CN102211821B - 一种用于水体治理的生态水母装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水体治理的生态“水母”装置，该装置主要由载体、浮体控制器以及锚件组成，三者之间通过固定索17相连。在锚件上设有固定扣；载体主要由支撑骨架、生物载体层、固定浮体以及充气式浮体组成，在所述支撑骨架或充气式浮体上装有绳索管，所述充气式浮体与通向水体外的充气管的一端相通；浮体控制器上装有与充气管相连接的充气管套管；固定索的一端固定连接在前述载体上，另一端依次穿过固定扣和绳索管后连接在前述浮体控制器上。本发明作为沉水植物生长载体，其拓展和扩充了水生植物生态治理富营养化技术体系，尤其适合于水质较差的深水水体水质净化；具有模块化操作特征，工业化前景良好。

Description

一种用于水体治理的生态水母装置

技术领域

本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种用于净化水体的沉水植物生长载体。

背景技术

我国水体富营养化导致的蓝藻频发，引发的水环境安全问题日益突出。例如，2007年4月，太湖北部湖湾蓝藻爆发，造成无锡市约200万人口的生活饮用水受到影响。蓝藻爆发产生异味与藻毒素，还能导致水体缺氧、鱼类死亡等，危及流域的生态安全。对于水体中富营养化治理的生态方法主要有生态浮床、水生植被恢复、底泥的生态疏浚等。

生态浮床是现有研究和应用最多的水体生态净化技术，主要是利用湖体的表层空间，通过浮体材料构建水生植物(主要是挺水植物和浮水植物)漂浮生长环境，利用水生植物的根系吸收营养物质、作为微生物生长载体，达到水质净化的目的。但现有生态浮床技术只基于构建挺水植物或浮水植物的生长环境，利用水体的表层空间，技术体系单一。

水生植被恢复技术主要在浅水湖泊中使用比较广泛，通过模拟自然生境，组合不同的挺水植物、浮水植物、沉水植物体系，构建水生植被生态系统，利用水生植物吸收和去除氮、磷等营养元素，达到水质净化的目的，但这种技术对于水体的透明度的要求比较高，水体透明度太低将影响甚至损害沉水植物的生长，因此植被恢复技术只适合于透明度高的浅水湖泊或者水体中，应用面较窄。

底泥的生态疏浚主要是利用物理方法去除营养物质含量的表层底泥，强调对于底泥的后续处理，属于营养物质异位处理技术，处理成本较高。且现有的底泥疏浚或者生态疏浚技术体系净化水体属于“治标不治本”，作为单一的治理措施难以从根本上改变水体富营养化的现状。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，扩展生态技术治理湖泊的技术体系，提供一种根据水体透光度的变化而调节沉水深度、模块化设计、操作简单、管理方便、沉水植物生长速度快的生态“水母”构建装置。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种用于水体治理的生态“水母”装置，该装置包括：

锚件，该锚件用于沉至水体底部，在所述锚件的上部设有固定扣；

载体，该载体用于悬浮在水体中，所述载体主要由支撑骨架、设于所述支撑骨架上的生物载体层、装于所述支撑骨架边缘的固定浮体以及位于所述支撑骨架中心的通过充入或排出气体来调节浮力的充气式浮体组成，在所述支撑骨架或充气式浮体的中心装有上下端贯穿所述载体的绳索管，所述充气式浮体与通向水体外的充气管的一端相通；

浮体控制器，该浮体控制器用以浮在水面，所述浮体控制器上装有与前述充气管相连接的充气管套管；

固定索，所述固定索的一端固定连接在前述载体上，另一端依次穿过所述锚件上的固定扣和所述载体上的绳索管后连接在前述浮体控制器上。

本装置的载体上可进一步安装有光敏传感器，同时在浮体控制器上安装有反馈所述光敏传感器的信号的光敏控制器，所述光敏传感器与光敏控制器之间由传感器连接线相连。光敏传感器检测到载体所在水体深度的光线强度，并将信号反馈至浮体控制器上的光敏控制器，通过光敏控制器来判断载体所在的水深是否适宜沉水植物生长，进而采用向充气式浮体内通气或放气的方式来调节载体在水体中的位置，直至达到适宜深度。如果本装置不安装光敏传感器和光敏控制器，则需由人通过经验判断载体的深度。

本装置的锚件主要用来防止载体随水流水平漂移，具体的锚件可采用钢筋混凝土预制件、沙包、石头或石头包，在锚件上装有放置该锚件的起重扣，将锚件放置于水底时，将绳索绑在该起重扣上然后缓慢放于水底。锚件上的固定扣可以使固定索连接在锚件上的同时还能自由来回滑动。

载体是为沉水植物提供生长环境的主要构件，根据水质和清澈度的不同，本装置通过充气式浮体充放气为载体所提供的浮力平衡来调节载体悬浮在水体内适合植物生长的特定高度。

载体的支撑骨架包括内环框架、辐条、定型圈和外环框架，所述内环框架为球状空腔体，所述各辐条在内环框架的周围呈散射状分布构成一圆形面或锥形面，多个不同内径的圆环形定型圈固定连接在所述辐条上，所述外环框架固定连接在所述各辐条的外围。定型圈可分别固定连接在辐条的上下表面，形成表层定型圈和底层定型圈。外环框架可以为上部开口的底截面为长方形或其他形状的空腔体结构，在该空腔结构的上部还设有若干固定固定浮体的卡扣。载体中的固定浮体可以为充气式橡胶圈或低密度疏水性泡沫材料，该固定浮体固定于所述支撑骨架的外环框架内；所述充气式浮体可为充气式内环橡胶圈，该充气式内环橡胶圈位于所述支撑骨架的内环框架内，充气式浮体的充气管与浮体控制器相连，方便充入和排出气体，决定载体的沉降高度。

可以根据生物载体层的厚度来调整辐条的厚度。光敏传感器优选安装于所述支撑骨架的外环框架或固定浮体上，以防止植物阻挡光线。

所述生物载体层填充于所述载体上各辐条之间的区域，所述生物载体层自上而下分为水生植物生长基质层和生物填料层；所述水生植物生长基质层由黄沙、淤泥、植物纤维、生物陶粒中的一种或几种材料构成；所述生物填料层由悬浮球填料、纤维球填料、拉西环、多孔纺织布填料中的一种或几种材料构成；在所述生物载体层上种植有沉水植物。

本装置的浮体控制器可飘浮于水体表面，其包括浮体控制器骨架框、浮体材料层、沉水材料层和充气管套管等，其中所述浮体材料层和沉水材料层分别位于所述浮体控制器骨架框内的上部和下部，所述充气管套管安装于所述浮体控制器的表面或贯穿于所述浮体控制器内。光敏控制器可安装于所述浮体控制器外部或内置于所述浮体控制器中。

所述载体中支撑骨架以及浮体控制器中的浮体控制器骨架框可以由不锈钢、玻璃钢、防腐木片或者其他塑性高强度材料制成。

本装置的固定索的数目可以为一条或多条；为了使载体更加平稳，还可以在所述固定索上设有若干辅索，所述辅索的一端固定连接在该固定索上，其另一端固定连接在所述载体上。

本发明的有益效果：

本发明首次提出生态“水母”的概念，该结构具有较强的创新性；构建的生态“水母”，主要采用模块化的塑性材料作为龙骨，现场安装，抗风浪能力强，同时有利于实现技术的工业化；可以根据工程需要和去除要求，去除、保留或者加强生物填料的功能，具有功能的多元化；可以根据工程需要，构建直径2m-5m的小型生态“水母”，也可以构建直径5m-20m以上的中型生态“水母”，也可以将多个生态“水母”组合成为超大型生态“水母”，具有设计的多样性；通过控制充气式内环橡胶圈的空气容量，可以调节载体在水体存在深度，在水质得到明显改善、水体透明度增高的条件下下沉水体高度，进一步改善水体水质；光敏传感器有利于实时监测和分析光照强度，及时调整载体沉水深度，有利于沉水植物的生长。

附图说明

图1为本发明的生态“水母”结构剖面图。

图2为本发明的载体的正面图。

图3为本发明载体支撑骨架的示意图。

图4为本发明载体的剖面图。

图5为本发明浮体控制器的俯视图。

图6为本发明浮体控制器的正剖面图。

图7为本发明浮体控制器的骨架结构图。

图8为本发明锚件的立体示意图。

图中，1-外环框架，2-定型圈，3-卡扣，4-种植孔，5-内环框架，6-辐条，7-绳索管，8-载体块，9-充气式外环橡胶圈，10-充气式内环橡胶圈，11-螺丝，12-沉水植物，13-水生植物生长基质层，14-生物填料层，15-充气管，16-传感器连接线，17-固定索，18-光敏传感器，19-光敏控制器，20-充气管套管，21-浮体材料层，22-沉水材料层，23-浮体控制器骨架框，24-固定扣，25-起重扣。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的用于水体治理的生态“水母”装置如图1所示，其主要由载体a、浮体控制器b以及锚件c组成，三者之间通过固定索17相连。各部分主要部件分述如下：

载体a如图1和4所示，其是为沉水植物提供生长环境的主要构件，根据水质和清澈度的不同，载体a可悬浮在水体中特定深度，从而营造沉水植物适宜生长的环境。载体a主要由支撑骨架、生物载体层、固定浮体和充气式浮体组成。如图2和图3所示，支撑骨架包括内环框架5、辐条6、定型圈2和外环框架1。内环框架5为球状空腔体，其可以由两个中空半球体现场拼接组成，以便于现场安装充气式内环橡胶圈10，也为了以后检查和更换橡胶圈。各辐条6一端固定连接在内环框架5上，其在内环框架5的周围呈散射状分布构成一圆形面或锥形面，多个不同内径的圆环形定型圈2通过螺丝11固定连接在所述辐条6上，定型圈可分别固定连接在辐条的上下表面，形成表层定型圈和底层定型圈。定型圈主要作用为定型和固定辐条6以及作为水生植物生长基质13和生物填料14的承托材料，为了运输和安装方便，根据其直径的大小，可将其分为1/1、1/2、1/4圆等。外环框架1固定连接在所述各辐条6的外围，外环框架1可以为上部开口的底截面为长方形或其他形状的空腔体结构，该空腔结构的上部还设有若干固定固定浮体的卡扣3。为了安装和运输方便，将设计成若干圆弧状结构，由现场拼接成环。辐条属于支撑骨架的龙骨，其将载体分割为扇形结构的小区域生物载体块8。

设于支撑骨架上的生物载体层分别分布在不同的载体块8内。生物载体层自上而下分为水生植物生长基质层13和生物填料层14；所述水生植物生长基质层14由黄沙、淤泥、植物纤维、生物陶粒中的一种或几种材料构成，其设置成专门用于种植的生态网格，从而在水生植物生长基质层13上的种植孔4内种植有沉水植物12。所述生物填料层15由悬浮球填料、纤维球填料、拉西环、多孔纺织布填料中的一种或几种材料构成；水生植物生长基质层13和生物填料层14进一步可利用塑料网膜或者土工膜等透水性材料包装。

固定浮体装于所述支撑骨架的边缘，固定浮体可以为充气式外环橡胶圈9或低密度疏水性泡沫材料，固定浮体通过卡扣3固定于所述支撑骨架的外环框架1内。充气式浮体可以采用充气式内环橡胶圈10，其位于所述支撑骨架中心的内环框架5的球状空腔内，充气式浮体与通向水体外的充气管15的一端相通，充气式浮体通过充气管15从外界充入或排出气体，进而为载体提供的浮力平衡来调节载体悬浮在水体内适合植物生长的特定高度。充气式浮体的充气管15与浮体控制器b相连。在所述支撑骨架或充气式浮体的中心还装有上下端贯穿所述载体的绳索管7，固定索17可以在绳索管7内自由滑动。

载体上可进一步安装有光敏传感器18，同时在浮体控制器b上安装有反馈所述光敏传感器18的信号的光敏控制器19，光敏传感器18与光敏控制器19之间由传感器连接线16相连。光敏传感器18检测到载体所在水体深度的光线强度，并将信号反馈至浮体控制器上的光敏控制器19，光敏控制器19通过记录和处理沉水水域的光照强度来判断载体所在的水深是否适宜沉水植物生长，进而采用向充气式浮体内通气或放气的方式来调节载体在水体中的位置，直至达到适宜深度。本装置也可不安装光敏传感器和光敏控制器，但需人工通过经验判断载体的深度，精确度较难控制。光敏传感器18优选安装于所述支撑骨架的外环框架1或固定浮体上，以防止植物阻挡光线。

浮体控制器b的结构如图5-7，其可飘浮于水体表面。浮体控制器上装有与充气管15相连接的充气管套管20。浮体控制器具体包括浮体控制器骨架框23、浮体材料层21、沉水材料层22和充气管套管20等。浮体控制器骨架框23可制成球形、锥形、或方形等，浮体控制器骨架框23内的上部填充浮体材料层21，下部填充沉水材料层22，浮体材料层和沉水材料层可以使浮体控制器在水面保持衡定的朝向。充气管套管20安装于浮体控制器的表面或贯穿于浮体控制器内，该充气管套管20与充气管15的一端相连或充气管15的一端直接从充气管套管20穿出。光敏控制器19也可以安装于所述浮体控制器外部或内置于所述浮体控制器中。

本装置的锚件c主要用来防止载体a随水流水平漂移，具体的锚件可采用钢筋混凝土预制件(如图8)、沙包、石头或石头包，在锚件上装有放置该锚件的起重扣25和与固定索17活动连接的固定扣24。将锚件放置于水底时，将绳索绑在该起重扣25上然后缓慢放于水底。锚件上的固定扣24则可以使固定索17连接在锚件上的同时还能自由来回滑动。

本装置的固定索17如图1如示，固定索17的一端固定连接在前述载体a上，另一端依次穿过所述锚件c上的固定扣24和所述载体a上的绳索管7后连接在前述浮体控制器b上。固定索17的数目可以为一条，也可以为多条。为了使载体更加平稳，还可以在固定索17上设有若干辅索，所述辅索的一端固定连接在该固定索17上，其另一端固定连接在所述载体a的不同位置上。

上述各装置现场组装完毕后，将各部件通过船只运入工程现场，安装顺序为先锚件c，再载体a，最后浮体控制器b。安装锚件c时，可先将固定索17系在载体a的辐条6上，再将固定索17穿入固定扣24中，用绳索或者钢缆等穿过起重扣25，通过人力或者吊机将锚件放入水体中，固定索17分别通过绳索管7与浮体控制器b相连，然后将充气管15及传感器连接线16分别连接到浮体控制器b中，通过排除内环充气式橡胶圈10中的气体使载体缓慢下沉，观测光敏控制器19直至达到既定数值，如需上升，则利用空气泵或者气瓶从充气管15通入气体，反复几次直至达到既定深度，使沉水植物进行生长。

如果水体水质有变化，则先暂时调整固定索17与浮体控制器b的连接长度，通过经充气管15放气或向充气管15充气调节载体至合适深度，再将固定索17固定在浮体控制器b上。

本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：该装置包括：

锚件，该锚件用于沉至水体底部，在所述锚件的上部设有固定扣；

载体，该载体用于悬浮在水体中，所述载体主要由支撑骨架、设于所述支撑骨架上的生物载体层、装于所述支撑骨架边缘的固定浮体以及位于所述支撑骨架中心的通过充入或排出气体来调节浮力的充气式浮体组成，在所述支撑骨架或充气式浮体的中心装有上下端贯穿所述载体的绳索管，所述充气式浮体与通向水体外的充气管的一端相通；

浮体控制器，该浮体控制器用以浮在水面，所述浮体控制器上装有与前述充气管相连接的充气管套管；

固定索，所述固定索的一端固定连接在前述载体上，另一端依次穿过所述锚件上的固定扣和所述载体上的绳索管后连接在前述浮体控制器上。

2.根据权利要求1所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述载体上安装有光敏传感器，所述浮体控制器上安装有反馈所述光敏传感器的信号的光敏控制器，所述光敏传感器与光敏控制器之间由传感器连接线相连。

3.根据权利要求1或2所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述支撑骨架包括内环框架、辐条、定型圈和外环框架，所述内环框架为球状空腔体，所述各辐条在内环框架的周围呈散射状分布构成一圆形面或锥形面，多个不同内径的圆环形定型圈固定连接在所述辐条上，所述外环框架固定连接在所述各辐条的外围。

4.根据权利要求3所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述生物载体层填充于所述载体上各辐条之间的区域，所述生物载体层自上而下分为水生植物生长基质层和生物填料层；所述水生植物生长基质层由黄沙、淤泥、植物纤维、生物陶粒中的一种或几种材料构成；所述生物填料层由悬浮球填料、纤维球填料、拉西环、多孔纺织布填料中的一种或几种材料构成；在所述生物载体层上种植有沉水植物。

5.根据权利要求3所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述固定浮体为充气式橡胶圈或低密度疏水性泡沫材料，该固定浮体固定于所述支撑骨架的外环框架内；所述充气式浮体为充气式内环橡胶圈，该充气式内环橡胶圈位于所述支撑骨架的内环框架内。

6.根据权利要求1所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述浮体控制器包括浮体控制器骨架框、浮体材料层、沉水材料层和充气管套管，其中所述浮体材料层和沉水材料层分别位于所述浮体控制器骨架框内的上部和下部。

7.根据权利要求1所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述固定索的数目为一条或多条；在所述固定索上设有若干辅索，所述辅索的一端固定连接在该固定索上，其另一端固定连接在所述载体上。

8.根据权利要求2所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述光敏控制器安装于所述浮体控制器外部或内置于所述浮体控制器中。

9.根据权利要求2所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述光敏传感器安装于所述支撑骨架的外环框架或固定浮体上。

10.根据权利要求1所述的用于水体治理的生态“水母”装置，其特征在于：所述锚件为钢筋混凝土预制件、沙包、石头或石头包，在所述锚件上装有放置该锚件的起重扣。

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