[发明专利]由生物质炭源制备的生态浮床及其基质和制备方法

说明书

本发明公开了一种由生物质炭源制备的生态浮床及其基质和制备方法。本发明对传统的生态浮床基质进行改良。使用聚丙烯与聚丙烯酰胺对生物质炭进行改性处理。本发明基质总体强度和耐久性比较优异，挂膜情况较好，挂膜速率较高，在实际应用中，本生物质基质既能作为碳源缓释的原料，又能作为浮床基质上微生物挂膜的载体。挂载该基质的生态浮床对于低碳氮比水体有着较佳的处理效果。本发明既解决了生物质废弃物的难处理问题，又能利用其良好的生物亲和性能对低碳氮比河水进行处理，是对当前生态浮床基质的一种改良。

技术领域

本发明涉及生态浮床及农业面源污染领域，尤其涉及农业废弃物秸秆的后续利用作为生态浮床基质来处理河流污水的方法。

背景技术

由于长期城市化与工业化，目前我国超过60％的河流、湖泊和湿地生态系统的结构和功能遭到了不同程度的破坏和影响，尽管开展许多河道治理和水体修复工程，水质恶化的趋势没有得到根本性的遏制，水体富营养化问题依然对居民的生产生活带来严重影响。生态浮床技术作为改善河道富营养化水体的有效方法之一，利用植物和微生物的协同作用下去除水体氮、磷、有机物等污染物，从而达到净化富营养化水体的目的。生态浮床具有运行简便、造价低廉、充分利用水体营养物和景观美化等优点。传统生态浮床技术是通过植物根系附着的生物膜新陈代谢、植物同化吸收和水体充氧等过程达到削减水中的氮、磷及有机物等的目的。以泡沫板、竹排等可浮于水面材料作为植物生长依托物而组建成生态浮床。植物是生态浮床的关键部分，它不仅决定着水质净化效果，而且是水面造景实施体。传统生态浮床存在的不足包括：①植物根系悬浮在水体中无法从底泥中获取足够的微量元素而影响其生长效果；或悬浮的根系容易被水体中草食类动物吞噬；②低温下植物枯萎后整个生态浮床系统无任何净化效果，更有甚者会产生二次污染；③仅利用植物根系上少量的生物膜和植物同化作用以致浮床净化效果相对低下。④生物量有限、对氮磷等营养物去除难以进一步提高。因为传统的生态浮床仅通过植物根系和植物同化吸收作用来实现污染物的去除，而植物根系微生物和植物同化污染物的量又十分有限。如何提高生态浮床的净化效果和植物生长特性是提高生态浮床净化效果的急需解决的问题之一。

将人工合成载体或无机载体作为基质补充到生态浮床系统中，有助于强化生态浮床系统的生物多样性和生物量，也有利于提高浮床系统的净化效率。周小红通过对生态浮床场强测定发现，组合式生态浮床的生物量和生态辐射场强要明显高的多。范洁群等人在生态浮床系统中加入沸石填料，使得生态浮床对氮素污染物的去除率提高到一定程度。但是以这些载体作为浮床基质具有不易于生物降解的性质(微生物惰性材料)，对改善水体的缺碳现状没有帮助(富营养化水体表现为低C/N比水体)，而且微生物惰性材料不利于生物挂膜和生物量的富集。因此研究和开发一些新型的适合于富营养化水体(低C/N比水体)修复的材料对生态浮床的开发和研制具有十分重要的价值。

综上可知，目前对于生态浮床的处理效率没有很好的改善措施，生态浮床基质材料的选择也多使用传统的海绵、椰子纤维、聚乙烯泡沫、陶粒等载体，其亲水性和生物亲和性较差，很难满足在河流生态浮床长期运行期间的挂膜和微生物生长的条件。因此，如何结合农业生产体系物质循环特征，开发生态浮床新型的生物质基质，保证其亲水性和生物亲和性的优势，并克服生物质载体的不耐久性缺陷，达到以废治废，这是对生态浮床技术处理低碳氮比河流水体的关键。本专利中，选用以农业废弃物制备的生物质炭为核心原料充当基质的生态浮床，不仅实现了农业废弃物的资源化利用，同时也大大促进了水体的生态修复与景观美化。以美人蕉等景观水生植物为浮床植物，以该生物质基质为浮床载体基质作为实验的研究对象，探究在静态实验中不同基质的植物生态浮床净化污染水体的效果和特性，为新型生态浮床的构建和新型基质材料的开发提供有益参考。

发明内容