水体净化浮岛结构

《水体净化浮岛结构》涉及水处理领域。

水体富营养化是全球性的水环境问题，截至2016年4月，中国有湖泊2700余个，总面积达9.1万平方千米。根据调查资料和全球评价湖泊富营养化指标，中国比较典型的37个主要湖泊中，中营养型和中一富营养型的占55.8％，富营养型的占14.7％，重富营养型的占8.8％。中国90％以上的水域污染是因水体中的N、P含量过高而引起的富营养化造成的，而N、P则是植物生长最基本的必需营养元素。生态浮岛技术是以可漂浮材料为基质或载体，将高等水生植物或陆生植物栽植到富营养化水域中，通过植物的根系吸收或吸附作用，削减水体中的氮、磷及有机污染物质，从而净化水质的生物防治法，同时通过收获植物的方法将水体中的富营养物质搬离水体，改善水质，创造良好的水环境。截至2016年4月，一些文献中出现的“生态浮岛”、“人工浮岛”、“人工生物浮床”、“生物浮床”、“浮床无土栽培”等均为相同或类似的概念。但是这类浮岛在实施使用时，效果欠佳，难以达到预期效果。

图1为浮岛结构示意图；

上述图中的标记均为：1、浮岛单体；2、种植孔。

2020年7月17日，《水体净化浮岛结构》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。 2100433B

《水体净化浮岛结构》由至少一个浮岛单体1构成，浮岛单体1可以单独一个用于小面积水域，也可以相互连接构成体积较大的浮岛群，用作大面积水域。浮岛集群采用动物、植物、微生物相结合的方法，增加了生态系统的复杂多样性，形成了更加稳定的生态系统。浮岛单体1呈楔形并由密度小于水的材质制作，浮岛单体1的上表面为斜面，浮岛单体1上均匀设有多个用于种植水生植物的种植孔2，种植孔2竖直设置将浮岛单体1上下表面贯通，可以用作种植水生植物，将经过筛选、驯化的吸收水中有机污染物能力较强的水生或陆生植物，植入预制好的漂浮载体种植孔2内，还可选取高度不同的植物，营造一种具有层次感的水上园林景观。上表面的斜面可以供两栖动物在浮岛单体1上栖息，浮岛单体1的倾斜角度小于40度，保证地表水体中的水陆两栖动物在进出微生态生物浮岛集群的无障碍进出，提供一个人工的自然栖息环境，在动物、植物、微生物的吸收、摄食、吸附、分解作用下，使得水体污染得以修复。

生态浮岛动植物微生物的要求：

（1）选择的植物应为适宜水系水质条件生长的多年生水生植物；

（2）以耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能的植物为主；

（3）根系发达、根茎分蘖繁殖能力强，即个体分株快；

（4）植物生长快、生物量大；

（5）满足景观空间形态的需求，综合岸线景观和湖面倒影、水面植物进行适当的景观组织。植物的选择、种植密度及群落配置对净化效果有很重要的影响。一般选择种植:美人蕉、旱伞草、香蒲、菖蒲、千屈菜、粉绿狐尾藻、黄菖蒲等；

（6）选取的微生物要能够与选取的植物共生；

（7）选取的动物要为两栖动物，并且确保选取的动物可以在生态浮岛中生存且不能对生态浮岛中的植物或其他东西造成严重损害。

植物成活后根系自然延伸并悬浮于水体中，不仅能够吸收利用水中富余的氮磷元素，而且能够通过光合作用及其他方式增加水中溶解氧，还为水中的鱼虾、微生物提供生长和附着的条件。浮岛单体1上表面和下表面均覆盖有一层溶胶层，溶胶层是由凝胶法在铝板表面制备的纳米晶二氧化钛自清洁薄膜。溶胶层供一些昆虫，青蛙，田螺等动物栖息，可在水面形成一个小型的生态系统。种植孔2在中间部位具有弯折结构，且种植孔2截面呈正六边形或正八边形，可以增加初期对于培植移栽水生植物时，其能够很方便的附着在种植孔2内，不会发生下沉、歪斜，提高栽种的成功率和成活率，此外弯折结构在种植成功后，水生植物能够更好的与浮岛单体1构成一个整体结构，整株植物镶嵌在种植孔2内。为了方便在水体中固定浮岛，在浮岛单体1两侧设有用于放置配重块的网兜，网兜内可以放置类似石块的配重物，网兜通过延长绳与浮岛单体1连接，可以根据固定区域的水深，调节延长绳的长度，同时浮岛单体1两侧设有用于固定绳索的固定环，方便浮岛单体1之间的连接固定。浮岛集群通过多个浮岛单体1并排连接固定，相邻的浮岛单体1之间通过至少两个连接杆连接，连接杆两端竖直设有减压板，减压板上设有用于固定在固定环上的绳索，软硬结合的连接方式，可以有效的避免浮岛单体1之间的撞击，同时也能降低水浪对浮岛单体1的影响，由于减压板可以减小撞击在浮岛单体1上的压力，避免浮岛单体1被撞击损坏，而绳索的软连接，可以使浮岛单元随水浪晃动，降低水浪对浮岛单体1的影响，同时绳索使得连接杆下垂，避免撞击过程中，减压板与固定环发生干涉。

为进一步提高防撞效果，浮岛单体1下部设有一圈防撞圈，防撞圈为截面呈C形的橡胶圈，橡胶圈内设有微生物载体，防撞圈上均匀分布有通，具有防撞功能的同时，还构成了一个环形的微生物结构，将水生植物、水生动物、微生物及生物载体等有效结合。针对一些特殊环境，浮岛单体1可以具备加热功能，为植物、动物、微生物提供一个更好良好的生长和栖息环境，即可以在浮岛单体1侧面的竖直端面上设有光伏板，光伏板输出电能至浮岛单体1内的蓄电池，通过电能发热，节能环保，浮岛单体1内设有加热环，，加热环能够使得加热更加均匀，加热环经供电线路连接蓄电池，供电线路上设有继电器，继电器由控制器控制通断，浮岛单体1上设有温度传感器，温度传感器输出温度信号至控制器，这样可以通过控制器智能控制加热时机，保证浮岛单体1处于一个合适的恒温环境。为了使加热更加均匀，加热环倾斜设置，且加热环的倾斜方向和倾斜角度与浮岛单体1的斜面倾斜方向和角度相同，同时温度传感器位于加热环的圆形位置，能够更加精准的采集到温度数据。

水体净化浮岛结构专利目的

《水体净化浮岛结构》所要解决的技术问题是实现一种能够有效提升水体水质的浮岛结构。

水体净化浮岛结构技术方案

《水体净化浮岛结构》由至少一个浮岛单体构成，所述浮岛单体呈楔形并由密度小于水的材质制作，所述浮岛单体的上表面为斜面，所述的浮岛单体上均匀设有多个用于种植水生植物的种植孔，所述种植孔竖直设置将浮岛单体上下表面贯通。所述种植孔在中间部位具有弯折结构，且种植孔截面呈正六边形或正八边形。所述浮岛单体上表面和下表面均覆盖有一层溶胶层，所述溶胶层是由凝胶法在铝板表面制备的纳米晶二氧化钛自清洁薄膜。所述浮岛单体的倾斜角度小于40度。所述浮岛单体两侧设有用于放置配重块的网兜，所述网兜通过延长绳与浮岛单体连接，且浮岛单体两侧设有用于固定绳索的固定环。所述水体净化浮岛结构通过多个浮岛单体并排连接固定，相邻的浮岛单体之间通过至少两个连接杆连接，所述连接杆两端竖直设有减压板，所述减压板上设有用于固定在固定环上的绳索。所述浮岛单体侧面的竖直端面上设有光伏板，所述光伏板输出电能至浮岛单体内的蓄电池，所述浮岛单体内设有加热环，所述加热环经供电线路连接蓄电池，所述供电线路上设有继电器，所述继电器由控制器控制通断，所述浮岛单体上设有温度传感器，所述温度传感器输出温度信号至控制器。所述加热环倾斜设置，所述加热环的倾斜方向和倾斜角度与浮岛单体的斜面倾斜方向和角度相同，所述温度传感器位于加热环的圆形位置。所述浮岛单体下部设有一圈防撞圈，所述防撞圈为截面呈C形的橡胶圈，所述橡胶圈内设有微生物载体，所述防撞圈上均匀分布有通孔。

水体净化浮岛结构改善效果

《水体净化浮岛结构》微生态生物浮岛集群是由水生植物、水生动物、微生物及生物载体等组成，增加了生态系统的多样性、复杂性，使微生态生物浮岛集群组成的系统更加稳定，可以适用于不同的湖泊河流，不同的水流、温度、风速、水体波动，增大其适用范围。

1.《水体净化浮岛结构》特征在于：由至少一个浮岛单体构成，所述浮岛 单体呈楔形并由密度小于水的材质制作，所述浮岛单体的上表面为斜面，所述 的浮岛单体上均匀设有多个用于种植水生植物的种植孔，所述种植孔竖直设置 将浮岛单体上下表面贯通。

2.根据权利要求1所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述种植孔在 中间部位具有弯折结构，且种植孔截面呈正六边形或正八边形。

3.根据权利要求1或2所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述浮岛 单体上表面和下表面均覆盖有一层溶胶层，所述溶胶层是由凝胶法在铝板表面 制备的纳米晶二氧化钛自清洁薄膜。

4.根据权利要求3所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述浮岛单体 的倾斜角度小于40度。

5.根据权利要求1、2或4所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述 浮岛单体两侧设有用于放置配重块的网兜，所述网兜通过延长绳与浮岛单体连 接，且浮岛单体两侧设有用于固定绳索的固定环。

6.根据权利要求5所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述水体净化 浮岛结构通过多个浮岛单体并排连接固定，相邻的浮岛单体之间通过至少两个 连接杆连接，所述连接杆两端竖直设有减压板，所述减压板上设有用于固定在 固定环上的绳索。

7.根据权利要求1或6所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述浮岛 单体侧面的竖直端面上设有光伏板，所述光伏板输出电能至浮岛单体内的蓄电 池，所述浮岛单体内设有加热环，所述加热环经供电线路连接蓄电池，所述供 电线路上设有继电器，所述继电器由控制器控制通断，所述浮岛单体上设有温 度传感器，所述温度传感器输出温度信号至控制器。

8.根据权利要求7所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述加热环倾 斜设置，所述加热环的倾斜方向和倾斜角度与浮岛单体的斜面倾斜方向和角度 相同，所述温度传感器位于加热环的圆形位置。

9.根据权利要求1或8所述的水体净化浮岛结构，其特征在于：所述浮岛 单体下部设有一圈防撞圈，所述防撞圈为截面呈C形的橡胶圈，所述橡胶圈内 设有微生物载体，所述防撞圈上均匀分布有通孔。

水体污染物是指进入水体后使水体的正常组成和性质发生直接或间接有害与人类的变化的物质。这种物质有的是人类活动产生的，也有天然的。是否成为水体污染物，主要是其进入后是否对人类产生危害。有的物质进入水体后通过化学反应、物理和生物作用会转变成新的危害更大的污染物质，也可能降解成无害的物质。常见的水体污染物的种类有 ：

（1）酸、碱、盐等无机物污染及危害

水体中酸、碱、盐等无机物的污染，主要来自冶金、化学纤维、造纸、印染、炼油、农药等工业废水及酸雨。水体的pH小于6.5或大于8.5时，都会使水生生物受到不良影响，严重时造成鱼虾绝迹。水体含盐量增高，影响工农业及生活用水的水质，用其灌溉农田会使土地盐碱化。

（2）重金属污染及危害

污染水体的重金属有：汞、镉、铅、铬、钒、钴、钡等。其中汞的毒性最大，镉、铅、铬也有较大毒性。重金属在工厂、矿山生产过程中随废水排出，进入水体后不能被微生物降解，经食物链的富集作用，能逐级在较高生物体内千百倍地增加含量，最终进入人体。

（3）耗氧物质污染及危害

生活污水、食品加工和造纸等工业废水，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质悬浮或溶解于污水中，经微生物的生物化学作用而分解。在分解过程中要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这类污染物造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物将进行厌氧分解，产生H2S、NH3和一些有难闻气味的有机物，使水质进一步恶化。

（4）植物营养物质污染及危害

生活污水和某些工业废水中，经常含有一定量的氮和磷等植物营养物质；施用磷肥、氮肥的农田水中，常含有磷和氮；含洗涤剂的污水中也有不少的磷。水体中过量的磷和氮，为水中微生物和藻类提供了营养，使得蓝绿藻和红藻迅速生长，它们的繁殖、生长、腐败，引起水中氧气大量减少导致鱼虾等水生生物死亡、水质恶化。这种由于水体中植物营养物质过多蓄积而引起的污染，叫做水体的“富营养化”。这种现象在海湾出现叫做“赤潮”。

环境水体，即“受纳水体”。

水体美是风景美的主体应是水或变体，包括江河、湖泊、海洋、冰川、雪山及涌泉等。中国古代就重视水体的欣赏利用，认为智者乐水。水体的流动性是最大特点，除了观赏性外，休闲性、娱乐性及健身性都为其属性。

水体的动态美吻合于作为时间艺术的山水音乐，这便是中国山水文化的特质呈现，如古典《流水》。中国水体景观类型多且质量好，亦系受中国大地构造作用所致，成景作用亦受地形走势的控制，故多呈从西向东分布的不同序列。