富营养化水域水质处理悬浮床及其水处理方法

专利名称：富营养化水域水质处理悬浮床及其水处理方法
技术领域：
本发明涉及污水净化处理技术领域，尤其涉及一种富营养化水域水质处理悬浮床 及其水质处理方法。
背景技术：
富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染恶化的现象。 在我国，水体富营养化造成的污染和危害越来越多地见诸报道。以滇池为例，滇池水体富营 养化，遭受污染，在很早以前就见诸报端，但治理到现在，大量的新技术，新措施的应用，作 用很有限，目前不管用综合方法，综合措施，对水体富营养化的治理作用效果不明显，治理 的成效性不能在高投入时满足人们对治理污染，和环境保护的希望和渴求，几十年内成了 一个复杂而难于解决的系统工程；让我们都没有看到成功希望。目前，国内治理水体富营养化尚未有高效而便于控制的方法，使用最多的就是放 养水生植物，如水葫芦，利用其自身生长繁殖对水中富余营养物质进行吸收，但由于水葫芦 繁殖快速，反而常常造成水葫芦泛滥成灾，引起更大的生态恶化事故。故如何得到一种高效而便于控制的富营养化水域水质处理方法，成为本领域有待 解决的技术难题。

发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是怎样提供一种富营养化 水域水质处理悬浮床，并基于该悬浮床得到一种高效而便于控制的富营养化水域水质处理 方法。为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案
一种富营养化水域水质处理悬浮床，其特点在于，采用包括以下步骤的方法制得 a、在待处理水域水面设置一个可浮于水面的圈结构，所述圈结构通过绳索和拉锚定位 于水面；b、在上述圈结构内种植水生植物或水培植物(水葫芦等)苗株(本发明下述文字中 以水葫芦苗株为例，根据本发明发明原理可知，实施时也可以采用其他的水生植物或者水 培植物，比如菱角、黑麦草)，并使其种植和繁育密度大于50株/米2，令水葫芦在圈结构内 生长繁殖，使水葫芦养殖密度逐渐增大，使太阳光投射达到床下无光的郁闭度为1时(指水 面被植物茎叶投影完全覆盖住时)，利用植物竞争机制迫使圈结构内水葫芦根系向下延伸 并相互纠结成为立体的网状结构，进行下述测试对多个单株水葫芦向上施力使其根系被 拔出，当平均值小于30牛顿的力不能使单株水葫芦根系被拔出时进行后继步骤；所述30牛 顿的力不包括克服该单株水葫芦自重所施之力；c、往圈结构内水葫芦的网状结构的根系中 均勻地喷入密度大于1的吸附剂，使吸附剂附着在网状结构的根系内；d、进行接种，即令水 处理用的微生物菌种进入到网状结构的根系中并附着于根系和吸附剂上，形成一个立体网状结构的微生物处理膜；悬浮床的根系部吸附物质和微生物的固体物质含量大于等于1克 /升。微生物处理膜为能满足对水处理微生物种类选择的生物膜，如聚磷菌等。技术方案中，水葫芦苗株的种植密度大于50株/米2，可以使其在较短时间内得到 养殖密度要求；b步骤中，进行测试的判断标准值属于经实验得到的经验值，该值内的根系 连接牢靠度，可以保证后续步骤的顺利进行。c步骤中喷洒的吸附剂，附着于根系后可以利 用其吸附作用吸附水中的重金属等物质，还可以方便菌种着床，便于形成一个立体网状结 构的可进行微生物选择的微生物处理膜。采用密度大于1的吸附剂，可以避免吸附剂漂浮 在水面而不能结合进根系中。d步骤中，所述微生物菌种，指硝化菌、聚磷菌等水处理细菌中 的一种或数种。其中作为优化，所述圈结构包括若干浮体和顺次连接浮体使其围成一圈的绳或 杆，所述圈结构围成的面积在2—200平方米之内。采用这种结构的圈结构，结构简单，实施 成本低廉，圈结构的面积限定为2—200平方米之内，可以更好地保证后续的动态平衡生物 链网能够顺利生成；实施时悬浮床可以为水处理造形或者人为平面设计景观造形。所述水 处理造形是指悬浮床的外形与待处理水域形状相适应，一般为长条形或者圆形或者矩形； 所述人为平面设计景观造形是指悬浮床的外形设置为动物、花朵或文字等形状，用于公园 或者景观水域净化，可以起到人为景观的作用。作为进一步优化，所述圈结构内沿水面设置有线网。这样，可以使得水葫芦根系之 间相互连接的力更加强大，提高株与株的连接力和植株的抓水力，在后继切割水葫芦的茎 叶时能够更加顺利地完成切割而不影响根系的稳定。作为进一步优化，所述吸附剂为活性炭颗粒或自然界本身存在的吸附物质颗粒。 活性炭具有吸附效果好，成本低廉无污染等优点，当然具体实施时，也可以采用其他不对水 体造成污染的吸附剂。采用上述的悬浮床进行水处理时，包括以下步骤，
1)、使悬浮床网状结构的根系中逐渐形成包括细菌、藻类、原生动物和后生动物的动态 平衡生物链、网，具有有机物和无机物富结，生物絮凝和极强的硝化，聚磷及吸附，活化，过 滤，杀灭有害菌作用等的水处理作用的反应器进行水处理，水处理过程中，利用水葫芦根系 吸收水中重金属离子，并使其部分转移到茎和叶内，利用微生物吸收水中富营养成分并进 而供给水葫芦生长，改善水质；
2)、在悬浮床内水葫芦进入开花结果期之前，对圈结构内水葫芦进行第一次收割，第一 次收割时，从水葫芦根部向上5—15cm处进行切割，将切割掉的茎和叶收集起来进行利用；
3)、待切割后的水葫芦进行第二次生长，并在其再次进入结果期之前进行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫芦的茎和叶进行利用，并将剩余的根部从水中捞离。具体实施时，也可以无需进行第二次收割，直接在悬浮床内水葫芦进入开花结果 之前，对圈结构内水葫芦进行切割掉茎和叶进行下一级利用，并将剩余的根系部从水中捞

这样，在水处理时，先采用悬浮床并在其根系形成一个动态平衡生物链网，根据待 处理水域大小，可以采用多个悬浮床进行联动，可以根据不同的水质情况采用不同针对性 菌种的悬浮床，动态平衡生物链网形成过程中可以人工进行一些调试，比如改变相邻悬浮 床之间间距来改变根系内可以透入的光线强度以适应菌种对光线强度的要求等等，这些均属于本领域公知常识，不在此详述。所述生物链、网包括水葫芦、细菌、藻类、原生动物和后 生动物，其中水葫芦的根系可以进行有机物和无机物的富集，以立体状根系为中心附着产 生的立体微生物处理膜及生物絮体，分解消耗水中的富营养化物质，产生极强的硝化、聚磷 及吸附、活化、过滤作用，原生动物和后生动物，如轮虫和线虫。它们能消耗掉多余的细菌和 藻类，维持生物膜的动态平衡。同时由于根系之间间距很小，如鱼类等较大的后生动物不能 进入到根系内部，避免对根系中的生物链造成破坏。在水葫芦进入开花结果期之前，进行第 一次收割，由于水葫芦根系纠结在一起，根部抓紧力足够大，使得收割时可以采用类似割麦 的方式，可以采用收割机械进行处理，高效而成本低廉。在水葫芦结果之前收割可以避免水 葫芦结果时产生的有害物质进入水中造成二次污染。从水葫芦根部向上5—15cm处进行第 一次切割并使留下的茎部第二次生长，延长寿命，使水葫芦对水质的处理能力得到最大限 度的发挥。收割下的茎和叶可以用着饲料(草粉等)和生物沼气等其它用途。第二次收割后， 由于水葫芦根部纠结为一体，可以直接以卷地毯的方式将根部卷起回收，方便快捷，大大缩 减了收割和打捞的成本。收回的根部可以采用焚烧填埋等方式处理。综上所述，本发明技术方案具有以下有益效果
1、充分利用了浮水植物水葫芦的污水处理能力，同时综合了生物膜法水处理的优点， 在水葫芦根部生成立体式的生物膜，大大提高了生物膜的水处理效率，根部形成的生物链 能够最大限度地吸收水中的富营养物质并转化为水葫芦的茎叶组成部分，同时对水中的重 金属等有害物质的吸附回收效果也大大增加。可以高效、快速地解决水域水质富营养化的 问题。2、本方法中水葫芦被严格控制在圈结构内繁殖，根部连为一体，使得收割和打捞 根部时均极为方便快捷，大大提高了经济学和可控性，不会造成水葫芦的泛滥。3、本方法中，在水葫芦根部形成一个生物链、网，对水中营养物质进行吸收处理， 形成立体式的高效处理生物系统，实施时可采用多个悬浮床形成联动，形成人工湿地，既高 效地处理了水源，还可以起到绿化、美化环境的效果。
具体实施例方式具体实施时，本发明需要先设置一种富营养化水域水质处理悬浮床，采用包括以 下步骤的方法制得a、在待处理水域水面设置一个可浮于水面的圈结构，所述圈结构通过 绳索和拉锚定位于水面；b、在上述圈结构内种植水葫芦苗株，并使其种植密度大于50株/ 米2，令水葫芦在圈结构内生长繁殖，使水葫芦养殖密度逐渐增大，使太阳光投射达到床下 无光的郁闭度为1时，利用植物竞争机制迫使圈结构内水葫芦根系向下延伸并相互纠结成 为立体的网状结构，进行下述测试对多个单株水葫芦向上施力使其根系被拔出，当平均值 小于30牛顿的力不能使单株水葫芦根系被拔出时进行后继步骤；所述30牛顿的力不包括 克服该单株水葫芦自重所施之力；C、往圈结构内水葫芦的网状结构的根系中均勻地喷入密 度大于1的吸附剂，使吸附剂附着在网状结构的根系内；d、进行接种，即令水处理用的微生 物菌种进入到网状结构的根系中并附着于根系和吸附剂上，形成一个立体网状结构的微生 物处理膜。其中所述圈结构包括若干浮体和顺次连接浮体使其围成一圈的绳或杆，所述圈 结构围成的面积在2—200平方米之内。所述圈结构内沿水面设置有线网。所述吸附剂采用活性炭颗粒或自然界本身存在不对水体形成二次污染的吸附物颗粒，或两种吸附物组成。然后，以上述悬浮床为基础进行处理，包括以下步骤
1)、使悬浮床网状结构的根系中具有有机物和无机物富结，生物絮凝和极强的硝化，聚 磷及吸附，活化，过滤，杀灭有害菌作用等的水处理作用的反应器逐渐形成包括细菌、藻类、 原生动物和后生动物的动态平衡生物链、网，进行水处理，水处理过程中，利用水葫芦根系 吸收水中重金属离子，并使其部分转移到茎和叶内，利用微生物吸收水中富营养成分并进 而供给水葫芦生长，改善水质；
2)、在悬浮床内水葫芦进入结果期之前，对圈结构内水葫芦进行第一次收割，第一次收 割时，从水葫芦根部向上5—15cm处进行切割，将切割掉的茎和叶收集起来进行利用；
3)、待切割后的水葫芦进行第二次生长，并在其再次进入结果期之前进行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫芦的茎和叶进行利用，并将剩余的根部从水中捞离。本发明中，可以采用多个悬浮床进行联动，根据不同的具体水源情况调整菌群结 构，通过对悬浮床的直径及床间间距的设置和调整，利用水体表层溶氧高和床对太阳光的 遮档形成好氧无光和好氧弱光的环境，使其利于细菌繁殖和生长，形成立体的微生物处理 膜。通过剪掉水葫芦茎和叶实现物质的转移，吸收和去除水中氨氮磷硫汞和重金属等有害 物质。使水体恢复透明度高和溶氧高等结构优化的自然净水机制的恢复，使污染水体在短 期内(劣五类水质小于12个月)进入地表水一类水运行，且能在污染下重载运行，二到三年 地表水一类稳态运行；特别适用于如滇池等湖泊和水库，河流的水处理。悬浮床可以控制植物的横向生长，植物橫向生长受抑制时，植株向上生长更高，根 系越长；使床中植物根系更长，更密形成水中相互纠结的密结网状结构，在植物水中密结网 状结构上人为着床吸附剂，吸附剂为密度约大于1具有比表面积大且具有较好的吸附孔隙 的无二次污染的天然物质和人工合成物，或两种物质组合。然后进行微生物菌种着床，附生 在立体的网状根系及吸附物上形成微生物絮体，随着原生及后生等动物进入，形成较长的 食物链网，具有有机物和无机物富结，生物絮凝和极强的硝化，聚磷及吸附，活化，过滤，杀 灭有害菌等作用；悬浮床面积小于等于200平方米，且悬浮床可以作为平面造景观床。中水葫芦的根系纠结，株与株连续，提高悬浮床内植物抓水能力，株连接力，一是 使悬浮床适应范围广，能抗击季风产生的风浪，使悬浮床使用不受水流，风浪限制；二是后 续步骤中，可以使用旋转模式切割机械水中进行根叶分离；根系用卷帘模式机械打捞，实现 高效率的打捞，分离。茎叶能用于制造沼气和饲料。根中污染物焚烧填埋；这样可以人为把 水葫芦在水中生长控制在生长期；产生藻毒素的藻类控制在生长期。处理时，悬浮床中水葫 芦根系部利用聚磷菌吸磷和保持磷来调整水体中的溶解性磷含量；悬浮床的根系部吸附物 质和微生物的含量大于等于1克/升，悬浮床根系区中，悬浮床根系区中，平均1单位体积 中聚磷菌吸收溶解性磷和保持溶解性磷总量，与最接近悬浮床水体5米内水中的溶解性磷 的含量在同单位体积质量之比超过10倍。悬浮床植物采用水葫芦，但也可以等同替换为水处理效果好的其它水生植物或水 培的陆生植物，甚至可以是由一个植物或两种植物组成，只需满足悬浮床的人造景观要求， 以及对酚，笨和重金属离子综合结构处理的品种要求。悬浮床水中根系上有较多的人工着 床密度大于1的具有较大比表面积和较好吸附孔隙的吸附剂物质，围绕在根系上的孔隙物 质上有微生物处理膜及絮体。通过植物和微生物处理膜处理及共同作用，对水质进行连续活化。通过剪切分离茎叶和根，以及根系的打捞，实现物质的流转。悬浮床的工作原理是一是悬浮床的植物部分通过生长从水体中吸收氮，磷等营 养物，水葫芦等水生植物的根茎能吸收和分散水体中铅、镉、汞、铜、锶等重金属离子，污水 中含有大量重金属离子；水葫芦吸收氨氮、磷、重金属铜能力强，并对重金属离子、农药等有 极强的富集能力，水藻进行糖类合成反应外(把二氧化碳和水在化学能的作用下合成葡萄 糖)，也需要吸收水中富营养成分如铁、锰、磷、钾等。悬浮床的圈结构内高密放养和种植水生，水培植物；生长增殖过程中橫向发展受 强抑致，导致向致密方向，植物光合诱导影响向上竞争机制而加速向上生长，竞争下根系更 长；(例悬浮床水葫芦会改变形体，根系会达到40厘米及以上；相同水体，相同面积，悬浮床 植物干物质能超过普通放养植物干物质的10倍及以上；高密殖及利用植物竞选器的机理， 能形成较长的具有相互纠结，根系网格小的网状结构，提高株与株的连结力，床内植物的抓 水能力；如类似小麦收割机的旋转模式的机械完成茎叶和根的分离，萌芽复壮的再生延长 植物生长期；旋转卷帘模式从水中打捞床植物根系，高效打捞，经济利用才具有现实性；例 水葫芦悬浮床茎叶可作为有益能流，饲料(直接饲喂，草粉等)和生物沼气能源等；根系含病 原及重金属焚烧填埋，量大时可作生物质沼气发生器，草粉干燥热源，燃烧发电。圈结构下方水中中形成较长的相互纠结，网状化的庞大絮状根系，使悬浮床根系 区(根系和根区水)体积增大，及絮状根系的附着物增多；在强化的絮状根系上着床尽可能 多的人为着床密度约大于1的具有比表面积大且具有较好的吸附孔隙的无二次污染的吸 附剂；然后进行微生物在附着有孔隙的吸附物质且具有密结网状结构的着床，附生在根系 及吸附物上形成微生物絮体；随着原生及后生等动物进入，形成较长的食物链、网。食物链 包括细菌，藻类，原生动物和后生动物，如轮虫和线虫。它们能消耗掉多余的细菌和藻类，维 持生物膜的动态平衡。例如草履虫能吞食细菌，净化污水；太阳虫、钟虫可以做鱼的饵料。实施时，可以多个悬浮床联动，形成人工湿地，多个水生植物悬浮床按联动作用较 强的间距及水深比例设置，多个悬浮床与整个被处理的水体整体联动，一是利用自然(风 能，气液接触面积大)增氧对水体作用，水体中的溶氧是表层逐渐下降，利用天然机制使植 物悬浮床具有较高溶氧(即最终远大于2毫克/升)；二是利用悬浮床的遮光作用；三是利 用地球自转等作用，植物悬浮床投影位移的特性，投射，折射补充悬浮床根系的光线；建立 了悬浮于水体(不占耕地等)，对光和风能及水气两相接触溶氧机极微影响的植物悬浮床湿 地，形成对污染水体原来生态有很强调理作用，如微光富氧，无光富氧等作用的新环境(新 系统)；
实施时，本发明的控制性好，在水葫芦生长周期中，通过人为控制方法，使得水葫芦吸 收的有害物质通过人为切割和打捞，而快速进入大循环的陆地生态中。解决了无效控制状 态下的水葫芦在水中生长衰亡，对水造成二次污染，同时造成氮，磷，营养盐，毒系等在水中 不停循环的原有缺陷。无控制时的水葫芦，快速繁殖对其生活的水面采取了野蛮的封锁策 略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，破坏水下动物的食物链，导致水生动 物死亡。同时，任何大小船只也别想在水葫芦的领地里来去自由。不仅如此，水葫芦还有富 集重金属的能力，水葫芦死后腐烂体沉入水底形成重金属高含量层，直接杀死底栖生物，造 成生态灾难。同时，本方法加强了水葫芦根部连接力，即株与株的连接力，和植株的抓水能 力；这两个指标是经济有效茎叶和根分离，和打捞的机械设计的基础；可以经济地分离对人类有益的茎叶分离，进行机械高效处理，经济利用是良性循环的基础；违反这个规律或不 能有效地利用这个规律，就会付出高昂的成本和代价。另外，无控制时，例如微囊藻在水中 会自然衰亡，会产生自来饮水工艺不能处理，加热也不易破坏的藻毒素，而本方法中，由于 形成了生物链网，微囊藻绝大部分未进入衰亡期分泌产生藻毒素时就进入水生态下级食物 链，被原生动物或后生动物食用，降低了对水体危害。下面更加详细地对本发明对富营养水质中氮、磷和汞的处理原理等方面进行介 绍。磷的控制和调理
磷在水体生态中呈溶解性反应磷DRP，溶解性有机磷D0P，铁磷FE—P，铝磷AL—P等。对磷的控制主要是水中的溶解性反应磷和溶解性有机磷，这两种类型的磷对藻 类，水生植物影响最大，也是水体磷循环的中间过程(如水化学作用可把不溶性磷转化为可 溶性磷等)；主流学术也把磷看着淡水系统的植物生长的限制性因素，水质富营养化时首先 是磷的平衡被打破；蓝绿藻暴发，水葫芦泛滥成灾。但污水处理厂去磷是利用聚磷菌的吸 磷，放磷，最后进入污泥，通过污泥脫离水体而达到排磷；人工湿地主要是靠植物的吸收转 化，通过对植物的收割达到排磷的(如进行不好又会重复污染，通俗地讲湿地会呈存在运行 效率老化问题)；这些控磷排磷措施及方法，实用性和效率性对现有湖泊磷的排除和控制有 限；就又回到(弄出水葫芦生态灾难)水葫芦放养的老路，只不过尽力去控制水葫芦的成灾 的负面因素，但不可否认的是，巨大的处理效果呈现出来，单位面积处理能力，综合效果远 大于人工湿地。例江苏太湖，发展到又重回滇池。本发明采用控磷调磷是利用悬浮床创建的高氧新环境，悬浮床内的植物从水体中 吸收磷，床内植物根系中人工着床的发育成巨大数量的聚磷菌控制水体中的溶解性磷；聚 磷菌吸收溶解性磷，和保持溶解性磷；这个吸磷持磷速率大于进入水体中的磷(城市生活污 水和农村污水)和缓溶性水体沉淀磷(铁磷，铝磷等)转化为溶解性磷的速率；水体中溶解性 磷就持续下降。如水体中的溶解性磷降到20微克/升以下运行时；蓝绿藻污染的问题就根 除了。本发明的悬浮床就具有吸磷，持磷，磷转化，排磷功能，也改变了磷在水中循环的 模式，结构优化的磷循环是优良水生态稳态的基础。经试验，已获得成功。本发明获得急速降磷(溶解性反应磷和溶解性有机磷)，一是因为水体流动，悬浮 态的有机物和无机物在风浪，波浪等作用下，向悬浮床移动被植物富集(水葫芦的强大富集 作用)，溶解性有机物通过床下根系的吸附，过滤，絮凝作用等被保留在床中；这些作用为聚 磷菌提供足够的碳源和营养源，为聚磷菌的增殖提供坚实的优良条件；二是悬浮床植物根 系的大量聚磷菌处于高氧的环境中，提高聚磷菌的活性，使聚磷菌通过扩散(浓度高向浓度 低的方向)，水通过生物膜，生物絮体聚磷菌从这些水中吸收溶解性磷。聚磷菌在好氧阶段大量吸收并积贮溶解性磷化物中的磷，合成TAP与聚磷酸盐， 聚磷细菌是好氧菌，它并不是优势菌种，但能在厌氧环境中将聚磷酸水解。由于它在利用基 质的竞争中比其他好氧菌占优势，从而利于它的大量繁殖。经过厌氧与好氧的交替，进行释 磷与吸磷的过程。悬浮床的聚磷菌运行为全世代，也呈好氧和缺氧过程，只是好氧占绝对优势，这里 以生物膜理论解释，一是在每天二十四小时，床根系区外沿溶氧高，好氧菌消耗氧较少，吸磷大于内部，也是处于同溶氧水体外面溶氧大于内部溶氧；即使床内部聚磷菌衰亡，细胞破 裂释放磷，也会被空曝处于饥饿的聚磷菌吸收的，所以床内磷不会外泄，即具有锁磷作用； 唯一外泄磷是水流，大型水生动物使聚磷菌从悬浮床根系脱落，因密度较小，仍能在好氧区 增殖和吸收磷，为偏好作用；第二是悬浮床生物膜围绕在较好孔隙吸附物上，生物膜具有 较大的表面积，具有很强的氧化能力。当生物膜较厚，并达到一定的厚度时，水中的氧很快 被生物膜表面的微生物消耗，难透入生物膜内层，造成靠近内层的生物膜处于缺氧，厌氧状 态；但悬浮床膜结构中植物根系正好处于极化中心，从孔隙物质中吸收聚磷菌释放的磷供 给自己对磷的需求；即悬浮床的这种结构，使悬浮床植物吸收的磷浓度比天然放养，控制放 养获得更多的磷，即使在水体中磷含量极少，也能生长较好。解决了低磷水体态水生植物 (如水葫芦)不能良好生长或不能生长的难题。前面所述的控磷调磷使水中溶解性磷能迅速达到一类水的磷含量要求，甚至使溶 解性磷达到极低值1微克/升，仍有降磷空间。也改变了化学除磷，如蓝绿藻暴发吸磷到分 解者作用，使磷又回到水体中等循环路径。氮，嗅和味控制调理
水中用来表示氮含量的指标有总氮(TN)，总凯氏氮(TKN)，硝酸盐氮(N03 — N)，亚硝 酸盐氮(N02 — N)，以及氨氮(NH3 — N)。水中的氮主要以以下几种形式存在有机氮，氨氮，亚硝态氮，硝态氮。本悬浮床水处理时一是利用悬浮床内植物(水葫芦)对硝态氮的吸收转化；二是 微生物法对氨氮，亚硝态氮的转化速率，匹配处理；
悬浮床在水中建立的富氧弱光，富氧无光的新环境，可使整个水体的菌群结构发生变 化。下面简单介绍硝化细菌和亚硝化菌结构改变，及其作用机理。微生物污水处理脱氮过程即是各种形态的氮转化为氮气从水中脱除的过程，本悬 浮床也有这个转化为氮气的过程。在好氧池中，污水中的有机氮被细菌分解成氨，硝化作用使氨进一歩转化为亚硝 态氮，亚硝态氮转化为硝态氮(硝态氮为植物可吸收的营养氮)，然后在缺氧池中进行反硝 化，硝态氮还原成氨气溢出。①.氨化作用
有机氮化合物(蛋白质等)的降解首先氨化作用，即在细菌分泌的水解酶的催化作用 下，有机氮化合物水解断开肽键，脫除羧基和氨基形成氨。②.硝化作用
消化过程分两步进行。在亚硝化菌的作用下，氨先转化为亚硝酸盐氮，然后再经硝化菌 作用氧化成硝酸盐氮。在富营养水体中氨化作用，硝化作用同时发生；但经常出现氨化作用(分解者)大 于硝化作用(生产者吸收)的情况，显著的实例①是水产生的臭味，②死鱼腐烂产生的臭味。 富营养水嗅和味主要由氨和硫化氢组成。本发明中是利用悬浮床生物膜一类光合细菌，和提高亚化细菌数量及活性；硝 化细菌活性；使水体分解者作用产生的氨和硫化氢被迅速转化，而使水体不产生令人不愉 快的臭味(嗅和味)。如硝化细菌和亚硝化细菌，这两种菌对太阳光敏感，但与硝化细菌相比，亚硝化细菌特别对太阳光的近紫外线非常敏感，特别是紫外线对它们的杀伤巨大；植物悬浮床为它 们提供了完美的弱光，无光富氧环境，硝化细菌增殖和活性增强，提高了硝化作用；一是亚 硝化细菌迅速地把氨转化为亚硝酸盐氮，然后再经硝化菌共同作用氧化成硝酸盐氮，硝酸 盐氮作为可被悬浮床植物吸收作为营养氮素，当这个作用与产氨匹配时，水中的氨味，氨氮 就降了下来。使得水不在发臭。经具体实验验证，细菌着悬浮床时，十天就解决了水质发臭 问题。本发明中氮在水中循环调理主要是分解者产氨氮，直接硝化，硝态氮供悬浮床植 物生长，机械分离打捞悬浮床植物进入陆地，使水中的氮降下来。达到地表水一级的水中对 氮的要求。下面以汞为例说明本发明对水中重金属的处理原理汞一是通过悬浮床水生植物 (水葫芦)根系从水中吸入重金属离子汞；二是通过悬浮床植物根系上附着的具有较好吸附 孔径的比表面积的物质或这些物质相互作用形成的微孔结构的毛细管作用；吸附重金属离 子汞，使流过床根系的汞被截留下来，植物根系从吸附物质中保持的汞，吸附物质就被悬浮 床根系的吸收作用活化，吸收，根系活化；不停循环。效果比单独活性炭吸附更好，具有自活 化的功能。这两种作用使植物(水葫芦)根系从水体中吸收更多的汞，沉积在根系中，这样就 从水体中吸收，吸附保持更多的汞，使水中的汞含量大幅降低，满足水体进入地表水一类水 的重金属指标。本发明中，利用悬浮床中的植物和根系对水体悬浮的有机物和无机悬浮物的富集 作用，以及溶解性磷的减少，藻类数量减少；使得水体透明度增大，太阳光作用加强。太阳光对水体起作用的主要是红光和蓝紫光，红外光；红光和蓝紫光主要对水体 中藻类，细菌提提光合源，水生所有绿色植物中的叶绿素A ；水生高等植物，绿藻，眼虫藻， 管藻的叶绿素B ；硅藻，甲藻，褐藻的叶绿素C ；细菌的叶绿系F和细菌叶绿素；都能与太阳 光进行光合作用。太阳光不可见光谱中紫外线的作用之一杀菌，即使是在微量的紫外线投射剂量 下，也可以破坏一个细胞的生命核心一DNA，因此阻止细胞再生，丧失再生能力使细菌变得 元害，从而达到灭菌的效果。紫外线对水中的有害菌，绿脓菌，大肠菌；依哥拉菌，巴斯拉菌， 沙门氏菌；禄藻等有很强的杀灭作用。取决于紫外线的强度和接触时间的长短；水体中的 透明度增大，水中紫外线衰减越小，杀菌能力更强。水能见度的增大，水体透明度增大，太阳 光的穿透能力越强；波长较短的紫外线也可以有效地降低总有机碳量，波长较短的紫外线 具有更多的能量，因此能够分解有机物，紫外线氧化有机物的反应过程虽然非常复杂，主要 是通过产生氧化能力很强的自由氢氧，将有机物氧化成水和二氧化碳。同时，本发明的悬浮床植物(水葫芦)的根系分泌物能杀死污水中的细菌和病原微 生物。使得水中细菌群数，大肠杆菌大幅下降。这样通过多种作用，可以快速地使得污染水体转化为溶解氧高，能见度好，各项指 数达到或超过地表水一类的水源。同时本发明对水葫芦控制性好，还可以解决水葫芦泛滥 成灾的问题。原理是把泛滥的水葫芦圈入悬浮床中，在水中继续生长，直到水葫芦株与株的 连接力提高，抓水力提高达到大型机械打捞的力学要求时，把悬浮床拉到岸边进行快速打捞。故本发明还具有以下优点(1)本发明处理效果好，可控性强，可以经济快速解决水体富营养化的问题。(2)本发明可以对水葫芦进行经济高效的处理，避免水葫芦泛滥成灾的现象发生。(3)本发明能够经济高速完成治理，且能够把有害能流转为有益且能够经济利用 的能流。
权利要求
1.一种富营养化水域水质处理悬浮床，其特征在于，采用包括以下步骤的方法制得a、在待处理水域水面设置一个可浮于水面的圈结构，所述圈结构通过绳索和拉锚定位 于水面；b、在上述圈结构内种植水生植物或水培植物苗株，并使其种植及繁育密度大于50株/ 米2，令水生植物或水培植物苗株在圈结构内生长繁殖，使水生植物或水培植物苗株养殖密 度逐渐增大，使太阳光投射达到床下无光的郁闭度为1时，迫使圈结构内水生植物或水培 植物苗株根系向下延伸并相互纠结成为立体的网状结构，进行下述测试对多个单株水生 植物或水培植物苗株向上施力使其根系被拔出，当平均值小于30牛顿的力不能使单株水 生植物或水培植物苗株根系被拔出时进行后继步骤；所述30牛顿的力不包括克服该水生 植物或水培植物苗株芦自重所施之力；c、往圈结构内水生植物或水培植物的网状结构的根系中均勻地喷入密度大于1的吸 附剂，使吸附剂附着在网状结构的根系内；d、进行接种，即令水处理用的微生物菌种进入到网状结构的根系中并附着于根系和吸 附剂上，形成一个立体网状结构的微生物处理膜；悬浮床的根系部吸附物质和微生物的固 体物质含量大于等于1克/升。
2.如权利要求1所述的富营养化水域水质处理悬浮床，其特征在于，所述圈结构包括 若干浮体和顺次连接浮体使其围成一圈的绳或杆，所述圈结构围成的面积在2—200平方 米之内；且悬浮床为水处理造形或者人为平面设计景观造形。
3.如权利要求1所述的富营养化水域水质处理悬浮床，其特征在于，所述圈结构内沿 水面设置有线网。
4.如权利要求1或2或3所述的富营养化水域水质处理悬浮床，其特征在于，所述吸附 剂为活性炭颗粒或自然界本身存在的吸附颗粒。
5.一种富营养化水域水质处理方法，其特征在于，采用了上述的悬浮床进行处理，并包 括以下步骤1)、使悬浮床网状结构的根系中逐渐形成包括细菌、藻类、原生动物和后生动物的动态 平衡生物链、网，进行水处理，水处理过程中，利用水葫芦根系及根系上的吸附物质吸收水 中重金属离子，并使其部分转移到茎和叶内，利用根系中特定微生物处理膜的微生物吸收 和控制水中富营养成分并进而供给水葫芦生长，改善水质；2)、在悬浮床内水葫芦进入结果期之前，对圈结构内水葫芦进行第一次收割，第一次收 割时，从水葫芦根部向上5— 15cm处进行切割，将切割掉的茎和叶收集起来进行利用；3)、待切割后的水葫芦进行第二次生长，并在其再次进入结果期之前进行第二次收割， 第二次收割切割掉水葫芦的茎和叶进行利用，并将剩余的根部从水中捞离。
全文摘要
本发明公开了富营养化水域水质处理悬浮床及其水处理方法，所述悬浮床采用一个浮于水面的圈结构，在圈结构内种植水葫芦苗株，使水葫芦等养殖密度逐渐增大，迫使圈结构内水葫芦根系向下延伸并相互纠结成为立体的网状结构；再往圈结构内水葫芦等的网状结构的根系中均匀地喷入吸附剂并使其附着在网状结构的根系内；令水处理用的微生物菌种进入到网状结构的根系中并附着于根系和吸附剂上，形成立体网状结构的微生物处理膜。具有富结，生物絮凝和硝化、聚磷及吸附、活化，过滤等的水处理作用，对污染水质氨氮磷硫汞等循环的调整；本水处理方法基于该悬浮床得到，可以高效地对富营养化的水质进行处理，高效而便于控制的优点。
文档编号C02F3/34GK102120648SQ201110032358
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者胡志清, 蒲渊 申请人:胡志清, 蒲渊