[發(fā)明專利]曝氣強(qiáng)化型濕地式稻草基質(zhì)生態(tài)浮床裝置及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410079176.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103896402A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹文平
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州工程學(xué)院
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/30;C02F3/34
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌;唐循文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于富營養(yǎng)化水體修復(fù)裝置和應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種曝氣強(qiáng)化型濕地式稻草基質(zhì)生態(tài)浮床裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于人口劇增、工業(yè)化發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，一些流經(jīng)城市的河流、城市周邊的湖泊都呈現(xiàn)富營養(yǎng)化或超富營養(yǎng)化。資料顯示，中國已經(jīng)有超過66%和22%的江河湖庫呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化和超富營養(yǎng)化，目前并無好轉(zhuǎn)趨勢。這些水質(zhì)惡化的不利后果：①生態(tài)破壞和退化；②飲用水和工業(yè)用水遭受嚴(yán)重挑戰(zhàn)；③社會矛盾增多等。而且這些富營養(yǎng)化水體中氮素污染物主要形態(tài)是氨氮和硝態(tài)氮，其中氨氮是可以通過改善水體的富氧狀態(tài)經(jīng)過硝化過程轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。而硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獗仨殱M足兩個必要條件：①厭氧環(huán)境；②反硝化碳源。第②反硝化碳源是硝態(tài)氮反硝化的限制因素之一。為了防止水體的富營養(yǎng)化問題，20世紀(jì)80年代-90年代，我國就從點(diǎn)源和面源進(jìn)行了污染治理和立法以及對富營養(yǎng)化水體底泥疏浚、種植大型水生植物等系統(tǒng)方法。

????水環(huán)境污染修復(fù)專家基于生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)等原理和成本考慮開發(fā)出許多原位和異位水環(huán)境污染修復(fù)和改善的方法、工藝。其中生態(tài)浮床是一種重要的類別，并得到大量的研究和工程應(yīng)用。

值得注意的是，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床都利用大型水生植物同化作用和浸入水中并懸浮于水體中的根系、莖葉表面微生物膜的吸附、氧化分解作用達(dá)到脫氮等過程，但是僅利用大型水生植物的作用存在一定的缺限：①由于生物量有限導(dǎo)致脫氮過程較慢；②低溫條件下適合生長且有一定脫氮效果能力的植物種類少；③氮素污染物被植物同化吸收后不迅速收割會造成二次污染；④懸浮于水體中的根系往往無法獲得充足的微量元素使其生長狀態(tài)不佳，影響同化效果；而且根系往往會被魚類等破壞。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，生態(tài)浮床都得到長足的發(fā)展和更新。對于生態(tài)浮床而言，東南大學(xué)李先寧教授利用生物鏈加環(huán)技術(shù)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，和增加系統(tǒng)中生物量，提高系統(tǒng)的凈化修復(fù)效果，其做法是：將濾食性魚類、貝類和人工合成填料引入生態(tài)浮床系統(tǒng)中而組建復(fù)合式生態(tài)浮床，在一定程度上強(qiáng)化生態(tài)浮床的脫氮效果。中山大學(xué)孫連鵬教授通過強(qiáng)化生物反硝化菌種（固定化技術(shù)）也在一定程度上強(qiáng)化了生態(tài)浮床的脫氮效果，為生態(tài)浮床的脫氮效果的強(qiáng)化提供了很好的支撐。但是也有一定的問題，目前各種技術(shù)都集中在如何提高生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的生物持有量以提高生態(tài)浮床的凈化效果，雖然提高生物量在一定程度上可以提高生態(tài)浮床內(nèi)“生態(tài)場”的強(qiáng)度及生態(tài)浮床的凈化效果。但是不可否認(rèn)的是，地表水體中的碳源缺乏也是生態(tài)浮床系統(tǒng)脫氮效果較差的主要原因之一。如果能從生物量的強(qiáng)化和碳源缺乏問題兩方面解決對生態(tài)浮床脫氮系統(tǒng)的人工調(diào)控?zé)o疑是極其有價值的。

通過補(bǔ)充人工合成填料（組合式填料、彈性立體填料）以增加生態(tài)浮床中的生物持有量以提高生態(tài)浮床系統(tǒng)的脫氮效果其實(shí)也存在一定缺陷，因?yàn)榈乇硭w中富營養(yǎng)化水體相對于生活污水、高濃度工業(yè)廢水來說，其濃度仍然較低。人工合成填料由于其材質(zhì)是人工合成，所以其生物親和性和親水性都較差，再加上是修復(fù)濃度較低的地表水體，所以人工合成填料修復(fù)富營養(yǎng)化水體時可能會存在生物膜形成困難，生物膜量較少等問題。選擇一些容易在富營養(yǎng)化水體掛膜的填料對提高生態(tài)浮床的修復(fù)效果也是值得研究的。另外對于缺乏碳源而導(dǎo)致水體脫氮效果不佳的情況，補(bǔ)充碳源是提高水體脫氮的必由之路，但是增加一些液體碳源（如：甲醇、葡萄糖等）對于大面積富營養(yǎng)化湖庫幾乎工程化和應(yīng)用化，不僅有二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，而且補(bǔ)充量無法計(jì)算。基于近些年來“固相反硝化”技術(shù)而被廣泛應(yīng)用的固相碳源既可以作為碳源，同時又是固體界面因而也能作為生物載體。這些固相碳源表面能形成數(shù)量眾多、種群復(fù)雜的反硝化微生物進(jìn)行生物反硝化脫氮，與此同時，在自然篩選的條件這些固相碳源表面可以形成能夠分解這些碳源的微生物，將這些復(fù)雜的碳源分解成生物反硝化脫氮過程需要的低分子簡單有機(jī)物（電子供體），實(shí)現(xiàn)生物反硝化和生物載體雙層作用。在這些固相碳源中天然纖維素物質(zhì)因來源廣、價格低廉、無二次污染被廣泛采用。