)泡材料，天然橡膠輪胎與基質(zhì)層和植被層的親和性更好，植物長勢更好。
[0009] 作為優(yōu)選，生物浮島單元面積為0. lm2?2m2。生物浮島單元面積較傳統(tǒng)浮島單元 面積小，比表面積大，浮力大，能承載較厚的基質(zhì)層，為植被層提供近似于陸生土壤環(huán)境，植 物的物質(zhì)密度和吸收能力顯著提高，水域凈化效果也高于傳統(tǒng)的生物浮島。
[0010] 作為優(yōu)選，微生物填料顆粒包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1 %?1 %的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分 數(shù)為0. 01?1 %的反硝化細(xì)菌干粉和余量的活性炭。微生物填料顆粒即采用活性炭吸附 芽孢桿菌干粉和反硝化細(xì)菌干粉。芽孢桿菌為蠟狀芽孢桿菌或枯草芽孢桿菌或地衣芽孢桿 菌，反硝化細(xì)菌為Paracoccus pantotrophus ATCC35512。芽孢桿菌通過厭氧呼吸或兼性 厭氧呼吸，將水體內(nèi)或水底淤泥中的有機(jī)質(zhì)分解為植物易于吸收的養(yǎng)分；反硝化細(xì)菌還原 富營養(yǎng)化水體中的亞硝酸鹽，使之生成無害的氮?dú)?，消耗富營養(yǎng)水體中的氮元素，抑制藻 類的過度繁殖，凈化水體，提高水體透明度。同時，由于在富營養(yǎng)化的水體中，溶解氧濃度很 低，兼性好氧菌和好氧菌呼吸作用速率低，植物根系輸送多余的氧氣到水中，能促進(jìn)好氧菌 轉(zhuǎn)入良性狀態(tài)，因此，植物和微生物協(xié)同作用，互相促進(jìn)，形成良性循環(huán)，極大的縮短了治理 時間，治理效率高。
[0011] 作為優(yōu)選，植被層植物為陸生植物，為月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊花中的 一種或多種。陸生植物較水生植物的物質(zhì)密度和吸收能力都要高很多，而開花期長，花朵數(shù) 量多的陸生植物對磷元素的需求旺盛，更適宜用于富營養(yǎng)化水體的吸附治理。
[0012] 本發(fā)明由于采用陸生植物和微生物相結(jié)合的生物浮島，采用浮力基盤為陸生植物 營造近似于陸地土壤的生長環(huán)境，具有吸附力高的優(yōu)點(diǎn)；浮力基盤底部與重錘柔性相連，重 錘對浮力基盤起到牽拉定位的作用；同時在重錘表面的微槽內(nèi)卡嵌有微生物填料顆粒，重 錘沉沒在水體內(nèi)，微生物填料顆粒與水體內(nèi)部或水底區(qū)域內(nèi)的淤泥接觸，微生物填料顆粒 分散到水底，運(yùn)用微生物與植物的協(xié)同作用，消耗富營養(yǎng)化水體中的氮元素和磷元素，水體 凈化效率高，縮短凈化時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 附圖中各數(shù)字標(biāo)號所指代的部位名稱如下：1 一生物浮島單元、2-植被層、3-基 質(zhì)層、4 一浮力基盤、5-重銀、6-微生物填料顆粒、7-外壁、8-多孔托盤、9 一卡扣、10-微 槽。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016] 實施例1
[0017] 一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，如圖1所示，包括生物浮島單元1，每個 生物浮島單元1面積為0. lm2。生物浮島單元1包括植被層2、基質(zhì)層3、浮力基盤4和重錘 5,基質(zhì)層3盛放在浮力基盤4內(nèi)，植被層2覆蓋在基質(zhì)層3表面，根系扎入到基質(zhì)層3中， 浮力基盤4承載著基質(zhì)層3和植被層2漂浮在水體表面，重錘5沉沒在水體內(nèi)，重錘5和浮 力基盤4底部柔性相連，重錘5表面設(shè)有微槽10,微槽10內(nèi)卡嵌有微生物填料顆粒6。
[0018] 基質(zhì)層3包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的珍珠巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %的陶粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的 河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的腐熟棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的腐熟牛糞和余量的園土。微生物填 料顆粒6包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1 %的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 01 %的反硝化細(xì)菌干粉和 余量的活性炭，芽孢桿菌干粉和反硝化細(xì)菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢桿菌干粉為等質(zhì) 量混合的蠟狀芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌，芽孢桿菌干粉為芽孢桿菌經(jīng)過發(fā) 酵后，經(jīng)8000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得。反硝化細(xì)菌干粉為反硝化細(xì)菌 經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)12000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得。植被層2植物為陸生植 物，包括月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊花。
[0019] 浮力基盤4包括多孔托盤8和圍繞在多孔托盤8外周的天然橡膠外壁7。外壁7 為廢舊輪胎。外壁7表面設(shè)有卡扣9,兩個浮島單元1通過卡扣9固定在一起。
[0020] 生物浮島單元1組合成水面景觀，一方面，起到裝飾作用，另一方面吸收富營養(yǎng)化 水體中的氮元素和磷元素，有效降低水體總氮、總磷，提高水體透明度，消除水體異味。浮力 基盤4的外壁7為廢舊輪胎，一方面回收利用廢物，避免了焚燒廢舊輪胎帶來的大氣污染和 減少環(huán)境污染；另一方面，廢舊輪胎外壁7具有抗沖擊、牢固耐用的優(yōu)點(diǎn)；同時，由于輪胎 的主要成分是天然橡膠，是植物高分子材料，與塑料和發(fā)泡材料相比，與基質(zhì)層3和植被層 2具有更好的相容性。
[0021] 實施例2
[0022] -種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，如圖1所示，包括一個生物浮島單元1， 生物浮島單元1面積為0. 7m2。生物浮島單元1包括植被層2、基質(zhì)層3、浮力基盤4和重錘 5,基質(zhì)層3盛放在浮力基盤4內(nèi)，植被層2覆蓋在基質(zhì)層3表面，根系扎入到基質(zhì)層3中， 浮力基盤4承載著基質(zhì)層3和植被層2漂浮在水體表面，重錘5沉沒在水體內(nèi)，重錘5和浮 力基盤4底部柔性相連，重錘5表面附著有微生物填料顆粒6。
[0023] 基質(zhì)層3包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的珍珠巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的陶粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15 %的河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的腐熟棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 %的腐熟牛糞和余量的園土。 微生物填料顆粒6包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1 %的反硝化細(xì)菌干 粉和余量的活性炭，芽孢桿菌干粉和反硝化細(xì)菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢桿菌為蠟狀 芽孢桿菌，蠟狀芽孢桿菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)8000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得蠟 狀芽孢桿菌干粉。反硝化細(xì)菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)12000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥 獲得反硝化細(xì)菌干粉。植被層2植物為陸生植物，包括月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊 花。
[0024] 浮力基盤4包括多孔托盤8和圍繞在多孔托盤8外周的天然橡膠外壁7。外壁7 表面設(shè)有卡扣9。
[0025] 實施例3
[0026] 實施例3與實施例1相同，不同之處在于生物浮島單元1面積為0. 4m2。
[0027] 基質(zhì)層3包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的珍珠巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的陶粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 的河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的腐熟棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的腐熟牛糞和余量的園土。微生物 填料顆粒6包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的反硝化細(xì)菌干粉和余 量的活性炭，芽孢桿菌干粉和反硝化細(xì)菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢桿菌為地衣芽孢桿 菌，地衣芽孢桿菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)12000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得地衣芽 孢桿菌干粉。反硝化細(xì)菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)8000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得 反硝化細(xì)菌干粉。植被層2植物為陸生植物，包括月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊花。
[0028] 實施例4
[0029] 實施例4與實施例1相同，不同之處在于生物浮島單元1面積為lm2。
[0030] 基質(zhì)層3包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7 %的珍珠巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的陶粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的 河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的腐熟棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的腐熟牛糞和余量的園土。微生物填 料顆粒6包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%的反硝化細(xì)菌干粉和余 量的活性炭，芽孢桿菌干粉和反硝化細(xì)菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢桿菌為枯草芽孢桿 菌，枯草芽孢桿菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)8000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得枯草芽孢 桿菌干粉。反硝化細(xì)菌經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)8000轉(zhuǎn)/分離心后獲得的菌泥，經(jīng)冷凍干燥獲得反 硝化細(xì)菌干粉。植被層2植物為陸生植物，包括月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊花。
[0031] 實施例5
[0032] 實施例5與實施例1相同，不同之處在于生物浮島單元1面積為2m2。
[0033] 實施例6
[0034] 2013年3月，在污染程度相近的富營養(yǎng)化水域，分別設(shè)置實施例1、實施例2、實施 例3和實施例4的陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島。其中，面積100m 2的富營養(yǎng)水域1， 設(shè)置5個實施例1中的生物浮島；面積30m2的富營養(yǎng)水域2,設(shè)置1個實施例2中的生物 浮島單元；面積50m 2的富營養(yǎng)水域3,設(shè)置2個實施例3中的生物浮島單元；面積50m2的富 營養(yǎng)水域4,設(shè)置1個實施例4中的生物浮島單元；面積50m 2的富營養(yǎng)水域5,設(shè)置5個面 積分別為3m2傳統(tǒng)生物浮島。
[0035] 分別在設(shè)置后當(dāng)天和第設(shè)置后第10天取樣測定水域C0D、總氮和總磷指標(biāo)，測試 結(jié)果如表1所示。
[0036] 表1陸生植物與微生物相結(jié)合的生物浮島的處理效果表
[0037]
【權(quán)利要求】
1. 一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，其特征在于,包括至少一個生物浮島單元 (1)，生物浮島單元（1)包括植被層（2)、基質(zhì)層（3)、浮力基盤（4)和重錘（5)，基質(zhì)層（3)盛 放在浮力基盤（4)內(nèi)，植被層（2)覆蓋在基質(zhì)層（3)表面，植被層（2)的根系扎入到基質(zhì)層 (3)中，基質(zhì)層（3)包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?10%的珍珠巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?10%的陶粒，質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為3%?15%的河沙，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?10%的腐熟棉子殼，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?20%的 腐熟牛糞和余量的園土，浮力基盤（4)承托基質(zhì)層（3)和植被層（2)漂浮在水體表面，重錘 (5)沉沒在水體內(nèi)，重錘（5)和浮力基盤（4)底部柔性相連，重錘（5)表面設(shè)有微槽（10)，微 槽（10)內(nèi)卡嵌有微生物填料顆粒（6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，其特征在于，浮力 基盤（4)包括天然橡膠圍成的外壁（7)和與外壁（7)形狀相適應(yīng)的多孔托盤（8)，外壁（7) 表面設(shè)有卡扣（9)，外壁（7)為廢舊輪胎。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，其特征在于，生物 浮島單元（1)面積為0. lm2?2m2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，其特征在于，微生 物填料顆粒（6)包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%?1%的芽孢桿菌干粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 01?1%的反 硝化細(xì)菌干粉和余量的活性炭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陸生植物和微生物結(jié)合的生物浮島，其特征在于，植被 層植物為陸生植物，為月季、長春花、八寶景天、凌霜花、菊花中的一種或多種。
【文檔編號】C02F3/32GK104150599SQ201410178773
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】劉海琳, 王振宇, 陳利, 莊潔琰, 張世新 申請人:杭州藍(lán)天園林生態(tài)科技股份有限公司