本發(fā)明涉及一種用于防治水體富營養(yǎng)化的，可在水面漂浮的顆粒。具體地說，涉及一種利用了農(nóng)林廢棄物能在水中能夠漂浮的特性，將它與固氮固磷材料通過無機膠凝材料粘接起來，使得固氮固磷材料能夠長期漂浮在水面，長期發(fā)揮防治富營養(yǎng)化作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的顆粒。
背景技術(shù)：
我國每年有大量的農(nóng)林廢棄物直接拋棄或在農(nóng)田焚燒，造成了巨大的浪費和環(huán)境污染。特別是我國每年大量的稻子、小麥、玉米和棉花收獲后，農(nóng)業(yè)耕種者常常就地將剩余的稻稈、麥稈、玉米桿和棉稈焚燒，給大中城市的空氣造成了巨大的污染，引起的霧霾問題越來越引起公眾的注意。既然這些農(nóng)林廢棄物帶來了巨大的環(huán)境問題，又沒有有效的辦法大量消耗，那能否變廢為寶，將農(nóng)林方面棄之不及的材料用于治理水體富營養(yǎng)化呢。本發(fā)明給出了有意義的答案。
本發(fā)明運用了農(nóng)林廢棄物一個顯著的特征——能在水中漂浮。將這個特征將農(nóng)林廢棄物運用于防治富營養(yǎng)化顆粒的制作。取得了創(chuàng)新性的成果，既減少了農(nóng)林廢棄物的丟棄和焚燒，又治理了水體的富營養(yǎng)化，一舉兩得，以廢治廢。
水體富營養(yǎng)化是指湖泊、河流、水庫或景觀水體中由于氮和磷含量過多而引起的水藻瘋狂生長，水體溶解氧迅速下降，造成浮游生物、植物、魚類衰亡甚至絕跡的污染現(xiàn)象。我國每年因水體富營養(yǎng)化造成了巨大的經(jīng)濟損失和生態(tài)災(zāi)難，太湖、巢湖和滇池都發(fā)生過因水體富營養(yǎng)化而引起的生態(tài)災(zāi)難，尤其是滇池的水體富營養(yǎng)化近十年來年年都發(fā)生，給周圍生產(chǎn)和生活的人們和周邊的生態(tài)帶來巨大的環(huán)境壓力。
目前，富營養(yǎng)化的防治技術(shù)分類可分為物理防治、化學(xué)防治和生物防治。
物理防治主要是指將水中藻類通過機械的方式打撈和過濾出來，使得水中暫時變清，然而水中氮磷還在，藻類還會瘋狂生長，難以標本兼治。近期有通過超聲、磁、電、聲、光將藻外壁破碎的物理方法報道，但是藻類破碎后會釋放藻毒素，帶來更大的生態(tài)災(zāi)難。
化學(xué)防治主要是通過投加化學(xué)藥劑將藻類直接殺死或者是沉淀藻類所必須的氮和磷來達到控制富營養(yǎng)化的目的。例如投加硫酸銅可是殺死藻類，但是銅離子屬于重金屬，在水體中殘留會造成水中其他生物體的傷害，為人畜飲用后會在身體內(nèi)有重金屬殘留，為公眾強烈反對。投加鋁系或鐵系絮凝劑能將水體中的氮磷沉淀，但是絮凝劑會最終沉入湖底，為淤泥包裹而失效，除磷除氮效率較低。
生物防治主要包括利用水葫蘆和生態(tài)浮床來吸收水體中的氮和磷，但是水生植物吸收氮和磷后生長迅速，體量太大，以某些地區(qū)至于打撈的水生植物向外車輛運輸?shù)乃俣冗€趕不上水生植物生長的速度，耗費了巨大的人力和汽油。當然，向外輸送水生植物帶動了人口就業(yè)，提高了汽油的消費，甚至帶動了一些水生植物機械擠壓除水的新興廠家和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也算是有利之處吧。
那么有沒有能夠直接將水中的磷類化合物和氮類化合物以難以溶解的沉淀固定在顆粒表面或者直接吸附在顆粒表面的材料呢，當然是有的，含有鋁離子、鐵離子或鈣離子的材料能和水中的多種含磷化合反應(yīng)，形成難溶固形物，巨大的表面積又能吸附氮類化合物。通常在實驗室中能取得較好的效果。但是它們投放在自然水體中防治水體富營養(yǎng)化的種種努力基本 難以成功。為什么會有這樣的結(jié)果，因為含有鋁離子、鐵離子或鈣離子的材料通常自身也比較重，一旦投加進水體后直接沉入水體被淤泥迅速包裹，基本難以發(fā)揮出應(yīng)有的效果。
說白了，就是這些材料比水重，沉下去后被淤泥包裹失效，不能漂浮，不能長期浮于水面，不能長期發(fā)揮作用。
本發(fā)明于是想到利用農(nóng)林廢棄物能在水中能夠漂浮的特性，將它與固氮固磷材料利用無機膠凝材料粘接起來，使得固氮固磷材料能夠長期漂浮在水面，長期發(fā)揮作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的顆粒。
發(fā)明人搜索了所有利用漂浮特性制作的防治富營養(yǎng)化材料，這些材料主要集中在兩大類，一類是生物浮床或自身能漂浮的水生植物，例如水葫蘆。這類材料利用的是植物活體，利用植物生長需要氮和磷的特性來固氮固磷，而發(fā)明人主要利用含有鋁離子、鐵離子、鈣離子的無機物來固氮固磷。其中的農(nóng)林廢棄物破碎顆粒只起浮子的作用，是死體。生態(tài)浮床和水生植物用的是活體。本發(fā)明用的是死物。一死一活的區(qū)別，可謂是一在平地一在天。請不要搜索時與其混淆。另外一類治理富營養(yǎng)化的漂浮材料，是直接將秸稈投入水中，這種方式固磷固氮效果非常差，遠遠趕不上含有鋁離子、鐵離子、鈣離子的無機材料。
農(nóng)林廢棄物有能在水中能夠漂浮的特性但不能有效固氮固磷降低富營養(yǎng)化，常用的固氮固磷材料能防治富營養(yǎng)化但無法漂浮，易沉入水體迅速被污泥包裹而失效。用無機膠凝材料將兩者粘合起來，能夠?qū)烧邇?yōu)點相統(tǒng)一。
所以說，純粹直接投加秸稈也不行，必須和相應(yīng)的固磷固氮材料相結(jié)合，才形成了有本發(fā)明特色的防治水體富營養(yǎng)化漂浮顆粒。為了更利于清晰地區(qū)別本發(fā)明與這兩類漂浮材料的區(qū)別，現(xiàn)將這兩類材料的特征和區(qū)別分類說明如下：
一類治理富營養(yǎng)化的漂浮材料主要采用的生物浮床，或者也叫做生物浮島，主要的原理是這樣的，水生植物的生長需要氮磷，利用在生物浮床上栽種生物吸收水中的氮磷，降低水體的富營養(yǎng)化，使得水藻生長減少，水體恢復(fù)健康。例如專利CN201520075511一種人工水草、專利CN201520074324一種生物水體凈化裝置、專利CN201110363084一種基于水體富營養(yǎng)化治理的漂浮植物的綜合利用方法、CN201410211345一種用于水體富營養(yǎng)化治理的生態(tài)吸附浮床、專利CN200410013019一種富營養(yǎng)化水體景觀生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建方法、CN201210038635一種自持式景觀修復(fù)生態(tài)浮島裝置、專利CN200620019748多功能草箔水上栽培浮床都是屬于生物浮床的范疇。生物浮床的特征是利用植物活體，本發(fā)明雖用了農(nóng)林廢棄物，但都是死體，死和活的區(qū)別簡直就是天上和地下明顯不同的區(qū)別。
生物浮床的這種方法看起來很美好，但是有一個不可避免的致命缺陷。來算一筆帳，水生植物由碳氫氧和少量的氮磷構(gòu)成，水生植物的干料由碳氫氧氮磷的比例大致為C106H263O110N16P，意味著水生植物每吸收1噸磷，就要有114.5噸的植物干料。水生植物一般含水率95％，干料占5％。那意味著每吸收1噸磷就要收獲2290噸的水生植物。這個重量是哪個生態(tài)浮床也承受不起的，也難怪人們?yōu)楹我煌５脑谒写驌凭蘖康乃J了。
和生物浮床區(qū)別一：本發(fā)明的特征在于運用了農(nóng)林廢棄物能夠漂浮的特性，而利用的農(nóng)林廢棄物都是死體，特征與生物浮床完全不同。應(yīng)予以注意。
和生物浮床區(qū)別二：本發(fā)明的顆粒固磷固氮的效率也比生物浮床要更有優(yōu)勢，一個鐵離子或一個鋁離子就能固定一個磷酸根離子形成FePO4或AlPO4，三個鈣離子也能固定兩個磷酸根離子形成Ca3(PO4)2。效率要比生物浮床要高得多。
另一類治理富營養(yǎng)化的漂浮材料是直接將農(nóng)林廢棄物扔入水中，專利CN201310158456一種利用秸稈控制淡水有害藻類過度繁殖的方法。專利CN201010227902一種用秸稈生產(chǎn)抑藻產(chǎn)品的方法、專利CN200710038641利用植物秸稈治理富營養(yǎng)化水體的方法都是屬于這一類。
和直接使用秸稈的區(qū)別非常明顯：他們直接投加的是秸稈，例如本發(fā)明用無機膠凝材料把秸稈和固磷固氮劑粘合起來，本發(fā)明有秸稈、膠凝材料、固磷固氮劑三種組分。另外，效 果也不同。
直接將秸稈投入水中的方式固磷固氮效果非常差，遠遠趕不上含有鋁離子、鐵離子、鈣離子的無機材料。一個鐵離子或一個鋁離子就能固定一個磷酸根離子形成FePO4或AlPO4，三個鈣離子也能固定兩個磷酸根離子形成Ca3(PO4)2。純粹直接投加秸稈也不行，必須和相應(yīng)的固磷固氮材料相結(jié)合，才形成了有本發(fā)明特色的防治水體富營養(yǎng)化漂浮顆粒。
其他的防治富營養(yǎng)化的固磷固氮材料基本漂浮不起來，不構(gòu)成對本專利的沖突。
注意，發(fā)明人堅持采用農(nóng)林固體廢棄物作為顆粒的浮子，而不采用白色EPS泡沫，聚氨酯泡沫，酚醛泡沫，或其他塑料作為浮子。并不是發(fā)明人智慧不夠，想不到這點，而是發(fā)明人遠見地看到，如果使用塑料，將會給湖泊及江海今后帶來巨大的壓力和傷害，發(fā)明人不愿在見到白色污染，重現(xiàn)江湖。即使再行打撈回收，也漏網(wǎng)之塑料顆粒，被塑料勒成8字形的水生動物，被堵住鼻孔，塞住食道的水生生物時有報道。而農(nóng)林廢棄物能為大自然分解，來自于自然最后回歸自然。在這里希望其他人不要采用塑料作為浮子，放水中生靈一條生路，也希望國家予以立法，嚴禁向大江大湖中撒入大量含有塑料的顆粒。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對目前很多水體富營養(yǎng)化帶來的巨大生態(tài)環(huán)境壓力和每年大量農(nóng)林廢棄物無法有效利用的現(xiàn)實，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠防治水體富營養(yǎng)化的漂浮顆粒，能夠長期漂浮在水面，長期發(fā)揮防治富營養(yǎng)化作用，不至于沉入水下被淤泥裹住而迅速失效。
農(nóng)林廢棄物有能在水中能夠漂浮的特性但不能有效固氮固磷降低富營養(yǎng)化，常用的固氮固磷材料能防治富營養(yǎng)化但無法漂浮，易沉入水體迅速被污泥包裹而失效。用無機膠凝材料將兩者粘合起來，能夠?qū)烧邇?yōu)點相統(tǒng)一。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的方案是提供一種用于防治水體富營養(yǎng)化的可在水面漂浮的顆粒，其特征是：該顆粒由按質(zhì)量配比為農(nóng)林廢棄輕質(zhì)材料26±25份、粘接凝合材料46±25份、固磷固氮材料28±25份的干料與水拌合組成。
優(yōu)選地，該顆粒的粒徑在0.1cm至100cm之間。
優(yōu)選地，所述的干料與水的比值為0.1至1000之間。
優(yōu)選地，所述的農(nóng)林廢棄輕質(zhì)材料可為秸稈破碎顆粒、稻稈破碎顆粒、麥稈破碎顆粒、棉稈破碎顆粒、稻殼、麥殼、棉殼、木屑、鋸末、竹類植物破碎顆粒、草本植物破碎顆粒、木本植物破碎顆粒中的一種或其混合物。
優(yōu)選地，所述的粘接凝合材料可為水泥、粉煤灰、鋼渣、礦渣、石灰、石膏、水玻璃、粘土、干粉砂漿中的一種或其混合物。
優(yōu)選地，所述的固磷固氮材料可為氫氧化鐵、氯化鐵、六水合三氯化鐵、氫氧化亞鐵、氯化亞鐵、氯化亞鐵四水合物、聚合氯化鐵、氧化鐵、聚合硫酸鐵、硫酸鐵、水合硫酸鐵、硫酸亞鐵、七水硫酸亞鐵、氫氧化鋁、氯化鋁、六水合氯化鋁、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、氧化鋁、硫酸鋁、十八水合硫酸鋁、十六水合硫酸鋁、明礬的一種或其混合物。
優(yōu)選地，所述的固磷固氮材料可為氫氧化鈣、氧化鈣、氯化鈣、硫酸鈣、碳酸鈣的一種或其混合物。
優(yōu)選地，所述的固氮材料可為硅膠、活性炭中的一種或其混合物。
優(yōu)選地，所述的固磷材料可為羥基磷灰石。
優(yōu)選地，所述的水體可為湖泊水、水庫水、江水、河水、溝水、中水、人工湖水、池塘水、景觀水、公園景區(qū)水、海水中的一種。
本發(fā)明的有益效果是：
一、該顆粒利用了農(nóng)林廢棄物，又防治了水體富營養(yǎng)化，變廢為寶，以廢治廢。
二、該顆粒能在水面自由漂浮，與藻類的運動是同向的，能跟隨藻類的運動方向機動治理。假如吹東風將水中藻類吹往東面，顆粒也能同時被吹往東面，降低藻類所必須的氮和磷。假如吹西風將水中藻類吹往西面，顆粒也能同時被吹往西面，降低藻類所必須的氮和磷。
三、該顆粒能長期漂浮在水面，長期發(fā)揮固氮固磷作用，降低水體富營養(yǎng)化程度。
四、該顆粒避免了常規(guī)顆粒容易沉入水下被淤泥裹住而迅速失效的厄運。
五、該顆粒在水體中飽和固定氮和磷后，能被打撈回收，作為農(nóng)田肥料使用。
六、該顆粒的浮子采用農(nóng)林固體廢棄物，相對于采用塑料作為浮子，對于環(huán)境更友好。
具體實施方式
具體實施方式一：
使用學(xué)校景觀水池，底部有淤泥淤積，面積12m2，水深1m，投加磷酸氫二銨和氯化銨，使得水體中磷含量達到3mg/L，氨氮含量達到14mg/L。
將破碎后的秸稈顆粒20份，水泥45份，氫氧化鐵35份加水攪拌混合，以圓盤造粒機制成直徑3cm小球顆粒。
在水池中投加小球顆粒10kg，一周后取水池水樣測得水池中含磷量和和含氮量。
經(jīng)檢測，水池中含磷量0.03mg/L，含氨氮6.9mg/L。除磷率為99％，除氮率為50.7％。
為了對比說明秸稈單獨實施情況下，和僅由45份水泥和35份氫氧化鐵制成的下沉型顆粒投加的情況下，與本發(fā)明制得的顆粒區(qū)別效果。放空學(xué)校景觀水池的水，重新加入新鮮水體，仍投加磷酸氫二銨和氯化銨，使得水體中磷含量達到3mg/L，氮氮含量達到14mg/L。單獨加入秸稈10kg，一周后取水池水樣測得水池中含磷量和和含氮量。再次重復(fù)更換池水，將氮與磷調(diào)節(jié)至初始值，投加下沉型顆粒10kg，一周一周后取水池水樣測得水池中含磷量和和含氮量。
單獨投加秸稈一周后的水質(zhì)，水池含磷量3mg/L，含氨氮14.7mg/L，秸稈水下部分可見明顯腐爛。證明單獨投加秸稈，沒有除磷效果，由于秸稈腐敗，釋放出氨氮，造成水體氨氮升高。
單獨投加下沉型顆粒一周后的水質(zhì)，水池含磷量2.7mg/L，含氨氮9.7mg/L。下沉型顆粒已完全為淤泥覆蓋，除磷率20％，除氮率為30.7％。明顯不如漂浮型的顆粒。
具體實施方式二：
將破碎后的秸稈顆粒20份，水泥50份，氫氧化鋁30份加水攪拌混合，以圓盤造粒機制成直徑3cm小球顆粒。
使用學(xué)校景觀水池，面積12m2，水深1m，投加磷酸氫二銨和氯化銨，使得水體中磷含量達到3mg/L，氨氮含量達到14mg/L。
在水池中投加小球顆粒10kg，一周后取水池水樣測得水池中含磷量和和含氮量。
經(jīng)檢測，水池中含磷量0.58mg/L，含氨氮7.7mg/L。除磷率為80.6％，除氮率為45％。
具體實施方式三：
將破碎后的秸稈顆粒20份，水泥30份，硅膠50份加水攪拌混合，以圓盤造粒機制成直徑3cm小球顆粒。
使用學(xué)校景觀水池，面積12m2，水深1m，投加磷酸氫二銨和氯化銨，使得水體中磷含量 達到3mg/L，氨氮含量達到14mg/L。
在水池中投加小球顆粒10kg，一周后取水池水樣測得水池中含磷量和和含氮量。
經(jīng)檢測，水池中含磷量3.0mg/L，含氨氮0.8mg/L。除磷率為0％，除氮率為94.3％。