未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒及制备方法与流程

1.本发明涉及污水处理，具体地指一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒及制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的高速发展，大量污水排入城市湖泊水体，导致水体富营养化日益严重。目前富营养化水体的生态修复主要以种植水生植物为主，水生植物不仅能吸收湖泊中的营养物质，还能为各类生物提供栖息地。沉水植物是湖泊中重要的初级生产者，是水环境生态修复工程领域中的关键环节，湖泊水体生态修复工程是否成功直接取决于沉水植物的构建。而种植的沉水植物在种植后的一个月内根系是否顺利扎根和生长则是沉水植物重建成功的重要标志。因此面对未清淤及微污染环境水体，一直以来研究的重点都是如何提高沉水植物的成活率以及生长速度。
3.在未清淤及微污染环境水体下，目前实际工程应用中为了提高沉水植物的存活率的方法主要有两种。一种是首先对湖泊及河道底质进行改良，将底质改良剂(强氧化剂、锁磷剂等)直接铺撒在湖泊及缓流河道底部表层，提高底质含氧量或稳定底部营养物质后，再在铺撒区域种植沉水植物进行覆盖，例如专利cn202010045062。另一种则是将沉水植物、植物促生菌剂、配重材料等物质包裹起来制成单个种植装置，直接投入湖泊中，例如专利cn201510412786，cn202010066356。以上方法都存在一定的缺点和局限，直接投撒底质改良剂对底质虽然有一定的改良效果，但这些化学药剂会影响植物的正常生长，并且治理效果受水温影响较大，用量需要不断调整。而直接投加普通的矿物材料(蛭石、膨润土等)到湖底，虽然矿物材料中含有沉水植物生长的微量元素，但这些微量元素释放到水体的时间较为漫长，往往在沉水植物种植后最需要其营养元素的时候而未释放，进而影响沉水植物的生长。而直接投加种植装置，其成本较高，装置中植物促生菌剂在没有适宜的环境条件下其增长速率较慢或停滞生长，从而影响了植物的成活率，并且植物促生菌剂在装置投入湖底后，由于没有稳定剂的保护，微生物在水体的流失量较大。因此，如何将矿物材料和微生物菌剂高效联合起来促进沉水植物的生长一直是研究的难题。
4.目前针对不同种类的促生菌生长所需的特定营养元素的基质改性研究还较少。因此，需要开发出一种对环境友好的促生生态颗粒的及制备方法，解决在未清淤及微污染环境水体环境下，种植沉水植物存活难，生长慢的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是要解决上述背景技术中的不足，提供一种对环境友好的促生生态颗粒的及制备方法。
6.本发明的技术方案为：一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，包括按质量份数计的以下组分：
7.改性基质材料30～70份、
8.植物复合促生菌20～30份、
9.稳定剂10～15份，
10.所述植物复合促生菌为地衣芽孢杆菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌中的一种或多种；
11.所述的稳定剂为海藻酸钠、环糊精中的一种或多种；
12.所述改性基质材料由包括以下步骤的方法处理得到：
13.a、将基质原材料放入负载溶液中浸泡，所述基质原材料为麦饭石、煤渣、火山岩中的一种或多种，所述负载溶液为kcl溶液、cacl2溶液、nacl溶液、mgcl2溶液中的一种，浸泡过程中调节负载溶液ph值始终保持11～12，浸泡完毕滤去上清液，得到沉淀物；
14.b、将沉淀物在70～80℃条件下陈化，得到陈化物；
15.c、将陈化物用去离子水清洗至出水为中性，滤去上清液并烘干，得到改性基质材料。
16.优选的，步骤a中，所述kcl溶液、cacl2溶液、nacl溶液、mgcl2溶液浓度均为2～4mol/l。
17.优选的，步骤a中，浸泡过程中通过25％naoh溶液调节负载溶液ph值。
18.优选的，步骤a中，浸泡时间为10～12h。
19.优选的，步骤b中，陈化时间为10～12h。
20.优选的，所述植物复合促生菌由地衣芽孢杆菌、固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比2:1:1混合得到，或由地衣芽孢杆菌、固氮菌按质量比2:1混合得到，或由固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比1:1混合得到。
21.优选的，所述的地衣芽孢杆菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌和假单胞菌均为粉剂，菌的细胞密度范围为20～40亿/g。
22.以上方案中，负载溶液用量为将基质原材料全部浸没即可。基质原材料的粒径3～5mm。未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的粒径5～8mm。
23.本发明还提供一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的制备方法，包括以下步骤：
24.(1)、将改性基质材料表面湿润后与植物复合促生菌在搅拌机中混匀，得到混合物；
25.(2)、将稳定剂与水按质量比1:100～200混合成粘合剂，将混合物与粘合剂加入造粒机造粒，烘干后得到直径5～8mm的沉水植物促生颗粒。
26.优选的，步骤(2)中，烘干为在70～80℃下烘8～12h。
27.本发明还提供一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的应用，应用于未清淤及微污染环境水体下沉水植物根系促生生长。
28.优选的，包括以下步骤：
29.在水深≤2.5米、水体透明度≤0.5米、底泥总氮≤3.5g/kg、总磷≤1.4g/kg的湖泊中，将水位降低至0.5～1m，然后将沉水植物促生颗粒撒入湖泊底部，投撒量为1～5kg/m2；基质投撒1～2天后，将沉水植物幼苗种植到投撒区域，种植密度为30～70株/m2。
30.本发明的有益效果如下：
31.1.本发明的沉水植物促生颗粒中的植物复合促生菌可以促进植物根系快速生长，
并在底泥扎根稳定，改性基质材料含负载元素(k、na、ca、mg)不但能提高微生物的生长速率，也能为沉水植物提供微量元素，让沉水植物快速发根并且生长迅速，提高沉水植物的存活率。
32.2.本发明的沉水植物促生颗粒中的稳定剂可以固定植物复合促生菌，减少附着在改性基质中微生物的流失，并且在基质投入水体后，也能使微生物快速恢复代谢。
33.3.本发明的改性基质材料为对生态环境友好的天然材料麦饭石、煤渣、火山岩进行改性得到，可提高基质所含有微生物和沉水植物所需的微量元素含量，从而加速植物促生菌的生长和繁殖，进一步促进植物在湖泊底部稳定和生长，从而解决在未清淤及微污染环境水体环境下，种植沉水植物存活难，生长慢的问题。
34.4.本发明的沉水植物促生颗粒在未清淤及微污染环境水体，水深≤2.5米，水体透明度≤0.5米，底泥总氮≤3.5g/kg，总磷≤1.4g/kg的范围下植物根系促生生长应用效果显著，科学合理，针对性强，简单易行。
附图说明
35.图1为浸出液试验结果示意图
36.图2为细菌生长试验结果示意图
37.图3为植株叶片生长状况结果示意图
38.图4为植株根长生长量结果示意图
39.图5为叶片过氧化氢酶(cat)活性结果示意图
40.图6为根系活力结果示意图
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中所用的药品未经特别说明均为市售产品，所用方法未经特别说明均为本领域常规方法。
42.实施例1
43.本实施例提供一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，包括按质量份数计的以下组分：
44.改性基质材料60份、植物复合促生菌25份、稳定剂15份。植物复合促生菌为地衣芽孢杆菌、固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比2:1:1混合得到，稳定剂为海藻酸钠。
45.改性基质材料的制备方法为：
46.a、取洗净的改性基质原材料(粒径3～5mm的麦饭石)200g放入2l烧杯中，将负载溶液(2mol/l的mgcl2溶液)加入烧杯使基质原材料浸泡于负载溶液中，持续加入25％naoh溶液调节ph值恒定于11，浸泡10h，滤去上清液，得到沉淀物；
47.b、将沉淀物在80℃条件下陈化10h，得到陈化物；
48.c、将陈化物用去离子水清洗至出水为中性，滤去上清液并烘干，得到改性基质材料。
49.利用改性基质材料、植物复合促生菌、稳定剂制备沉水植物促生颗粒的方法为：
50.(1)、将改性基质材料表面湿润后与植物复合促生菌在搅拌机中混匀，得到混合物；
51.(2)、将稳定剂与水按质量比1:100混合成粘合剂，将混合物与粘合剂加入造粒机造粒，烘干(80℃下烘12h)后得到直径5～8mm颗粒，检验合格无崩裂后(颗粒外观干燥，粒径大小均匀、无吸潮、结块、潮解等现象)，即清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒。
52.实施例2
53.本实施例提供一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，包括按质量份数计的以下组分：
54.改性基质材料70份、植物复合促生菌20份、稳定剂10份。植物复合促生菌为地衣芽孢杆菌、固氮菌按质量比2：1混合得到，稳定剂为海藻酸钠。
55.改性基质材料的制备方法为：
56.a、取洗净的改性基质原材料(粒径3～5mm的火山岩)200g放入2l烧杯中，将负载溶液(2mol/l的cacl2溶液)加入烧杯使基质原材料浸泡于负载溶液中，持续加入25％naoh溶液调节ph值恒定于11，浸泡10h，滤去上清液，得到沉淀物；
57.b、将沉淀物在80℃条件下陈化10h，得到陈化物；
58.c、将陈化物用去离子水清洗至出水为中性，滤去上清液并烘干，得到改性基质材料。
59.利用改性基质材料、植物复合促生菌、稳定剂制备沉水植物促生颗粒的方法为：
60.(1)、将改性基质材料表面湿润后与植物复合促生菌在搅拌机中混匀，得到混合物；
61.(2)、将稳定剂与水按质量比1:150混合成粘合剂，将混合物与粘合剂加入造粒机造粒，烘干(80℃下烘8h)后得到直径5～8mm颗粒，检验合格无崩裂后即清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒。
62.实施例3
63.本实施例提供一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，包括按质量份数计的以下组分：
64.改性基质材料65份、植物复合促生菌25份、稳定剂10份。植物复合促生菌为固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比1:1混合得到，稳定剂为环糊精。
65.改性基质材料的制备方法为：
66.a、取洗净的改性基质原材料(粒径3～5mm的火山岩)200g放入2l烧杯中，将负载溶液(2mol/l的kcl溶液)加入烧杯使基质原材料浸泡于负载溶液中，持续加入25％naoh溶液调节ph值恒定于11，浸泡10h，滤去上清液，得到沉淀物；
67.b、将沉淀物在80℃条件下陈化10h，得到陈化物；
68.c、将陈化物用去离子水清洗至出水为中性，滤去上清液并烘干，得到改性基质材料。
69.利用改性基质材料、植物复合促生菌、稳定剂制备沉水植物促生颗粒的方法为：
70.(1)、将改性基质材料表面湿润后与植物复合促生菌在搅拌机中混匀，得到混合物；
71.(2)、将稳定剂与水按质量比1:200混合成粘合剂，将混合物与粘合剂加入造粒机
造粒，烘干(70℃下烘11h)后得到直径5-8mm颗粒，检验合格无崩裂后即清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒。
72.性能测试
73.一、浸出液试验
74.以未改性麦饭石颗粒作为对比例1，将实施例1的所得沉水植物促生颗粒与对比例1在以下试验条件下进行浸出液试验。
75.试验条件：分别将10g对比例和实施例1放入2l烧杯，加入200ml超纯水，每隔1、3、6、9h收集上清液，检测上清液中mg2+含量。
76.试验结果：由图1可以看出，沉水植物促生颗粒随着浸泡时间的增加，改性基质中mg2+逐步释放，最高达到78mg/l，对比例最高仅为3.2mg/l，本发明并且明显高于未改性组。
77.二、细菌生长试验
78.以浸出液试验中对比例1的浸出液，实施例1的沉水植物促生颗粒的浸出液，以及空白对照液(无菌蒸馏水)，在以下试验条件下进行细菌生长试验。
79.试验条件：使用微量吸管吸取100μl细菌培养液，加入到装有lb培养液的试管中，将分光光度计波长定为600nm，每隔2h读出培养液的od值并作纪录。
80.试验结果：由图2可以看出，沉水植物促生颗粒后期浸出液对菌群生长的促进作用效果显著，od600高达1.57，未改性组麦饭石浸出液和空白对照分别为1.32、1.1，明显高于未改性组麦饭石浸出液和空白对照。
81.三、实际应用
82.将实施例1的沉水植物促生颗粒在湖泊中进行应用，其步骤为：
83.1)在湖北省武汉市金银湖某修复区(该修复区水深≤2.5米，水体透明度≤0.5米，底泥总氮≤3.5g/kg，总磷≤1.4g/kg)，首先将水位降低至0.5～1m，然后将沉水植物促生颗粒撒入湖泊底部，投撒量为1kg/m2；
84.2)基质投撒1～2天后，将沉水植物苦草幼苗种植到投撒区域，种植密度为30～70株/m2。进行定期监测及维护，种植完成后，第10、20、30天监测1次，此后每月监测1次。监测指标为：沉水植物生长情况、酶活性、生物量等。针对现场监测情况及时清除打捞腐烂残枝和死亡或漂浮的植株。
85.将以上应用步骤中不投撒生态颗粒为对照例1；将以上应用步骤中生态颗粒改为未改性麦饭石颗粒为对照例2。苦草生长状况如下表1所示。
86.表1苦草生长状况
[0087][0088]
实施例以及对照例1-2的植株叶片生长量、根长生长量、过氧化氢酶(cat)活性、根系活力如图3-6所示，可以看出，本发明的沉水植物促生生态颗粒对苦草根系的促生及生长
效果显著，同时由于采用了基质元素改性技术，促生有效期显著延长。实施例1与对照例1和2相比，苦草的生长及生理状态更好，叶片长，根系活力大，根系发达，无死亡植株，在促生生态颗粒作用下，沉水植物在种植30天后，生态颗粒促进了植物的根生长达90％以上，根系活力是不做任何处理组的2倍以上。因此本发明促生生态颗粒对沉水植物具有显著的促生保活的优势。

技术特征：
1.一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，包括按质量份数计的以下组分：改性基质材料30～70份、植物复合促生菌20～30份、稳定剂10～15份，所述植物复合促生菌为地衣芽孢杆菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌中的一种或多种；所述的稳定剂为海藻酸钠、环糊精中的一种或多种；所述改性基质材料由包括以下步骤的方法处理得到：a、将基质原材料放入负载溶液中浸泡，所述基质原材料为麦饭石、煤渣、火山岩中的一种或多种，所述负载溶液为kcl溶液、cacl2溶液、nacl溶液、mgcl2溶液中的一种，浸泡过程中调节负载溶液ph值始终保持11～12，浸泡完毕滤去上清液，得到沉淀物；b、将沉淀物在70～80℃条件下陈化，得到陈化物；c、将陈化物用去离子水清洗至出水为中性，滤去上清液并烘干，得到改性基质材料。2.如权利要求1所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，步骤a中，所述kcl溶液、cacl2溶液、nacl溶液、mgcl2溶液浓度均为2～4mol/l。3.如权利要求1所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，步骤a中，浸泡过程中通过25％naoh溶液调节负载溶液ph值。4.如权利要求1所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，步骤a中，浸泡时间为10～12h。5.如权利要求1所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，步骤b中，陈化时间为10～12h。6.如权利要求1所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒，其特征在于，所述植物复合促生菌由地衣芽孢杆菌、固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比2:1:1混合得到，或由地衣芽孢杆菌、固氮菌按质量比2:1混合得到，或由固氮菌和枯草芽孢杆菌按质量比1:1混合得到。7.如权利要求1～6中任一所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将改性基质材料表面湿润后与植物复合促生菌在搅拌机中混匀，得到混合物；(2)、将稳定剂与水按质量比1:100～200混合成粘合剂，将混合物与粘合剂加入造粒机造粒，烘干后得到直径5～8mm的沉水植物促生颗粒。8.如权利要求7所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干为在70～80℃下烘8～12h。9.如权利要求1～6中任一所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的应用，其特征在于，应用于未清淤及微污染环境水体下沉水植物根系促生生长。10.如权利要求9所述的未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒的应用，其特征在于，包括以下步骤：在水深≤2.5米、水体透明度≤0.5米、底泥总氮≤3.5g/kg、总磷≤1.4g/kg的湖泊中，将水位降低至0.5～1m，然后将沉水植物促生颗粒撒入湖泊底部，投撒量为1～5kg/m2；基质
投撒1～2天后，将沉水植物幼苗种植到投撒区域，种植密度为30～70株/m2。

技术总结
本发明公开了一种未清淤及微污染环境水体下沉水植物促生颗粒及制备方法，沉水植物促生颗粒包括按质量份数计的以下组分：改性基质材料30～70份、植物复合促生菌20～30份、稳定剂10～15份，所述植物复合促生菌为地衣芽孢杆菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌中的一种或多种；所述的稳定剂为海藻酸钠、环糊精中的一种或多种；所述改性基质材料由基质原材料放入负载溶液中浸泡、陈化、洗涤、烘干得到。本发明经特定元素改性后的基质不但能快速提高微生物的生长速率，也能为沉水植物提供微量元素，让沉水植物快速发根并且生长迅速，提高沉水植物的存活率。物的存活率。物的存活率。


技术研发人员：陈文峰 徐扬帆 李世汨 冯立辉 夏新星 黄胜 张洋 王龙涛 盛又聪
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/20