CN116730508B - 一种用于水体修复的生态浮岛 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水体修复的生态浮岛，包括浮岛载体、种植在浮岛载体上的水生植物以及固定装置，浮岛载体通过固定装置与水底连接，浮岛载体安装在具有波浪的水体中，浮岛载体边缘竖直设置有消浪板，消浪板的底端低于水面，消浪板的顶端高于水面且低于波峰，消浪板的顶端形成水平向外延伸的板檐；浮岛载体的内部设置有集气箱，集气箱通过曝气管路连接曝气盘，曝气盘设置在水体中；在消浪板高于水面且低于板檐的位置处贯穿设置有连接集气箱的集气管路，在集气管路中设置有允许流体从消浪板一侧流向集气箱一侧的第一单向阀。本发明所述生态浮岛利用波浪自身的动能实现水下曝气，无需消耗电力，可以建在任何需要的区域，适用范围广，实用性强。

Description

一种用于水体修复的生态浮岛

技术领域

本发明属于生态浮岛技术领域，具体涉及一种用于水体修复的生态浮岛。

背景技术

生态浮岛是一种可为多种野生生物提供生境的飘浮结构，由植被基（人工浮岛平台）、植物和固定系统组成，生态浮岛可用于以下地点的生态恢复：具有大水位波动及陡岸深水环境的水域，具有猛浪、高浊度和富营养化状况的湖区，有景观功能需求的池塘和湿地水域。目前，研究人员主要从基质、填料、生物膜、充氧曝气以及延长食物链等方面开始对传统生态浮岛进行升级强化。

其中，充氧曝气能够影响水体的温度和溶解氧，进而影响微生物和植物生长的因素，在适宜的环境中，微生物和植物的活性更强，对污染物和营养物质的吸收能力更强，但其缺点是需要消耗大量的电力，而生态浮岛上的高等水生植物本身就需要阳光，生态浮岛上缺乏布置太阳能板的位置，因此生态浮岛不易建设在远离电网的区域。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用于水体修复的生态浮岛，以解决在生态浮岛下方的水体中曝气消耗大量的电力，在远离电网的区域不易建设生态浮岛的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提出一种用于水体修复的生态浮岛，包括浮岛载体、种植在所述浮岛载体上的水生植物以及固定装置，所述浮岛载体漂浮在水面上并通过所述固定装置与水底连接，所述浮岛载体安装在具有波浪的水体中，所述浮岛载体边缘竖直设置有消浪板，所述消浪板的底端低于水面，所述消浪板的顶端高于水面且低于波峰，所述消浪板的顶端形成水平向外延伸的板檐；所述浮岛载体的内部设置有集气箱，所述集气箱通过曝气管路连接曝气盘，所述曝气盘设置在水体中；在所述消浪板高于水面且低于板檐的位置处贯穿设置有连接所述集气箱的集气管路，在所述集气管路中设置有允许流体从所述消浪板一侧流向所述集气箱一侧的第一单向阀；波浪冲击至所述消浪板时，波谷与波峰之间的空气被封闭在所述消浪板、板檐与水面之间，空气伴随着波浪的冲击挤入到所述集气管路的内部，空气依次通过所述集气箱、曝气管路和曝气盘移动至水体中以实现水下曝气。

进一步的是，所述浮岛载体还设置有气囊，所述气囊用于为所述浮岛载体提供浮力，所述集气箱通过第一通止阀连接所述曝气管路，所述集气箱通过第二通止阀连接所述气囊。

进一步的是，所述气囊为多个，且设置于所述浮岛载体底部，随着波浪幅度的提高或降低，所述气囊通过自身的膨胀或收缩为浮岛载体提供变动的浮力。

进一步的是，所述消浪板为所述集气箱的外壁，所述板檐连接于所述集气箱的外壁，所述集气箱内形成第一气室、第二气室和第三气室；所述集气管路通过所述第一单向阀连接所述第一气室，所述曝气管路通过所述第一通止阀连接所述第一气室，所述第二气室封闭，所述第三气室的底壁通过透水孔连接水体内部，所述气囊设置在所述第三气室的内部，所述气囊通过通气管连接所述第一气室，所述通气管伸入至所述第一气室内部，所述通气管内设置有所述第二通止阀。

进一步的是，所述曝气管路伸入至所述第一气室的内部，所述第一气室的底壁倾斜并且远离所述集气管路的一侧高度低，所述第一气室通过排水管和第二单向阀连接水体，所述第二单向阀允许流体从所述第一气室朝向水体移动，所述排水管管口连接所述第一气室的底壁中最低位置处；所述第一气室内部设有能够在水中浮起的浮球，所述第一气室的内部积水时，所述浮球浮起并且暴露出所述排水管管口，所述第一气室内部的积水通过所述排水管、所述第二单向阀排放至水体中，所述第一气室内部的积水产生的浮力不足以使得所述浮球漂浮时，所述浮球通过自身的重力移动至所述第一气室内部的最低处并覆盖住所述排水管管口。

进一步的是，所述浮岛载体顶部设置有太阳能蓄电系统，所述太阳能蓄电系统通过控制器连接所述第一通止阀、所述第二通止阀和波高仪，所述波高仪用于测量波浪的高度，所述板檐上安装有浮球式液位传感器，所述浮球式液位传感器用于检测所述板檐与水面之间的距离，控制器根据波高仪传输的数据选择性地开启或者关闭所述第一通止阀与所述第二通止阀，使得所述板檐与水面之间的距离始终接近但是小于波峰与水面之间的距离。

进一步的是，所述集气箱设置有多个且沿着浮岛载体的边缘方向等间距分布，每个集气箱均通过一个集气管路连接消浪板，每个集气箱均通过一个曝气管路连接一个曝气盘，相邻的两个曝气盘或者相对于所述浮岛载体中心对称的两个曝气盘之间通过钢索连接。

进一步的是，所述集气管路的入口紧靠所述板檐的底部，在所述集气管路的入口处依次设置有滤网、排气阀，所述滤网的底端与所述集气管路的入口的底端贴合，所述滤网的顶端朝向远离所述集气管路的方向倾斜。

进一步的是，所述滤网的外侧设置有滚刷，所述滚刷与所述消浪板转动连接，所述滚刷的轴线水平设置，所述滚刷的转动轴上安装有桨叶，所述桨叶随着波浪的冲击而转动，带动所述滚刷转动清洁所述滤网。

进一步的是，所述消浪板和所述板檐之间设置有多个挡板，所述挡板竖直设置并且连接所述消浪板和板檐的阴角，所述挡板沿着所述消浪板的长度方向等间距地并排分布。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种用于水体修复的生态浮岛，利用波浪自身的动能实现水下曝气，当波浪冲击至消浪板时，波谷与波峰之间的空气被封闭在消浪板、檐和水面之间，并且伴随着波浪的冲击挤入到集气管路的内部，空气依次通过集气箱、曝气管路和曝气盘移动至水体中以实现水下曝气；本发明所述的生态浮岛利用波浪自身的动能实现水下曝气，无需消耗电力，可以建在任何需要的区域，适用范围广，实用性强。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为实施例一所述生态浮岛的整体结构示意图；

图2为实施例二所述生态浮岛的整体结构示意图；

图3为实施例三所述生态浮岛的部分结构示意图；

图4为实施例四所述生态浮岛的部分结构示意图；

图5为实施例六所述生态浮岛的整体结构示意图；

图6为实施例七所述生态浮岛的滤网设置结构示意图；

图7为实施例七所述生态浮岛的挡板设置结构示意图。

图中，1、浮岛载体；11、水生植物；12、固定装置；13、气囊；14、通气管；2、消浪板；21、板檐；22、挡板；3、集气管路；31、第一单向阀；32、滤网；4、集气箱；41、第一通止阀；42、第二通止阀；43、第一气室；44、第二气室；45、第三气室；46、透水孔；47、浮球；48、排水管；49、第二单向阀；5、曝气管路；6、曝气盘；61、钢索；7、太阳能蓄电系统。

具体实施方式

实施例一

本实施例公开一种用于水体修复的生态浮岛，如图1所示，包括浮岛载体1、水生植物11以及固定装置12，浮岛载体1漂浮在水面上并通过固定装置12与水底连接，固定装置12可以采用重力型、锚固型或者杆定型。水生植物11种植在浮岛载体1上，水生植物的根系可抵达水面的下方，通过水生植物的根茎吸收或吸附水中的氮、磷等营养物质，从而降低水中的污染物质的含量，高等水生植物还会释放出抑制藻类增长的化感物质，减少水体中藻类。同时水生植物的根茎形成微生物的生物挂膜，根茎会释放出氧气和有机物，从而在根茎周围形成有氧区域、缺氧区域和无氧区域交叉，适合多种微生物的生存，加速微生物降解有机污染物的速率，微生物降解大分子物质，又进一步促进了水生植物对污染物质的吸收。

浮岛载体1安装在具有波浪的水体中，浮岛载体1边缘竖直设置有消浪板2，消浪板2的底端低于水面，消浪板2的顶端高于水面且低于波峰，消浪板2的顶端形成水平向外延伸的板檐21；浮岛载体1的内部设置有集气箱4，集气箱4通过曝气管路5连接曝气盘6，曝气盘6设置在水体中；在消浪板2高于水面且低于板檐21的位置处贯穿设置有连接集气箱4的集气管路3，在集气管路3中设置有允许流体从消浪板2一侧流向集气箱4一侧的第一单向阀31。

波浪冲击至消浪板2时，波谷与波峰之间的空气被封闭在消浪板2、板檐21与水面之间，空气伴随着波浪的冲击挤入到集气管路3的内部，空气依次通过集气箱4、曝气管路5和曝气盘6移动至水体中以实现水下曝气。

第一单向阀31用于阻止集气箱4内部的气体通过集气管路3逸散，以使得集气箱4内部始终积蓄有一定的气压，进而确保集气箱4能够积蓄气压，每道波浪均会将一定量的空气挤入到集气箱4的内部，在集气箱4内部的气压达到一定的压力时，集气箱4通过曝气盘6释放空气，从而在水下形成曝气。集气箱4允许少量的水通过集气管路3进入其中，集气箱4中的水会在曝气的过程中伴随着空气一起流动，从而回到水体内部。

消浪板2起到消浪的作用，消浪板2和板檐21通过波浪自身的动力将空气推挤到水下的曝气盘6中，通过水下曝气为水体增氧来提高氮、磷的去除效果，减少气泡对植物根系或填料上所附生物膜的影响。

实施例二

本实施例是基于实施例一的改进，本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，浮岛载体1还设置有气囊13，气囊13用于为浮岛载体1提供浮力；集气箱4通过第一通止阀41连接曝气管路5，集气箱4通过第二通止阀42连接气囊13。

之所以设置气囊13，是由于板檐21与水面之间的距离越大，则封闭在消浪板2、板檐21与水面之间的空气的体积越大，曝气效果也就越好，但是如果板檐21高于波峰，则空气无法被封闭在消浪板2与水面之间，空气也就无法进入到集气管路3的内部。因此，板檐21和集气管路3的高度应当伴随着波浪的幅度而变化，但是，板檐21和集气管路3的高度不宜调整，由于集气管路3的移动很容易导致漏气。因此设置气囊13，为浮岛载体1提供浮力，以解决上述问题。

具体的，如图2所示，气囊13为多个，且设置于浮岛载体1底部，随着波浪幅度的提高或降低，气囊13通过自身的膨胀或收缩为浮岛载体1提供变动的浮力。

当波浪的幅度提高，波峰与波谷之间的距离增大时，第一通止阀41关闭，第二通止阀42开启，封闭在消浪板2、板檐21和水面之间的空气通过集气管路3、集气箱4、第二通止阀42进入到气囊13的内部，气囊13膨胀使得浮岛载体1上浮，从而使得檐21和集气管路3与水面之间的距离增大。反之，当波浪的幅度降低，波峰与波谷之间的距离减小时，第一通止阀41开启，气囊13内部积蓄的气体通过第二通止阀42、集气箱4、第一通止阀41、曝气管路5和曝气盘6移动至水体的内部。

实施例三

本实施例也是基于实施例一的改进，是设置有气囊的另一种技术方案。本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，集气箱4、消浪板2、板檐21、集气管路3、第一单向阀31、曝气管路5和曝气盘6可以是一个独立的模块，如图3所示，该模块可拆装地安装于浮岛载体1的边缘，在模块出现故障时可以单独拆装更换。

消浪板2为集气箱4的外壁，板檐21连接于集气箱4的外壁，集气箱4内形成第一气室43、第二气室44和第三气室45。集气管路3通过第一单向阀31连接第一气室43，曝气管路5通过第一通止阀41连接第一气室43，曝气管路口靠近第一气室43的底壁；第二气室44封闭，为集气箱4提供恒定的浮力；第三气室45的底壁通过透水孔46连接水体内部。气囊13设置在第三气室45的内部，气囊13通过通气管14连接第一气室43，通气管14伸入至第一气室43内部，通气管口靠近第一气室43的顶壁，通气管14内设置有第二通止阀42。气囊13通过自身的膨胀或者收缩为集气箱4提供变动的浮力。

集气箱4上设置有板檐21的部位朝向远离浮岛载体1的一侧，或者板檐21和集气管路3环绕集气箱4的外壁设置。集气箱4通过第二气室44和气囊13的综合浮力浮于水面，第一气室43内部进入的水即时伴随空气一起从曝气管路5排出，即使第一通止阀41关闭时，第一气室43内部积蓄一定量的积水，积水也无法通过通气管14进入到气囊13的内部，气囊13的内部始终干燥。

气囊13膨胀时，集气箱4上浮，板檐21和集气管路3远离水面；气囊13收缩时，集气箱4下沉，板檐21和集气管路3靠近水面。

实施例四

本实施例是基于实施例三的改进，本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，如图4所示，曝气管路5伸入至第一气室43的内部，曝气管路口靠近第一气室43的顶壁；第一气室43的底壁倾斜并且远离集气管路3的一侧高度低；第一气室43通过排水管48和第二单向阀49连接水体，第二单向阀49允许流体从第一气室43朝向水体移动，排水管48管口连接第一气室43的底壁中最低位置处。第一气室43内部设有能够在水中浮起的浮球47，第一气室43的内部积水时，浮球47浮起并且暴露出排水管48管口，第一气室43内部的积水通过排水管48、第二单向阀49排放至水体中；第一气室43内部的积水产生的浮力不足以使得浮球47漂浮时，浮球47通过自身的重力移动至第一气室43内部的最低处并覆盖住排水管48管口。

上述结构可以通过简单的排水结构排出集气箱4内部的积水，以避免水进入通气管14和曝气管路5。

实施例五

本实施例是基于实施例二、三、四的改进，本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，浮岛载体1顶部设置有太阳能蓄电系统7，如图2所示，太阳能蓄电系统7通过控制器连接第一通止阀41、第二通止阀42和波高仪，波高仪用于测量波浪的高度；板檐21上安装有浮球式液位传感器，浮球式液位传感器用于检测板檐21与水面之间的距离；控制器根据波高仪传输的数据选择性地开启或者关闭第一通止阀41与第二通止阀42，使得板檐21与水面之间的距离始终接近但是小于波峰与水面之间的距离。

太阳能蓄电系统7包括光伏板、光伏逆变器、光伏控制器和蓄电池，由于太阳能蓄电系统7仅需要为控制器、波高仪、第一通止阀41和第二通止阀42供电，消耗的电力较少，因此光伏板不占用过多的浮岛载体1的表面积，也不需要与水生植物11争夺阳光资源。

具体的，集气箱4的顶部安装有航插，第一通止阀41、第二通止阀42通过航插连接控制器。

实施例六

本实施例是基于实施例一的改进，本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，如图5所示，集气箱4设置有多个且沿着浮岛载体1的边缘方向等间距分布，每个集气箱4均通过一个集气管路3连接消浪板2；每个集气箱4均通过一个曝气管路5连接一个曝气盘6；相邻的两个曝气盘6或者相对于浮岛载体1中心对称的两个曝气盘6之间通过钢索61连接。

曝气管路5自然下垂时，曝气盘6接近浮岛载体1的边缘而远离浮岛载体1的中心，当生态浮岛的面积较大时，生态浮岛中心部位的曝气效果往往不佳，因此通过钢索连接的方式，减小曝气盘6之间的距离，牵引曝气盘6使其靠近浮岛载体1的中心。

实施例七

本实施例是基于上述各实施例的改进，本实施例公开的一种用于水体修复的生态浮岛，集气管路3的入口紧靠板檐21的底部，在集气管路3的入口处依次设置有滤网32、排气阀；这样，气体和液体一起穿过滤网进入集气管路3的入口时，仅气体能够通过排气阀进入到第一单向阀31，液体被排气阀阻挡，然后通过集气管路3回流到水体中。

如图6所示，滤网32的底端与集气管路3的入口的底端贴合，滤网32的顶端朝向远离集气管路3的方向倾斜。滤网32用于过滤鱼虾、水藻，阻止此类杂物进入到集气管路3中，避免集气管路3堵塞。波浪将空气通过滤网32挤入到集气管路3之后，波峰会沿着消浪板2上升，然后沿着板檐21的底面回流，这个过程中波浪能够冲刷滤网32的表面，从而将滤网32表面附着的污物除去，避免滤网32堵塞。滤网32的外侧还设置有滚刷，滚刷与消浪板2转动连接，滚刷的轴线水平设置，滚刷的转动轴上安装有桨叶，桨叶随着波浪的冲击而转动，带动滚刷也转动清洁滤网32。

由于消浪板2和板檐21形成横截面为L字形状的长条，消浪板2和板檐21的两端是开放的。如果浮岛载体1的面积较大或者浮岛载体1的形状是矩形时，消浪板2和板檐21的长度较长，空气来不及通过消浪板2和檐21的两端逸散，大部分空气会被挤压到集气管路3中；如果浮岛载体1的面积较小或者浮岛载体1的形状是圆形时，空气则很容易通过消浪板2和板檐21的两端逸散。

为了解决上述问题，消浪板2和板檐21之间还设置有多个挡板22，如图7所示，挡板22竖直设置并且连接消浪板2和板檐21的阴角，挡板22沿着消浪板2的长度方向等间距地并排分布。

挡板22用于封闭消浪板2和板檐21的两端，以阻止空气从此处溢出，此外，挡板22还能起到加强筋的作用，避免波浪反复拍打在板檐21上，造成板檐21与消浪板2的分离。

最后应说明的是，以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于水体修复的生态浮岛，包括浮岛载体（1）、种植在所述浮岛载体（1）上的水生植物（11）以及固定装置（12），所述浮岛载体（1）漂浮在水面上并通过所述固定装置（12）与水底连接，其特征在于，所述浮岛载体（1）安装在具有波浪的水体中，所述浮岛载体（1）边缘竖直设置有消浪板（2），所述消浪板（2）的底端低于水面，所述消浪板（2）的顶端高于水面且低于波峰，所述消浪板（2）的顶端形成水平向外延伸的板檐（21）；所述浮岛载体（1）的内部设置有集气箱（4），所述集气箱（4）通过曝气管路（5）连接曝气盘（6），所述曝气盘（6）设置在水体中；在所述消浪板（2）高于水面且低于板檐（21）的位置处贯穿设置有连接所述集气箱（4）的集气管路（3），在所述集气管路（3）中设置有允许流体从所述消浪板（2）一侧流向所述集气箱（4）一侧的第一单向阀（31）；波浪冲击至所述消浪板（2）时，波谷与波峰之间的空气被封闭在所述消浪板（2）、板檐（21）与水面之间，空气伴随着波浪的冲击挤入到所述集气管路（3）的内部，空气依次通过所述集气箱（4）、曝气管路（5）和曝气盘（6）移动至水体中以实现水下曝气；

所述浮岛载体（1）还设置有气囊（13），所述气囊（13）用于为所述浮岛载体（1）提供浮力，所述集气箱（4）通过第一通止阀（41）连接所述曝气管路（5），所述集气箱（4）通过第二通止阀（42）连接所述气囊（13）；随着波浪幅度的提高或降低，所述气囊（13）通过自身的膨胀或收缩为浮岛载体（1）提供变动的浮力；

所述消浪板（2）为所述集气箱（4）的外壁，所述板檐（21）连接于所述集气箱（4）的外壁，所述集气箱（4）内形成第一气室（43）、第二气室（44）和第三气室（45）；所述集气管路（3）通过所述第一单向阀（31）连接所述第一气室（43），所述曝气管路（5）通过所述第一通止阀（41）连接所述第一气室（43），所述第二气室（44）封闭，所述第三气室（45）的底壁通过透水孔（46）连接水体内部，所述气囊（13）设置在所述第三气室（45）的内部，所述气囊（13）通过通气管（14）连接所述第一气室（43），所述通气管（14）伸入至所述第一气室（43）内部，所述通气管（14）内设置有所述第二通止阀（42）；

所述浮岛载体（1）顶部设置有太阳能蓄电系统（7），所述太阳能蓄电系统（7）通过控制器连接所述第一通止阀（41）、所述第二通止阀（42）和波高仪，所述波高仪用于测量波浪的高度，所述板檐（21）上安装有浮球式液位传感器，所述浮球式液位传感器用于检测所述板檐（21）与水面之间的距离，控制器根据波高仪传输的数据选择性地开启或者关闭所述第一通止阀（41）与所述第二通止阀（42），使得所述板檐（21）与水面之间的距离始终接近但是小于波峰与水面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种用于水体修复的生态浮岛，其特征在于，所述曝气管路（5）伸入至所述第一气室（43）的内部，所述第一气室（43）的底壁倾斜并且远离所述集气管路（3）的一侧高度低，所述第一气室（43）通过排水管（48）和第二单向阀（49）连接水体，所述第二单向阀（49）允许流体从所述第一气室（43）朝向水体移动，所述排水管（48）管口连接所述第一气室（43）的底壁中最低位置处；所述第一气室（43）内部设有能够在水中浮起的浮球（47），所述第一气室（43）的内部积水时，所述浮球（47）浮起并且暴露出所述排水管（48）管口，所述第一气室（43）内部的积水通过所述排水管（48）、所述第二单向阀（49）排放至水体中，所述第一气室（43）内部的积水产生的浮力不足以使得所述浮球（47）漂浮时，所述浮球（47）通过自身的重力移动至所述第一气室（43）内部的最低处并覆盖住所述排水管（48）管口。

3.根据权利要求1所述的一种用于水体修复的生态浮岛，其特征在于，所述集气箱（4）设置有多个且沿着浮岛载体的边缘方向等间距分布，每个集气箱（4）均通过一个集气管路（3）连接消浪板（2），每个集气箱（4）均通过一个曝气管路（5）连接一个曝气盘（6），相邻的两个曝气盘（6）或者相对于所述浮岛载体（1）中心对称的两个曝气盘（6）之间通过钢索（61）连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于水体修复的生态浮岛，其特征在于，所述集气管路（3）的入口紧靠所述板檐（21）的底部，在所述集气管路（3）的入口处依次设置有滤网（32）、排气阀，所述滤网（32）的底端与所述集气管路（3）的入口的底端贴合，所述滤网（32）的顶端朝向远离所述集气管路（3）的方向倾斜。

5.根据权利要求4所述的一种用于水体修复的生态浮岛，其特征在于，所述滤网（32）的外侧设置有滚刷，所述滚刷与所述消浪板（2）转动连接，所述滚刷的轴线水平设置，所述滚刷的转动轴上安装有桨叶，所述桨叶随着波浪的冲击而转动，带动所述滚刷转动清洁所述滤网（32）。

6.根据权利要求1所述的一种用于水体修复的生态浮岛，其特征在于，所述消浪板（2）和所述板檐（21）之间设置有多个挡板（22），所述挡板（22）竖直设置并且连接所述消浪板（2）和板檐（21）的阴角，所述挡板（22）沿着所述消浪板（2）的长度方向等间距地并排分布。