一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物浮岛，公开了一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，包括生物浮岛单元（1），生物浮岛单元（1）包括植被层（2）、基质层（3）、浮力基盘（4）和重锤（5），基质层（3）盛放在浮力基盘（4）内，植被层（2）覆盖在基质层（3）表面，根系扎入到基质层（3）中，浮力基盘（4）承载着基质层（3）和植被层（2）漂浮在水体表面，重锤（5）沉没在水体内，重锤（5）和浮力基盘（4）底部柔性相连，重锤（5）表面卡嵌有微生物填料颗粒（6）。本发明结构简单，成本低廉，运用微生物与陆生植物的协同作用处理污染水域，水体净化效率、净化时间、设置面积等指标均优于传统的生物浮岛。
【专利说明】一种陆生植物和微生物结合的生物淳岛
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生物浮岛，尤其涉及了一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛。
【背景技术】
[0002] 随着工农业的快速发展，多数河流、湖泊以及水库的水质逐渐恶化，呈现富营养化 状态，导致藻类大量繁殖，产生恶臭，影响河流在饮用、灌溉和养殖方面发挥应有的作用，阻 碍国民经济的发展，而且降低周围空气质量、影响河道景观，降低人们的生活质量。
[0003] 水体的富营养化主要是由于水体中氮、磷元素过量引起的。氮、磷元素主要来自生 活污水、工业废水以及农田排水。由于目前无法将所有污水进行集中处理，因此，很难杜绝 氮、磷元素进入水体，所以常采用一些水体净化技术，对水体进行原位修复，减少氮、磷元素 含量，降低水体富营养化程度。目前，对水体的直接净化技术主要是曝气增氧技术、人工湿 地技术、植物修复带技术以及生物膜技术。但是上述技术普遍存在处理效率低、灵活性差等 缺点，无法大规模推广应用。在此基础上，出现了生态浮岛技术，具有灵活性高，处理效果好 等优点。但是，现有的生物浮岛技术抗冲击力差，采用水生植物吸收能力有限，对氮磷元素 的去除率低，因此，需要设置占水域面积20%以上的浮岛才能达到一定的净化效果，导致前 期投入和后期维护成本都很高。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术中在水体富营养化治理方面的不足，提供了一种抗冲击能力 强，对氮磷元素的去除率高，前期投入和后期维护成本都很低的陆生植物和微生物结合的 生物浮岛。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
[0006] -种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，包括一个或若干个生物浮岛单元，生物 浮岛单元包括植被层、基质层、浮力基盘和重锤，基质层盛放在浮力基盘内，植被层覆盖在 基质层表面，植被层的根系扎入基质层中，基质层包括质量分数为5%?10%的珍珠岩，质 量分数为2%?10%的陶粒，质量分数为3%?15%的河沙，质量分数为2%?10%的腐熟 棉子壳，质量分数为5%?20%的腐熟牛粪和余量的园土，浮力基盘承托基质层和植被层 漂浮在水体表面，重锤沉没在水体内，重锤和浮力基盘底部柔性相连，重锤表面设有微槽， 微槽内卡嵌有微生物填料颗粒。浮力基盘承托基质层和植被层漂浮在水体表面，植被层覆 盖在基质表面，根系扎入基质层中，基质层为植物生长提供养分，根系抓牢基质层，植物生 长于近似陆生土壤环境中，植被层吸收力强，能迅速将水域中的磷元素、氮元素等富集到植 物体内，植物生长旺盛；同时，由于基质层中含有一定量的珍珠岩、陶粒和河沙，基质层空隙 率较大，植物的根部能接触到空气，避免陆生植物在生物浮岛环境中烂根；此外，基质层包 含腐熟棉籽壳和腐熟牛粪，含有大量微生物，能够分解大分子有机物供给植物吸收，植物长 势更好。重锤沉没在水体内，采用钢索或绳索等与浮力基盘底部柔性相连，一方面，重锤对 浮力基盘起到牵拉的作用，能确保浮力基盘的位置相对固定；另一方面，由于重锤表面的微 槽内卡嵌有微生物填料颗粒，重锤沉没在水体内，微生物填料颗粒与水体内部或水底区域 内的淤泥接触，微生物填料颗粒分散到水底，能采用微生物降解水体有机质，有助于加快水 质净化。
[0007] 作为优选，浮力基盘包括天然橡胶围成的外壁和与外壁形状相适应的多孔托盘， 外壁表面设有卡扣。天然橡胶围成的浮力基盘外壁能为浮力基盘提供浮力，同时，天然橡 胶外壁具有一定的柔性，相邻的浮力基盘发生碰撞后，天然橡胶外壁能起到一定的缓冲作 用，因此，能确保浮力基盘在大风、暴雨等恶劣天气条件下不受损害，延长使用时间。浮力 基盘还包括与外壁形状相适应的多孔托盘，多孔托盘底部分布有细小的孔洞，一方面，待治 理的水域的水和有机质能通过孔洞进入到浮力基盘上的基质层，为植被层生长提供水分； 另一方面，植被层根系能透过孔洞，根系能大量吸收待净化水域中的营养物质，植株生长更 好，效率更高。卡扣的设置能方便生物浮岛单元相互连接，能增强生物浮岛的抗风浪抗冲击 能力，生物浮岛单元牢固耐用。
[0008] 作为优选，外壁为废旧轮胎。外壁为采用天然橡胶的废旧轮胎，缩减了设备成本， 有效利用废旧轮胎，属于废旧物资的循环利用，避免了传统的焚烧处理导致的大气污染；此 夕卜，天然橡胶废旧轮胎的主要成分是天然橡胶，是植物高分子材料，相比于传统的生物浮岛 采用的塑料或发泡材料，天然橡胶轮胎与基质层和植被层的亲和性更好，植物长势更好。
[0009] 作为优选，生物浮岛单元面积为0. lm2?2m2。生物浮岛单元面积较传统浮岛单元 面积小，比表面积大，浮力大，能承载较厚的基质层，为植被层提供近似于陆生土壤环境，植 物的物质密度和吸收能力显著提高，水域净化效果也高于传统的生物浮岛。
[0010] 作为优选，微生物填料颗粒包括质量分数为0. 1 %?1 %的芽孢杆菌干粉、质量分 数为0. 01?1 %的反硝化细菌干粉和余量的活性炭。微生物填料颗粒即采用活性炭吸附 芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉。芽孢杆菌为蜡状芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆 菌，反硝化细菌为Paracoccus pantotrophus ATCC35512。芽孢杆菌通过厌氧呼吸或兼性 厌氧呼吸，将水体内或水底淤泥中的有机质分解为植物易于吸收的养分；反硝化细菌还原 富营养化水体中的亚硝酸盐，使之生成无害的氮气，消耗富营养水体中的氮元素，抑制藻 类的过度繁殖，净化水体，提高水体透明度。同时，由于在富营养化的水体中，溶解氧浓度很 低，兼性好氧菌和好氧菌呼吸作用速率低，植物根系输送多余的氧气到水中，能促进好氧菌 转入良性状态，因此，植物和微生物协同作用，互相促进，形成良性循环，极大的缩短了治理 时间，治理效率高。
[0011] 作为优选，植被层植物为陆生植物，为月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花中的 一种或多种。陆生植物较水生植物的物质密度和吸收能力都要高很多，而开花期长，花朵数 量多的陆生植物对磷元素的需求旺盛，更适宜用于富营养化水体的吸附治理。
[0012] 本发明由于采用陆生植物和微生物相结合的生物浮岛，采用浮力基盘为陆生植物 营造近似于陆地土壤的生长环境，具有吸附力高的优点；浮力基盘底部与重锤柔性相连，重 锤对浮力基盘起到牵拉定位的作用；同时在重锤表面的微槽内卡嵌有微生物填料颗粒，重 锤沉没在水体内，微生物填料颗粒与水体内部或水底区域内的淤泥接触，微生物填料颗粒 分散到水底，运用微生物与植物的协同作用，消耗富营养化水体中的氮元素和磷元素，水体 净化效率高，缩短净化时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的结构示意图。
[0014] 附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1 一生物浮岛单元、2-植被层、3-基 质层、4 一浮力基盘、5-重银、6-微生物填料颗粒、7-外壁、8-多孔托盘、9 一卡扣、10-微 槽。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
[0016] 实施例1
[0017] 一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，如图1所示，包括生物浮岛单元1，每个 生物浮岛单元1面积为0. lm2。生物浮岛单元1包括植被层2、基质层3、浮力基盘4和重锤 5,基质层3盛放在浮力基盘4内，植被层2覆盖在基质层3表面，根系扎入到基质层3中， 浮力基盘4承载着基质层3和植被层2漂浮在水体表面，重锤5沉没在水体内，重锤5和浮 力基盘4底部柔性相连，重锤5表面设有微槽10,微槽10内卡嵌有微生物填料颗粒6。
[0018] 基质层3包括质量分数为5 %的珍珠岩，质量分数为2 %的陶粒，质量分数为3 %的 河沙，质量分数为2%的腐熟棉子壳，质量分数为5%的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填 料颗粒6包括质量分数为0. 1 %的芽孢杆菌干粉、质量分数为0. 01 %的反硝化细菌干粉和 余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌干粉为等质 量混合的蜡状芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，芽孢杆菌干粉为芽孢杆菌经过发 酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得。反硝化细菌干粉为反硝化细菌 经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得。植被层2植物为陆生植 物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。
[0019] 浮力基盘4包括多孔托盘8和围绕在多孔托盘8外周的天然橡胶外壁7。外壁7 为废旧轮胎。外壁7表面设有卡扣9,两个浮岛单元1通过卡扣9固定在一起。
[0020] 生物浮岛单元1组合成水面景观，一方面，起到装饰作用，另一方面吸收富营养化 水体中的氮元素和磷元素，有效降低水体总氮、总磷，提高水体透明度，消除水体异味。浮力 基盘4的外壁7为废旧轮胎，一方面回收利用废物，避免了焚烧废旧轮胎带来的大气污染和 减少环境污染；另一方面，废旧轮胎外壁7具有抗冲击、牢固耐用的优点；同时，由于轮胎 的主要成分是天然橡胶，是植物高分子材料，与塑料和发泡材料相比，与基质层3和植被层 2具有更好的相容性。
[0021] 实施例2
[0022] -种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，如图1所示，包括一个生物浮岛单元1， 生物浮岛单元1面积为0. 7m2。生物浮岛单元1包括植被层2、基质层3、浮力基盘4和重锤 5,基质层3盛放在浮力基盘4内，植被层2覆盖在基质层3表面，根系扎入到基质层3中， 浮力基盘4承载着基质层3和植被层2漂浮在水体表面，重锤5沉没在水体内，重锤5和浮 力基盘4底部柔性相连，重锤5表面附着有微生物填料颗粒6。
[0023] 基质层3包括质量分数为10%的珍珠岩，质量分数为10%的陶粒，质量分数为 15 %的河沙，质量分数为10 %的腐熟棉子壳，质量分数为20 %的腐熟牛粪和余量的园土。 微生物填料颗粒6包括质量分数为1 %的芽孢杆菌干粉、质量分数为0. 1 %的反硝化细菌干 粉和余量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为蜡状 芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得蜡 状芽孢杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥 获得反硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊 花。
[0024] 浮力基盘4包括多孔托盘8和围绕在多孔托盘8外周的天然橡胶外壁7。外壁7 表面设有卡扣9。
[0025] 实施例3
[0026] 实施例3与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为0. 4m2。
[0027] 基质层3包括质量分数为8%的珍珠岩，质量分数为8%的陶粒，质量分数为10% 的河沙，质量分数为6%的腐熟棉子壳，质量分数为15%的腐熟牛粪和余量的园土。微生物 填料颗粒6包括质量分数为0. 5%的芽孢杆菌干粉、质量分数为1 %的反硝化细菌干粉和余 量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为地衣芽孢杆 菌，地衣芽孢杆菌经过发酵后，经12000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得地衣芽 孢杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得 反硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。
[0028] 实施例4
[0029] 实施例4与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为lm2。
[0030] 基质层3包括质量分数为7 %的珍珠岩，质量分数为5 %的陶粒，质量分数为5 %的 河沙，质量分数为7%的腐熟棉子壳，质量分数为10%的腐熟牛粪和余量的园土。微生物填 料颗粒6包括质量分数为0. 3%的芽孢杆菌干粉、质量分数为0. 3%的反硝化细菌干粉和余 量的活性炭，芽孢杆菌干粉和反硝化细菌干粉吸附在活性炭表面。芽孢杆菌为枯草芽孢杆 菌，枯草芽孢杆菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得枯草芽孢 杆菌干粉。反硝化细菌经过发酵后，经8000转/分离心后获得的菌泥，经冷冻干燥获得反 硝化细菌干粉。植被层2植物为陆生植物，包括月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花。
[0031] 实施例5
[0032] 实施例5与实施例1相同，不同之处在于生物浮岛单元1面积为2m2。
[0033] 实施例6
[0034] 2013年3月，在污染程度相近的富营养化水域，分别设置实施例1、实施例2、实施 例3和实施例4的陆生植物和微生物结合的生物浮岛。其中，面积100m 2的富营养水域1， 设置5个实施例1中的生物浮岛；面积30m2的富营养水域2,设置1个实施例2中的生物 浮岛单元；面积50m 2的富营养水域3,设置2个实施例3中的生物浮岛单元；面积50m2的富 营养水域4,设置1个实施例4中的生物浮岛单元；面积50m 2的富营养水域5,设置5个面 积分别为3m2传统生物浮岛。
[0035] 分别在设置后当天和第设置后第10天取样测定水域C0D、总氮和总磷指标，测试 结果如表1所示。
[0036] 表1陆生植物与微生物相结合的生物浮岛的处理效果表
[0037]
【权利要求】
1. 一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于,包括至少一个生物浮岛单元 (1)，生物浮岛单元（1)包括植被层（2)、基质层（3)、浮力基盘（4)和重锤（5)，基质层（3)盛 放在浮力基盘（4)内，植被层（2)覆盖在基质层（3)表面，植被层（2)的根系扎入到基质层 (3)中，基质层（3)包括质量分数为5%?10%的珍珠岩，质量分数为2%?10%的陶粒，质 量分数为3%?15%的河沙，质量分数为2%?10%的腐熟棉子壳，质量分数为5%?20%的 腐熟牛粪和余量的园土，浮力基盘（4)承托基质层（3)和植被层（2)漂浮在水体表面，重锤 (5)沉没在水体内，重锤（5)和浮力基盘（4)底部柔性相连，重锤（5)表面设有微槽（10)，微 槽（10)内卡嵌有微生物填料颗粒（6)。
2. 根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，浮力 基盘（4)包括天然橡胶围成的外壁（7)和与外壁（7)形状相适应的多孔托盘（8)，外壁（7) 表面设有卡扣（9)，外壁（7)为废旧轮胎。
3. 根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，生物 浮岛单元（1)面积为0. lm2?2m2。
4. 根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，微生 物填料颗粒（6)包括质量分数为0. 1%?1%的芽孢杆菌干粉、质量分数为0. 01?1%的反 硝化细菌干粉和余量的活性炭。
5. 根据权利要求1所述的一种陆生植物和微生物结合的生物浮岛，其特征在于，植被 层植物为陆生植物，为月季、长春花、八宝景天、凌霜花、菊花中的一种或多种。
【文档编号】C02F3/32GK104150599SQ201410178773
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】刘海琳, 王振宇, 陈利, 庄洁琰, 张世新 申请人:杭州蓝天园林生态科技股份有限公司