[发明专利]一种复合人工生态浮岛及构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合人工生态浮岛及构建方法，属于水环境治理及生态修复领域。

背景技术

水体富营养化是当前世界水环境的普遍性问题。经济的快速增长给各种天然水体带来沉重的负荷，在外来物质和内源污染的综合作用下，水体中营养盐过剩，引起浮游植物过量繁殖，结果导致水质恶化。江河湖水富营养化实质上是生态系统退化问题，应该以生态的理念、思路、方法来探索治理水域污染的新途径。

人工生物浮岛技术是富营养化水体修复治理的一种生物手段。该技术是按照自然界自身规律，人工把高等水生植物或改良的陆生植物，以浮岛作为载体，种植到富营养化水体的水面，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质，从而达到净化水质的效果，并对水体中浮游植物的过量繁殖产生有效控制，同时又可营造水上景观。实践证明，在污染水体中种植一些耐污能力特别强，能在原位生态条件下正常生长，并容易收获的高等植物，会对水体起到很好的净化作用。

人工生物浮岛的一般构建原则有以下几点：①材质比重小，来源充足，绿色环保，防腐蚀，耐老化，可反复多次使用；②具有较好的强度，能抵抗较大风浪冲击；③采用柔性连接，使浮岛整体能随水体上下浮动；④拥有植物栽种孔穴，能满足植物长期生长种植密度。⑤具有可移动式运行，无动力、无维护，使用寿命长等特点；⑥为满足景观要求，可以将浮岛制成不同的形状。

20世纪七十年代，德国首先提出了“人工浮岛”的概念，随后日本开始应用以聚苯乙烯等制成的人工浮岛为鱼虾等提供产卵场所。随着水环境问题的日益突出，人们环保意识的逐渐增强，人工浮岛又被广泛的应用到水环境治理领域。20世纪八十年代，中科院南京湖泊与地理研究所、福建省农科院等单位，以聚苯乙烯发泡板作为浮载体，铺上泥后进行种植或以聚苯乙烯作为浮体主材料，铺以竹条、丙烯袋、塑料薄膜等构成浮体栽培床种植各种植物，为自然水域植物栽培作了有益的尝试。聚苯乙烯发泡板以其成本低廉、浮力强大、性能稳定等特性，受到人们的青睐。因此该载体得到非常广泛的应用，并取得了巨大的成效，目前在国内利用浮岛进行内陆水体治理和修复中占主导地位，但与此同时，也产生了令人担忧的“白色污染”问题。

到目前为止，构建人工生物浮岛的材料主要是有机高分子材料，如聚苯乙烯发泡板，丙烯袋，窗纱袋，球形填料等。众所周知，这些人工合成的有机高分子材料是自然界所不具有的，容易损坏，在一般条件下难以降解，难以回收利用，有二次污染风险。大量地使用这些材料，必然会造成严重的固废污染。这样一来，水污染转变成为固废污染，即所谓的“污染转移”，这种治理环境的方式是不经济的，也不符合环境可持续发展的要求。此外，当前采用无机材料制作浮岛的研究尚少见，虽然个别研究能够取得较好的效果，但是其制作方法、成本和使用维护方面还存在难以克服的弊端，至今未能形成大规模应用。因此，探索和研制新型基质的生态浮岛非常必要。

城市污泥是污水处理后的副产品，是一种由有机残片、细菌菌体、寄生虫卵、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。近年来，随着城市化进程的加快和污水处理率的逐年提高，我国城市污水处理厂污泥产生量急剧增加。在我国城市污泥排放量较大的城市中，北京、上海的日污泥排放量已分别达到3000、4500多吨。一个日处理污水50万立方米的污水处理厂，每天产生污泥250吨左右。一般城市污水处理厂每年排放干污泥大约30×10⁴吨，且以每年约10％的速度增长。此外，近年污水处理中还增加了脱磷除氮深度处理的要求，由此发展出不少污泥排放量更高的污水生物处理工艺。我国城市污水处理起步较晚，早期建设的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，往往忽略污泥处理，甚至为了节省运行费用将未做任何处理的污泥简单填埋、堆放，致使“污泥围城”现象开始出现，在大面积侵占土地资源的同时给生态环境带来极大的安全隐患。因此，探索城市污泥的无害化、减量化处理方法刻不容缓。

藻菌生物膜技术是一种污染水体原位净化技术，藻菌生物膜载体又称为“人工水草”。它通过在富营养化水体中铺设多孔高分子材料制成的人工载体，为藻类、细菌提供生长场所，使其在生长过程中吸收水体中氮、磷等营养物质，减轻甚至消除水体的富营养化污染。藻菌生物膜是一种高效共生系统，对污水的净化兼有藻、菌的协同作用。藻菌生物膜技术主要适用于受污染的湖泊、水库、河流等以及水质变劣的喷泉、鱼塘等天然水体水质的改善，尤其是适合于城内小型景观水体的水质改善工程。