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一種利用生物膜網片對重富營養水體凈化的模擬方法.pdf

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一種 利用 生物膜 營養 水體 凈化 模擬 方法
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摘要
申請專利號:

CN201510228522.1

申請日:

2015.05.07

公開號:

CN104897866A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G01N 33/18申請公布日:20150909|||實質審查的生效IPC(主分類):G01N 33/18申請日:20150507|||公開
IPC分類號: G01N33/18; C02F3/00 主分類號: G01N33/18
申請人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
發明人: 李寬意; 黃曉峰; 寧曉雨; 谷嬌; 朱小龍
地址: 210008江蘇省南京市玄武區北京東路73號
優先權:
專利代理機構: 江蘇致邦律師事務所32230 代理人: 徐蓓
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510228522.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.12|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種利用生物膜網片對重富營養水體凈化的模擬方法,該模擬方法包括水體準備、網片布設、生態模擬和數據采集。其中網片的布設為將網片卷曲成螺旋式螺旋,螺旋面之間互不擋光,布設于每個桶中,其下部插入沉積物中2-3cm,保證網片固定在沉積物中;網片的規格為40*600cm,孔徑大小為2.5mm;網片選用聚乙烯網片或尼龍網或玻璃纖維網。本發明實現了對生物膜網片對富營養水體凈化的精確模擬,獲得了利用生物膜網片對富營養水體凈化的方法,本方法具有安全、成本低等特點。

權利要求書

權利要求書
1.  一種利用生物膜網片對重富營養水體凈化的模擬方法,其特征在于,所述的模擬方法包括水體準備、網片布設、生態模擬和數據采集。

2.  根據權利要求1所述的模擬方法,其特征在于,所述的模擬方法具體為:
(1)水體的準備:備上、下底直徑分別為80、90 cm,高70 cm的白色聚乙烯塑料桶4只,桶內裝入沉積物,厚度為5cm;所述的沉積物來自太湖;取太湖湖水加滿每一個塑料桶,所述的太湖水取經過60目不銹鋼圓形篩網過濾;
(2)生物膜網片的布設:將網片卷曲成螺旋式螺旋,螺旋面之間互不擋光,布設于每個桶中,所述的網片下部插入沉積物中2-3 cm,保證網片固定在沉積物中;
(3)生態模擬和數據采集:模擬實驗共25天,實驗期間每天向桶內添加營養鹽,氮鹽為硝酸鉀,磷鹽為磷酸二氫鉀,添加量為太湖外源營養鹽負荷(磷為5μg·L-1·d-1,氮為130 μg·L-1·d-1)的兩倍;每次采樣后用軟毛刷輕刷桶壁,去除桶壁上的附著生物;實驗期間桶內水溫變化范圍為29-31℃。

3.  根據權利要求2所述的模擬方法,其特征在于,所述的步驟(2)還包括:布設6條與網片具有同樣材質的網條,用鐵絲固定,使其保持垂直狀態;所述的網條與網片間隔放置,互不擋光,以采集附著生物。

4.  根據權利要求3所述的模擬方法,其特征在于,網片的規格為40*600 cm,孔徑大小為2.5 mm;所述的網條的規格是3*40 cm。

5.  根據權利要求4所述的模擬方法,其特征在于,所述步驟(2)中的網片為具有平面結構、孔徑為菱形的聚乙烯網片。

6.  如權利要求4所述的模擬方法,其特征在于,所述步驟(2)中的網片為具有編織結構,孔徑為正方形的尼龍網。

7.  如權利要求4所述的模擬方法,其特征在于,所述的步驟(2)中的網片為玻璃纖維網片。

說明書

說明書一種利用生物膜網片對重富營養水體凈化的模擬方法
技術領域
本發明涉及環保新技術領域,具體涉及一種利用生物膜網片對重富營養水體凈化的模擬方法。
背景技術
由營養鹽(主要是氮、磷)的過度輸入而引起的水體富營養化是世界上最廣泛關注的水環境問題之一。我國的滇池、太湖和巢湖等很多重要的大型湖泊也都面臨著富營養化產生的環境問題。營養鹽輸入的增加,導致浮游藻類的異常增加,底棲藻類(或沉水植物)減少,生物多樣性降低,生態系統的結構與功能嚴重退化,也大大降低了水體生態系統的服務價值。
為了修復富營養化湖泊水體,根據淺水湖泊的多穩態理論,重建水生植被、優化湖泊生態系統結構、改善水生生態系統功能是修復湖泊富營養水體的有效措施之一。在廣東惠州西湖,由于采取了恢復沉水植物等生態修復措施,昔日混濁的水體現在已經清澈見底、水草茂盛,從以浮游藻類為主的混水系統成功轉變為以沉水植被為主的清水系統,且系統穩定長達三年之久。同樣,在太湖、巢湖、滇池等富營養化湖泊也進行了這方面的嘗試,一些大型湖泊的局部水域已初步建立了以水生植物為主的清水系統,但系統常常不穩定,重建的沉水植物往往容易死亡。這啟示人們可以利用仿生原理,在需要治理的富營養化水域放置類似于水生植物的人工介質,增加其附著藻類的數量,可以有效降低水柱中的營養鹽負荷。
附著藻類在湖泊生態系統的營養鹽循環中具有重要的作用。一方面附著藻類通過吸收水體中的營養流從而使營養流向底部沉積物轉移,降低底部沉積物水界面平流傳輸營養流量,攔截水生植物及其殘體中擴散的營養。另一方面,附著藻類光合作用制造生化反應條件便于氮、磷沉降,阻止底部沉積物擴散的營養,同時為水體中微粒和微生物提供停留場所進一步代謝來循環營養流。2004 年,J?bgen 等報道了利用人工附著基構建附著生物群落、去除富營養水體營養鹽的技術研究。他們發現利用聚丙烯材料作為人工附著基,附著生物發展迅速,附著生物葉綠素可達100mg/m2,隨著人工附著基從水體的移出,大量的氮、磷等營養鹽被帶出水體,從而削減了水體營養鹽含量。類似的研究在國內剛剛起步。
附著基的材質對附著藻類的生長以及水質凈化效果有極大影響。選擇附著基時,應優先選擇對藻類無毒害作用、吸附能力強、穩定性好、吸附負載大的載體。附著基材料應具備操作簡單、成本低廉、可以反復使用等特點。污水處理中常用的附著基材料主要是軟性填料、半軟性填料以及波紋板等,如纖維素薄膜和高分子聚合物泡沫等。在自然水體中,國內常用的附著基材料為網片,如聚乙烯網、尼龍網以及玻璃纖維網等,選擇水質凈化能力強、強耐用性、價格低廉的網片材料并采用適當的布設方法乃當務之急。
發明內容
本發明目的是提供一種利用生物膜網片對重富營養水體的凈化模擬方法,所述的模擬方法包括水體準備、網片布設、生態模擬和數據采集。
進一步的,所述的模擬方法具體為:
(1)水體的準備:備上、下底直徑分別為80、90 cm,高70 cm的白色聚乙烯塑料桶4只,桶內裝入沉積物,厚度為5cm;所述的沉積物來自太湖;取太湖湖水加滿每一個塑料桶,所述的太湖水取經過60目不銹鋼圓形篩網過濾;
(2)生物膜網片的布設:將網片卷曲成螺旋式螺旋,螺旋面之間互不擋光,布設于每個桶中,所述的網片下部插入沉積物中2-3 cm,保證網片固定在沉積物中;
(3)生態模擬和數據采集:實驗共25天,實驗期間每天向桶內添加營養鹽,氮鹽為硝酸鉀,磷鹽為磷酸二氫鉀,添加量為太湖外源營養鹽負荷(磷為5μg·L-1·d-1,氮為130 μg·L-1·d-1)的兩倍;每次采樣后用軟毛刷輕刷桶壁,去除桶壁上的附著生物。實驗期間桶內水溫變化范圍為29-31℃。
進一步的,所述的步驟(2)還包括:布設6條與網片具有同樣材質的網條,用鐵絲固定,使其保持垂直狀態;所述的網條與網片間隔放置,互不擋光,以采集附著生物。
進一步的,所述的網片的規格為40*600 cm,孔徑大小為2.5 mm;所述的網條的規格是3*40 cm。
進一步的,所述步驟(2)中的網片為具有平面結構、孔徑為菱形的聚乙烯網片。
進一步的,所述步驟(2)中的網片為具有編織結構,孔徑為正方形的尼龍網。
進一步的,所述的步驟(2)中的網片為玻璃纖維網片。
本發明實現了對生物膜網片對富營養水體凈化的精確模擬,獲得了一種利用生物膜片的選擇和布設達到修復富營養化水體的方法,本方法具有安全、成本低等特點。
附圖說明
圖1生物膜網片的布設示意圖。
圖2 附著生物生物量(平均值±標準誤)。
圖3 附著生物生物量的增長率(平均值±標準誤)。
圖4水體葉綠素a濃度的變化(平均值±標準誤)。
圖5水體中TN的變化(平均值±標準誤)。
圖6水體中TP的變化(平均值±標準誤)。
具體實施方式
實施例1本發明生物膜網片(聚乙烯網組)對重富營養水體的凈化模擬方法
本發明的生物膜網片對重富營養水體的凈化模擬方法,具體包括如下步驟:
(1)水體的準備:備上、下底直徑分別為80、90 cm,高70 cm的白色聚乙烯塑料桶4只,桶內沉積物來自太湖,厚度為5cm,取經過60目不銹鋼圓形篩網過濾的太湖湖水,加滿每一個實驗桶;
(2)網片的布設:采用孔徑為菱形,具有平面結構的聚乙烯網,將40*600 cm的聚乙烯網片(孔徑大小為2.5 mm)卷曲成螺旋式螺旋,螺旋面之間互不擋光,每個桶中布設,其下部插入沉積物中2-3 cm,保證網片固定在沉積物中。同時布設6條3*40 cm具有平面結構、孔徑為菱形的聚乙烯網條,用鐵絲固定,使其保持垂直狀態。網條與網片間隔放置,互不擋光,以采集附著生物(見圖1);
(3)生態模擬和數據采集:模擬實驗共25天,期間每天向桶內添加營養鹽,氮鹽為硝酸鉀,磷鹽為磷酸二氫鉀,添加量為太湖外源營養鹽負荷(磷為5μg·L-1·d-1,氮為130 μg·L-1·d-1)的兩倍;每次采樣后用軟毛刷輕刷桶壁,去除桶壁上的附著生物。實驗期間桶內水溫變化范圍為29-31℃。
同時設4組無網對照組。
實施2本發明生物膜網片(玻璃纖維網組)對重富營養水體的凈化模擬方法
本發明的具體步驟同實施例1,其中網片為玻璃纖維網,其他同實施例1。
實施例3本發明生物膜網片(尼龍網組)對重富營養水體的凈化模擬方法
本發明的具體步驟同實施例1,其中網片為有編織結構,孔徑為正方形的尼龍網片,其他同實施例1。
模擬結果表明,不同附著基附著生物生長差異顯著(p<0.01)(見圖2和圖3)。尼龍網附著生物的生物量顯著高于玻璃纖維網和聚乙烯網(p<0.01),玻璃纖維網和聚乙烯網附著生物生物量沒有顯著差異(p>0.05)。同時,三種附著基附著生物到達峰值的時間、峰值的大小以及增長率具有顯著差異。玻璃纖維網和聚乙烯網附著生物第20天到達峰值,生物量分別0.6472 mg/cm-2、1.4172 mg/cm-2,實驗結束時,聚乙烯網附著生物生物量為0.8393 mg/cm-2,但不能確定是否為峰值;玻璃纖維網附著生物增長率在第10天最高,為0.0714 mg/cm-2.d-1,尼龍網附著生物增長率在第 15天最高,為0.0942 mg/cm-2.d-1,聚乙烯網附著生物增長率在第20天最高,為0.0443 mg/cm-2.d-1。可見,不同材料和結構的附著基附著生物生長不同。
模擬結果表明附著基對水體中葉綠素a濃度有顯著影響(p<0.01)(見圖3)。實驗結束時,玻璃纖維網組、尼龍網組和聚乙烯網組葉綠素a濃度分別為7.8120 μg/l、10.4904μg/l和 22.9896μg/l,較之于對照組葉綠素a濃度(118.5800 μg/l)分別下降93.41%、91.15%和80.61%,三種附著基之間無顯著差異。由此可見,在水體中布設人工附著基可以降低水體葉綠素a的濃度。
模擬結果表明附著基顯著降低了水體中TN的濃度(p<0.01)(見圖4)。實驗結束時,玻璃纖維網組、尼龍網組和聚乙烯網組水體中的TN濃度分別為3.8010 mg/l、3.7526 mg/l和3.2494 mg/l,顯著低于對照組(4.7206 mg/l)(p<0.01),并且尼龍網組、聚乙烯網組水體中TN濃度明顯低于玻璃纖維網組(p<0.05),而尼龍網組與聚乙烯網組差異并不顯著。由此可見,不同材料的附著基對富營養水體中TN的去除效果不同。
模擬結果附著基顯著降低了水體中TP的濃度(p<0.01)(見圖5)。實驗結束時,玻璃纖維網組、尼龍網組和聚乙烯網組水體中的TP濃度分別為0.0614 mg/l、0.0581 mg/l和0.0542mg/l,顯著低于對照組(0.1628 mg/l)(p<0.01),并且聚乙烯網組水體中TP濃度明顯低于尼龍網組和玻璃纖維網組(p<0.05),而尼龍網組與玻璃纖維網組差異并不顯著。由此可見,不同材料和結構的附著基對富營養水體中TP的去除效果不同。
選擇附著基需要從附著基改善水體水質的效果、附著基的穩定性及價格綜合分析,從而遴選出合適的附著基。從改善水體水質效果來分析,三種附著基可以有效的抑制浮游植物的生長繁殖,三者之間沒有明顯差異,但聚乙烯網對營養鹽的去除效果明顯高于尼龍網和玻璃纖維網。從穩定性來分析,玻璃纖維網性脆,耐磨性較差;尼龍為編織結構,不牢固;聚乙烯冷固加工而成,形態牢固,性質穩定。從價格來分析,聚乙烯網價格更加經濟,容易獲取。所以聚乙烯網是一種比較理想、可以大規模實際應用的生物膜網片。
實施例4 湖泊富營養水體修復中的應用
在無錫長廣溪的河道生態修復示范工程中,示范工程面積2000平方米,2014年5月開始施工,6月份布設聚乙烯生物膜網片,8月份工程完成后,水體透明度從原來的30厘米改善到60厘米以上,水體清澈,水質良好。

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