水體凈化浮島結構

《水體凈化浮島結構》涉及水處理領域。

水體富營養(yǎng)化是全球性的水環(huán)境問題，截至2016年4月，中國有湖泊2700余個，總面積達9.1萬平方千米。根據(jù)調(diào)查資料和全球評價湖泊富營養(yǎng)化指標，中國比較典型的37個主要湖泊中，中營養(yǎng)型和中一富營養(yǎng)型的占55.8％，富營養(yǎng)型的占14.7％，重富營養(yǎng)型的占8.8％。中國90％以上的水域污染是因水體中的N、P含量過高而引起的富營養(yǎng)化造成的，而N、P則是植物生長最基本的必需營養(yǎng)元素。生態(tài)浮島技術是以可漂浮材料為基質(zhì)或載體，將高等水生植物或陸生植物栽植到富營養(yǎng)化水域中，通過植物的根系吸收或吸附作用，削減水體中的氮、磷及有機污染物質(zhì)，從而凈化水質(zhì)的生物防治法，同時通過收獲植物的方法將水體中的富營養(yǎng)物質(zhì)搬離水體，改善水質(zhì)，創(chuàng)造良好的水環(huán)境。截至2016年4月，一些文獻中出現(xiàn)的“生態(tài)浮島”、“人工浮島”、“人工生物浮床”、“生物浮床”、“浮床無土栽培”等均為相同或類似的概念。但是這類浮島在實施使用時，效果欠佳，難以達到預期效果。

圖1為浮島結構示意圖；

上述圖中的標記均為：1、浮島單體；2、種植孔。

2020年7月17日，《水體凈化浮島結構》獲得安徽省第七屆專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

《水體凈化浮島結構》由至少一個浮島單體1構成，浮島單體1可以單獨一個用于小面積水域，也可以相互連接構成體積較大的浮島群，用作大面積水域。浮島集群采用動物、植物、微生物相結合的方法，增加了生態(tài)系統(tǒng)的復雜多樣性，形成了更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。浮島單體1呈楔形并由密度小于水的材質(zhì)制作，浮島單體1的上表面為斜面，浮島單體1上均勻設有多個用于種植水生植物的種植孔2，種植孔2豎直設置將浮島單體1上下表面貫通，可以用作種植水生植物，將經(jīng)過篩選、馴化的吸收水中有機污染物能力較強的水生或陸生植物，植入預制好的漂浮載體種植孔2內(nèi)，還可選取高度不同的植物，營造一種具有層次感的水上園林景觀。上表面的斜面可以供兩棲動物在浮島單體1上棲息，浮島單體1的傾斜角度小于40度，保證地表水體中的水陸兩棲動物在進出微生態(tài)生物浮島集群的無障礙進出，提供一個人工的自然棲息環(huán)境，在動物、植物、微生物的吸收、攝食、吸附、分解作用下，使得水體污染得以修復。

生態(tài)浮島動植物微生物的要求：

（1）選擇的植物應為適宜水系水質(zhì)條件生長的多年生水生植物；

（2）以耐污抗污、且具有較強的治污凈化潛能的植物為主；

（3）根系發(fā)達、根莖分蘗繁殖能力強，即個體分株快；

（4）植物生長快、生物量大；

（5）滿足景觀空間形態(tài)的需求，綜合岸線景觀和湖面倒影、水面植物進行適當?shù)木坝^組織。植物的選擇、種植密度及群落配置對凈化效果有很重要的影響。一般選擇種植:美人蕉、旱傘草、香蒲、菖蒲、千屈菜、粉綠狐尾藻、黃菖蒲等；

（6）選取的微生物要能夠與選取的植物共生；

（7）選取的動物要為兩棲動物，并且確保選取的動物可以在生態(tài)浮島中生存且不能對生態(tài)浮島中的植物或其他東西造成嚴重損害。

植物成活后根系自然延伸并懸浮于水體中，不僅能夠吸收利用水中富余的氮磷元素，而且能夠通過光合作用及其他方式增加水中溶解氧，還為水中的魚蝦、微生物提供生長和附著的條件。浮島單體1上表面和下表面均覆蓋有一層溶膠層，溶膠層是由凝膠法在鋁板表面制備的納米晶二氧化鈦自清潔薄膜。溶膠層供一些昆蟲，青蛙，田螺等動物棲息，可在水面形成一個小型的生態(tài)系統(tǒng)。種植孔2在中間部位具有彎折結構，且種植孔2截面呈正六邊形或正八邊形，可以增加初期對于培植移栽水生植物時，其能夠很方便的附著在種植孔2內(nèi)，不會發(fā)生下沉、歪斜，提高栽種的成功率和成活率，此外彎折結構在種植成功后，水生植物能夠更好的與浮島單體1構成一個整體結構，整株植物鑲嵌在種植孔2內(nèi)。為了方便在水體中固定浮島，在浮島單體1兩側設有用于放置配重塊的網(wǎng)兜，網(wǎng)兜內(nèi)可以放置類似石塊的配重物，網(wǎng)兜通過延長繩與浮島單體1連接，可以根據(jù)固定區(qū)域的水深，調(diào)節(jié)延長繩的長度，同時浮島單體1兩側設有用于固定繩索的固定環(huán)，方便浮島單體1之間的連接固定。浮島集群通過多個浮島單體1并排連接固定，相鄰的浮島單體1之間通過至少兩個連接桿連接，連接桿兩端豎直設有減壓板，減壓板上設有用于固定在固定環(huán)上的繩索，軟硬結合的連接方式，可以有效的避免浮島單體1之間的撞擊，同時也能降低水浪對浮島單體1的影響，由于減壓板可以減小撞擊在浮島單體1上的壓力，避免浮島單體1被撞擊損壞，而繩索的軟連接，可以使浮島單元隨水浪晃動，降低水浪對浮島單體1的影響，同時繩索使得連接桿下垂，避免撞擊過程中，減壓板與固定環(huán)發(fā)生干涉。

為進一步提高防撞效果，浮島單體1下部設有一圈防撞圈，防撞圈為截面呈C形的橡膠圈，橡膠圈內(nèi)設有微生物載體，防撞圈上均勻分布有通，具有防撞功能的同時，還構成了一個環(huán)形的微生物結構，將水生植物、水生動物、微生物及生物載體等有效結合。針對一些特殊環(huán)境，浮島單體1可以具備加熱功能，為植物、動物、微生物提供一個更好良好的生長和棲息環(huán)境，即可以在浮島單體1側面的豎直端面上設有光伏板，光伏板輸出電能至浮島單體1內(nèi)的蓄電池，通過電能發(fā)熱，節(jié)能環(huán)保，浮島單體1內(nèi)設有加熱環(huán)，，加熱環(huán)能夠使得加熱更加均勻，加熱環(huán)經(jīng)供電線路連接蓄電池，供電線路上設有繼電器，繼電器由控制器控制通斷，浮島單體1上設有溫度傳感器，溫度傳感器輸出溫度信號至控制器，這樣可以通過控制器智能控制加熱時機，保證浮島單體1處于一個合適的恒溫環(huán)境。為了使加熱更加均勻，加熱環(huán)傾斜設置，且加熱環(huán)的傾斜方向和傾斜角度與浮島單體1的斜面傾斜方向和角度相同，同時溫度傳感器位于加熱環(huán)的圓形位置，能夠更加精準的采集到溫度數(shù)據(jù)。

水體凈化浮島結構專利目的

《水體凈化浮島結構》所要解決的技術問題是實現(xiàn)一種能夠有效提升水體水質(zhì)的浮島結構。

水體凈化浮島結構技術方案

《水體凈化浮島結構》由至少一個浮島單體構成，所述浮島單體呈楔形并由密度小于水的材質(zhì)制作，所述浮島單體的上表面為斜面，所述的浮島單體上均勻設有多個用于種植水生植物的種植孔，所述種植孔豎直設置將浮島單體上下表面貫通。所述種植孔在中間部位具有彎折結構，且種植孔截面呈正六邊形或正八邊形。所述浮島單體上表面和下表面均覆蓋有一層溶膠層，所述溶膠層是由凝膠法在鋁板表面制備的納米晶二氧化鈦自清潔薄膜。所述浮島單體的傾斜角度小于40度。所述浮島單體兩側設有用于放置配重塊的網(wǎng)兜，所述網(wǎng)兜通過延長繩與浮島單體連接，且浮島單體兩側設有用于固定繩索的固定環(huán)。所述水體凈化浮島結構通過多個浮島單體并排連接固定，相鄰的浮島單體之間通過至少兩個連接桿連接，所述連接桿兩端豎直設有減壓板，所述減壓板上設有用于固定在固定環(huán)上的繩索。所述浮島單體側面的豎直端面上設有光伏板，所述光伏板輸出電能至浮島單體內(nèi)的蓄電池，所述浮島單體內(nèi)設有加熱環(huán)，所述加熱環(huán)經(jīng)供電線路連接蓄電池，所述供電線路上設有繼電器，所述繼電器由控制器控制通斷，所述浮島單體上設有溫度傳感器，所述溫度傳感器輸出溫度信號至控制器。所述加熱環(huán)傾斜設置，所述加熱環(huán)的傾斜方向和傾斜角度與浮島單體的斜面傾斜方向和角度相同，所述溫度傳感器位于加熱環(huán)的圓形位置。所述浮島單體下部設有一圈防撞圈，所述防撞圈為截面呈C形的橡膠圈，所述橡膠圈內(nèi)設有微生物載體，所述防撞圈上均勻分布有通孔。

水體凈化浮島結構改善效果

《水體凈化浮島結構》微生態(tài)生物浮島集群是由水生植物、水生動物、微生物及生物載體等組成，增加了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、復雜性，使微生態(tài)生物浮島集群組成的系統(tǒng)更加穩(wěn)定，可以適用于不同的湖泊河流，不同的水流、溫度、風速、水體波動，增大其適用范圍。

1.《水體凈化浮島結構》特征在于：由至少一個浮島單體構成，所述浮島 單體呈楔形并由密度小于水的材質(zhì)制作，所述浮島單體的上表面為斜面，所述 的浮島單體上均勻設有多個用于種植水生植物的種植孔，所述種植孔豎直設置 將浮島單體上下表面貫通。

2.根據(jù)權利要求1所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述種植孔在 中間部位具有彎折結構，且種植孔截面呈正六邊形或正八邊形。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述浮島 單體上表面和下表面均覆蓋有一層溶膠層，所述溶膠層是由凝膠法在鋁板表面 制備的納米晶二氧化鈦自清潔薄膜。

4.根據(jù)權利要求3所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述浮島單體 的傾斜角度小于40度。

5.根據(jù)權利要求1、2或4所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述 浮島單體兩側設有用于放置配重塊的網(wǎng)兜，所述網(wǎng)兜通過延長繩與浮島單體連 接，且浮島單體兩側設有用于固定繩索的固定環(huán)。

6.根據(jù)權利要求5所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述水體凈化 浮島結構通過多個浮島單體并排連接固定，相鄰的浮島單體之間通過至少兩個 連接桿連接，所述連接桿兩端豎直設有減壓板，所述減壓板上設有用于固定在 固定環(huán)上的繩索。

7.根據(jù)權利要求1或6所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述浮島 單體側面的豎直端面上設有光伏板，所述光伏板輸出電能至浮島單體內(nèi)的蓄電 池，所述浮島單體內(nèi)設有加熱環(huán)，所述加熱環(huán)經(jīng)供電線路連接蓄電池，所述供 電線路上設有繼電器，所述繼電器由控制器控制通斷，所述浮島單體上設有溫 度傳感器，所述溫度傳感器輸出溫度信號至控制器。

8.根據(jù)權利要求7所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述加熱環(huán)傾 斜設置，所述加熱環(huán)的傾斜方向和傾斜角度與浮島單體的斜面傾斜方向和角度 相同，所述溫度傳感器位于加熱環(huán)的圓形位置。

9.根據(jù)權利要求1或8所述的水體凈化浮島結構，其特征在于：所述浮島 單體下部設有一圈防撞圈，所述防撞圈為截面呈C形的橡膠圈，所述橡膠圈內(nèi) 設有微生物載體，所述防撞圈上均勻分布有通孔。

水體污染物是指進入水體后使水體的正常組成和性質(zhì)發(fā)生直接或間接有害與人類的變化的物質(zhì)。這種物質(zhì)有的是人類活動產(chǎn)生的，也有天然的。是否成為水體污染物，主要是其進入后是否對人類產(chǎn)生危害。有的物質(zhì)進入水體后通過化學反應、物理和生物作用會轉變成新的危害更大的污染物質(zhì)，也可能降解成無害的物質(zhì)。常見的水體污染物的種類有 ：

（1）酸、堿、鹽等無機物污染及危害

水體中酸、堿、鹽等無機物的污染，主要來自冶金、化學纖維、造紙、印染、煉油、農(nóng)藥等工業(yè)廢水及酸雨。水體的pH小于6.5或大于8.5時，都會使水生生物受到不良影響，嚴重時造成魚蝦絕跡。水體含鹽量增高，影響工農(nóng)業(yè)及生活用水的水質(zhì)，用其灌溉農(nóng)田會使土地鹽堿化。

（2）重金屬污染及危害

污染水體的重金屬有：汞、鎘、鉛、鉻、釩、鈷、鋇等。其中汞的毒性最大，鎘、鉛、鉻也有較大毒性。重金屬在工廠、礦山生產(chǎn)過程中隨廢水排出，進入水體后不能被微生物降解，經(jīng)食物鏈的富集作用，能逐級在較高生物體內(nèi)千百倍地增加含量，最終進入人體。

（3）耗氧物質(zhì)污染及危害

生活污水、食品加工和造紙等工業(yè)廢水，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、木質(zhì)素等有機物質(zhì)。這些物質(zhì)懸浮或溶解于污水中，經(jīng)微生物的生物化學作用而分解。在分解過程中要消耗氧氣，因而被稱為耗氧污染物。這類污染物造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長。水中溶解氧耗盡后，有機物將進行厭氧分解，產(chǎn)生H2S、NH3和一些有難聞氣味的有機物，使水質(zhì)進一步惡化。

（4）植物營養(yǎng)物質(zhì)污染及危害

生活污水和某些工業(yè)廢水中，經(jīng)常含有一定量的氮和磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)；施用磷肥、氮肥的農(nóng)田水中，常含有磷和氮；含洗滌劑的污水中也有不少的磷。水體中過量的磷和氮，為水中微生物和藻類提供了營養(yǎng)，使得藍綠藻和紅藻迅速生長，它們的繁殖、生長、腐敗，引起水中氧氣大量減少導致魚蝦等水生生物死亡、水質(zhì)惡化。這種由于水體中植物營養(yǎng)物質(zhì)過多蓄積而引起的污染，叫做水體的“富營養(yǎng)化”。這種現(xiàn)象在海灣出現(xiàn)叫做“赤潮”。

環(huán)境水體，即“受納水體”。

水體美是風景美的主體應是水或變體，包括江河、湖泊、海洋、冰川、雪山及涌泉等。中國古代就重視水體的欣賞利用，認為智者樂水。水體的流動性是最大特點，除了觀賞性外，休閑性、娛樂性及健身性都為其屬性。

水體的動態(tài)美吻合于作為時間藝術的山水音樂，這便是中國山水文化的特質(zhì)呈現(xiàn)，如古典《流水》。中國水體景觀類型多且質(zhì)量好，亦系受中國大地構造作用所致，成景作用亦受地形走勢的控制，故多呈從西向東分布的不同序列。