[发明专利]曝气强化型湿地式稻草基质生态浮床装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于富营养化水体修复装置和应用领域，具体涉及一种曝气强化型湿地式稻草基质生态浮床装置及应用。

背景技术

由于人口剧增、工业化发展和城市化进程加快，一些流经城市的河流、城市周边的湖泊都呈现富营养化或超富营养化。资料显示，中国已经有超过66%和22%的江河湖库呈现出富营养化和超富营养化，目前并无好转趋势。这些水质恶化的不利后果：①生态破坏和退化；②饮用水和工业用水遭受严重挑战；③社会矛盾增多等。而且这些富营养化水体中氮素污染物主要形态是氨氮和硝态氮，其中氨氮是可以通过改善水体的富氧状态经过硝化过程转化为硝态氮。而硝态氮转化为氮气必须满足两个必要条件：①厌氧环境；②反硝化碳源。第②反硝化碳源是硝态氮反硝化的限制因素之一。为了防止水体的富营养化问题，20世纪80年代-90年代，我国就从点源和面源进行了污染治理和立法以及对富营养化水体底泥疏浚、种植大型水生植物等系统方法。

    水环境污染修复专家基于生态学、环境学等原理和成本考虑开发出许多原位和异位水环境污染修复和改善的方法、工艺。其中生态浮床是一种重要的类别，并得到大量的研究和工程应用。

值得注意的是，传统的生态浮床都利用大型水生植物同化作用和浸入水中并悬浮于水体中的根系、茎叶表面微生物膜的吸附、氧化分解作用达到脱氮等过程，但是仅利用大型水生植物的作用存在一定的缺限：①由于生物量有限导致脱氮过程较慢；②低温条件下适合生长且有一定脱氮效果能力的植物种类少；③氮素污染物被植物同化吸收后不迅速收割会造成二次污染；④悬浮于水体中的根系往往无法获得充足的微量元素使其生长状态不佳，影响同化效果；而且根系往往会被鱼类等破坏。经过近几十年的发展和应用，生态浮床都得到长足的发展和更新。对于生态浮床而言，东南大学李先宁教授利用生物链加环技术提高系统的稳定性，和增加系统中生物量，提高系统的净化修复效果，其做法是：将滤食性鱼类、贝类和人工合成填料引入生态浮床系统中而组建复合式生态浮床，在一定程度上强化生态浮床的脱氮效果。中山大学孙连鹏教授通过强化生物反硝化菌种（固定化技术）也在一定程度上强化了生态浮床的脱氮效果，为生态浮床的脱氮效果的强化提供了很好的支撑。但是也有一定的问题，目前各种技术都集中在如何提高生态浮床系统内的生物持有量以提高生态浮床的净化效果，虽然提高生物量在一定程度上可以提高生态浮床内“生态场”的强度及生态浮床的净化效果。但是不可否认的是，地表水体中的碳源缺乏也是生态浮床系统脱氮效果较差的主要原因之一。如果能从生物量的强化和碳源缺乏问题两方面解决对生态浮床脱氮系统的人工调控无疑是极其有价值的。

通过补充人工合成填料（组合式填料、弹性立体填料）以增加生态浮床中的生物持有量以提高生态浮床系统的脱氮效果其实也存在一定缺陷，因为地表水体中富营养化水体相对于生活污水、高浓度工业废水来说，其浓度仍然较低。人工合成填料由于其材质是人工合成，所以其生物亲和性和亲水性都较差，再加上是修复浓度较低的地表水体，所以人工合成填料修复富营养化水体时可能会存在生物膜形成困难，生物膜量较少等问题。选择一些容易在富营养化水体挂膜的填料对提高生态浮床的修复效果也是值得研究的。另外对于缺乏碳源而导致水体脱氮效果不佳的情况，补充碳源是提高水体脱氮的必由之路，但是增加一些液体碳源（如：甲醇、葡萄糖等）对于大面积富营养化湖库几乎工程化和应用化，不仅有二次污染的风险，而且补充量无法计算。基于近些年来“固相反硝化”技术而被广泛应用的固相碳源既可以作为碳源，同时又是固体界面因而也能作为生物载体。这些固相碳源表面能形成数量众多、种群复杂的反硝化微生物进行生物反硝化脱氮，与此同时，在自然筛选的条件这些固相碳源表面可以形成能够分解这些碳源的微生物，将这些复杂的碳源分解成生物反硝化脱氮过程需要的低分子简单有机物（电子供体），实现生物反硝化和生物载体双层作用。在这些固相碳源中天然纤维素物质因来源广、价格低廉、无二次污染被广泛采用。