一种用于水体净化的着生藻类过滤膜系统的制作方法

本发明涉及环境生态修复领域，具体涉及一种用于水体净化的着生藻类过滤膜系统。

背景技术：

1、富营养化水体的生物修复，主要利用生物处理方法去除水体中氮、磷等营养物质和降低水中浮游藻类生物浓度。常规的生态工程措施，如生态调控技术、水生植物修复技术等对水中营养物浓度，特别是磷浓度有一定的要求，磷浓度在阈值(0.1mg/l左右)以下才能进行。因此，必须采取措施将富营养化水中的磷浓度降低到磷浓度阈值以下，然后再用常规生态工程技术来稳定水质并控制水中浮游植物数量。在众多采用生态调控技术修复污染水体的研究中发现，着生藻类(periphyticalgae，pe藻类)在处理富营养化水体时，能有效吸收和降解水体中的氮磷营养盐物质，抑制水中其他微型藻类的生长，对维持水生态系统的结构和功能有其特有的作用，被广泛应用于水体净化。

2、着生藻类是一种附着在浸没于水体基质表面生长的大型丝状藻类，其个体大、易附着，具有较好的人工可控性；且着生藻类的光合作用能引起藻体、藻膜附近的ph值升高，从而诱导水中钙磷沉积，达到深度除磷的目的。例如，雷国元在利用所培育的水绵藻株进行了城市污水深度处理的实验，水绵藻株可以有效地去除水中氮，磷等污染物，处理效果随水绵用量增加而提高(雷国元,马军.利用水绵(spirogyra)深度处理生活污水强化除磷及其机制的探讨[j].环境科学,2009,30(04):1066-1072)。祝琪军等人也发现刚毛藻及水绵能有效降低水中氮磷营养盐浓度，尤其是对磷营养盐，去除率达到了90％以上(况琪军,马沛明,刘国祥,毕永红,胡征宇.大型丝状绿藻对n、p去除效果研究[j].水生生物学报,2004(03):323-326)。此外，着生藻类对易引起水华的微型藻有化感作用，对微型藻活性有很强的抑制作用，对维持水生态系统的结构和功能有其特有的作用。

3、着生藻类虽然在水质净化方面的效果十分突出，但由于着生藻类大多是丝状、绿色的分支状藻类，在水质净化过程中易于分离和漂浮，且其自然生长速率慢，难以实现工程化应用。专利cn203411395u公开了一种用于水体生态修复的藻类附着基装置，它包括藻类附着基片单体及基片固定支架，藻类附着基片单体为竹质片材。专利cn204490609u公开了一种用于生态修复的水藻附着基体，通过在单片上套上织网作为水藻的附着基质。上述专利中所述的装置或基体虽可提供着生藻类附着场所，但着生藻类在竹片、织网上的生长速度较慢，成膜效果不佳，很难在短时间内获得能满足治理所需的着生藻类的量，难以满足待修复区域拦污水体净化的要求，且附着在基体表面生长的藻类易随着流动的水流流至其他水域中，引发过量增殖的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种用于水体净化的着生藻类过滤膜系统，该着生藻类过滤膜系统可高效净化富营养化水体，降低水体中有机污染物以及氮磷的含量，同时便于控制着生藻类在局部范围内的生长增殖，避免引发过量增殖的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种用于水体净化的着生藻类过滤膜系统，所述生藻类过滤膜系统包括：

4、设置在水体底部的渗滤堰；

5、设置在所述渗滤堰两侧的第一过滤膜和第二过滤膜，所述第一过滤膜与第二过滤膜的左右两端通过连接件与相应的固定桩连接，所述第一过滤膜与第二过滤膜的顶部设置有漂浮体、底部设置有配重块；以及，

6、设置在所述第一过滤膜外侧的第一拦污网和设置在所述第二过滤膜外侧的第二拦污网，所述第一拦污网与第二拦污网的左右两端通过连接件与相应的固定桩连接，所述第一拦污网与第二拦污网的顶部设置有漂浮体、底部设置有配重块；

7、所述渗滤堰、第一过滤膜及第二过滤膜的表面均接种有着生藻类。

8、本发明通过第一拦污网作为第一道防线，拦截富营养化水体中的悬浮颗粒、鱼类以及水生植物等进入着生藻类过滤膜系统，避免引起渗滤堰的堵塞；然后利用第一过滤膜、渗滤堰及第二过滤膜表面接种、生长的着生藻类的光合作用诱导盐类矿物沉积，沉积矿物再通过吸附作用除磷，并去除氨氮、总氮，降低有机物含量；同时通过设置的第二拦污网防止着生藻类逃逸流入外界水体中引发过量增殖，方便定期打捞收割。

9、进一步地，所述渗滤堰的两侧通过木桩固定，所述木桩设置于所述渗滤堰与所述第一过滤膜/第二过滤膜连接的固定桩之间。

10、进一步地，所述渗滤堰由多个石笼堆叠而成；所述石笼由金属丝笼体及填充于所述金属丝笼体内的石料组成，所述石料包含多孔生态混凝土块、内电解质填料球、砾石、火山石、多孔陶粒中的一种或多种。

11、更优选地，所述渗滤堰外层堆叠的石笼内填充有多孔生态混凝土块及内电解质填料球，其中内电解填料球设置于所述石笼中间部位；所述渗滤堰内层堆叠的石笼内填充有砾石、火山石及多孔陶粒。

12、在本发明一些优选的实施例中，所述渗滤堰具有上下两层结构，由7个石笼叠放得到，底层由4个石笼紧密排列得到，上层由3个石笼紧密排列得到，且底层石笼两侧通过木桩固定；其中，底层外侧的2个石笼和上层外侧的2个石笼内填充有多孔生态混凝土块，并在堆积的多孔生态混凝土块中间放置内电解质填料球；底层内侧的2个石笼和上层内侧的1个石笼内填充有砾石、火山石和多孔陶粒。

13、进一步地，所述多孔生态混凝土的孔隙率优选为20％-35％，抗拉强度优选为10-15mpa。

14、进一步地，所述多孔生态混凝土块优选为植生型多孔生态混凝土块；植生型多孔生态混凝土块本身就是一种过滤材料，可以通过物理作用过滤、吸附污染物质；且在富营养化水体会释放ca2+、mg2+等离子及其氧化物，与富营养化水体中的铵根离子、磷酸根离子通过化学作用，形成絮凝沉淀从而水体净化；另外，植生型多孔生态混凝土块本身接种着生藻类后，可在植生型多孔生态混凝土块表面和内部形成着生藻类生物过滤膜，能有效吸收和降解水体中的氮磷营养盐物质，还能抑制水中其他微型藻类的生长，并通过定期捞取收割刚毛藻，进一步有效去除水体中的氮磷污染物；此外，植生型多孔生态混凝土块上的着生藻类生物过滤膜可以吸附沉淀水中的悬浮物，通过定期收取刚毛藻可以有效去除水体中的悬浮物降低水体浊度，减缓多孔生态混凝土块的堵塞，保证长久的良好透水性。

15、进一步地，所述内电解质填料球优选为铁碳内电解质填料球；铁碳内电解填料球通过内电解反应产生的铁离子与磷酸根产生沉淀来高效除磷，且铁离子能促进微生物繁殖和酶的分泌，可显著提高生物脱氮效果；此外，铁碳内电解填料球还通过高吸附力以及电荷效应固定硝化细菌、聚磷菌等微生物，进行硝化和反硝化作用，降低水中的总氮、氨氮浓度；这些微生物可以对于无机污染物和有机污染物以及氮磷进行转化利用，产生着生藻类可以直接利用的物质，促进藻类的生长及繁殖，进一步提高渗滤堰对有机污染物以及氮磷等的过滤和降解。

16、上述渗滤堰中外侧石笼的多孔生态混凝土块接种着生藻类后，着生藻类在多孔生态混凝土上面形成生物过滤膜不仅可提高除磷脱氮的效果，同时还能防止悬浮颗粒物堵塞多孔生态混凝土块堆积孔隙的问题，保证长久的良好透水性；另外，渗滤堰中外侧石笼的内电解填料球可除去富营养化水体中难以通过生化处理降解的有机污染物。而渗滤堰内层石笼中的填充物砾石、火山石和多孔陶粒可以吸附水体中的氮磷、悬浮物和有机污染物，进一步水体净化。

17、进一步地，对上述填充于石笼内的多孔生态混凝土块进行降碱处理，然后再接种着生藻类；经过降碱处理后的多孔生态混凝土块更适于着生藻类的附着生长。

18、进一步地，所述第一过滤膜与第二过滤膜均包括尼龙网、设置在尼龙网表面的多孔水泥砂浆层以及间隔悬挂在所述尼龙网表面的仿生水草。

19、本发明通过在尼龙网表面形成粗糙且具有多孔结构的水泥砂浆层，以增加尼龙网的比表面积，提供更多着生藻类的附着位点，有助于着生藻类快速附着；同时水泥砂浆层可提供钙离子，呈碱性的尼龙网比一般的网状附着基更适合着生藻类附着生长，也能加速诱导碳酸钙生成，碳酸钙可以通过吸附、与磷酸根共沉积等方式将磷和悬浮物絮凝沉淀富集在其表面。此外，在尼龙网表面形成的着生藻类过滤膜可通过吸收磷、促进磷的沉淀以及过滤水体中颗粒态的磷，从而有效去除富营养化水体中的磷，并降低水体浊度。

20、进一步地，所述尼龙网网目为6-12mm。

21、进一步地，所述多孔水泥砂浆层由水泥砂浆附着在所述尼龙网表面凝结得到。

22、在本发明一些优选的实施例中，所述多孔水泥砂浆层的制备方法如下：

23、将尼龙网浸渍于水泥砂浆中，浸泡2-3min，然后将尼龙网平铺等待水泥砂浆凝结，半干时将尼龙网悬挂起来喷水养护，并抖落掉多余的水泥，即在尼龙网表面形成所述多孔水泥砂浆层。

24、进一步地，对上述具有多孔水泥砂浆层的第一过滤膜和第二过滤膜进行降碱处理，然后再接种着生藻类；经过降碱处理后的过滤膜更适于着生藻类的附着生长。

25、进一步地，所述仿生水草由改性碳纤维制备得到；所述改性碳纤维由碳素纤维经co2活化处理后得到。改性碳纤维材料比普通碳素纤维材料的比表面积大且表面富含对微生物具有亲和性的化学基团，本发明在尼龙网上悬挂这类改性碳纤维仿生水草，可更好地吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮态的污染物，并为各类微生物的生长、繁殖提供良好的着生、附着条件，在水中有助于形成具有很强净化功能的动态着生藻类过滤膜。

26、进一步地，上述降碱处理具体为：利用水对待降碱处理的多孔生态混凝土块或过滤膜进行冲洗或浸泡，或，通过喷洒草酸或硫酸亚铁的方式，将ph降至10以下，但仍呈弱碱性。

27、进一步地，用于接种着生藻类的着生藻类接种池的配制具体为：使用霍格兰试剂和钙盐配置培养基，投放2cm的小段刚毛藻，投放量为0.5-1g/l，然后使用增氧泵对培养基进行通气处理，通气量在15-50ml/min，对刚毛藻进行扩繁培养7-14天。

28、进一步地，所述固定桩包括但不限于木桩、钢管桩等。

29、进一步地，所述第一拦污网与第二拦污网均为聚乙烯网，网目为200-300目。

30、进一步地，当着生藻类过滤膜系统内的着生藻类生长过量或进入衰亡期时，定期捞取收割富余的刚毛藻藻体，并换上新鲜的刚毛藻藻体，通过将吸附饱和的刚毛藻藻体从水体中移出以去除氮磷污染物，高效净化富营养化水体。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果：

32、1.本发明提供了一种用于水体净化的着生藻类过滤膜系统，包括渗滤堰、第一过滤膜、第二过滤膜、第一拦污网以及第二拦污网，该系统通过第一拦污网作为第一道防线，拦截富营养化水体中的悬浮颗粒、鱼类以及水生植物等进入着生藻类过滤膜系统，避免引起渗滤堰的堵塞；然后利用第一过滤膜、渗滤堰及第二过滤膜表面接种生长的着生藻类的光合作用，提高着生藻类附近的ph值，从而诱导水中钙磷沉积，并吸附有机物，从而达到降低水体中有机污染物以及氮磷的目的；同时通过设置的第二拦污网防止着生藻类逃逸流入外界水体中引发过量增殖，方便定期打捞收割。

33、2.本发明将上述着生藻类过滤膜系统用于湖泊富营养化水体的修复治理，在工程建设完成一个月后，过滤膜上的着生藻类的鲜重可达0.902g/10cm2、干重可达0.263g/10cm2，且航拍结果显示构建的着生藻类过滤膜系统内的着生藻类的覆盖率可达75.84％，通过水质检测结果显示：该着生藻类过滤膜系统可高效去除系统内侧的总磷、氨氮、总氮以及cod，具有明显的拦污水体净化的效果。