CN106630167A - 一种生态浮床装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生态浮床装置，包括浮床体和水下填料装置，所述浮床体包括相互链接形成整体的浮板基体，浮床体与河道两岸平行的两边设有浮床固定装置，所述浮板基体内设有可种植水生植物的种植盆；所述水下填料装置内封装填充有热解制备的水生植物生物炭。本发明的生态浮床装置构思新颖，设计合理，使用方便，巧妙地将枯萎的水生植物制备成生物炭负载在生态浮床的填料带中，特别适合静水湖泊、河道等水体的原位修复，具有较强的实用性。

Description

一种生态浮床装置
技术领域
本发明涉及水生植物废弃物资源化利用和生态修复技术领域，特别地涉及一种填料带中负载水生植物生物炭的生态浮床装置。
背景技术
我国在快速发展城市经济和推进农业现代化的同时，河道、湖泊等水体受到了不同程度的污染。近年来，国家层面大力推崇生态文明建设，受污染的河道、湖泊等水体亟待综合整治。由于河道两岸的截污纳管工程推进速度缓慢等因素的限制，雨水、生活污水和工业废水漏排的现象时有发生，水体中氮、磷及重金属等污染物的负荷依旧很高，水体富营养化的趋势并没有得到有效遏制。生态浮床是一种利用浮床体中的水生植物和浮床下部填料带表面附着的生物膜共同作用，达到吸收、降解污染物目的的生态技术。生态浮床具有占地面积小，运营维护成本低，污染物去除效果良好等诸多优点；而且种植在生态浮床中的水生植物本身具有良好的景观效应，因此该技术在河道、湖泊等水体原位修复领域得到了广泛的应用。然而，生态浮床也有一定的缺点。比如，（1）对于污染物浓度较高的黑臭水体，浮床中的水生植物生长受到很大的抑制；（2）在冬季，大量枯萎、凋零的水生植物残体漂浮于水面，容易造成次生污染等环境问题，影响水环境质量。近年来，生物质缺氧热解技术在农业环境保护领域得到了较多的应用。生物炭是植物生物质在缺氧的条件下，通过缓慢升温、热解（300~700°C）制备的一种新型材料。植物生物质制备得到的生物炭具有以下特点：1）呈现多孔结构；2）有较大的比表面积；（3）Zeta电位较低，有较强的电负性。目前，已经有较多学者对生物炭在土壤中的固碳增汇、增加作物产量、减少温室气体排放等作用做了深入的研究，但对生物炭在生态浮床原位修复中的应用报道不多。选用枯萎的水生植物作为生物炭原材料，一方面解决了河道、湖泊等水体中大量植物体残骸的问题。另一方面，将制备的生物炭封装在浮床水面下的填料带中，可以直接有效地吸附黑臭水体中的氨氮和重金属等多种污染物；同时，添加生物炭对冲刷填料带的水流有一定的阻滞效应，可以为水体中的优势菌群提供栖息的场所，能起到强化生物膜上的微生物进行硝化、反硝化的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种填料带中负载水生植物生物炭的生态浮床装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种生态浮床装置，包括浮床体和水下填料装置，所述浮床体包括相互链接形成整体的浮板基体，浮床体与河道两岸平行的两边设有浮床固定装置，所述浮板基体内设有可种植水生植物的种植盆；所述水下填料装置内封装填充有热解制备的水生植物生物炭。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
所述浮板基体为塑料浮板基体或其他密度很小的材质的浮板基体，所述浮板基体为中空结构，其中空结构内设置种植盆，所述浮板基体的边角处设置链接孔，所述浮板基体的底部设有用于连接水下填料装置的挂钩。
所述浮床固定装置包括牵引绳和固定螺母；牵引绳的一端与链接孔相连，另一端与固定螺母相连；固定螺母固定在岸边或水下坚硬底泥处。
所述牵引绳为尼龙双股绳。
所述水下填料装置包括导流碳纤维棒和分段树脂填料带，所述导流碳纤维棒和分段树脂填料带的长度根据具体水深选择，分段树脂填料带中封装热解制备的水生植物生物炭，并套设在导流碳纤维棒外部以防止填料带随水流扰动相互打结，所述导流碳纤维棒和分段树脂填料带均与挂钩相连从而挂在浮板基体底部。
所述导流碳纤维棒通过连接钩吊挂在所述挂钩上。
所述分段树脂填料带包括填料带单体，所述填料带单体的截面呈环状，其环状截面内封装填充热解制备的水生植物生物炭，填料带单体两两相互粘结在一起形成分段树脂填料带，分段树脂填料带的上端设有连接绳，通过连接绳挂设在挂钩上。
所述水生植物生物炭制备方法如下：
（1）取自河道或湖泊中的水生植物残体，清洗、去杂、烘干、粉碎；
（2）将粉末状植物生物质封装压实；
（3）将压实后的物质放置于马弗炉中，通氮排氧；
（4）加热一段时间后冷却至室温制备得到热解后的生物炭。
步骤（4）中的加热冷却具体是指：控制马弗炉的升温以5~10 °C/min的速度升温至500 °C，保持该峰值温度2小时后逐渐冷却至室温。
将制得的生物炭磨细，过1 mm筛，储存备用。
本发明的有益效果是：本发明的生态浮床装置构思新颖，设计合理，使用方便，巧妙地将枯萎的水生植物制备成生物炭负载在生态浮床的填料带中，特别适合静水湖泊、河道等水体的原位修复，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明的的生态浮床装置的结构示意图。
图2为本发明的浮板基体的俯视图。
图3为本发明的碳纤维导流棒的结构示意图。
图4为本发明的分段树脂填料带的结构示意图。
图中标号：浮床体1、水下填料装置2、塑料浮板基体3、浮床固定装置4、连接孔5、种植盆6、底部挂钩7、水生植物8、牵引绳9、固定螺母10、导流碳纤维棒11、分段树脂填料带12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明为一种填料带中负载水生植物生物炭的生态浮床装置，包括浮床主体、位于浮床体下部的水下填料装置和牵引浮床的浮床固定装置。其中，浮床主体中种植的水生植物可以吸收富营养化水体中的氮、磷等营养物质，以供自身生长利用；负载了水生植物生物炭的水下填料装置，可以强化生态浮床对水体中氨氮和重金属污染物的吸附，同时也可以为水中土著微生物强势菌群提供栖息庇护的载体，保护其不被水中原生动物捕食。
如图1和图2所示，浮床体由独立的塑料浮板基体组成，塑料浮板基体边长为40cm、厚度5cm，四个角有直径2cm的圆形连接孔5，可以用铁丝或绑扎带相互连接。使用时，根据河道或湖面的具体水面宽度选择塑料浮板基体的数量。每块塑料浮板基体的中央有直径为15cm的水生植物种植区，放置一个种植盆，深度为10~15cm，可以选择香蒲、菖蒲、常绿鸢尾等挺水植物或湿生植物。主要依据需要生态修复的水体主要污染物类型和污染物浓度，选择合适的水生植物。根据种植的水生植物习性选择是否使用少量土壤培育。
如图1和图2所示，位于浮床体四个角上的连接孔各用一根牵引绳9牵拉，两端绑定后再用固定螺母10将其固定于坚固的岸边，达到固定浮床体、防止其被水流冲毁的效果。
如图1和图2所示，每个塑料浮板基体的底部四条边上安装有挂钩7，位于两个连接孔5中间。底部挂钩7可以挂上浸没在水中的水下填料装置2。水下填料装置2由4根导流碳纤维棒11组成，每根导流碳纤维棒套有分段树脂填料带12。根据河道和湖泊水深，选择合适长度的碳纤维棒和填料带。
如图3和4所示，分段树脂填料带12呈中空圆柱状，每段长为20cm，外径8cm，内径6mm，一端有系紧带，用于连接挂钩7，各段之间可以通过胶粘物两两粘黏在一起形成填料带，树脂填料带中填充了水生植物生物炭，水生植物生物炭制备方法如下：水生植物取自河道或湖泊中枯萎的植物残体，将采集的水生植株残体用清水冲洗三遍，洗净表面的杂质，放置晾干5~7天，在60~80 °C下烘干24小时，再用粉碎机将植株粉碎至2mm以下。将粉末状植物生物质封装在密闭的坩埚中，压实以排出缝隙中的空气。将坩埚放置于马弗炉中，通氮气10min，排出马弗炉中的含氧空气。控制马弗炉的升温以5~10 °C/min的速度升温至500 °C，保持该峰值温度2小时后逐渐冷却至室温。取出热解后的生物炭，磨细，过1 mm筛。将制得的水生植物生物炭均匀、分段地填充到树脂填料带12中，每段填充的水生植物生物炭量根据水体污染程度和目标水质来确定，每段填充质量为10~20 g。将负载了水生植物生物炭的分段树脂填料带12套在导流碳纤维棒11外，系紧。导流碳纤维棒11顶部设有挂钩，与塑料浮板基体3底部的挂钩7相连接，作为水下填料装置。

Claims (10)

1.一种生态浮床装置，包括浮床体（1）和水下填料装置（2），其特征在于：所述浮床体（1）包括相互链接形成整体的浮板基体（3），浮床体（1）与河道两岸平行的两边设有浮床固定装置（4），所述浮板基体（3）内设有可种植水生植物（8）的种植盆（6）；所述水下填料装置（2）内封装填充有热解制备的水生植物生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述浮板基体（3）为塑料浮板基体或其他密度很小的材质的浮板基体，所述浮板基体（3）为中空结构，其中空结构内设置种植盆（6），所述浮板基体（3）的边角处设置链接孔（5），所述浮板基体（3）的底部设有用于连接水下填料装置（2）的挂钩（7）。
3.根据权利要求1所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述浮床固定装置（4）包括牵引绳（9）和固定螺母（10）；牵引绳（9）的一端与链接孔（5）相连，另一端与固定螺母（10）相连；固定螺母（10）固定在岸边或水下坚硬底泥处。
4.根据权利要求3所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述牵引绳（9）为尼龙双股绳。
5.根据权利要求1所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述水下填料装置（2）包括导流碳纤维棒（11）和分段树脂填料带（12），所述导流碳纤维棒（11）和分段树脂填料带（12）的长度根据具体水深选择，分段树脂填料带（12）中封装热解制备的水生植物生物炭，并套设在导流碳纤维棒（11）外部以防止填料带随水流扰动相互打结，所述导流碳纤维棒（11）和分段树脂填料带（12）均与挂钩（7）相连从而挂在浮板基体（3）底部。
6.根据权利要求5所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述导流碳纤维棒（11）通过连接钩吊挂在所述挂钩（7）上。
7.根据权利要求5所述的一种生态浮床装置，其特征在于：所述分段树脂填料带（12）包括填料带单体，所述填料带单体的截面呈环状，其环状截面内封装填充热解制备的水生植物生物炭，填料带单体两两相互粘结在一起形成分段树脂填料带（12），分段树脂填料带（12）的上端设有连接绳，通过连接绳挂设在挂钩（7）上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的生态浮床装置，其特征在于：所述水生植物生物炭制备方法如下：
（1）取自河道或湖泊中的水生植物残体，清洗、去杂、烘干、粉碎；
（2）将粉末状植物生物质封装压实；
（3）将压实后的物质放置于马弗炉中，通氮排氧；
（4）加热一段时间后冷却至室温制备得到热解后的生物炭。
9.根据权利要求8所述的生态浮床装置，其特征在于：步骤（4）中的加热冷却具体是指：控制马弗炉的升温以5~10 °C/min的速度升温至500 °C，保持该峰值温度2小时后逐渐冷却至室温。
10.根据权利要求8所述的生态浮床装置，其特征在于：将制得的生物炭磨细，过1 mm筛，储存备用。
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