专利名称：一种生物物理协同去除河湖水相氮磷的反应器的制作方法
技术领域：
本发明属资源环境技术们领域，涉及专用于富集去除河湖水相氮磷的装置, 特别是其中的填料和植物系统。
背*技术
在有关河湖水相的氮磷净化技术方面，根据其原理可分为物理法、化学法 和生物/生态法三大类。其中，代表性技术主要包括物理法的底泥疏浚、机械除
藻和生态调水等；化学法的絮凝沉淀和化学除藻等；生物/生态法的微生物强化 净化和植物净化等。然而，国内外多年研究与应用结果表明，安全有效的直接 去除河湖水相氮磷技术，主要为植物技术。其中，最具代表性的技术是水生植 物技术和生态浮床技术。这二种技术的共同特点是植物能直接吸收水相中的氮 磷，并可通过收获植物体的方式，将脱离水相的氮磷彻底搬离水相，达到去除 水相氮磷的目的。但是，这二种技术因存在生物学特性或设计和材料选择方面 的缺陷，因此在实际应用中受到较多的条件限制。其中，水生植物技术中目前 应用较多的凤眼莲(学名曰chharnia crassipes，别名水葫芦)和喜旱莲子 草(学名Atlernanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.，另'J名水花生)，由于其 经济价值相对较低，加上容易过度繁殖及因含水率过高造成收获和处理其产品 不易，往往任其自生自灭，以致成为新的公害(如我国的滇池和气温较高地区 的河道)，而且在污染特别严重的水相中水生植物一般难以存活，在一般性的富 营养化水相中则因营养盐浓度难以满足其生长所需而难以正常生长，因此实际 应用受到较大限制；生态浮床技术虽然能克服上述水生植物存在的主要生物学特性缺陷，然而该技术一是因采用的浮床材料为白色的聚苯乙烯发泡材料，在 植物生育初期易对人造成视觉污染，且材料的回收也存在较大难度，二是在种 植植物后，浮床上没有可直接与空气交换的空间，从而影响了水相的自然复氧 和微生物活性，三是与水生植物同样在一般性的富营养化水相中因营养盐浓度 难以满足其生长所需而生物量积累受到限制，从而影响其对氮磷的去除效果， 因此在实际应用时同样受到 一定限制。
图l是本发明的总体结构示意图。 图中
l-植物定植系统 2-浮力系统 3-镂空式薄层支架 4-填料系统
发明内容
本发明的目的是提供一种能直接富集去除河湖水相中氮磷的反应器。针对 的是无论何种形式的河湖水相污染，其绝大部分水相中的氮磷含量必然较高， 亦即因氮磷含量过高对水质造成的影响，已成为河湖水污染的主要因子之一这 一现状而设计的，其优点在于一是能克服同类技术的缺陷，二是能较大幅度地 提高对氮磷的去除效率，三是能广泛应用于不同污染程度的河湖水体，四是能 为微生物的大量增殖以加速水相中有机污染物的分解提供生境条件。
为实现上述目的，本发明是这样设计的
一种生物物理协同去除河湖水相氮磷的反应器，它由可供植物种植和填料 设置并具有浮力调节能力的镂空式薄层支架、浮力系统、植物定植系统、填料 系统等四个基本单元组成，其特征在于上述单元由物理材料和高等植物组成,其中
镂空式薄层支架由聚丙烯或聚乙烯塑料材料制成； 浮力系统由弹簧钢和聚丙烯等塑料材料制成； 植物定植系统由聚苯乙烯泡沫材料和水生或陆生高等植物组成； 填料系统由沸石、石灰石组成和聚丙烯或聚乙烯塑料材料组成。 本发明依据的反应原理利用填料对水相氮磷的吸附和离子交换等作用， 富集水相氮磷至填料系统，植物在直接吸收水相中大量氮磷的同时，通过发达 的分枝根吸收填料所富集的氮磷。由于植物对填料氮磷的有效吸收利用，可促 进填料的自然解吸过程，为填料的自然再生创造条件，延缓填料的效果周期， 最终通过收获反应器内植物体的形式将氮磷移出河湖水相系统，达到净化水质 的目的。
本发明主要单元的镂空式薄层支架，虽然结构复杂，但经巧妙设计并开模 生产出的产品极易安装，支架内在设有可置放其它单元的同时，还有足够的水 面空间，有利于水相的自然复氧；植物种植技术的原理与现有的生态浮床技术 相同，均为无土水培技术，但其中的大口径和小口径植物种植孔的植物种植方 法将同样发生根本性改变，采用的是预制式植物种植法，可克服以往植物收获 时根系收获困难等问题；填料的脱氮除磷作用原理虽然与人工湿地相同，但填 料与植物的结合方式与人工湿地有较大程度的差异。在人工湿地中，填料既是 吸附去除氮磷的主要介质，同时又是植物的种植基质，因此，植物根系很难从 填料中脱离，易造成因物理堵塞而影响填料的效果周期，而本发明的反应器中， 植物的种植不以填料为基质，填料主要作为富集氮磷的"容器"起到为植物储备和 输送氮磷的作用，植物则通过分枝根直接吸收利用填料所富集的氮磷，或通过 根系吸收利用填料经自然硝化等生物化学过程后进入根际周边水中的氮磷，即填料与植物根系在空间上是不重叠的，因而预期总体去除氮磷效果及填料的效 果周期将优于人工湿地。同时，由于反应器使用时所处环境为流动的水相，水 流的自然冲刷，可以避免根系残体等有机物的积累而导致填料物理堵塞的现象。 本发明的反应器内植物与填料的有机结合，能极大地改善植物生长所需养分的 供给条件，不但能克服生态浮床在水相氮磷浓度相对较低河湖应用时植物难以 正常生长的问题，且能充分发挥植物对氮磷的超积累功能，以最大限度地去除 水相中氮磷提供了条件保障。
具体实施例方式
本发明所提供的生物物理协同去除河湖水相氮磷反应器由四个基本单元组 成，图1是本发明的较佳实例案。如图所示，本发明反应器包括镂空式薄层支
架1、浮力系统2、植物定植系统3、填料系统4。其中，镂空式薄层支架1由 聚丙烯或聚乙烯塑料材料组成，开模制成一个整体，并在相关位置预留了安装 其它三个单元的相关孔栓，支架基本厚度为3cm(具体可视需要而异)，其中的 大口径和中口径植物定植孔、浮力调节孔和连接栓厚度为5cm(具体可枧需要 而异)，本单元是本发明的基本骨架，其作用主要是为其它单元的安装、固定提 供支撑；浮力系统2由弹簧钢和聚丙烯等塑料组成，同样开模制成二个独立小 单元，包括保证反应器漂浮于水面的浮球和用于固定浮球的弹簧夹，其中浮球 为圆柱型，直径为10cm，高度为25cm (具体可视需要而异)，本单元是调节 本发明反应器在水中立体方位的主要保障；植物定植系统3由聚苯乙烯泡沫材 料和水生或陆生高等植物组成，具体包括植物种植筐、基质和植物三个小单元， 其中的植物种植筐为圆型，开模生产，基质则采用规格化裁剪，植物采用常规 化培育；本单元是本发明反应器中的核心所在；填料系统4由沸石、石灰石组 合填料和聚丙烯或聚乙烯塑料材料组成，沸石与石灰石经改性处理后按一定方式搭配填充于塑料器具中，聚丙烯或聚乙烯塑料器具起到固定填料的作用。本 单元是本发明反应器的辅助部分，起到富集、吸附及降解氮磷等作用。
权利要求
1、一种生物物理协同去除河湖水相氮磷的反应器，它由镂空式薄层支架、浮力系统、植物定植系统、填料系统等四个基本单元组成，其特征在于上述单元由物理材料和高等植物组成，其中；镂空式薄层支架和浮力系统由塑料材料组成；植物定植系统由塑料材料和水生或陆生高等植物组成；填料系统由塑料材料和矿石组成。
2、 根据权利要求1所述的反应器的镂空式薄层支架，其基本结构由镂空式基础支架、调 节浮力的圆柱状浮球置放孔、植物定植孔、悬挂填料的吊栓和用于单元支架连接的雌雄栓组 成，基本材料为聚丙烯或聚乙烯塑料，每个支架单元设有l个大口径、4个中口径和12个小 口径的植物种植孔，4个浮球孔，4个悬挂填料的吊栓，4组用于支架连接的凹凸栓。特征在 于该支架可直接在风浪较小的河湖水面随意设置，个体之间可根据需要采用积木式随意组 拼，支架基本厚度为3cm，其中的大口径和中口径植物定植孔、浮球孔和连接栓厚度为5cm， 支架颜色可根据需要随意选择。
3、 按照权利要求1所述的反应器的浮力系统，其基本结构由弹簧夹和圆柱状的浮球组成， 基本材料为弹簧钢和和聚丙烯等塑料材料。特征在于该系统可直接置放于支架上的浮球孔 中，其浮力可根据需要采用不同容积规格的浮力球进行调节， 一般每个浮球单元为1-3升范 围。
4、 按照权利要求1所述的反应器的植物定植系统，其中的大口径和中口径植物定植孔基 本结构由固定植物筐、基质和水生或陆生高等植物组成，小口径植物定植孔基本结构由基质 和水生或陆生高等植物组成，基本材料均为聚丙烯或聚苯乙烯塑料和水生或陆生高等植物， 特征在于该系统直接置于支架浮床系统中的植物定植孔中，植物可随意种植和置换，大口 径、中口径和小口径的植物定植孔直径分别为10-15 cm、 4-8 cm和l-3cm。
5、 按照权利要求1所述的反应器的填料系统，其基本结构方式一为粒状的沸石+石灰石 及其盛放袋或筐和绳索组成，方式二为块状的沸石+石灰石(加工而成)和绳索组成，基本材 料为沸石、石灰石和聚丙烯或聚乙烯塑料材料。特征在于该系统直接挂吊在支架浮床系统 中植物定植孔外沿的吊栓上，每个填料单元的重量可根据需要进行随意调节， 一般为1-4公 斤范围。
全文摘要
本发明涉及专用于富集去除河湖水相中氮磷的反应器。它由镂空式薄层支架、浮力系统、植物定植系统、填料系统等四个基本单元组成，上述单元由物理材料和高等植物组(制)成，其中镂空式薄层支架由聚丙烯或聚乙烯塑料材料制成；浮力系统由弹簧钢和聚丙烯等塑料材料制成；植物定植系统由聚苯乙烯泡沫材料和水生或陆生高等植物组成；填料系统由沸石、石灰石组成和聚丙烯或聚乙烯塑料材料组成。本发明针对的是无论何种形式的河湖水相污染，其绝大部分水相中的氮磷含量必然较高这一现状而设计。其优点是能克服同类技术的缺陷并提高对氮磷的去除效率，可应用于不同污染程度的河湖水体，能为微生物的大量增殖以加速水相中有机污染物的分解提供生境条件。
文档编号C02F101/30GK101289261SQ200710039689
公开日2008年10月22日 申请日期2007年4月20日 优先权日2007年4月20日
发明者付子轼, 刘福兴, 宋祥甫, 琦 潘, 范洁群, 邹国燕 申请人:上海市农业科学院