专利名称：：一种人工仿真水草制造方法及其应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及水污染控制
技术领域：
，具体是指一种人工仿真水草制造方袪及其应用。
背景技术：
：河道的形态、结构，以及构成形态、结构的基质、材料和河岸带的植物种群数量、结构，对河道水体的自然净化能力和生物栖息地品质具有十分重要的作用。形态结构单一和河岸带基质材料不透水及不适于生物(含微生物)的栖息和繁衍，会严重影响河道水流的自然净化能力及氧化还原能力，反之，则有利于生物的繁衍和河道自净能力提高。在河道形态结构及生态整治方面，20世纪50年代，德国创立了"近自然河道整治工程"，提出河道的整治要符合植物化和生命化的原理。河川的生态工程在德国称为"河川生态自然工程"，而日本称为"近自然工事"，或"多自然型建设工法"，美国称为"自然河道设计技术〃(naturalchanneldesigntechniques)。1999年6月，美国陆军工程师团完成了《河流管理、河流保护和恢复的概念和方法》(StreamManagementsConceptsandMethodsinStreamProtectionandRestoration)研究报告，对河流生态保护与恢复方面的问题进行了系统阐述；英国于2002年4月发布了《河流恢复技术手册》(ManualofRiverRestorationTechniques)。从而可见，国外河流生态恢复或修复的水工学方法日渐成熟。日本从70年代中期开始，在各地开展了多种河流、湖泊的直接净化试验。1983年，日本第一个河流直接净化设施在野川开始正式投入使用，此后在各地逐渐推广兴建了河流直接净化设施。进入90年代，日本在全国范围提出并实施了规模浩大的河流综合水质保障"清流再生21"计划。其主要内容就是直接普及、推广和实施河湖的直接净化技术。据日本建设省统计，在日本全国实施的河流直接净化项目中有80%采用的是浸渍型接触氧化法，接触时间一般为几个小时，净化交易效果很好。B0D除去率一般在70-85。/。之间，悬浮物除去率在75-85%之间，从而实现了河流净化的目的。韩国自上世纪90年代开始实施河道内直接净化工程措施，1995年韩国良才川(汉江支流)建设了河流傍侧生物一生态净化装置，采用卵石接触氧化法处理河流水质，治污效果显著，BOD和SS的处理率达70-75%。我国福州市2002年在国内率先采用加拿大的LivingMachineProcess生态浮床工艺治理被污染河道，是一个很好的河道原位处理示范工程，该工艺污染物去除率高、运行管理简单、无污泥处理问题等，工程已运行近四年。我国从2002年开始逐步引进国外的治河理念和生态方法，先后在北京、上海、浙江、江苏等地开展了一系列的实验和研究，并正在制定相关的技术导则和标准；国家科技部在"十五"重大科技专项和国家"863"高科技项目中，先后以上海苏州河、滇池、太湖及武汉汉阳区等为典型示范，开展了河湖岸带的生态修复研究，并且还先后北京、深圳、昆明等地建立河湖生态修复研究基地或开展生态材料等专项研宄工作，确立了"河道主体沿程减污，河道旁路分流治污"的总体思路。河道生物膜技术主要是生物载体材料运用于河道水质净化，是污水处理生物膜工艺的拓展。生物膜法是指废水通过生长在固定制成物表面的生物膜，利用生物氧化作用降解废水中有机污染物的方法。这种处理方法的实质是使微生物与原生动物、后生动物等微型动物附着在滤料或某些载体上生长发育、并在其上形成膜状生物污泥一生物膜，污水与生物膜接触，污水中的有机物作为营养物质被生物膜上的微生物利用使污水得到净化的过程。近10年来，生物膜法在城市污水和工业废水的二级处理中得到了广泛应用，与传统的活性污泥法相比，生物膜法具有体积小、微生物含量高、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵抗性强、处理效果高等特点。生物膜的产生和生长离不开生物膜载体，优质生物膜载体的选定和研制已成为当前生物膜法最重要的研究方向之一。评价载体材料优劣的重要依据是载体材料的高比表面积、物理化学性质、良好的生物相容性。随着材料学与生物膜处理技术的发展，研究者对填料挂膜性能的主要因素进行了相应研究，其中材料的亲水性是影响挂挂膜性能的一项不可忽视的因素，它将直接影响挂膜速度与挂膜量，此外，载体的形状不仅影响挂膜速度与挂膜量，同时还依托于运行的环境，对于湖泊、河流等的水环境修复及水污染防治，载体的安装方便性和适应性成为一个重要的课题。目前应用得比较多有美国Aquamantics、深圳河道治理的生物飘带技术等，滇池863项目中也有关于人工仿真水草的研究。现有的同类技术由于应用场合，材料选择及主要市场考虑等多方面的因素导致他们在应用于水污染控制工程领域时还存在一些问题和不足，概括起来主要有两个方面①产品的表面特性、理化指标参数较差，产品的比表面积偏小，应用时生物膜量不足，大多数产品表面没有采用生态亲水型材质导致应用时，启动较慢，生物膜挂膜不理想，稳定运行性能较差；②产品结构设计单一，对复杂的应用条件考虑欠佳导致或者安装困难，或者成本大大增加。
发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提出一种人工仿真水草制造方法，其制造的人工仿真水草表面特性、理化指标参数好，比表面积大，生物膜挂膜理想，运行性能稳定；结构设计合理，安装简易，制作成本低，应用场合多样。本发明的另一目的在于提供上述人工仿真水草的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现该人工仿真水草制造方法，是指以天然水草为模板，采用三层复合结构，中间层以板状软质泡沬塑料浮型骨架为固体支架，其表面两侧粘结混合纤维层，具体步骤如下第一步，按重量比疏水纤维60%~100%、亲水纤维40%~0%，将疏水纤维、亲水纤维混合均匀后，制成无纺布的样式；第二步，在板状软质泡沬塑料浮型骨架表面施涂胶粘剂，所述板状软质泡沬塑料浮型骨架密度为0.6~0.85g/cm3;第三步，通过胶粘剂将所述无纺布粘结在板状软质泡沬塑料浮型骨架的表面两侧，并进行固化，从而制得该人工仿真水草本体；第四步，在所述人工仿真水草本体的上端等距设置有多个浮球，以提高该人工仿真水草的浮力，在所述人工仿真水草本体的下端设置配重沙袋，从而制得该人工仿真水草。为更好地实现本发明，作为生物膜载体，要求所述疏水纤维、亲水纤维具有高的比表面积、优良的环境稳定性和无毒害作用，易于微生物的附着与生长，同时必须具有相对价廉和合适的工业生产方法。所述疏水纤维密度为0.80.95g/cm3，其可以是聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维尼纶)、聚酰胺纤维(锦纶)或聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)中的一种或其组合物；所述聚丙烯纤维具有良好的疏水性、环境稳定性，按称重法共吸水率低于20%，在利于微生物附着的同时，提供一定的浮力。所述亲水性纤维外层为人造纤维中空多孔纤维(其密度为0.5~0.7g/cm3)与天然纤维的组合物，所述天然纤维包括麻纤维、丝瓜绒，所述人造纤维包括粘胶纤维、醋酸纤维或经亲水改性的合成纤维。所述麻纤维，其密度为0.6~1.0g/cm3，具有良好的亲水性，对环境友好，按称重法，常温浸泡24hrs，其吸水率为6%30%，亲水性麻纤维在为生物膜生长提供附着的载体的同时，有利于生物膜的稳定性。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架单位表面积上的无纺布的含量为100~500g/m2，无纺布的厚度为0.5~3.5mm。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架，要求质软、在水环境中稳定且无毒害作用，其可以是聚氨酯软质泡沬塑料、聚乙烯软质泡沬塑料的一种或其组合物。泡沬骨架除提供纤维粘着的场所外，还为仿真水草提供浮力。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架厚度为0.53mm，长度为6~8m，其高度根据水体实际情况确定。所述胶粘剂经固化后应具有一定的强度，并具有耐水性，且不对水体产生污染，其可以是改性天然乳胶(如聚醋酸乙烯乳胶、天然乳胶)、合成胶粘(聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯乳胶)剂或热熔胶中的一种或其组合物等。施涂所述胶粘剂的施胶量为10200g/m2，施涂方法可以采用喷涂、刷涂或其它涂布方法。所述配重沙袋采用线缝的方法固定，在现场根据水体实际情况填入相应重量的细沙。为进一步强化水质净化效果，所述无纺布的表面还可以采用分组等距的方式固定设置有弹性立体填料块。所述弹性立体填料块尺寸为1.6X2.4mm，其固定方法采用铝合金扣眼固定方式。、上述人工仿真水草制造方法制得的人工仿真水草，其可应用于被污染河道治理、水体防治与修复等场合。在应用时，多块所述人工仿真水草顺水流方向并排布置，各块人工仿真水草的配重沙袋上、下端分别用塑料绝缘绳相联接。针对目前产品存在的缺点，本发明进行了多方面的改进，采用独特的生物填料作为微生物生存的载体达到强化河道水质净化的目的，即以亲水性纤维及疏水性纤维的混合纤维作为生物膜载体，制备仿真水草，应用于水体修复与防治，将厌氧、好氧及脱氮过程集中于一体，为河流、湖泊等的水体防治与修复提供了一种全新的方法。与现有技术相比，具有如下优点和有益效果(1)通过优化结构设计提高比表面积；通过主体作用材料的筛选和配比，引入了植物纤维作为亲水材质，使产品亲水型大大改善，有利于微生物的生长附着形成稳定的生物膜；固定化微生物浓度高，过程控制便易，耐冲击负荷及应变能力很强，污染物去除效率高；(2)充分考虑到我国河道的复杂性，产品安装维修十分方便；对河道影响小，水头损失小，挂膜快，生物膜脱落较易，填料不结块，不存在堵塞等问题；(3)运行费用、管理费用相对较低；(4)材质稳定，使用寿命长。图1是本发明人工仿真水草制造方法制得的人工仿真水草的结构示意图。图2是图l所示A-A截面的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图l、2所示，本人工仿真水草制造方法制得的人工仿真水草，采用三层复合结构，中间层以板状软质泡沬塑料浮型骨架1为固体支架，其表面两侧粘结混合纤维层2，人工仿真水草本体的上端等距设置有多个浮球3，人工仿真水草本体的下端设置有配重沙袋4。混合纤维层2(无纺布)的表面还采用分组等距的方式固定设置有弹性立体填料块5;每一组设置有12块弹性立体填料块5;所述弹性立体填料块5尺寸为1.6X2.4mm，其固定方法采用铝合金扣眼的固定方式。如图l、2所示，本人工仿真水草制造方法的具体步骤如下第一步，按重量比疏水纤维60%~100%、亲水纤维40%0%，将疏水纤维、亲水纤维混合均匀后，制成无纺布的样式；第二步，在板状软质泡沬塑料浮型骨架表面施涂胶粘剂，所述板状软质泡沬塑料浮型骨架密度为0.60.85g/cm3;第三步，通过胶粘剂将所述无纺布粘结在板状软质泡沬塑料浮型骨架的表面两侧，并进行固化，从而制得该人工仿真水草。所述疏水纤维密度为0.80.95g/cm3，其可以是聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇縮甲醛纤维(维尼纶)、聚酰胺纤维(锦纶)或聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)中的一种或其组合物；所述聚丙烯纤维按称重法共吸水率低于20%。所述亲水性纤维外层人造纤维中空多孔纤维(其密度为0.5~0.7g/cm3)与天然纤维的组合物，所述天然纤维包括麻纤维、丝瓜绒，所述人造纤维包括粘胶纤维、醋酸纤维或经亲水改性的合成纤维。所述麻纤维，其密度为0.6~1.0g/cm3，按称重法，常温浸泡24hrs，其吸水率为6%30%。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架单位表面积上的无纺布的含量为100500g/m2，无纺布的厚度为0.53.5mm。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架，其可以是聚氨酯软质泡沬塑料、聚乙烯软质泡沬塑料的一种或其组合物。所述板状软质泡沬塑料浮型骨架厚度为0.5~3mm，长度为6~8m，其高度根据水体实际情况确定。所述胶粘剂可以是改性天然乳胶(如聚醋酸乙烯乳胶、天然乳胶)、合成胶粘(聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯乳胶)剂或热熔胶中的一种或其组合物等。施涂所述胶粘剂的施胶量为10200g/m2，施涂方法可以采用喷涂、刷涂或其它涂布方法。所述配重沙袋采用线缝的方法固定，在现场根据水体实际情况填入相应重量的细沙。上述人工仿真水草制造方法制得的人工仿真水草，其可应用于被污染河道治理、水体防治与修复等场合。在应用时，如图1所示，多块所述人工仿真水草顺水流方向并排布置，各块人工仿真水草的配重沙袋4上端6、下端7分别用塑料绝缘绳相联接。下面结合具体实例对该人工仿真水草的水质净化效果进行具体说明(1)按表l所示原料配比，制成人工仿真水草，安装在污水处理池中，成水草状。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其处理高氨氮废水实验结果如表2(单位毫克/升)所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上述结果是在基本相同的操作条件下，运行三天后的水处理结果，结査表明，仿真水草对COD、NH3-N、TN均有良好的去除率。(2)按表3所示原料配比，制成人工仿真水草，安装在污水处理池中，成水草状。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其处理高氨氮废水实验结果如表4(单位毫克/升)所示。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4的结果与表2的结均是在基本相同的条件下获得的。显然，如表l、2所示有植物纤维(麻纤维)的情况对污染物的去除率要高，其表面生物膜生长厚度要高1520°/0。如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本
发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。权利要求1.人工仿真水草制造方法，其特征在于以天然水草为模板，采用三层复合结构，中间层以板状软质泡沬塑料浮型骨架为固体支架，其表面两侧粘结混合纤维层，具体步骤如下第一步，按重量比疏水纤维60％～100％、亲水纤维40％～0％，将疏水纤维、亲水纤维混合均匀后，制成无纺布的样式；第二步，在板状软质泡沬塑料浮型骨架表面施涂胶粘剂，所述板状软质泡沬塑料浮型骨架密度为0.6～0.85g/cm3；第三步，通过胶粘剂将所述无纺布粘结在板状软质泡沬塑料浮型骨架的表面两侧，并进行固化，从而制得该人工仿真水草本体；第四步，在所述人工仿真水草本体的上端等距设置有多个浮球，在所述人工仿真水草本体的下端设置配重沙袋，从而制得该人工仿真水草。2、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述疏水纤维密度为0.80.95g/cm3，为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇縮甲醛纤维、聚酰胺纤维或聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或其组合物；所述聚丙烯纤维按称重法其吸水率低于20%。3、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述亲水性纤维外层采用密度为0.50.7g/cmS人造纤维中空多孔纤维与天然纤维的组合物，所述天然纤维包括麻纤维、丝瓜绒，所述人造纤维包括粘胶纤维、醋酸纤维或经亲水改性的合成纤维；所述麻纤维，其密度为0.61.0g/cm3，按称重法，常温浸泡24hrs，其吸水率为6%~30%。4、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述板状软质泡沬塑料浮型骨架单位表面积上的无纺布的含量为100500g/m2，无纺布的厚度为0.53.5mm。5、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述板状软质泡沬塑料浮型骨架，为聚氨酯软质泡沬塑料、聚乙烯软质泡沬塑料的一种或其组合物；所述板状软质泡沬塑料浮型骨架厚度为0.53mm，长度为68m，其高度根据水体实际情况确定。6、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述胶粘剂是改性天然乳胶、合成胶粘剂或热熔胶中的一种或其组合物，所述改性天然乳胶包括聚醋酸乙烯乳胶、天然乳胶；所述合成胶粘剂包括聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯乳胶；施涂所述胶粘剂的施胶量为10200g/m2，施涂方法包括喷涂、刷涂。7、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述配重沙袋采用线缝的方法固定，在现场根据水体实际情况填入相应重量的细沙。8、根据权利要求1所述人工仿真水草制造方法，其特征在于所述无纺布的表面采用分组等距的方式固定设置有弹性立体填料块；所述弹性立体填料块尺寸为1.6X2.4mm，其固定方法采用铝合金扣眼固定方式。9、采用权利要求18任一项所述人工仿真水草制造方法制得的人工仿真水草的应用，其特征在于应用于被污染河道治理、水体防治与修复。10、根据权利要求9所述人工仿真水草的应用，其特征在于多块所述人工仿真水草顺水流方向并排布置，各块人工仿真水草的配重沙袋上、下端分别用塑料绝缘绳相联接。全文摘要本发明提供人工仿真水草制造方法，是指以天然水草为模板，采用三层复合结构，中间层以板状软质泡沫塑料浮型骨架为固体支架，其表面两侧粘结混合纤维层，制得该人工仿真水草本体；在人工仿真水草本体的上端等距设置有多个浮球，下端设置配重沙袋，从而制得该人工仿真水草。本发明以亲水性纤维及疏水性纤维的混合纤维作为生物膜载体，制造的人工仿真水草表面特性、理化指标参数好，比表面积大，生物膜挂膜理想，运行性能稳定；结构设计合理，安装简易，制作成本低，应用场合多样。文档编号C02F3/10GK101254975SQ20081002719公开日2008年9月3日申请日期2008年4月2日优先权日2008年4月2日发明者王正详,许振成,谌建宇申请人:国家环境保护总局华南环境科学研究所