CN109761365A - 一种节能高效生态浮岛 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能高效生态浮岛，整个装置主要包括3大功能区：水生植物区、填料区以及曝气系统区，生态浮岛架构采用性能稳定的塑料材质，使用装配方式搭建主体框架，方便运输，曝气系统使用太阳能提供动力，通过光感应技术控制曝气功能区的夜间曝气工作，可提高水体的溶解氧并且降低能耗，水生植物区具有吸附富集作用，通过耦合生物滤池技术，可减少污水在水体横截面短流，增加填料与污染物的接触机率。本发明的节能高效生态浮岛解决了水生植物夜间无光合作用产氧，同时生物代谢耗氧导致水体溶解氧低的问题，有效提高了污水处理能力，具有景观功能良好、成本低、管理简单的技术优势。
Description
技术领域
本发明涉及环境净化节能技术领域，特别是涉及一种节能高效生态浮岛。
背景技术
根据我国生态环境部2017年公布的《2016年中国环境质量公告》所知，Ⅴ类占6.9％，劣Ⅴ类为8.6％，分别有所下降，但总体水体状况及水十条任务仍不容乐观。我国的江水、湖泊、河流等水体富营养化是水处理专项的重要治理领域，其中常用的治理手段是采用生态浮岛技术。
现有技术中，公开号为CN203461882U的实用新型专利，公开了一种节能生态人工浮岛，包括表面种植有水生植物的漂浮平台；所述的漂浮平台下方有充氧装置，漂浮平台上有与该充氧装置电连接的蓄电装置，蓄电装置与固定在漂浮平台上的太阳能电池板电连接，增加水体溶氧浓度、促进微生物新成代谢、提高除污染效果，克服了架设电线施工难度大、投资和运行成本高等缺陷；但是没有考虑漂浮平台的运输问题，一旦大批量投入使用，运输成本将大幅提高。
现有技术中，公开号为CN108529752A的发明专利，公开了一种生态浮岛，包括净化管和净化管上的水生植物系统，在净化管的进水口处设有造流装置，通过造流装置在净化管内部形成水流，在净化管的进水口与出水口之间设有曝气装置，所述的曝气装置通过将含有氧分子的气体通入水流中，在净化管内部形成相连通的厌氧净化区和好氧净化区，所述的生态浮岛构造复杂，不易组装，浪费资源，极有可能对水体造成二次污染，在缩小成本，提高环境净化能力，节约资源方面缺点明显。
生态浮岛是以根际较为发达的水生植物作为主体，运用无土栽培原理，以竹条木头或其他高分子有机材质作为水上载体，构建植物-微生物修复体系，通过植物的吸收、富集及微生物的降解作用，削减水体中的有机物或重金属等其他污染物，已经成为国内外的研究应用热点；目前研究的方向主要集中在生态浮岛的稳定性、耐受力、持久性、景观性、生物安全性、经济性及管理便利性等方面，却忽略了生态浮岛的植物在夜间会停止光合作用的问题，因植物代谢需要大量氧气，会与水体中其它生物竞争氧气，造成水体的短暂性缺氧，严重威胁水体生物的生命健康，而且生态浮岛的植物吸附能力有限，治理效果不理想。
发明内容
为解决上述生态浮岛存在的两大问题，本发明设计了一种节能高效生态浮岛，旨在利用太阳光能转变为电能，在夜间提高氧，同时结合了生物滤池技术，提高污水处理能力，节能高效生态浮岛采用装配式结构，便于运输，具体技术方案如下：
本发明涉及一种节能高效生态浮岛，所述的节能高效生态浮岛包括三大功能区：水生植物区-填料区-曝气系统区。水生植物区所种植的水生植物，不光具有吸附富集作用，而且耦合了生物滤池技术，在植物导管的主动运输作用下，可减少污水在水体横截面短流，增加填料与污染物的接触机率，同时污水经生物滤料处理后，有机污染物降解为无机营养物质，更利于根际的吸收利用；整个节能高效生态浮岛的架构材质主要为稳定性好的塑料材质，主体框架采用装备方式搭建，然后插入插板，完成整个浮岛框架；完成框架搭建后，生态浮岛里面安装布置三大功能区域，从下到上分别安装曝气系统区-填料区-水生植物区，曝气系统的能源来自于太阳能，通过光感应技术，控制曝气系统在夜间曝气工作，合理溶解氧气的同时降低能耗；节能高效生态浮岛四周安装拼接耳，用于多个浮岛的拼接使用。
一种节能高效生态浮岛，其特征在于：所述的节能高效生态浮岛由一个框架组件和设置在所述框架组件内的三大功能区组成：所述的3大功能区包括水生植物区、填料区、曝气系统区，三大功能区从上往下依次排列；所述曝气系统区内设置有曝气系统，所述曝气系统包括曝气管、蓄电池及风机系统和太阳能板。
优选的，所述水生植物区包括生态浮岛植物及植物盆，所述的生态浮岛植物栽培于植物盆内，植物盆按顺序依次穿插于所述框架组件的栅格盖板的栅格中。
优选的，所述填料区包括上层细填料及下层粗填料，所述的上层细填料位于所述框架组件的栅格盖板与下层粗填料之间，下层粗填料处于所述曝气管的上部。
优选的，所述的曝气管处于节能高效生态浮岛的底部，位于所述框架组件的底板结构插板之上，所述蓄电池及风机系统对称分布在所述框架组件的两块侧面结构插板内侧，曝气管与蓄电池及风机系统相连接，所述的太阳能板通过一个支撑杆与蓄电池及风机系统相连接。
优选的，所述框架组件包括生态浮岛框架、正面结构插板、背面结构插板、侧面结构插板、底板结构插板、栅格盖板，所述的栅格盖板位于生态浮岛框架的上表面，处于上层细填料的正上方，所述的生态浮岛框架的四个边角两侧及各边中点位置设置有拼接耳。
优选的，一种如权利要求1-5任意一项所述的节能高效生态浮岛的搭建方法，所述搭建方法包括以下步骤：
S1，在水面上搭建所述节能高效生态浮岛的框架组件；
S2，在所述框架组件内安装所述曝气系统；
S3,填充所述填料区；
S4，在所述填料区上构建所述水生植物区。
优选的，所述步骤S1中，所述框架组件的搭建步骤为将生态浮岛框架通过水上运输，到达指定位置后，放于水中，生态浮岛框架漂浮于水面之上，然后将底板结构插板、正面结构插板、背面结构插板、两块侧面结构插板按相应的尺寸插于生态浮岛框架的前后左右及底部。
优选的，所述步骤S2中，所述曝气系统的搭建步骤为将生态浮岛的曝气管放于底板结构插板之上，所述蓄电池及风机系统对称放置在所述框架组件的两块侧面结构插板内侧，生态浮岛的曝气管上覆盖下层粗填料，所述的太阳能板通过一个支撑杆与蓄电池及风机系统相连接，支撑杆使用中空设计，其内部可布线，太阳能板倾斜安装，与水平夹角为45度，蓄电池及风机系统所使用的外部盒体为长方体结构，盒体长度与节能高效生态浮岛等高，太阳能板摆放位置为高出水生植物50-60cm最佳，曝气系统整体放入生态浮岛框架后，曝气管上方加埋下层粗填料。
优选的，所述步骤S3中，所述填料区的搭建步骤为下层粗填料放于曝气管上方，上层细填料铺设在下层粗填料的上层，所述上层细填料位于栅格盖板与下层粗填料之间。
优选的，所述步骤S4中，所述水生植物区的搭建步骤为将选好的生态浮岛植物先置放于植物盆中，再将生态浮岛植物与植物盆的结合体一起放入栅格盖板的栅格中，依栅格顺次摆放。
本发明的有益效果：该节能高效生态浮岛解决了水生植物夜间只进行呼吸作用而不进行光合作用会耗费氧气的问题，相比较于其它生态浮岛，不具备主动制造氧气的功能，该节能高效生态浮岛在夜间会启动曝气系统，通过白天太阳能收集的能量，使用光感应技术，合理利用氧气降低能耗，且不会对其它水生植物造成影响；而且其它生态浮岛的植物吸附能力有限，导致处理效果不理想，该节能高效生态浮岛，除了水生植物的吸附富集作用，通过耦合生物滤池技术，在植物导管的主动运输作用下，减少污水在水体横截面短流，增加填料与污染物的接触机率，使有机污染物降解为无机营养物质，提高污水处理能力，此外，该浮岛采用装配式结构，方便运输。因具有景观功能良好、成本低、管理简单等特点，已经成为国内外的研究应用热点。
附图说明
图1为本发明的生态浮岛俯视图；
图2为本发明的生态浮岛正视图；
图3为本发明的生态浮岛曝气系统示意图；
图4为本发明的生态浮岛的底板、正面、侧面结构插板示意图。
图中：1、太阳能板；2、蓄电池及风机系统；3、栅格盖板；4、拼接耳；5、生态浮岛框架；6、生态浮岛植物；7、植物盆；8、上层细填料；9、下层粗填料；10、曝气管；11、底板结构插板；12、正面结构插板；13、侧面结构插板。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图2所示，本发明的节能高效生态浮岛，由一个框架组件和设置在所述框架组件内的三大功能区组成，所述的框架组件由生态浮岛框架5、插接于生态浮岛框架5上的底板结构插板11、正面结构插板12、背面结构插板(图未示)、两块侧面结构插板13和栅格盖板3组成。框架结构作为整个节能高效生态浮岛的主体框架，起到支撑作用，使三个功能区包含在内。
所述的三大功能区包括水生植物区、填料区、曝气系统区，三大功能区设置在所述框架组件内从上往下依次排列。水生植物区位于最上层，水生植物区里所种植的植物插于填料区的填料中，所述填料区中填充有上层细填料8和下层粗填料9，上层细填料8为直径3～6mm的细轻质填料，下层粗填料9为直径6mm-9mm的粗轻质填料。所述曝气系统区设置在所述填料区下方，所述曝气系统区内设置有曝气系统。
如图3所示，为本发明的生态浮岛曝气系统示意图，所述的曝气系统包括曝气管10、蓄电池及风机系统2及太阳能板1；生态浮岛的曝气管10处于节能高效生态浮岛的底部，位于底板结构插板11之上，所述蓄电池及风机系统2对称分布在所述框架组件的两块侧面结构插板13内侧，曝气管10与蓄电池及风机系统2相连接，所述的太阳能板1通过一个支撑杆与蓄电池及风机系统2相连接。
本发明的节能高效生态浮岛构建方法如下：如图1和图4所示，将生态浮岛框架5通过水上运输，到达指定位置后，放于水中，生态浮岛框架5会漂浮于水面之上，然后将底板结构插板11、正面结构插板12、背面结构插板、两块侧面结构插板13按相应的尺寸插于生态浮岛框架5的前后左右及底部，此时完整的生态浮岛框架5还差一个栅格盖板3，因栅格盖板3位于填料区之上，需等待填料区填制完毕才可放置。
所述框架组件搭建完成之后，将生态浮岛的曝气管10放置于节能高效生态浮岛的底部，位于底板结构插板11之上，所述蓄电池及风机系统2对称放置在所述框架组件的两块侧面结构插板13内侧，生态浮岛的曝气管上覆盖下层粗填料9，埋于整个节能高效生态浮岛的底部位置；所述的太阳能板1通过一个支撑杆与蓄电池及风机系统2相连接，支撑杆使用中空设计，其内部可布线，将太阳能板1所收集的能量通过线路供给蓄电池及风机系统2所使用，太阳能板1倾斜安装，与水平夹角为45度，保证最大采光量，蓄电池及风机系统2所使用的外部盒体为长方体结构，盒体长度与节能高效生态浮岛等高，太阳能板1摆放位置为高出水生植物50-60cm最佳，将曝气系统整体放入生态浮岛框架5后，曝气管10上方加埋下层粗填料9，至此，曝气系统安装完成，下层粗填料9上料完成。
如图2所示，当粗填料上料完成，上层细填料8铺设在下层粗填料9的上层，所述的上层细填料8位于栅格盖板3与下层粗填料9之间，将上层细填料8铺设完毕，盖上栅格盖板3，将选定好的生态浮岛植物6先置放于植物盆7中，再将生态浮岛植物6与植物盆7的结合体一起放入栅格盖板3的栅格中，依栅格顺次摆放，一个完整的节能生态浮岛便可投放于需要治理污染的水源中，当水源污染面积过大，需要多个节能高效生态浮岛拼接使用治理污水时，节能高效生态浮岛的四周设有拼接耳4，使用绳索将多个节能高效生态浮岛连接起来，变成一个更大的节能高效生态浮岛，且独立运行，互不干扰。
本节能高效生态浮岛设有曝气系统，白天时因植物可以进行光合作用产生氧气，并不会与水体中的植物竞争而产生的水体缺氧的现象，并且水体中的植物在白天同时也能够进行光合作用，故氧气充足，无需考虑白天氧气缺少的问题，到了夜间，植物的光合作用停止，只进行代谢，需耗费大量氧气，因此氧气的缺少势必影响到水体中的植物，使水体植物无法正常生存，而曝气装置便解决了氧气缺少的问题，太阳能板在白天通过光照进行能量储存，能量通过转化，输送至蓄电池进行充电，通过一天的能量储存，可正常提供曝气系统运行所需要的电能，使用曝气系统后，氧气供给合理，水体中的植物与生态浮岛植物共存，既处理了水体污染，又不影响当地生态系统的平衡。
本节能高效生态浮岛放于被污染的水体后，先通过填料区的填料与污水接触，将有机污染物降解为无机营养物质，供给生态浮岛植物生存代谢使用，由于本节能高效生态浮岛属于框架结构，而且两侧结构插板均是镂空设计，这样便保证了填料区的填料与污水一直都是紧密接触，有机污染物降解为无机营养物质被生态浮岛植物再吸收的过程也是循环运转的，因为水生植物具有吸附富集作用，同时耦合生物滤池技术，在生态浮岛植物导管的主动运输作用下，减少污水在水体横截面短流，增加填料与污染物的接触机率，提高了水体净化的能力，本节能高效生态浮岛因没有其它外力的束缚，在水中还可自由飘动，灵活性大大提高，防止净化完成某片区域后还得移动浮岛的可能性。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种节能高效生态浮岛，其特征在于：所述的节能高效生态浮岛由一个框架组件和设置在所述框架组件内的三大功能区组成：所述的三大功能区包括水生植物区、填料区、曝气系统区，三大功能区从上往下依次排列；所述曝气系统区内设置有曝气系统，所述曝气系统包括曝气管(10)、蓄电池及风机系统(2)和太阳能板(1)。
2.如权利要求1所述的节能高效生态浮岛，其特征在于：所述水生植物区包括生态浮岛植物(6)及植物盆(7)，所述的生态浮岛植物(6)栽培于植物盆(7)内，植物盆(7)按顺序依次穿插于所述框架组件的栅格盖板(3)的栅格中。
3.如权利要求1所述的节能高效生态浮岛，其特征在于：所述填料区包括上层细填料(8)及下层粗填料(9)，所述的上层细填料(8)位于所述框架组件的栅格盖板(3)与下层粗填料(9)之间，下层粗填料(9)处于所述曝气管(10)的上部。
4.如权利要求1所述的节能高效生态浮岛，所述的曝气管(10)处于节能高效生态浮岛的底部，位于所述框架组件的底板结构插板(11)之上，所述蓄电池及风机系统(2)对称分布在所述框架组件的两块侧面结构插板(13)内侧，曝气管(10)与蓄电池及风机系统(2)相连接，所述的太阳能板(1)通过一个支撑杆与蓄电池及风机系统(2)相连接。
5.如权利要求1所述的节能高效生态浮岛，其特征在于：所述框架组件包括生态浮岛框架(5)、正面结构插板(12)、背面结构插板、侧面结构插板(13)、底板结构插板(11)、栅格盖板(3)，所述的栅格盖板(3)位于生态浮岛框架(5)的上表面，处于上层细填料(8)的正上方，所述的生态浮岛框架(5)的四个边角两侧及各边中点位置设置有拼接耳(4)。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的节能高效生态浮岛的搭建方法，其特征在于，所述搭建方法包括以下步骤：
S1，在水面上搭建所述节能高效生态浮岛的框架组件；
S2，在所述框架组件内安装所述曝气系统；
S3,填充所述填料区；
S4，在所述填料区上构建所述水生植物区。
7.如权利要求6所述的搭建方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述框架组件的搭建步骤为将生态浮岛框架(5)通过运输，到达指定位置后，放于水中，生态浮岛框架(5)漂浮于水面之上，然后将底板结构插板(11)、正面结构插板(12)、背面结构插板、两块侧面结构插板(13)按相应的尺寸插于生态浮岛框架(5)的前后左右及底部(水上地面安装均可)。
8.如权利要求6所述的搭建方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述曝气系统的安装步骤为将曝气管(10)放于底板结构插板(11)之上，所述蓄电池及风机系统(2)对称放置在所述框架组件的两块侧面结构插板(13)内侧，曝气管(10)上覆盖下层粗填料(9)，太阳能板(1)通过支撑杆与蓄电池及风机系统(2)相连接，所述支撑杆使用中空设计，其内部可布线，太阳能板(1)倾斜安装，与水平夹角为45度。
9.如权利要求6所述的搭建方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述填料区的填充步骤为下层粗填料(9)放于曝气管(10)上方，上层细填料(8)铺设在下层粗填料(9)的上层，位于栅格盖板(3)与下层粗填料(9)之间，再插入栅格盖板(3)。
10.如权利要求6所述的搭建方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述水生植物区的设置步骤为将选好的生态浮岛植物(6)先置放于植物盆(7)中，再将生态浮岛植物(6)与植物盆(7)的结合体一起放入栅格盖板(3)的栅格中，依栅格顺次摆放。
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