CN110002581A - 一种模块化漂浮湿地 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水体生态修复领域，公开一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元(1)，漂浮湿地单元(1)包括联体网筒(11)、支撑件(12)和生态棒(13)，联体网筒(11)是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体；生态棒(13)是由植生袋、植物繁殖体(131)和轻质基质(132)组成，植物繁殖体(131)与轻质基质(132)填装在植生袋内。本发明生态棒的制作简单，漂浮湿地无需再引入其他浮体材料，生态棒中基质内部构造丰富，比表面积和固磷能力也强制作成本低，降低了劳动强度，后续的现场施工方便；对氮、磷和重金属具有较好的吸附能力，因此生态环境效益显著，因而具有广阔的推广应用前景。

Description

一种模块化漂浮湿地
技术领域
本发明涉及水体生态修复领域，尤其涉及一种模块化漂浮湿地。
背景技术
生态浮床是当前我国水环境治理和生态修复工程中最为常用的一种工艺设施。根据物理构造的不同，生态浮床可归纳为网框式和浮板式两种类型，网框式浮床通常是采用PVC、PE等中空材料制成边框，然后在边框上布设尼龙网或土工网以定植植物，该设施具有构造简单、建造成本低等优点，但由于框体浮力小、孔隙大等原因而难以承载基质，定植的植物也往往只能是低矮的沉水或浮叶植物(挺水植物极易倒伏)，因而其污染净化能力和生态景观效应十分有限。浮板式浮床通常是由带有种植孔的塑料浮板或泡沫板拼接而成，植物可通过盆栽方式定植在浮床上，因而可以种植挺水植物，生态景观效果明显好于框体式浮床，但近几年的工程应用发现，浮板式生态浮床由于受到植物根部的增殖生长的挤压，极易导致浮板变型破损和植物倒伏，另外研究发现，由于浮板及其配套种植盆的阻隔，也显著降低了浮床的净化空间和净化能力。另一方面，现行浮板式浮床技术普通存在建造成本较高、植物根区效应比较有限等问题。因此，寻求可替代现行生态浮床的漂浮式生态净化设施十分迫切。
漂浮湿地是在生态浮床和人工湿地基础上发展起来的一种复合式水上生态净化系统，其基本构造和作用机理与现行人工湿地相似。不同于采用高比重填料的人工湿地，漂浮湿地为确保湿地系统可浮，需要采用比重接近于水的轻质填料。因此，填料的选择是漂浮湿地系统十分重要的一个环节。理想的漂浮湿地不仅应保留有浮床的可浮特性，还需较好地具备人工湿地的诸多优势(如施工简单、经济实用、易于推广、可去除多种类别的污染物、污染物去除效率高等)。但现有技术的漂浮湿地技术在实际应用中还很难发挥出这些优势，究其原因，主要存在以下问题：(1)构造复杂，关键材料不易获得，关键构件难以机械化加工制作，因而制作成本高，很难推广应用；(2)在至关重要的净化基质方面，往往只侧重于从过滤吸附净化角度进行选择，净化途径单一，对水质变化适应性差，净化效果不持续，(3)植物的定植往往需要在水上进行操作，现场施工难度大。
申请号CN201620354093.2为实用新型专利，提供一种漂浮湿地，包括框架、生物基填料、浮力结构及植物种植单元；框架为方形，框架上表面铺设有一层土工布，且设置有一组种植笼，种植笼底部填充有生物吸附填料；生物基填料填充于框架内部，生物基填料包括生物基聚氨酯填料及生物基聚氨酯填料内设置的孔隙；浮力结构包括位于框架内下部的浮球及位于框架内上部孔隙的发泡填充剂；植物种植单元包括种植于土工布的草皮及种植笼内的挺水植物。所述漂浮湿地，浮力稳定，多种途径净化水体，对水体的净化能力强，同时具有景观效果。但是该专利缺少补充碳源，脱氮除磷效果难以持续，其中生物基填料由聚氨酯(即泡沫)制得，制备成本较高，也容易引发微塑料污染，并且该材料比表面积较小，尽管微生物容易附着，但附着量小，微生物净化作用十分有限。此外，该专利浮力结构采用浮球和发泡填充剂，导致制作成本进一步增加。
发明内容
本发明针对现有技术中制作成本高、脱氮除磷净化效果不持续、水质变化适应性差的缺点，提供一种模块化漂浮湿地。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元，漂浮湿地单元包括联体网筒、支撑件和生态棒，联体网筒是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件，第二网筒中填充生态棒；生态棒是由植生袋、植物繁殖体和轻质基质组成，植物繁殖体与轻质基质混合后填装在植生袋内或轻质基质填装在植生袋内再将植物繁殖体定植再植生袋中。本发明联体网筒和生态棒两个关键构件均可机械化加工制作，如联体网筒可用机械缝制，生态棒可用食用菌菌棒成型机制作；用于制作关键构件的原材料廉价易得，如土工布、尼龙网、各基质原料，漂浮湿地的组装制作也十分简单，只需将生态棒和支撑件穿装于联体网筒中，因而制作成本低，后续的现场施工也十分方便。
联体网筒包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件，第二网筒中填充生态棒。第一网筒包围在一个或多个第二网筒的外侧。
作为优选，植物繁殖体为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
作为优选，支撑件为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
作为优选，轻质基质是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：20～30％，
火山石：25～30％，
膨胀蛭石：17～25％,
改性牡蛎壳：10～15％，
轻质生物炭：5～10％。
作为优选，玻璃轻石的粒径为3.0～6.0mm，火山石的粒径为2.0～4.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
作为优选，改性牡蛎壳是由牡蛎壳在450～650℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为2.0～4.0mm。
作为优选，轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在300～400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
作为优选，植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
填充的轻质基质是由玻璃轻石、火山石、膨胀蛭石、改性牡蛎壳和轻质生物炭按一定比例混合制备而成，所配入的改性牡蛎壳是在450～650℃条件下煅烧而成，经该温度区处理的牡蛎壳粉呈碱性，内部构造也更加丰富，比表面积和固磷能力也得到大幅度提高，所配入的玻璃轻石质轻多孔，具有众多相互连通的孔隙，透气性能强，微生物极易附着生长，而火山石和膨胀蛭石对氮、磷和重金属具有较好的吸附能力，且在碱性环境下吸附净化效果更好，但两者的透气性能较差(所附着的微生物特别是硝化菌量较小且活性较低)，将火山石、膨胀蛭石、改性牡蛎壳和玻璃轻石混合，可快速且更为高效的吸附富集氨氮和磷物质，为湿地植物的生长提供充足的养分的同时，创造可促进污染物特别是氨氮降解转化和移动的高底物浓度和高微生物量的微处理环境，而湿地植物的泌氧又进一步促进了填料中硝化菌的生长量和活性，进而提高对氨氮的硝化转化效率，此外，所加入的轻质生物炭是在低温碳化条件下制得，含有可缓慢释放的溶解性有机碳，其适量加入，可改善基质的质地和结构，并能够作为微生物反硝化脱氮的补充碳源，从而提高总氮的去除效率。
基质的选择和配置是否合理，不仅影响到漂浮湿地的水质净化效果，还影响到漂浮湿地的浮力，本发明将玻璃轻石、火山石、膨胀蛭石、秸秆生物炭和改性牡蛎壳按一定比例混合制得轻质基质，并将该基质制成生态棒，该生态棒充分吸水后可浮于水面，因而无需再引入其他浮体材料，降低了漂浮湿地的制作成本。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明将植物繁殖体和轻质基质填装于植生袋以制作生态棒，实现了植物种植的岸上作业，生态棒的制作又可以采用食用菌菌棒成型机进行加工，降低了劳动强度；漂浮湿地无需再引入其他浮体材料，制作成本低，后续的现场施工也十分方便；生态棒中所填充的基质内部构造丰富，比表面积和固磷能力也强，具有众多相互连通的孔隙，透气性能强，微生物极易附着生长，对氮、磷和重金属具有较好的吸附能力；因此生态环境效益显著，因而具有广阔的推广应用前景。
附图说明
图1是发明的结构示意图。
图2是发明的立面图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—漂浮湿地单元、11—联体网筒、12—支撑件、13—生态棒、131—植物繁殖体、132—轻质基质。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1-2所示，一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元1，漂浮湿地单元1包括联体网筒11、支撑件12和生态棒13，联体网筒11是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒11包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件12，第二网筒中填充生态棒13；生态棒13是由植生袋、植物繁殖体131和轻质基质132组成，植物繁殖体131与轻质基质132混合后填装在植生袋内或轻质基质132填装在植生袋内再将植物繁殖体131定植再植生袋中。
植物繁殖体131为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
支撑件12为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
轻质基质132是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：20％，
火山石：30％，
膨胀蛭石：25％,
改性牡蛎壳：15％，
轻质生物炭：10％。
玻璃轻石的粒径为3.0mm，火山石的粒径为2.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
改性牡蛎壳是由牡蛎壳在450～650℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为2.0～4.0mm。
轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在300℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
实施例2
如图1-2所示，一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元1，漂浮湿地单元1包括联体网筒11、支撑件12和生态棒13，联体网筒11是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒11包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件12，第二网筒中填充生态棒13；生态棒13是由植生袋、植物繁殖体131和轻质基质132组成，植物繁殖体131与轻质基质132混合后填装在植生袋内或轻质基质132填装在植生袋内再将植物繁殖体131定植再植生袋中。
植物繁殖体131为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
支撑件12为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
轻质基质132是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：30％，
火山石：30％，
膨胀蛭石：20％,
改性牡蛎壳：15％，
轻质生物炭：5％。
玻璃轻石的粒径为6.0mm，火山石的粒径为4.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
改性牡蛎壳是由牡蛎壳在650℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为4.0mm。
轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
实施例3
如图1-2所示，一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元1，漂浮湿地单元1包括联体网筒11、支撑件12和生态棒13，联体网筒11是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒11包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件12，第二网筒中填充生态棒13；生态棒13是由植生袋、植物繁殖体131和轻质基质132组成，植物繁殖体131与轻质基质132混合后填装在植生袋内或轻质基质132填装在植生袋内再将植物繁殖体131定植再植生袋中。
植物繁殖体131为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
支撑件12为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
轻质基质132是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：30％，
火山石：30％，
膨胀蛭石：17％,
改性牡蛎壳：13％，
轻质生物炭：10％。
玻璃轻石的粒径为5.0mm，火山石的粒径为3.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
改性牡蛎壳是由牡蛎壳在550℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为3.0mm。
轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在350℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
实施例4
一种模块化漂浮湿地，对比研究实验发现，采用本发明实施例三的模块化漂浮湿地，与现有技术生态浮床(基质为陶粒)在同一时间连续处理30天，采用的水生植物为水生美人蕉，处理水COD、氨氮、总氮和总磷的初始浓度分别为126、32、39和5.6mg/L。效果如下表所示：
可见污染物去除效果明显好于现有技术经常使用的生态浮床。
实施例5
一种模块化漂浮湿地应用于浙江省台州市某乡镇河道治理，包括多个漂浮湿地单元1，漂浮湿地单元1包括联体网筒11、支撑件12和生态棒13，联体网筒11是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒11包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件12，第二网筒中填充生态棒13；生态棒13是由植生袋、植物繁殖体131和轻质基质132组成，植物繁殖体131与轻质基质132混合后填装在植生袋内或轻质基质132填装在植生袋内再将植物繁殖体131定植再植生袋中。
植物繁殖体131为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
支撑件12为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
轻质基质132是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：25％，
火山石：30％，
膨胀蛭石：22％,
改性牡蛎壳：13％，
轻质生物炭：10％。
玻璃轻石的粒径为4.0mm，火山石的粒径为3.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
改性牡蛎壳是由牡蛎壳在550℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为3.0mm。
轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在350℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
效果说明：采用本发明的模块化漂浮湿地及其制作方法，经治理前后水质监测，三个月后河道水质由Ⅳ类上升为Ⅲ类。
本发明的模块化漂浮湿地在防止植物倒伏、污染净化能力、建设成本等方面较生态浮床具有明显优势。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种模块化漂浮湿地，包括多个漂浮湿地单元(1)，其特征在于：漂浮湿地单元(1)包括联体网筒(11)、支撑件(12)和生态棒(13)，联体网筒(11)是由尼龙网缝制而成的多个网筒连成一体的网状体，联体网筒(11)包括第一网筒和第二网筒，第一网筒的直径小于第二网筒，第一网筒中穿装支撑件(12)，第二网筒中填充生态棒(13)；生态棒(13)是由植生袋、植物繁殖体(131)和轻质基质(132)组成，植物繁殖体(131)与轻质基质(132)混合后填装在植生袋内或轻质基质(132)填装在植生袋内再将植物繁殖体(131)定植再植生袋中。
2.根据权利要求1所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：植物繁殖体(131)为多年生湿生植物或多年生水生植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：支撑件(12)为塑料管、成年竹子和圆木桩中的任意一种或任意组合。
4.根据权利要求1所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：
轻质基质(132)是由以下质量百分比的组分组成：
玻璃轻石：20～30％，
火山石：25～30％，
膨胀蛭石：17～25％,
改性牡蛎壳：10～15％，
轻质生物炭：5～10％。
5.根据权利要求4所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：玻璃轻石的粒径为3.0～6.0mm，火山石的粒径为2.0～4.0mm，膨胀蛭石的最大粒径小于或等于2.8mm。
6.根据权利要求4所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：改性牡蛎壳是由牡蛎壳在450～650℃条件下煅烧后经破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳的粒径为2.0～4.0mm。
7.根据权利要求4所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：轻质生物炭是水稻、玉米或油菜秸秆在300～400℃条件下经限氧碳化处理获得的炭化物，轻质生物炭的最大粒径小于或等于4.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种模块化漂浮湿地，其特征在于：植生袋是由植物根系可透过生长的土工布缝制而成。
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