CN113480011A

CN113480011A - 一种光催化净水型浮动湿地及其制备方法

Info

Publication number: CN113480011A
Application number: CN202110789360.4A
Authority: CN
Inventors: 梅小波; 徐后涛; 郑小燕; 唐旭东
Original assignee: SHANGHAI AQUATIC ENVIRONMENT ENGINEERING CO LTD
Current assignee: SHANGHAI AQUATIC ENVIRONMENT ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2021-10-08

Abstract

本发明涉及的一种光催化净水型浮动湿地，它由表面浸覆有钒酸铋的单体造型浮石(1)和十字形空心PVC单体(2)组合而成；所述的单体造型浮石(1)呈“工”字形，所述的十字形空心PVC单体(2)为单向封闭体，互为相邻的多组十字形空心PVC单体(2)互相套插成井字形浮体构架；所述的单体造型浮石(1)被卡进相邻的十字形空心PVC单体(2)组成的每一个井字形浮体构架内，由此构成光催化净水型浮动湿地整体。

Description

一种光催化净水型浮动湿地及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种景观湿地设计及治理技术，尤其是一种对难分解有机质具有高效净化效果的光催化净水型浮动湿地光催化净水型浮动湿地，属于水体环境设计及治理技术领域。

背景技术

浮动湿地技术可直接布置于水体之上，既可满足各类水位变化的要求也不占用土地资源。浮动湿地技术已被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，达到修复水体生态环境的目的。

传统的浮动湿地载体主要采用如附图7所示的机构组成：以聚丙乙烯、浮石、PVC块体或竹质材料作为漂浮主体；根据植物体的大小选用合适的间距和孔径打孔，利用孔径内进行植物扦插。实际使用时通过在植株茎基部包裹适量海绵或者直接插入发泡板的孔径中，将栽培好植物的发泡板放入水体，用竹片(竹杆)经绳索连接起来构呈整体状态的浮体。随后将组装好的浮体整体四周固定，即成为浮动湿地。

上述这种浮动湿地实现水体净化的原理是：通过安置浮石、PVC块体或竹质材料上设置的孔道内的植物对N、P营养盐的吸收和光合作用，去除水中的N、P。同时种植后的植物能形成较大的生物量，特别是植物生长形成的发达根系，不仅能够吸附大量藻类等浮游生物，而且根系释放出能降解有机污染物的分泌物，加速了水体中污染物的分解，从而达到净化水体的作用，如图7所示的这种传统的浮动湿地载体,除了一部分是利用浮石作为生态材料，可以通过其自身多孔隙的吸附发挥对水体的自净化功能；但是长时间泡于水体中也会随着水中有机物的吸附包裹以后，影响浮石自身净化功能的长久实现。

此外，对于相当一部分采用的浮石基材是以合成树脂塑料为基材制作的，其本身就不具备净水功能。更何况此前用作生态湿地的浮石单体均为简单的自然造型，在需要组合湿地时，需要用钢丝网袋将大量自然状浮石组装起来放置在水面上，作为种植平台，这种用钢丝网袋组装成的传统浮石组合体，不仅功能有限，而且在施工方式具有以下劣势：

1、施工困难，组装方式复杂，面积大的湿地需耗费大量人力物力，且需要大型机械配合；

2、造型困难，无法直接造型成所需要的设计浮岛形状；

3、浮石经过长时间的吸附作用以后随着自重的增加会造成浮力下降，最后易造成整片湿地沉没；

4、水质净化能力不强。

因此，提出一种不仅能保持有效浮力、又能够按照设计思想进行快速拼装组合、并且具有良好水质净化效果的光催化净水型浮动湿地，就成为本行业期望解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的：旨在提出一种组装施工快捷方便、浮力持久永恒且水质净化能力强的拼装式净水型浮动湿地。

这种光催化净水型浮动湿地光催化净水型浮动湿地，它由表面浸覆有钒酸铋的单体造型浮石1和十字形空心PVC单体2组合而成；所述的单体造型浮石1呈“工”字形，所述的十字形空心PVC单体2为单向封闭体，互为相邻的多组十字形空心PVC单体2互相套插成井字形浮体构架；所述的单体造型浮石1被相邻的十字形空心PVC单体2夹持在每一个井字形浮体构架内，由此构成光催化净水型浮动湿地光催化净水型浮动湿地整体。

进一步地，所述的单体造型浮石由沸石粉、凝胶材料、活性炭和甲壳素，各组成物的重量百分比分别为：沸石粉40％；凝胶材料30％；活性炭28％；甲壳素2％；所述的单体造型浮石的干体积密度为450-800kg/立方。

进一步地，所述的凝胶材料为气化渣。

进一步地，所述的单体造型浮石1连接上、下平面的立柱体上设有与相夹持的十字形空心PVC单体2相匹配的弧形结构1.2，并在单体造型浮石1的上平面上设有安置栽培植物的植培孔1.1。

进一步地，所述的十字形空心PVC单体2的四个管型接口中，有两个相邻的管孔为封闭孔2.2，另外两个相邻的为通孔2.1；由相邻的两组十字形空心PVC单体上的两个相邻的封闭孔2.2与对应的另一十字形空心PVC单体2的通孔2.1互为插接后构成密封腔，并形成光催化净水型浮动湿地光催化净水型浮动湿地上浮结构。

进一步地，所述的植培孔1.1为两种形式，其一为栽培陆生植物的有底槽，其二为栽培挺水植物的无底槽。

根据以上技术方案提出的这种光催化净水型浮动湿地，与目前普遍采用的传统型水上景观浮动湿地相比较，具有以下优点：

其一，由于浮岛的浮石材料本身就是自净化型高吸附材料，可自行对水体进行净化；

其二，在满足漂浮植生载体的同时，通过在净水基材表面负载的光催化材料钒酸铋(按照质量比1:60-100)，表面形成的光催化膜，能在浮岛周边形成具有超强氧化还原活性的羟基自由基(OH)和超氧自由基(O₂)，不仅能分解水体及基材吸附的营养物质，而且使净水基材不易附着藻类，起到增加浮岛使用寿命；

其三，通过采用封闭型十字形空心PVC单体与成型浮石的有机结合，不仅使浮石整体的浮力得到增强；而且通过采用十字形空心管的插装方式，不仅组装方便快捷，而且便于和湿地形态进行协调配合。

附图说明

图1为本发明的一种光催化净水型浮动湿地整体结构形式；

图2为图1拼装过程示意图；

图3为单个单体造型浮石与四个十字形空心PVC单体组合解析图；

图4为图3的侧向视图；

图5为单体造型浮石的结构示意图；

图6为十字形空心PVC单体的结构示意图；

图7为BiVO₄光催化降解机理示意图；

图8为传统的浮动湿地载体的结构示意图。

图中：

1-单体造型浮石；1.1-植培孔；1.2-弧形结构；

2-十字形空心PVC单体；2.1-通孔；2.2-封闭孔；

A-浮石块；B-网索；C-连接杆材。

具体实施方式

以下结合说明书附图进一步阐述本发明，并给出本发明的实施例。

如图1-6所述的这种光催化净水型浮动湿地，其核心创意在于：通过设计出的标准化、具有光催化功能的单体造型浮石1以及与该单体造型浮石1相匹配的多个十字形空心PVC单体2，利用多个对应配对的十字形空心PVC单体2插接成能与水体隔绝的十字形空心PVC单体空腔，组成承载单体造型浮石组合体的漂浮整体；组成整个光催化净水型浮动湿地。

其中：图1和图2给出的是光催化净水型浮动湿地的整体状态结构示意图；图3、图4给出的是单体造型浮石与十字形空心PVC单体的组合结构示意图；图5给出的单体造型浮石的造型结构体，图6给出的是十字形空心PVC的结构示意图。

这种光催化净水型浮动湿地，它由表面浸覆有钒酸铋的单体造型浮石1和十字形空心PVC单体2组合而成；所述的单体造型浮石1呈“工”字形，所述的十字形空心PVC单体2为单向封闭体，互为相邻的多组十字形空心PVC单体2互相套插成井字形浮体构架；所述的单体造型浮石1被卡进相邻的十字形空心PVC单体2组成的每一个井字形浮体构架内，由此构成光催化净水型浮动湿地整体。

所述的单体造型浮石1连接上、下平面的立柱体上设有与相夹持的十字形空心PVC单体2相匹配的弧形结构1.2，并在单体造型浮石1的上平面上设有安置栽培植物的植培孔1.1。

所述的十字形空心PVC单体2的四个管型接口中，有两个相邻的管孔为封闭孔2.2，另外两个相邻的为通孔2.1；由相邻的两组十字形空心PVC单体上的两个相邻的封闭孔2.2与对应的另一十字形空心PVC单体2的通孔2.1互为插接后构成密封腔，并形成光催化净水型浮动湿地的上浮结构。

所述的植培孔1.1为两种形式，其一为栽培陆生植物的有底槽，其二为栽培挺水植物的无底槽。

浮石的材料成分：

沸石粉40％、凝胶材料30％、活性炭28％，甲壳素2％，浮石干体积密度450-800kg/立方；所采用的凝胶材料为气化渣；所述的气化渣由快凝剂和低碱水泥配制而成。

根据以上配比组成的成型浮石可以采用浸渍法按照质量分数1：100负载在浮石体的表面浸覆钒酸铋(BiVO₄)；其具体方法是：

(1)使用无水乙醇和去离子水冲洗浮石，然后烘干备用；

(2)称取100gBiVO₄于1000L去离子水中，超声分散均匀，然后加热至65℃，放入总重量10kg浮石，均匀浸渍6h；

(3)待反应结束后，固液分离，使用无水乙醇和去离子水淋洗，自然晾干，即成为表面浸覆钒酸铋的成型浮石。

这种浸覆钒酸铋的成型浮石组合体，能够在表面形成氧化环境，有利于有机物去除，此外不易生长生物膜，增加使用寿命。

附图6给出的钒酸铋(BiVO₄)在光照作用下的光催化降解作用原理示意图。

这种表面负载光催化材料钒酸铋的成型浮石的作用在于：

在湿地水中的包括抗生素在内的有机污染物吸附于浮石表面，然后通过负载的BiVO₄在太阳光照射条件下实现对有机污染物的光催化降解，达到保持常规和新型污染物协同净化的目的。

另外，通过在浮石表面负载光催化材料钒酸铋(按照质量比1:60-100)，在表面形成氧化环境，有利于有机物去除，此外不易生长生物膜，增加使用寿命。

上述这种金属负载型材料模块对抗生素类新型污染物的削减负荷约为0.6～1mg/m²·h。有关参数计算公式为：

式中：S_p为BiVO₄光催化材料面积，(m²)；

S_f为治理区域水体面积，(m²)；

K为治理区域水体流速，m/d；

C_a进水水体抗生素浓度，mg/m3；

q为抗生素去除率；

NA为光催化材料对复合抗生素的削减负荷mg/m2·d；

人工浮石的作用

1、浮石材料本身是自净化型高吸附材料，可自行对水体进行净化。

2、浮石表面负载光催化材料钒酸铋后，会在表面形成氧化环境，有利于有机物去除，此外不易生长生物膜，增加使用寿命。

通过实际使用表明：采用上述在浮石表面浸覆催化材料钒酸铋的这种光催化净水型浮动湿地，由于通过夹持在每个单体造型浮石1下方的十字形空心PVC单体2的组合体产生的浮力托起整个造型浮石组合体，不仅由于十字形空心PVC单体2的组合体本身的空心结构，因此能保证造型浮石组合体获得的浮力使有足够保障的，因此不受使用时间的限制；同时它还可以根据使用水体环境的要求进行合理的拼装；而且利用浮石体表面涂覆的催化材料钒酸铋大大提高了该光催化净水型浮动湿地的适用环境。

以上仅仅是本申请人依据技术方案给出的本发明基本实施例，任何本行业的普通技术人员参照本技术方案作出的不具有实质性创意的改进，均应视为属于本发明的保护范畴。

Claims

1.一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：它由表面浸覆有钒酸铋的单体造型浮石(1)和十字形空心PVC单体(2)组合而成；所述的单体造型浮石(1)呈“工”字形，所述的十字形空心PVC单体(2)为单向封闭体，互为相邻的多组十字形空心PVC单体(2)互相套插成井字形浮体构架；所述的单体造型浮石(1)被卡进相邻的十字形空心PVC单体(2)组成的每一个井字形浮体构架内，由此构成光催化净水型浮动湿地整体。

2.如权利要求1所述的一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：所述的单体造型浮石(1)由沸石粉、凝胶材料、沸石粉、活性炭和甲壳素，各组成物的重量百分比分别为：沸石粉40％；凝胶材料30％；活性炭28％；甲壳素2％；所述的单体造型浮石的干体积密度为450-800kg/立方。

3.如权利要求1所述的一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：所述的凝胶材料为气化渣。

4.如权利要求1所述的一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：所述的单体造型浮石(1)连接上、下平面的立柱体上设有与相夹持的十字形空心PVC单体(2)相匹配的弧形结构(1.2)，并在单体造型浮石(1)的上平面上设有安置栽培植物的植培孔(1.1)。

5.如权利要求1所述的一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：所述的十字形空心PVC单体(2)的四个管型接口中，有两个相邻的管孔为封闭孔(2.2)，另外两个相邻的为通孔(2.1)；由相邻的两组十字形空心PVC单体上的两个相邻的封闭孔(2.2)与对应的另一十字形空心PVC单体(2)的通孔(2.1)互为插接后构成密封腔，并形成光催化净水型浮动湿地的上浮结构。

6.如权利要求1所述的一种光催化净水型浮动湿地，其特征在于：所述的植培孔(1.1)为两种形式，其一为栽培陆生植物的有底槽，其二为栽培挺水植物的无底槽。