CN110104784A - 一种抑藻型生态浮床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水污染治理与水体生态修复领域，公开了一种抑藻型生态浮床，包括1个或1个以上浮床单体，浮床单体包括若干个相互拼接的浮板、定植篮、植生袋和抑藻型基质，浮板上设有定植孔，定植孔用于承载定植篮，定植篮的侧壁上设有纵向加强筋，定植篮侧壁的中部设有环形加强筋，植生袋置于定植篮内，植生袋内填充有抑藻型基质，植生袋用于种植水生植物；浮板上还设有连接孔，连接孔沿定植孔外沿周向布置，浮板之间利用铝丝穿过连接孔进行拼接；还设有边框，浮板与边框之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定。本发明的抑藻型生态浮床的抑藻效果明显，对水体中氨氮、总氮和总磷的去除率分别可达88％、84％和89％以上。

Description

一种抑藻型生态浮床

技术领域

本发明涉及水污染治理与水体生态修复领域，尤其涉及了一种抑藻型生态浮床。

背景技术

生态浮床是由现代农艺无土种植技术衍生而来的一种水生态修复技术，通常也被称为生态浮岛、生物浮床、人工浮床、人工浮岛或生物浮岛。近几年来，随着我国水污染防治工作的全面推进，这种被誉称为“水上花园”的生态修复技术在我国许多地区得到了十分广泛的应用。就工程措施而言，生态浮床与自然植物净化的主要区别在于：生态浮床采用了轻质材料使水生植物固定并高密度地浮于水面生长。这一技术手段赋予了生态浮床技术殊多优势，主要体现在：1)植物种类、设置区等选择空间大，如设置在不利于植物生长的深水区；2)受水位变化、水深、水流等影响很小；3)易与水景观结合进行整体设计，观赏性拓展空间大。

依据物理组件的不同，生态浮床可分为网框式和浮板式生态浮床两类：网框式生态浮床无浮板、无基质，构造比较简单，成本较低，但只适合种植沉水植物和浮叶植物，水质净化和生态修复功能比较有限，景观效果也相对较差；浮板式生态浮床可采用带基质方式种植多种品种的挺水植物，具有类似于人工湿地的潜在功能，在水质净化、生态修复、景观营建方面均具有较大的挖掘潜力，因此，其应用范围更为广泛。

浮板式生态浮床是由浮板及其拼接件(如卡扣、插销等)、种植篮或种植盆、基质和水生植物等要素组成。这些要素的选择与配合是否合理，直接影响到浮板式生态浮床的污染净化能力、水体生态恢复潜力、生态景观效应以及后期维护。但当前我国开发和应用的浮板式生态浮床普通存在要素选择不合理、要素之间匹配性较差等问题，例如：(1)现行技术所采用的种植篮或种植盆长度较小，可填充的基质量较少，基质对水体污染物的吸附缓冲效应以及植物营养供给能力十分有限，种植挺水植物时，容易出现倒伏；(2)由于小粒径基质易流失，采用的种植篮定植方式需要填充大粒径的碎石、陶粒等基质，这些基质比表面积小，吸附能力差，净化效果欠佳；(3)采用的种植盆种植方式，由于植物再生体生长膨胀，容易导致浮板破损，并由于种植盆盆壁的阻隔，会对水生植物生长和繁殖造成不利影响；(4)浮板通常采用塑料材质的卡扣、插销进行拼接固定，存在拆卸不便、稳固性较差等问题，植物也因此而容易出现倒伏。

水体富营养化是当前突出的水环境问题之一，其直接后果是导致藻类过度繁殖，形成水华，并产生大量有毒有害物质，破坏水生态，并威胁用水安全，因此，治理水体富营养化一直是我国水环境治理与保护工作的重要内容。生态浮床可以净化水体中氮磷等引发藻类过度生长的营养物质，对治理水体富营养化具有一定的帮助作用，但现行生态浮床技术主要依靠浮床植物的吸收提取作用净化水质，氮磷提取效率十分有限，也难以抑制藻类的生长。例如，专利号为201620290281.3的实用新型专利公开了一种生态浮床和生态浮床系统，该生态浮床结合生物炭的吸附性和植物对污染物吸收的共同作用，可以达到快速净化水质，实现高效的治污效果，但还无法抑制藻类的生长。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺点，提供了一种抑藻型生态浮床。

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：

一种抑藻型生态浮床，包括1个或1个以上浮床单体，浮床单体包括若干个相互拼接的浮板、定植篮、植生袋和抑藻型基质，浮板上设有定植孔，定植孔用于承载定植篮，定植篮的侧壁上设有纵向加强筋，定植篮侧壁的中部设有环形加强筋，植生袋置于定植篮内，植生袋内填充有抑藻型基质，抑藻型基质包括质量百分数为55～65％的贝壳粉、质量百分数为10～20％的木炭、质量百分数为10～15％的六月霜秸秆粉和质量百分数为5～10％的膨胀蛭石，植生袋用于种植水生植物；浮板上还设有连接孔，连接孔沿定植孔外沿周向布置，浮板之间利用铝丝穿过连接孔进行拼接；还设有边框，浮板与边框之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定。

六月霜秸秆粉含有抑藻化感物质，含量高达7％左右，对淡水水华优势蓝藻具有十分显著的抑制作用。膨胀蛭石、贝壳粉和木炭均具有较发达的孔隙结构，其中，膨胀蛭石可通过离子交换快速吸附水体中的氨氮；贝壳粉可通过吸附沉淀净化磷物质；木炭可改善基质的质地和结构，特别是提高透气性和持水性能，对促进浮床植物的生长、丰富和提高基质作用区内的微生物的群落、活性和生物量具有一定的帮助作用，在提高对污染物提取效率的同时，还可作为补充碳源强化微生物反硝化脱氮能力；此外，贝壳粉和木炭均呈碱性，还可进一步促进膨胀蛭石对目标污染物的吸附。

因此，本发明的抑藻型基质应用于该生态浮床至少可通过以下4种相互关联的途径净化水体中的氮、磷物质和抑制藻类生长：

(1)利用基质中六月霜秸秆粉所释放的化感物质抑制藻类生长；

(2)在相对碱性环境下，通过基质的离子交换、物理吸附、化学吸附、化学沉淀等途径从水体中快速转移出氮磷物质，从营养源供给上控制藻类的生长；

(3)经途径(2)后在基质作用区形成高底物浓度、高微生物量以及高微生物活性的微处理环境，特别是应用于水质波动大、氮磷含量时高时低的水体，利用微生物的降解转化作用去除水体以及基质中所吸附的目标污染物，并实现基质的原位再生；

(4)因为相对于水体，基质中营养物质含量较高，特别是当水体中氮磷含量较低时，经途径(2)后在基质作用区形成了有利于浮床植物生长的营养条件，从而确保浮床植物正常生长，提高浮床植物对目标污染物的转移效率，并实现基质的原位再生。

作为优选，木炭的粒径为2～4mm，膨胀蛭石的最大粒径小于2.8mm，贝壳粉的粒径为2.8～4mm，六月霜秸秆粉的最大粒径小于2mm。

作为优选，定植孔的口径为15.5cm～17cm。

作为优选，定植篮的底部的直径为8～10cm，定植篮的高度为25～35cm，定植篮的口径与定植孔的口径相匹配，定植篮的侧壁上设有6或8个纵向加强筋，定植篮侧壁的中部上设有1个环形加强筋。为进一步发挥抑藻型基质的环境与生态效应，同时为了克服现行同类生态浮床技术普通存在的植物易倒伏、浮板易变形破损问题，本发明配合采用具有特定高度的非标准化定植篮和植生袋相结合的方式定植浮床植物，抑藻型基质的填充量、作用区域及其污染净化和抑藻效果、水生植物的根区效应作用区域均达到显著提高，所采用的定植篮加强筋间距大，植物繁殖体易穿过生长且穿过时定植篮以及与之相应的浮板不易变型而损坏，降低了后期维护管理难度和成本。

作为优选，植生袋由植物根系可透过生长的土工布加工而成，填充抑藻型基质后，植生袋的尺寸与种植篮的尺寸相匹配，植生袋可以防止抑藻型基质流失，同时植物新生繁殖体可透过生长也可以透过生长。

作为优选，边框由PE给水管热熔连接而成，优选地，边框由公称外径为32mm的给水盘管热熔连接而成。

作为优选，为节省外框材料和提高浮床的稳固性，同时在相同面积时，圆形周长最小，受力最均匀，浮床单体为由浮板利用铝丝拼接形成边长为1～1.5m的正六边形浮床单体或半径为1～3m的圆形浮床单体，正六边形浮床单体和圆形浮床单体上设有边框，浮板与边框之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，正六边形浮床单体和圆形浮床单体外围一周的定植篮内种植香菇草。

作为优选，水生植物为水生美人蕉、再力花、千屈菜、水芹菜、石菖蒲、水生鸢尾、梭鱼草、旱伞草、香菇草中的一种或一种以上。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明的定植篮的尺寸合适，可以填充更多的抑藻型基质，从而可以使水生植物不易倒伏，并达到更好的净化效果；此外，纵向加强筋的数量合理，使得纵向加强筋的间距较大，水生植物穿过定植篮时不会因发生变性而损坏，降低了后期维护管理难度和成本。

本发明的浮床单体的平面形状和尺寸技术方案同时兼顾了生态浮床的稳固性、制作的便利性、材料的节省以及视觉景观等因素，绝大部分浮床物理构件采用铝丝拼装和连接固定，浮床拆卸重装、破损浮板的更换等维护管理操作相对方便。

本发明在生态浮床最外围种植常绿植物香菇草，利用香菇草的蔓生特征，有效拓展净化空间，并维持四季生态景观。

此外，与现行通用的生态浮床相比，本发明的抑藻型生态浮床的抑藻效果明显，同时，对水体中的氮、磷物质去除效率高，对水体中氨氮、总氮和总磷的去除率分别可达88％、84％和89％以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

图3是图2中A的放大示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—浮板、2—定植篮、3—植生袋、4—抑藻型基质、5—定植孔、6—边框。

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

一种抑藻型生态浮床，如图1-3所示，包括1个浮床单体，浮床单体包括若干个相互拼接的浮板1、定植篮2、植生袋3和抑藻型基质4，浮板1为专门用于制作生态浮床的市售标准化中空塑料板，浮板1上设有定植孔5，定植孔5用于承载定植篮2，定植篮2的侧壁上设有纵向加强筋，定植篮2侧壁的中部设有环形加强筋，植生袋3置于定植篮2内，植生袋3内填充有抑藻型基质4，抑藻型基质4包括质量百分数为55％的贝壳粉、质量百分数为20％的木炭、质量百分数为15％的六月霜秸秆粉和质量百分数为10％的膨胀蛭石，植生袋3用于种植水生植物；浮板1上还设有4个连接孔，连接孔沿定植孔5外沿周向布置，浮板1之间利用铝丝穿过连接孔进行拼接；还设有边框6，浮板1与边框6之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定。

木炭的粒径为2～4mm，膨胀蛭石的最大粒径小于2.8mm，贝壳粉的粒径为2.8～4mm，六月霜秸秆粉的最大粒径小于2mm。

定植孔5的口径为15.5cm。

定植篮2的底部的直径为8，定植篮2的高度为25，定植篮2的口径与定植孔的口径相匹配，定植篮2的侧壁上设有6个纵向加强筋，定植篮2侧壁的中部上设有1个环形加强筋。

植生袋3由植物根系可透过生长的土工布加工而成，填充抑藻型基质后，植生袋3的尺寸与种植篮的尺寸相匹配。

边框6由PE给水管热熔连接而成。

浮床单体为由浮板1利用铝丝拼接形成边长为1m的正六边形浮床单体，正六边形浮床单体上设有边框6，浮板1与边框6之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，正六边形浮床单体外围一周的定植篮2内种植香菇草。

将本实施的抑藻型生态浮床应用于治理金华市某池塘，该池塘经常暴发水华的富营养化小微水体，3个月后，该池塘水质由Ⅳ类上升为Ⅲ类，水华基本消失。

实施例2

同实施例1，所不同的是：

一种抑藻型生态浮床，包括多个浮床单体；抑藻型基质4包括质量百分数为65％的贝壳粉、质量百分数为10％的木炭、质量百分数为15％的六月霜秸秆粉和质量百分数为10％的膨胀蛭石；

定植孔5的口径为17cm；

定植篮2的底部的直径为10cm，定植篮2的高度为35cm，定植篮2的侧壁上设有8个纵向加强筋；

浮床单体为由浮板1利用铝丝拼接形成边长为1.5m的正六边形浮床单体，正六边形浮床单体上设有边框6，浮板1与边框6之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，正六边形浮床单体外围一周的定植篮2内种植香菇草；

边框6由公称外径为32mm的给水盘管热熔连接而成。

将本实施例的抑藻型生态浮床应用于嘉兴市南湖区某富营养化河道，该河道为断头河，三个月后，该河道水质由劣Ⅴ类上升为Ⅳ类，且未出现水华现象。

实施例3

同实施例1，所不同的是：

抑藻型基质4包括质量百分数为60％的贝壳粉、质量百分数为20％的木炭、质量百分数为10％的六月霜秸秆粉和质量百分数为10％的膨胀蛭石；

定植孔5的口径为16cm；

定植篮2的底部的直径为9cm，定植篮2的高度为35cm，定植篮2的侧壁上设有6个纵向加强筋；

浮床单体为由浮板1利用铝丝拼接形成半径为3m的圆形浮床单体，圆形浮床单体上设有边框6，浮板1与边框6之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，圆形浮床单体外围一周的定植篮2内种植香菇草；

边框6由公称外径为32mm的给水盘管热熔连接而成。

将本实施例的抑藻型生态浮床应用于桐乡市某公园水体富营养化治理，该公园水体经常暴发水华，三个月后，该公园水体水质由Ⅳ类上升为Ⅲ类，且水华基本消失。

实施例4

同实施例1，所不同的是：

抑藻型基质4包括质量百分数为58％的贝壳粉、质量百分数为18％的木炭、质量百分数为14％的六月霜秸秆粉和质量百分数为10％的膨胀蛭石；

定植孔5的口径为18cm；

定植篮2的底部的直径为10cm，定植篮2的高度为35cm，定植篮2的侧壁上设有8个纵向加强筋；

浮床单体为由浮板1利用铝丝拼接形成半径为1m的圆形浮床单体，圆形浮床单体上设有边框6，浮板1与边框6之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，圆形浮床单体外围一周的定植篮2内种植香菇草；

边框6由公称外径为32mm的给水盘管热熔连接而成。

对比例1

本对比例采用现行通用生态浮床，其中，定植篮采用市场上通用规格的定植篮，定植篮内填充基质层，基质层为陶粒基质层。

对比例2

本对比例采用现行通用生态浮床，其中，定植盆采用市场上通用规格的定植盆，定植盆内填充基质层，基质层为沸石基质。

实施例5

将实施例4和对比例1-2的生态浮床应用于中试规模的河水处理，河水中氨氮、总氮和总磷浓度分别为3.1、3.7和0.8mg/L；蓝藻团接入量1L/m³；处理时间为20天。20天后，河水中氨氮、总氮和总磷的去除率以及藻类抑制率如表1所示。

表1实施例4和对比例1-2的生态浮床的测试结果

	氨氮去除率/％	总氮去除率/％	总磷去除率/％	藻类抑制率/％
					实施例4	88	84	89	100
对比例1	61	53	57	19
					对比例2	63	58	62	22

由表1可知，本发明的抑藻型生态浮床对河水中的氮、磷物质去除以及抑藻效果明显好于现行通用的生态浮床技术。

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)

1.一种抑藻型生态浮床，其特征在于：包括1个或1个以上浮床单体，浮床单体包括若干个相互拼接的浮板(1)、定植篮(2)、植生袋(3)和抑藻型基质(4)，浮板(1)上设有定植孔(5)，定植孔用于承载定植篮(2)，定植篮(2)的侧壁上设有纵向加强筋，定植篮(2)侧壁的中部设有环形加强筋，植生袋(3)置于定植篮(2)内，植生袋(3)内填充有抑藻型基质(4)，抑藻型基质(4)包括质量百分数为55～65％的贝壳粉、质量百分数为10～20％的木炭、质量百分数为10～15％的六月霜秸秆粉和质量百分数为5～10％的膨胀蛭石，植生袋(3)用于种植水生植物；浮板(1)上还设有连接孔，连接孔沿定植孔(5)外沿周向布置，浮板(1)之间利用铝丝穿过连接孔进行拼接；还设有边框(6)，浮板(1)与边框(6)之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：木炭的粒径为2～4mm，膨胀蛭石的最大粒径小于2.8mm，贝壳粉的粒径为2.8～4mm，六月霜秸秆粉的最大粒径小于2mm。

3.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：定植孔(5)的口径为15.5cm～17cm。

4.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：定植篮(2)的底部的直径为8～10cm，定植篮(2)的高度为25～35cm，定植篮(2)的口径与定植孔的口径相匹配，定植篮(2)的侧壁上设有6或8个纵向加强筋，定植篮(2)侧壁的中部上设有1个环形加强筋。

5.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：植生袋(3)由植物根系可透过生长的土工布加工而成，填充抑藻型基质后，植生袋(3)的尺寸与种植篮的尺寸相匹配。

6.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：边框(6)由PE给水管热熔连接而成，优选地，边框(6)由公称外径为32mm的给水盘管热熔连接而成。

7.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：浮床单体为由浮板(1)利用铝丝拼接形成边长为1～1.5m的正六边形浮床单体或半径为1～3m的圆形浮床单体，正六边形浮床单体和圆形浮床单体上设有边框(6)，浮板(1)与边框(6)之间用铝丝穿过浮板拼接孔连接固定，正六边形浮床单体和圆形浮床单体外围一周的定植篮(2)内种植香菇草。

8.根据权利要求1所述的一种抑藻型生态浮床，其特征在于：水生植物为水生美人蕉、再力花、千屈菜、水芹菜、石菖蒲、水生鸢尾、梭鱼草、旱伞草、香菇草中的一种或一种以上。