CN101830565A - 一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置 - Google Patents

一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，属于河湖水体净化与生态修复领域。可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置包括植物沉块、植物浮块、固定与升降调节装置。本发明装置可根据水体透明度与水位变化调节植物沉块与植物浮块在水体中的位置以达到水生植物生长和水质立体耦合的效果，并可通过植物沉块与植物浮块的组合建立起完善的水生生态系统。植生基质块有利于回收更换，并且可根据植物的生长周期更换植物品种，装置结构稳定，抗冲击能力强，易回收，且所用材料环保无污染，可实现工厂化生产，现场施工方便。本发明适用于河流、湖泊等开放性水体原位净化和生态修复。

Description

一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置
技术领域
本发明涉及河湖水质净化与生态修复领域，涉及一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，特别涉及一种可根据水体透明度变化与水位变化调节沉块与浮块在水体中的位置，以达到立体耦合净化水体的效果，并可为水生生物提供栖息环境，有利于水生生态系统健康的装置。
背景技术
我国目前河湖水污染问题严重，众多湖泊呈现富营养化，水生态系统不断退化，水体的自净能力不断弱化。如何提高河湖水域的自净能力，改善日趋恶化的河湖水环境，修复退化或受损的水生生态系统，是目前水环境保护中的主要问题。
目前国际上采用的河湖水体净化与生态修复技术主要有三类：一是物理方法，即通过工程措施，进行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等，但往往治标不治本，只能作为对付突发性水体污染的应急措施。二是化学方法，如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等，但花费大，并易造成二次污染。三是生物——生态方法，如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被，这是当前的研究热点。
生态浮床技术是目前应用较为广泛的水生生态系统恢复技术。现行河湖采用的水生植物生态浮床主要有泡沫板式浮床、竹制浮床、围堰式浮床。泡沫板式浮床种植面积大，造价成本较低；但物理性能差，极易破损，布局呆板，只局限于大型河道，没有分流渠道，汛期会产生阻水情况，泡沫属环保部门列出的易产生二次污染的材料。竹制浮床取材容易，造价成本较低；但床体自重大，易吸水，易腐，汛期易阻水，景观布局呆板。围堰式植物可选性强；但造价高，无水位调节功能，挤占河道，行洪有障碍，此法运用较少。
生态沉床技术是利用沉床载体和植生基质栽植沉水植物对污染水体进行原位净化与修复的一种“生物-生态”技术。沉水植被恢复是修复退化或受损的水生生态系统的关键，而水下透明度和光照条件则是沉水植物恢复的关键。沉水植物只有在得到充分的光照条件下才能进行光合作用维持生存，即沉水植物的生长必须位于水体中的光补偿点或光补偿深度之上。光补偿点是指植物光合作用和呼吸作用平衡时植物的净生产量为零时的光照强度，光补偿深度则是光照强度等于植物光补偿点的水层深度。然而，在污染水体中，由于大量悬浮物质和有机物质增加了光在水体中的吸收和散射，导致中下层水体光照强度大大低于沉水植物的光补偿点，沉水植物光合作用小于呼吸作用，其生存受到抑制并最终导致植物群落的消亡，在此环境条件下进行沉水植物的修复十分困难。因此，污染水体中的沉水植物生长和沉水植被的修复是水体生态修复中的难点问题，目前还没有十分有效的技术解决污染水体中沉水植被恢复过程中面临的水下光照条件等问题，这也是生态沉床技术应用中面临的主要技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，可根据待修复水体透明度变化与水位变化调节植物沉块与植物浮块在水体中的位置以达到适应水生植物生长、立体耦合净化水质的效果，并可通过植物沉块与植物浮块的组合逐步恢复水生植物群落、建立起完善的水生生态系统。
本发明的技术方案：一种可升降植物沉块与浮块相结合净化水质的装置包括植物沉块、植物浮块和固定与升降调节装置，所述植物沉块包括长方体框架与设在长方体框架内的植生沉质块，植物浮块包括长方体框架与设在长方体框架内的植生浮质块；
所述长方体框架内垂直设有长度与长方体框架高度相等的空心圆管，所述空心圆管下端面的圆心与长方体框体下表面的中心是同一点，所述长方体框架上、下表面各边的中点通过金属杆分别与空心圆管上、下端口相连，且与空心圆管相连的金属杆垂直于与其相连的边；
所述植生沉质块是由用无纺面料或滤水型土工织物包裹好的植生基质的外面包裹一层尼龙网形成；
所述植生浮质块包括凹槽的塑料泡沫块和设于凹槽内的植生基质，设于凹槽的植生基质外包裹无纺面料；
所述固定与升降调节装置包括硬质实心圆杆、第一螺母、第二螺母和第三螺母，所述硬质实心圆杆的两端之间沿轴向均匀设有若干螺纹孔；所述第一螺母和第二螺母分别设于硬质实心圆杆上的最上端的两个螺纹孔，第三螺母设于其它螺纹孔中的其中一个；
所述植物沉块上的空心圆管和植物浮块上的空心圆管均活套与所述硬质实心圆杆外，所述植物浮块位于植物沉块上方，所述植物浮块位于第一螺母和第二螺母之间，所述植物沉块位于第二螺母和第三螺母之间。
所述植生基质为将砾石、沙石、生土按待修复河湖的河床中的砾石、沙石和生土的体积比例，并保证5％～10％的空隙率加水分层制成；植生基质的底层为砾石层，中层为沙石层，上层为生土层，并在所述沙石层添加为沙石层体积5％～15％的切碎的玉米杆与芦苇杆。
所述植物浮块的植生基质上均匀添加挺水植物和浮水植物种子或插种挺水植物和浮水植物分枝，植物沉块的植生基质上均匀添加沉水植物种子或插种沉水植物分枝。
所述长方体框架上表面外设有黑白相间的透明度圆盘，所述透明度圆盘通过金属杆与长方体框架上表面的边的中点相连。
所述硬质实心圆杆沿轴上至少设有10个螺纹孔，最上端两个螺纹孔之间的间距为拟修复水体丰水位与枯水位之差，其它相邻的两个螺纹孔之间间距为30～50cm。
本发明的优点：这种可升降的植物沉块与浮块相结合进行水质净化的装置主要有以下的优点：
(1)非常适用于透明度不高受污染水体的原位净化和生态修复，可调节植物沉块在水体中的相对位置，控制植物沉块上沉水植物的生长位于水体的光补偿深度之上，使沉水植物生存区间内的光照能够满足植物生长的需要。结合植物浮块对水体进行净化，随着水质改善和水体透明度增高，以及植物不断生长，使植物沉块逐步下沉并最终移栽到水体底部，促进沉水植被的恢复和重建。
(2)可以有效吸收受污染水体中过量的营养物质，随着沉水植物的生长，为水体生态系统恢复提供溶解氧，为逐步引进浮水与挺水植被提供了有利条件；随着浮水与挺水植物的生长，逐渐建立起以沉水植物修复为主，浮水与挺水植物修复为辅的较为完善的水生生态恢复系统，并为螺贝类、鱼类及两栖类动物提供了理想的栖息环境。
(3)采用砾石、沙石、生土三层填料结构的植生基质层不仅有利于植物的生长，而且填料结构类似于人工湿地填料结构，填料的空隙之间形成的生物膜能吸附去除污染物质。并且在中层添加一定量切碎的玉米杆与芦苇杆，为在处理高氮磷水体时提供了充足的碳源。
(4)植生基质块有利于回收更换，并且可根据植物的生长周期更换植物品种，保证了植物修复的效果不受季节变化影响且不形成二次污染。
(5)可根据水位变化调节植物沉块与植物浮块在水体中位置，保证了在不同水情条件下水生植物群落正常生长和本装置对水体的净化效果。
(6)结构稳定，抗冲击能力强，易回收，且所用材料环保无污染，植物沉块与植物浮块框架可实现工厂化生产，不受地点与时间的限制，且现场施工方便。
附图说明
图1：本发明装置示意图；
图2：植物沉块俯示意图；
图3：为图二A-A方向剖面图；
图4：植物浮块俯示意图；
图5：为图四A-A方向剖面图；
图6：固定与升降调节装置示意图。
1：植物沉块、2：植物浮块、3：固定与升降调节装置、4：位于植物沉块内长方体框架、5：植生沉质块、6：植生浮质块、7：沉水植物、8：浮水植物和挺水植物、9：透明度圆盘、10：植生基质、11：位于植物浮块内长方体框架、12：塑料泡沫块、13：空心圆管、14：金属杆、15：砾石层、16：沙石层、17：生土层、18：硬质实心圆杆19：螺纹孔、20：第一螺母、21：第二螺母、22：第三螺母。
具体实施方式
实施例1
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
一种可升降植物沉块与浮块相结合净化水质的装置包括植物沉块1、植物浮块2和固定与升降调节装置3。植物沉块1包括长方体框架与设在长方体框架内的植生沉质块5，植物浮块2包括长方体框架与设在长方体框架内的植生浮质块6；长方体框架内垂直设有与长度与长方体框架高度相等的空心圆管13，所述空心圆管13下端面的圆心与长方体框体下表面的中心是同一点，所述长方体框架上、下表面各边的中点通过金属杆分别与空心圆管13上、下端口相连，且与空心圆管13相连的金属杆垂直于与其相连的边；长方体框架上表面外设有黑白相间的透明度圆盘9，用于观察水体透明度，透明度圆盘9通过金属杆与长方体框架4上表面的边的中点相连。
植生沉质块5是由用无纺面料或滤水型土工织物包裹好的植生基质的外面包裹一层尼龙网形成；植生浮质块6包括设有凹槽的塑料泡沫块12和设于凹槽内的植生基质，植生基质外包裹无纺面料；植生基质为将砾石、沙石、生土按待修复河湖的河床中的砾石、沙石和生土的体积比例，并保证5％～10％的空隙率加水分层制成；植生基质的底层为砾石层15，中层为沙石层16，上层为生土层17，并在所述沙石层16添加为沙石层16体积5％～15％的切碎的玉米杆与芦苇杆。沉块的植生基质11上均匀添加沉水植物7种子或插种沉水植物7分枝，可栽种的沉水植物7类型有轮叶黑藻、苦草和金鱼藻等；浮块的植生基质上均匀添加挺水植物和浮水植物8种子或插种挺水植物和浮水植物8分枝，可栽种的挺水植物类型有芦苇、美人蕉、香蒲等，浮水植物类型有水龙草、萍蓬草等；可根据植物的生长周期更换植物品种，例如在春夏季节，可栽种沉水植物苦草、金鱼藻，浮水植物睡莲、萍蓬草，挺水植物芦苇、香蒲等；在秋冬季节，可栽种沉水植物伊乐藻，浮水植物水芹菜，挺水植物石菖蒲等。
固定与升降调节装置3包括硬质实心圆杆18、第一螺母20、第二螺母21和第三螺母22，所述硬质实心圆杆18的两端之间沿轴向均匀设有若干螺纹孔；硬质实心圆杆18沿轴上至少设有10个螺纹孔，最上端两个螺纹孔之间的间距为拟修复水体丰水位与枯水位之差，其它相邻的两个螺纹孔之间的间距为30～50cm；所述第一螺母20和第二螺母21分别设于硬质实心圆杆18上的最上端的两个螺纹孔，第三螺母22设于其它螺纹孔中的其中一个；
安装与调节：选定河湖水质需恢复地点，清除待恢复区河湖底部淤泥，并锚固一根满足丰水位要求的硬质实心圆杆18，植物沉块1上的空心圆管和植物浮块2上的空心圆管均活套与所述硬质实心圆杆18外，所述植物浮块2位于第一螺母20和第二螺母21之间，植物沉块1位于第二螺母21和第三螺母22之间
初期若水体光照和透明度条件不适宜沉水植物生长，则可仅安装植物浮块2，对水体进行初期进行，并通过透明度圆盘9观测水体的光照和透明度条件，待适宜沉水植物生长时，再进行植物沉块1的安装。
随着本装置不断净化水质，水体光照、透明度条件进一步改善，可通过第三螺母22来调节植物沉块1在水下的位置，保证其生长位于水体的光补偿深度之上，生存区间内的光照能够满足植物生长的需要，调节植物沉块1逐步下沉并最终移栽到水体底部，促进沉水植被的恢复和重建，最终建立起以沉水植物修复为主，浮水与挺水植物修复为辅的较为完善的水生生态系统，并为螺贝类、鱼类及两栖类动物提供了栖息环境。
当水位发生变化时，植物浮床2可借助自身的浮力在最上端和中间螺母10之间上下自由浮动，从而适应水位的变化。枯水位时，将植物沉块1沉于河海底部。
后期维护：定期观测植物群落生长情况与水质恢复情况；经过一个生长季后，及时进行清理与补种换季植物工作，保证植物成活且不形成二次污染；在大风等极端天气来临之前，可将植物浮块2收回，植物沉块1沉于河湖底部，减少损失。

Claims (5)

1.一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，包括植物沉块(1)、植物浮块(2)和固定与升降调节装置(3)，其特征在于：所述植物沉块(1)包括长方体框架与设在长方体框架内的植生沉质块(5)，植物浮块(2)包括长方体框架与设在长方体框架内的植生浮质块(6)；
所述长方体框架内垂直设有长度与长方体框架高度相等的空心圆管(13)，所述空心圆管(13)下端面的圆心与长方体框体下表面的中心是同一点，所述长方体框架上、下表面各边的中点通过金属杆分别与空心圆管(13)上、下端口相连，且与空心圆管(13)相连的金属杆垂直于与其相连的边；
所述植生沉质块(5)是由用无纺面料或滤水型土工织物包裹好的植生基质的外面包裹一层尼龙网形成；
所述植生浮质块(6)包括设有凹槽的塑料泡沫块(12)和设于凹槽内的植生基质，所述设于凹槽的植生基质外包裹无纺面料；
所述固定与升降调节装置(3)包括硬质实心圆杆(18)、第一螺母(20)、第二螺母(21)和第三螺母(22)，所述硬质实心圆杆(18)的两端之间沿轴向均匀设有若干个螺纹孔；所述第一螺母(20)和第二螺母(21)分别设于硬质实心圆杆(18)上的最上端的两个螺纹孔，第三螺母(22)设于其它螺纹孔中的其中一个；
所述植物沉块(1)上的空心圆管和植物浮块(2)上的空心圆管均活套于所述硬质实心圆杆(18)外，所述植物浮块(2)位于第一螺母(20)和第二螺母(21)之间，所述植物沉块(1)位于第二螺母(21)和第三螺母(22)之间。
2.根据权利要求1所述的一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，其特征在于：所述植生基质为将砾石、沙石、生土按待修复河湖的河床中的砾石、沙石和生土的体积比例，并保证5％～10％的空隙率加水分层制成；植生基质的底层为砾石层，中层为沙石层，上层为生土层，并在所述沙石层添加为沙石层体积5％～15％的切碎的玉米杆与芦苇杆。
3.根据权利要求1所述的一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，其特征在于：所述植物浮块(2)的植生基质上均匀添加挺水植物和浮水植物种子或插种挺水植物和浮水植物分枝，植物沉块(1)的植生基质上均匀添加沉水植物(7)种子或插种沉水植物(7)分枝。
4.根据权利要求1所述的一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，其特征在于：所述长方体框架上表面外设有黑白相间的透明度圆盘(9)，所述透明度圆盘(9)通过金属杆与长方体框架上表面的边的中点相连。
5.根据权利要求1所述的一种可升降植物沉块与浮块立体耦合净化水质的装置，其特征在于：所述硬质实心圆杆(18)沿轴上至少设有10个螺纹孔，最上端两个螺纹孔之间的间距为拟修复水体丰水位与枯水位之差，其它相邻的两个螺纹孔之间间距为30～50cm。
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