CN107176686A - 一种耐盐植物生态浮床及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐盐植物生态浮床，包括浮床本体，在浮床本体上设置有培养基质和耐盐植物，所述耐盐植物栽种在培养基质中，所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩10‑25份、沸石10‑15份、改性硅藻土10‑15份、砂砾3‑5份、聚丙烯酰胺1‑5份、硫酸铝1‑5份，其中聚丙烯酰胺和硫酸铝混合后包埋于水凝胶中。发明得到的一种耐盐植物生态浮床，对废水中的氮、磷、重金属和有机污染物等有一定的净化作用，其中对废水中亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的去除效果极佳。

Description

一种耐盐植物生态浮床及其应用

技术领域

本发明涉及一种浮床，特别是一种耐盐植物生态浮床及其应用。

背景技术

随着中国海水养殖业的迅猛发展，沿海育苗场及养殖场废水排放量与日俱增，近海水域环境严重恶化，从而导致了近岸海域生态***失衡、赤潮频发、病害滋生。海水养殖废水对环境的影响，主要来源于营养物污染、代谢产物污染、药物污染、病原菌污染、残饵污染和底泥污染等，导致养殖水体及邻近水域富营养化或水质恶化。海水养殖废水与工业废水和生活污水相比，海水养殖废水具有两个明显的特点，即潜在污染物的含量低和水量大，由于海水的盐度效应和海水养殖废水污染结构的特殊性，增加了养殖废水的处理难度。海水养殖废水中的有机物主要为碳水化合物、蛋白质、脂肪等，可生化性好。

在中国对养殖废水的处理方法一般有三种。一是物理处理法，即沉淀、过滤和泡沫分离等技术，这些采用物理处理技术的设施具有造价和运行费用低等优点，缺点是只能去除水体中的悬浮物，不能去除溶解性污染物，特别是不能去除对鱼类等养殖对象有强毒性的氨氮。二是化学处理法，其中氧化技术较多应用于海水集约化养殖废水处理，由于臭氧具有氧化能力强，处理后水体中的溶解氧含量高，能快速分解水体中有机质和还原性无机质，杀灭水体中的病毒、细菌和微藻，无二次污染等优点，特别适合海水养殖废水中污染物特点和处理后的水质要求。但臭氧氧化技术的不足之处是处理成本较高，残留的臭氧对养殖对象产生一定的毒性作用。三是生物处理法，该技术利用耐盐植物和微生物的吸收、代谢作用去除水体中有机物和氨氮，与物化技术相比具有投资低、不易产生二次污染等优点，是处理溶解态污染物最经济有效的方式。海水养殖废水中的有机物主要为碳水化合物、蛋白质、脂肪等，可生化性好，特别适合采用生化处理技术。

生态浮床是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材料或吸附材料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态***，以削减水体中的污染负荷。特制的轻型生物载体按不同的设计要求，拼接、组合、搭建成所需要的面积或几何形状，放入受损水体中，将经过筛选、驯化后的吸收水中有机污染物功能较强的水生及耐盐植物，植入预制好的漂浮载体种植槽内，让植物在类似无土栽培的环境下生长，植物根系自然延伸并悬浮于水体中，吸附、吸收水中的氨氮、磷和有机污染物质，为水体中的鱼虾、昆虫和微生物提供生存和附着的条件，同时释放出抑制藻类生长的化合物。在植物、动物、昆虫以及微生物的共同作用下使环境水质得以净化，达到修复和重建水体生态***的目的。它一般由五个部分组成，即浮床框架、植物浮床、水下固定装置、水生植被和培养基质。框架可采用亲自然的材料如竹、木条、芦苇帘、藤条等，植物生长的浮体一般是由高分子轻质材料制成，质轻耐用，浮床上植物一般选择各类适宜的、嬉水且耐盐的陆生植物和湿生植物。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有物化技术的不足而提供一种提高净化效果的耐盐植物生态浮床及其应用。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种耐盐植物生态浮床，包括浮床本体，在浮床本体上设置有培养基质和耐盐植物，所述耐盐植物栽种在培养基质中，所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩10-25份、沸石10-15份、改性硅藻土10-15份、砂砾3-5份、聚丙烯酰胺1-5份、硫酸铝1-5份，其中聚丙烯酰胺和硫酸铝混合后包埋于水凝胶中。所述水凝胶是聚羟乙基丙烯酸甲酯。

所述耐盐植物为海马齿，海马齿不但能够有效净化水质，修复受损生境，还能为养殖生物提供栖息空间，改善景观，并可作为海水蔬菜食用，为海岛居民等提供新的蔬菜来源，具有良好的推广应用前景。

所述改性硅藻土中的各组分重量配比为硅藻土60份、柚子皮15份、活性炭5份、石墨烯10份、聚合氯化铁2份、硝酸铈3份、草酸5份。

所述改性硅藻土的制备方法是将柚子皮用蒸馏水洗净，切碎后在105℃下干燥24h，取出后研磨，过100目筛后取15份放入烧杯中，再加入活性炭5份，混合均匀后放入预先制备好的由草酸5份制成的2-3mol/L的草酸溶液中，然后依次放入硅藻土60份、石墨烯10份、聚合氯化铁2份、硝酸铈3份，经过搅拌混合，经24小时的常温反应后，送至烘箱中，在105℃中烘干后取出冷却，研磨至100目，得到改性硅藻土。

所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩20份、沸石10份、改性硅藻土10份、砂砾5份、聚丙烯酰胺1份、硫酸铝1份。

所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩15份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺3份、硫酸铝3份。

所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩25份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺5份、硫酸铝5份。

上述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中废水的净化。

尤其是，上述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的吸收。

培养基质中的火山岩的表面粗糙多孔，孔隙率大，对污水中的有机物具有较强的凝聚力，使得更多的有机物被吸附在微孔结构中。同时火山岩的吸附能力强，更能提高对于水体的净化效果。另外沸石和砂砾也具有微孔结构，也可以吸附污染物，从而提高水体的净化作用。

同时聚丙烯酰胺也具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，在与铝离子混合时，能够加强其絮凝能力，一定程度上增大被吸附物质的凝聚力，上述其中聚丙烯酰胺和硫酸铝混合后包埋于水凝胶中。因此可以保证聚丙烯酰胺和硫酸铝能够缓慢释放。其中水凝胶的释放机制主要是在水的润湿下，亲水性高分子材料逐渐膨胀，在表面形成稠厚的凝胶屏障，已溶解的药物缓慢通过凝胶层扩散出来。

另外硅藻土是一种硅质生物沉积岩，主要化学成份是SiO₂，并含有少量的Al₂O₃，P₂O₅，CaO、MgO等，是由硅藻的壁壳组成，壁壳上有多级、大量、有序排列的微孔，表面有大量羧基覆盖，因而显弱酸性，在催化领域被称为固体酸。硅藻土质轻、多孔、相对密度小，孔径分布范围大，孔隙率高，吸附能力强，能吸附自身重量的1.5～4倍的杂质。因此，凭借硅藻土独特的微孔结构，利用其吸附性能来处理废水不仅可以降低成本，而且还可以更有效地利用我国丰富的矿产资源。而本专利中，采用石墨烯和聚合氯化铁对硅藻土进行改性，使得改性后的硅藻土对于水体中的污染物的去除率大大提高。当石墨烯和聚合氯化铁分布于硅藻土的表面时，对污水中的有机物具有较强的凝聚力，使得更多的有机物被吸附在微孔结构中。同时硝酸铈的加入则提高了促进作用，提高了石墨烯和聚合氯化铁的活性。另外加入的柚子皮粉末，也是具有较强吸附能力的物质，硅藻土和柚子皮粉末两者相互配合，对污染物去除率有更大的增进作用，并且柚子皮粉末能够吸附污水中的有毒害的重金属离子。其中活性炭具有一定的除臭能力和吸附能力，对污水气味上具有一定改善作用。

本发明得到的一种耐盐植物生态浮床，结合海水养殖废水的特性，采用的培养基质中多属于多孔状无机材料，具有微孔发达、机械强度高、吸附性能好等特点，能高效吸附水体中的有机物和部分无机物，且具有较强的微生物亲和性，有利于微生物的生长、繁殖，提高微生物的挂膜效率，从而提高水体净化效果。该耐盐植物生态浮床对废水中的氮、磷、重金属和有机污染物等有一定的净化作用，其中对废水中亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的去除效果极佳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

本实施例提供的一种耐盐植物生态浮床，包括浮床本体，在浮床本体上设置有培养基质和耐盐植物，所述耐盐植物栽种在培养基质中，所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩20份、沸石10份、改性硅藻土10份、砂砾5份、聚丙烯酰胺1份、硫酸铝1份，其中聚丙烯酰胺和硫酸铝混合后包埋于水凝胶中。所述水凝胶是聚羟乙基丙烯酸甲酯。

所述改性硅藻土中的各组分重量配比为硅藻土60份、柚子皮15份、活性炭5份、石墨烯10份、聚合氯化铁2份、硝酸铈3份、草酸5份。

所述改性硅藻土的制备方法是将柚子皮用蒸馏水洗净，切碎后在105℃下干燥24h，取出后研磨，过100目筛后取15份放入烧杯中，再加入活性炭5份，混合均匀后放入预先制备好的由草酸5份制成的2-3mol/L的草酸溶液中，然后依次放入硅藻土60份、石墨烯10份、聚合氯化铁2份、硝酸铈3份，经过搅拌混合，经24小时的常温反应后，送至烘箱中，在105℃中烘干后取出冷却，研磨至100目，得到改性硅藻土。

上述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中废水的净化。

尤其是，上述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的吸收。

实验检测方法如下：将野外采集的海马齿，首先进行无土培养，然后移植到装有培养基质的浮床本体上，接着放入高密度的海水养殖废水的试验箱中，通过观察海马齿生长情况及检测水体中pH、亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD等指标随时间的变化规律，来分析海马齿对海水养殖废水的净化效果及海马齿的生长状况。

高密度海水养殖废水的pH为7.50、COD为150mg/L、氨氮为4.50mg/L、亚硝酸盐为5.3mg/L、总氮为11.5mg/L左右。采样地点为象山某生态养殖有限公司。

pH值检测用HACH便携式测定仪在现场进行测定，以避免水样因水质发生改变而带来的测定误差。

COD采用COD测定仪进行检测，其原理是水体中有机物在微生物降解的生物化学过程中，消耗水中溶解氧，用高锰酸钾法测定培养前后两者溶解氧含量之差，即为生化需氧量，以氧的含量（mg/L）计。

亚硝酸盐测定采用重氮-偶氮法测定，其原理是在酸性介质中亚硝酸盐与磺胺进行重氮化反应，其产物再与盐酸萘乙二胺偶合生成红色偶氮染料，于543 nm波长测定吸光值。本法适用于海水及河口水中亚硝酸盐氮的测定。

氨氮浓度采用海洋监测规范GB17378.4-2007中的次溴酸盐氧化法测定，适用于大洋和近岸海水及河口水中的氨氮的测定，其原理是在碱性介质中次溴酸盐将氨氧化为亚硝酸盐，然后以重氮-偶氮分光光度法测亚硝酸盐的总量，扣除原有亚硝酸盐的浓度，得到氨氮的浓度。

总氮采用海洋调查规范GB12763.4-2007中的过硫酸钾氧化法测定，其原理为海水样品在碱性和110℃～120℃条件下，用过硫酸钾氧化，有机氮化合物被转化为硝酸氮，同时水中的亚硝酸氮、铵态氮也定量地被氧化为硝酸氮，硝酸氮经还原为亚硝酸盐后与对氨基苯磺酰胺进行重氮化反应，反应物再与1-萘替乙二胺二盐酸盐作用，生成深红色偶氮染料，于543nm波长处进行分光光度测定。

本实施例得到的实验数据如下：pH为7，呈中性；亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的去除率分别为：98%、62%、78%和95%。

实施例2：

本实施例提供的一种耐盐植物生态浮床大致与实施例1相同，其主要区别点在于，本实施例中所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩15份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺3份、硫酸铝3份。

本实施例得到的实验数据如下：pH为7，呈中性；亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的去除率分别为：99%、64%、75%和93%。

实施例3：

本实施例提供的一种耐盐植物生态浮床大致与实施例1相同，其主要区别点在于，所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩25份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺5份、硫酸铝5份。

本实施例得到的实验数据如下：pH为7，呈中性；亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的去除率分别为：98%、68%、72%和92%。

Claims (8)

1.一种耐盐植物生态浮床，包括浮床本体，在浮床本体上设置有培养基质和耐盐植物，所述耐盐植物栽种在培养基质中，其特征是所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩10-25份、沸石10-15份、改性硅藻土10-15份、砂砾3-5份、聚丙烯酰胺1-5份、硫酸铝1-5份，其中聚丙烯酰胺和硫酸铝混合后包埋于水凝胶中。

2.根据权利要求1所述的一种耐盐植物生态浮床，其特征是所述改性硅藻土中的各组分重量配比为硅藻土60份、柚子皮15份、活性炭5份、石墨烯10份、聚合氯化铁2份、硝酸铈3份、草酸5份。

3.根据权利要求1所述的一种耐盐植物生态浮床，其特征是所述水凝胶是聚羟乙基丙烯酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的一种耐盐植物生态浮床，其特征是所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩20份、沸石10份、改性硅藻土10份、砂砾5份、聚丙烯酰胺1份、硫酸铝1份。

5.根据权利要求1所述的一种耐盐植物生态浮床，其特征是所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩15份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺3份、硫酸铝3份。

6.根据权利要求1所述的一种耐盐植物生态浮床，其特征是所述培养基质的各组分的重量配比为：火山岩25份、沸石15份、改性硅藻土15份、砂砾5份、聚丙烯酰胺5份、硫酸铝5份。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的耐盐植物生态浮床的应用，其特征是所述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中废水的净化。

8.一种如权利要求7所述的耐盐植物生态浮床的应用，其特征是所述耐盐植物生态浮床可应用于海水养殖中亚硝酸盐、氨氮、总氮、COD的吸收。