專利名稱：一種生物物理協(xié)同去除河湖水相氮磷的反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬資源環(huán)境技術們領域，涉及專用于富集去除河湖水相氮磷的裝置, 特別是其中的填料和植物系統(tǒng)。
背*技術
在有關河湖水相的氮磷凈化技術方面，根據(jù)其原理可分為物理法、化學法 和生物/生態(tài)法三大類。其中，代表性技術主要包括物理法的底泥疏浚、機械除
藻和生態(tài)調水等；化學法的絮凝沉淀和化學除藻等；生物/生態(tài)法的微生物強化 凈化和植物凈化等。然而，國內外多年研究與應用結果表明，安全有效的直接 去除河湖水相氮磷技術，主要為植物技術。其中，最具代表性的技術是水生植 物技術和生態(tài)浮床技術。這二種技術的共同特點是植物能直接吸收水相中的氮 磷，并可通過收獲植物體的方式，將脫離水相的氮磷徹底搬離水相，達到去除 水相氮磷的目的。但是，這二種技術因存在生物學特性或設計和材料選擇方面 的缺陷，因此在實際應用中受到較多的條件限制。其中，水生植物技術中目前 應用較多的鳳眼蓮(學名曰chharnia crassipes，別名水葫蘆)和喜旱蓮子 草(學名Atlernanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.，另'J名水花生)，由于其 經濟價值相對較低，加上容易過度繁殖及因含水率過高造成收獲和處理其產品 不易，往往任其自生自滅，以致成為新的公害(如我國的滇池和氣溫較高地區(qū) 的河道)，而且在污染特別嚴重的水相中水生植物一般難以存活，在一般性的富 營養(yǎng)化水相中則因營養(yǎng)鹽濃度難以滿足其生長所需而難以正常生長，因此實際 應用受到較大限制；生態(tài)浮床技術雖然能克服上述水生植物存在的主要生物學特性缺陷，然而該技術一是因采用的浮床材料為白色的聚苯乙烯發(fā)泡材料，在 植物生育初期易對人造成視覺污染，且材料的回收也存在較大難度，二是在種 植植物后，浮床上沒有可直接與空氣交換的空間，從而影響了水相的自然復氧 和微生物活性，三是與水生植物同樣在一般性的富營養(yǎng)化水相中因營養(yǎng)鹽濃度 難以滿足其生長所需而生物量積累受到限制，從而影響其對氮磷的去除效果， 因此在實際應用時同樣受到 一定限制。


圖l是本發(fā)明的總體結構示意圖。 圖中
l-植物定植系統(tǒng) 2-浮力系統(tǒng) 3-鏤空式薄層支架 4-填料系統(tǒng)

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能直接富集去除河湖水相中氮磷的反應器。針對 的是無論何種形式的河湖水相污染，其絕大部分水相中的氮磷含量必然較高， 亦即因氮磷含量過高對水質造成的影響，已成為河湖水污染的主要因子之一這 一現(xiàn)狀而設計的，其優(yōu)點在于一是能克服同類技術的缺陷，二是能較大幅度地 提高對氮磷的去除效率，三是能廣泛應用于不同污染程度的河湖水體，四是能 為微生物的大量增殖以加速水相中有機污染物的分解提供生境條件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣設計的
一種生物物理協(xié)同去除河湖水相氮磷的反應器，它由可供植物種植和填料 設置并具有浮力調節(jié)能力的鏤空式薄層支架、浮力系統(tǒng)、植物定植系統(tǒng)、填料 系統(tǒng)等四個基本單元組成，其特征在于上述單元由物理材料和高等植物組成,其中
鏤空式薄層支架由聚丙烯或聚乙烯塑料材料制成； 浮力系統(tǒng)由彈簧鋼和聚丙烯等塑料材料制成； 植物定植系統(tǒng)由聚苯乙烯泡沫材料和水生或陸生高等植物組成； 填料系統(tǒng)由沸石、石灰石組成和聚丙烯或聚乙烯塑料材料組成。 本發(fā)明依據(jù)的反應原理利用填料對水相氮磷的吸附和離子交換等作用， 富集水相氮磷至填料系統(tǒng)，植物在直接吸收水相中大量氮磷的同時，通過發(fā)達 的分枝根吸收填料所富集的氮磷。由于植物對填料氮磷的有效吸收利用，可促 進填料的自然解吸過程，為填料的自然再生創(chuàng)造條件，延緩填料的效果周期， 最終通過收獲反應器內植物體的形式將氮磷移出河湖水相系統(tǒng)，達到凈化水質 的目的。
本發(fā)明主要單元的鏤空式薄層支架，雖然結構復雜，但經巧妙設計并開模 生產出的產品極易安裝，支架內在設有可置放其它單元的同時，還有足夠的水 面空間，有利于水相的自然復氧；植物種植技術的原理與現(xiàn)有的生態(tài)浮床技術 相同，均為無土水培技術，但其中的大口徑和小口徑植物種植孔的植物種植方 法將同樣發(fā)生根本性改變，采用的是預制式植物種植法，可克服以往植物收獲 時根系收獲困難等問題；填料的脫氮除磷作用原理雖然與人工濕地相同，但填 料與植物的結合方式與人工濕地有較大程度的差異。在人工濕地中，填料既是 吸附去除氮磷的主要介質，同時又是植物的種植基質，因此，植物根系很難從 填料中脫離，易造成因物理堵塞而影響填料的效果周期，而本發(fā)明的反應器中， 植物的種植不以填料為基質，填料主要作為富集氮磷的"容器"起到為植物儲備和 輸送氮磷的作用，植物則通過分枝根直接吸收利用填料所富集的氮磷，或通過 根系吸收利用填料經自然硝化等生物化學過程后進入根際周邊水中的氮磷，即填料與植物根系在空間上是不重疊的，因而預期總體去除氮磷效果及填料的效 果周期將優(yōu)于人工濕地。同時，由于反應器使用時所處環(huán)境為流動的水相，水 流的自然沖刷，可以避免根系殘體等有機物的積累而導致填料物理堵塞的現(xiàn)象。 本發(fā)明的反應器內植物與填料的有機結合，能極大地改善植物生長所需養(yǎng)分的 供給條件，不但能克服生態(tài)浮床在水相氮磷濃度相對較低河湖應用時植物難以 正常生長的問題，且能充分發(fā)揮植物對氮磷的超積累功能，以最大限度地去除 水相中氮磷提供了條件保障。
具體實施例方式
本發(fā)明所提供的生物物理協(xié)同去除河湖水相氮磷反應器由四個基本單元組 成，圖1是本發(fā)明的較佳實例案。如圖所示，本發(fā)明反應器包括鏤空式薄層支
架1、浮力系統(tǒng)2、植物定植系統(tǒng)3、填料系統(tǒng)4。其中，鏤空式薄層支架1由 聚丙烯或聚乙烯塑料材料組成，開模制成一個整體，并在相關位置預留了安裝 其它三個單元的相關孔栓，支架基本厚度為3cm(具體可視需要而異)，其中的 大口徑和中口徑植物定植孔、浮力調節(jié)孔和連接栓厚度為5cm(具體可枧需要 而異)，本單元是本發(fā)明的基本骨架，其作用主要是為其它單元的安裝、固定提 供支撐；浮力系統(tǒng)2由彈簧鋼和聚丙烯等塑料組成，同樣開模制成二個獨立小 單元，包括保證反應器漂浮于水面的浮球和用于固定浮球的彈簧夾，其中浮球 為圓柱型，直徑為10cm，高度為25cm (具體可視需要而異)，本單元是調節(jié) 本發(fā)明反應器在水中立體方位的主要保障；植物定植系統(tǒng)3由聚苯乙烯泡沫材 料和水生或陸生高等植物組成，具體包括植物種植筐、基質和植物三個小單元， 其中的植物種植筐為圓型，開模生產，基質則采用規(guī)格化裁剪，植物采用常規(guī) 化培育；本單元是本發(fā)明反應器中的核心所在；填料系統(tǒng)4由沸石、石灰石組 合填料和聚丙烯或聚乙烯塑料材料組成，沸石與石灰石經改性處理后按一定方式搭配填充于塑料器具中，聚丙烯或聚乙烯塑料器具起到固定填料的作用。本 單元是本發(fā)明反應器的輔助部分，起到富集、吸附及降解氮磷等作用。
權利要求
1、一種生物物理協(xié)同去除河湖水相氮磷的反應器，它由鏤空式薄層支架、浮力系統(tǒng)、植物定植系統(tǒng)、填料系統(tǒng)等四個基本單元組成，其特征在于上述單元由物理材料和高等植物組成，其中；鏤空式薄層支架和浮力系統(tǒng)由塑料材料組成；植物定植系統(tǒng)由塑料材料和水生或陸生高等植物組成；填料系統(tǒng)由塑料材料和礦石組成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的反應器的鏤空式薄層支架，其基本結構由鏤空式基礎支架、調 節(jié)浮力的圓柱狀浮球置放孔、植物定植孔、懸掛填料的吊栓和用于單元支架連接的雌雄栓組 成，基本材料為聚丙烯或聚乙烯塑料，每個支架單元設有l(wèi)個大口徑、4個中口徑和12個小 口徑的植物種植孔，4個浮球孔，4個懸掛填料的吊栓，4組用于支架連接的凹凸栓。特征在 于該支架可直接在風浪較小的河湖水面隨意設置，個體之間可根據(jù)需要采用積木式隨意組 拼，支架基本厚度為3cm，其中的大口徑和中口徑植物定植孔、浮球孔和連接栓厚度為5cm， 支架顏色可根據(jù)需要隨意選擇。
3、 按照權利要求1所述的反應器的浮力系統(tǒng)，其基本結構由彈簧夾和圓柱狀的浮球組成， 基本材料為彈簧鋼和和聚丙烯等塑料材料。特征在于該系統(tǒng)可直接置放于支架上的浮球孔 中，其浮力可根據(jù)需要采用不同容積規(guī)格的浮力球進行調節(jié)， 一般每個浮球單元為1-3升范 圍。
4、 按照權利要求1所述的反應器的植物定植系統(tǒng)，其中的大口徑和中口徑植物定植孔基 本結構由固定植物筐、基質和水生或陸生高等植物組成，小口徑植物定植孔基本結構由基質 和水生或陸生高等植物組成，基本材料均為聚丙烯或聚苯乙烯塑料和水生或陸生高等植物， 特征在于該系統(tǒng)直接置于支架浮床系統(tǒng)中的植物定植孔中，植物可隨意種植和置換，大口 徑、中口徑和小口徑的植物定植孔直徑分別為10-15 cm、 4-8 cm和l-3cm。
5、 按照權利要求1所述的反應器的填料系統(tǒng)，其基本結構方式一為粒狀的沸石+石灰石 及其盛放袋或筐和繩索組成，方式二為塊狀的沸石+石灰石(加工而成)和繩索組成，基本材 料為沸石、石灰石和聚丙烯或聚乙烯塑料材料。特征在于該系統(tǒng)直接掛吊在支架浮床系統(tǒng) 中植物定植孔外沿的吊栓上，每個填料單元的重量可根據(jù)需要進行隨意調節(jié)， 一般為1-4公 斤范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及專用于富集去除河湖水相中氮磷的反應器。它由鏤空式薄層支架、浮力系統(tǒng)、植物定植系統(tǒng)、填料系統(tǒng)等四個基本單元組成，上述單元由物理材料和高等植物組(制)成，其中鏤空式薄層支架由聚丙烯或聚乙烯塑料材料制成；浮力系統(tǒng)由彈簧鋼和聚丙烯等塑料材料制成；植物定植系統(tǒng)由聚苯乙烯泡沫材料和水生或陸生高等植物組成；填料系統(tǒng)由沸石、石灰石組成和聚丙烯或聚乙烯塑料材料組成。本發(fā)明針對的是無論何種形式的河湖水相污染，其絕大部分水相中的氮磷含量必然較高這一現(xiàn)狀而設計。其優(yōu)點是能克服同類技術的缺陷并提高對氮磷的去除效率，可應用于不同污染程度的河湖水體，能為微生物的大量增殖以加速水相中有機污染物的分解提供生境條件。
文檔編號C02F101/30GK101289261SQ200710039689
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權日2007年4月20日
發(fā)明者付子軾, 劉福興, 宋祥甫, 琦 潘, 范潔群, 鄒國燕 申請人:上海市農業(yè)科學院