CN109734191A - 浮动湿地及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮动湿地及其用途，涉及水质净化技术领域，该浮动湿地，从下到上依次包括承载层、填料层和种植层，至少在所述承载层的内部或上表面铺设网状结构的加热元件。利用该浮动湿地能够缓解传统的浮动湿度在低温环境下净化效果差的技术问题，达到提高低温净化效果的目的。

Description

浮动湿地及其用途

技术领域

本发明涉及水质净化技术领域，尤其是涉及一种浮动湿地及其用途。

背景技术

浮动湿地技术是在人工湿地技术与浮岛基础上研究发展而来的。相较于人工湿地技术，浮动湿地技术可直接布置于水体上，满足各类水位变化要求，不占用土地资源。浮动湿地技术可广泛应用于江河湖库等自然水体的水质净化、改善水体黑臭，修复水生态环境。

传统的浮动湿地载体主要由聚苯乙烯发泡板、PVC及竹质材料等组成，根据植物体的大小选用合适的间距和孔径打孔，每孔扦插或隔孔扦插。在植株茎基部包裹适量海绵，插入发泡板的孔径中，然后将栽培好植物的发泡板放入水体，用竹片或软绳连接起来。浮体整体组装完成后，四周固定，浮动湿地即构建完成。传统浮动湿地的净化原理主要是通过植物对N、P营养盐的吸收和光合作用，去除水中的N、P。植物种植后能形成较大生物量，特别是发达的根系，可吸附大量藻类等浮游生物，根系释放出能降解有机污染物的分泌物，加速污染物分解，具有较好的生态及水质净化效果。

由于传统的浮动湿地净化机理主要依靠植物和微生物，夏季温度较高，微生物繁殖和植物生长得到强化，促进污染物降解，而当秋冬季温度较低时，微生物繁殖和植物生长能力降低，导致污染物去除率低，季节造成的温度变化成为影响浮动湿地污染物去除效果的主要因素。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种浮动湿地，以缓解传统的浮动湿度在低温环境下净化效果差的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种上述浮动湿地的用途，以实现江河湖泊的水质净化。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种浮动湿地，从下到上依次包括承载层、填料层和种植层，至少在所述承载层的内部或上表面铺设网状结构的加热元件。

进一步的，在所述承载层的内部和上表面同时铺设网状结构的加热元件，铺设于所述承载层内部的加热元件L1与铺设于所述承载层上表面的加热元件L2交错布置。

进一步的，所述加热元件为电加热元件，所述电加热元件的两端通过连接线路连接外部供电系统。

进一步的，所述外部供电系统为光伏供电系统，所述光伏供电系统安装于所述种植层上。

进一步的，所述种植层种植有矮径植物与高径植物，所述矮径植物种植于所述光伏供电系统的太阳能板周边。

进一步的，所述矮径植物包括早稻禾、鸢尾或菖蒲中的至少一种。

进一步的，所述高径植物包括芦苇和/或美人蕉。

进一步的，所述电加热元件通过温控装置连接至外部供电系统，所述温控装置用于测量承载层的温度并控制连接线路的通断。

进一步的，所述承载层由聚酯纤维材料构成。

进一步的，所述填料层中的填料包括火山岩、沸石和砾石，其中，火山岩、沸石和砾石的重量比为1：(0.8－1.2)：(0.8－1.2)。

本发明的浮动湿地在净化水质中的用途。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的浮动湿地包括承载层、填料层和种植层，填料层可以有效降低水体中的有机物、氮、磷和重金属等多种有机污染物。通过在承载层内部或上表面铺设网状结构的加热元件，同时通过加热元件的加热作用以使承载层和填料层始终处于适宜的温度范围内，保证承载层中的微生物维持较高的生物活性，同时使生态填料始终维持较高的处理效果，减少温度对净化效果的制约作用，增强浮动湿地的净化效果，从而使浮动湿地在低温环境下保持较高的水质净化效果。

该浮动湿地不占用土地资源、无二次污染、生态性好，是一种有效的解决水体污染物浓度高及富营养化问题的处理方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式的浮动湿地的结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的承载层的俯视结构示意图；

图3为本发明另一种实施方式的浮动湿地的结构示意图；

图4为本发明另一种实施方式中电加热元件的俯视结构示意图；

(a)为承载层内电加热元件的俯视结构示意图，(b)为承载层上表面电加热元件的俯视结构示意图。

图标：10－承载层；11－电加热元件；12－种植孔；13－加热元件L1；14－加热元件L2；20－填料层；21－土工布；30－种植层；31－太阳能板；40－落位绳索；41－落位石。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一方面，本发明提供了一种浮动湿地，从下到上依次包括承载层、填料层和种植层，至少在所述承载层的内部或上表面铺设网状结构的加热元件。

本发明提供的浮动湿地包括承载层、填料层和种植层，填料层可以有效降低水体中的有机物、氮、磷和重金属等多种有机污染物。通过在承载层内部或上表面铺设网状结构的加热元件，同时通过加热元件的加热作用以使承载层和填料层始终处于适宜的温度范围内，保证承载层中的微生物维持较高的生物活性，同时使生态填料始终维持较高的处理效果，减少温度对净化效果的制约作用，增强浮动湿地的净化效果，从而使浮动湿地在低温环境下保持较高的水质净化效果。

该浮动湿地不占用土地资源、无二次污染、生态性好，是一种有效的解决水体污染物浓度高及富营养化问题的处理方式。

本发明中，承载层的上表面指与填料层接触的一面，承载层的下表面与水接触。

为了对承载层和填料层同时加热，优选的实施方式是将加热元件设置于承载层的上表面，即设置在承载层与填料层之间。

本发明中的承载层的材料并不局限于聚苯乙烯发泡板、PVC及竹质材料等，在本发明的一些实施方式中，承载层的材料还可以为聚酯纤维材料。采用纤维丝质材料制备的承载层，同时兼具提供浮力及微生物生长载体的功能。当利用纤维状材料制备承载层时，承载层、填料层和种植植物的根系都可以作为水体中微生物生长的载体，使微生物大量附着形成微生物膜，利用微生物作用达到水质净化效果。

而在整套净化系统中，温度是影响微生物生长的重要环境因子，温度的变化会引起参与净化的微生物的种属与活性以及生化反应速率的变化，影响微生物的繁殖挂膜。为了保证在较低的温度条件下浮动湿地生态系统仍能保持较高的水质净化效果，本发明在承载层铺设加热元件，以保证填料层和承载层微生物的活性始终维持在较高的水平。通过实验证明，温度在15℃-22℃之间，适合微生物繁殖挂膜，因此，可以通过设置特定的加热方式，以使填料层和承载层的温度处于15℃-22℃之间，从而达到提高净化的效果。

在本发明的一些实施方式中，在所述承载层的内部和上表面同时铺设网状结构的加热元件，铺设于所述承载层内部的加热元件L1与铺设于所述承载层上表面的加热元件L2交错布置。

通过交错布置，更有利于承载层均匀受热，提高保温效果。

本发明中的加热元件可以是电加热元件也可以是加热管道，管道内通入加热气体或加热液体。如果采用加热介质实现加热，可以充分利用工业废弃或高温蒸汽等废弃物进行加热。为了便于控制，在本发明的一些实施方式中，加热元件选为电加热元件，且电加热元件的两端通过连接线路连接至外部供电系统。当采用电加热元件时，可以通过外部供电系统对电加热元件进行通电加热，从而产生热量，以提高承载层和填料层的温度。

在本发明的一些实施方式中，所述外部供电系统为光伏供电系统，所述光伏供电系统安装于所述种植层上。

利用光伏供电系统对电加热元件进行加热，以方便浮动湿地的安装设计，避免市政电路的引线问题。

当在种植层安装光伏供电系统后，为了不对光伏供电系统中的太阳能板造成遮挡，种植层种植的植物可以分为矮径植物与高径植物，其中，矮径植物种植于太阳能板的周边，以避免挡光的范围为宜。

上述实施方式中，矮径植物包括早稻禾、鸢尾或菖蒲中的至少一种。高径植物包括水质净化效果较强的挺水植物，例如，芦苇和/或美人蕉。

在本发明的一些实施方式中，为了实现电加热元件的自动控温，电加热元件通过温控装置连接至外部供电系统，温控装置用于测量承载层的温度并控制连接线路的通断。例如当承载层的温度低于15℃时，温控装置接通外部供电系统对电加热元件进行加热，而当承载层的温度高于25℃时，温控装置则断开电加热元件与外部供电系统的连通。

在本发明的一些实施方式中，填料层中的填料包括火山岩、沸石和砾石，其中，火山岩、沸石和砾石的体积比为1：(0.8－1.2)：(0.8－1.2)，优选为1：1：1。

在水质净化过程中，无论是填料的吸附、微生物的降解还是植物的吸收，均与填料关系紧密。填料不仅为水生植物的生长提供载体及营养物质，也为微生物生长提供稳定的附着表面，同时填料通过过滤拦截、吸附沉淀等作用去除水中污染物，因此对于浮动湿地而言填料的选择至关重要。

选用体积比为1：(0.8－1.2)：(0.8－1.2)的火山岩、沸石和砾石混合物作为填料，充分考虑了填料吸附和离子交换性能，保证了填料层的结构中有一定的空腔和孔道，通过吸附和离子交换性能对水中的氮和磷等污染物有较强的净化效果。

本发明构建了一种植物/生物填料/生物载体结构的强化型浮动湿地。该浮动湿地的净化机理主要依靠填料基质、植物、微生物三种净化机制相互影响，共同形成了一个统一的系统，达到净化水质的作用。

第二方面，本发明提供了一种本发明的浮动湿地在净化水质中的用途。

实施例1

本实施例是一种浮动湿度，其结构如图1所示，包括承载层10、填料层20和种植层30，其中，在承载层10的表面铺设有网状结构的电加热元件11，图2为电加热元件11铺设于承载层10表面的俯视结构示意图。

如图2所示，承载层10所用的材质为纤维丝状材质，该承载层上设有种植孔12，种植孔的深度为8cm，种植孔的位置与电加热元件的设置位置相互错开。种植层种植的植物的根系酮种植孔中穿过进入水中。

该电加热元件11包括绝缘层和包覆于绝缘层内的电加热丝，且绝缘层为高导热材料，能够将电加热丝产生的热量传输至承载层10和填料层20。

填料层20设置在承载层10之上，填料层20的四周土工布21进行包覆，防止填料散落。该填料层20中的填料为体积比为1：1：1的火山岩、沸石和砾石的组合。

种植层30上也设有相应的种植孔，植物种植在种植孔内。在种植层30的上设有太阳能板31，电加热元件11连接至太阳能板31，利用太阳能板31的光电转换作用为电加热元件供电。在太阳能板31与电加热元件11的连接线路上设有温控装置。温控装置包括温度探测器和继电器等部件，温度探测器设置于承载层与填料层之间，继电器可以设置在承载层与填料层之间，也可以设置在太阳能板一侧。当温度探测器测量的温度低于15℃时，温控装置将接通太阳能板与电加热元件的连接线路；当温度高于25℃时，温控装置将断开太阳能板与电加热元件的连接线路。

为避免植物遮挡降低太阳能板光电转换效率，太阳能板周边可种植早稻禾及鸢尾或菖蒲进行过渡，其余部分可正常种植芦苇、美人蕉等水质净化效果较强的挺水植物。

继续参照图1，该浮动湿地的承载层10中通过落位绳索40连接至水中的落位石41，以防止浮动湿地的浮动。

实施例2

本实施例是一种浮动湿度，与实施例1的不同之处在于，承载层的内部铺设网状结构的加热元件L1 13，承载层的上表面铺设网状结构的加热元件L2 14，其结构如图3和图4所示。其中，加热元件L113和电加热元件L2 14均为电加热元件且交错铺设。

由上述分析可知，本发明提供的浮动湿地具有以下优点：

(1)传统的浮动湿地主要依靠植物进行水质净化，浮动湿地系统对污染物去除效率有限。本发明实施例的浮动湿地加入了生态填料，通过合理配比使生态填料达到最优净化效果，对水体中氮、磷、有机物、重金属等污染物质具有更高的去除效率。

(2)传统的浮动湿地低温净化效果差，本发明实施例的浮动湿地通过在承载层表面布置电加热元件维持净化区域的温度适宜，保证填料层和承载层微生物活性始终维持在较高的水平，从而在温度较低的情况下浮动湿地依然能维持较高的水质净化效果。

(3)无需种植篮、日常维护简单、生态效果好。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种浮动湿地，从下到上依次包括承载层、填料层和种植层，其特征在于，至少在所述承载层的内部或上表面铺设网状结构的加热元件。

2.根据权利要求1所述的浮动湿地，其特征在于，在所述承载层的内部和上表面同时铺设网状结构的加热元件，铺设于所述承载层内部的加热元件L1与铺设于所述承载层上表面的加热元件L2交错布置。

3.根据权利要求1所述的浮动湿地，其特征在于，所述加热元件为电加热元件，所述电加热元件的两端通过连接线路连接至外部供电系统。

4.根据权利要求3所述的浮动湿地，其特征在于，所述外部供电系统为光伏供电系统，所述光伏供电系统安装于所述种植层上。

5.根据权利要求4所述的浮动湿地，其特征在于，所述种植层种植有矮径植物与高径植物，所述矮径植物种植于所述光伏供电系统中的太阳能板周边。

6.根据权利要求5所述的浮动湿地，其特征在于，所述矮径植物包括早稻禾、鸢尾或菖蒲中的至少一种；

优选地，所述高径植物包括芦苇和/或美人蕉。

7.根据权利要求3－6任一项所述的浮动湿地，其特征在于，所述电加热元件通过温控装置连接至外部供电系统，所述温控装置用于测量承载层的温度并控制连接线路的通断。

8.根据权利要求1－6任一项所述的浮动湿地，其特征在于，所述承载层由聚酯纤维材料构成。

9.根据权利要求1－6任一项所述的浮动湿地，其特征在于，所述填料层中的填料包括火山岩、沸石和砾石，其中，火山岩、沸石和砾石的体积比为1：(0.8－1.2)：(0.8－1.2)。

10.权利要求1－9任一项所述的浮动湿地在净化水质中的用途。