一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法

摘要

本发明公开了一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法包括圆饼结构、气囊装置软索固定装置以及底盘，其中，所述圆饼结构为圆柱体结构，所述圆饼结构通过卡扣固定连接有所述气囊装置，所述圆饼结构上设置有所述软索固定装置，所述软索固定装置上连接有锁链，所述锁链的另一端与所连接的圆饼结构上的其他所述锁链连接在一起，连接所述圆饼结构上所有锁链的连接点为整合结构，每两个所述整合结构之固定连接有连接链，所述底盘上设置所述连接链固定装置。

权利要求

1.一种净化水体面源污染的生态浮岛装置，包括圆饼结构、气囊装置、软索固定装置以及底盘，其特征在于，所述圆饼结构为圆柱体结构，所述圆饼结构通过卡扣固定连接有所述气囊装置，所述圆饼结构上设置有所述软索固定装置，所述软索固定装置上连接有锁链，所述锁链的另一端与所连接的圆饼结构上的其他所述锁链连接在一起，连接所述圆饼结构上所有锁链的连接点为整合结构，每两个所述整合结构之固定连接有连接链，所述底盘上设置所述连接链固定装置，所述圆饼结构上设置有至少三个所述软索固定装置，所述圆饼结构上设置有三个所述软索固定装置，所述三个软索固定装置在所述圆饼结构上为等分点，所述底盘设置有至少四个所述连接链固定装置，每相邻两个所述连接链固定装置之间的距离相等，所述底盘上设置有固定支撑架，所述固定支撑架为十字结构，所述圆饼结构为以硅藻土为基质制成的粗糙圆柱面，所述气囊装置为一种耐磨轻质材料内装有气体的气密性结构，所述气囊装置与所述圆饼结构之间通过卡扣连接固定。

2.根据权利要求1所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其特征在于，所述软索固定装置为不易腐蚀且具有韧性的绳状连接固定结构，底盘为密度较大的硅藻土掺杂混凝土预制而成的结构装置。

3.利用权利要求2所述的净化水体面源污染的生态浮岛装置净化水体面源污染的方法，其包括，以硅藻土为基质而制成的所述圆饼结构和所述底盘具有巨大的比表面积，同时含有大量的活性基团和负电荷，其特征在于，所述圆饼结构和所述底盘吸附水体中的重金属离子以及其他污染物，同时其表面的不平衡电位能中和悬浮粒子的带电性，使其相斥电位受到破坏而与所述圆饼结构和所述底盘通过电价中和与沉淀作用，凝集成较大的絮花，借重力实现沉降。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述圆饼结构与所述底盘可为水中微生物挂膜提供场所。

5.根据权利要求4所述的的方法，其特征在于，由于温度的差异，水体会在河流水体中产生垂直方向上的水流对流过程，所述生态浮岛装置利用这种自然过程，由水流携带面源污染物作为动力，利用多个所述圆饼结构的吸附并净化面源污染物。

说明书

一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及净化水体的领域，尤其涉及一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法。

背景技术

[0002] 面源污染，也称非点源污染，是指溶解和固体的污染物从非特定地点，在降水或融雪的冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体，其包括河流、湖泊、水库和海湾等，并引起有机污染、水体富营养化或有毒有害等其他形式的污染。

[0003] 根据面源污染发生区域和过程的特点，一般将其分为城市面源污染与农业面源污染两大类：

[0004] 1.农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其它污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而形成的面源污染。这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及水产养殖和农村居民。

[0005] 2.城市面源污染是指在降水的条件下，雨水和径流冲刷城市地面，污染径流经过排水系统的传输，使受纳水体水质污染。

[0006] 面源污染的控制可以分为源控制、迁移控制和“汇”控制三类：

[0007] 1.源控制：在源区消除污染物积累主要是加强雨水的入渗、储存和利用以减少径流的产生；

[0008] 2.迁移控制：降水径流在迁移中由于物理、化学和生物作用，其水量和水质会发生变化；

[0009] 3.汇控制：降水径流到达受纳水体时，径流和水体会在水陆交错带相遇，这里的空间和过程被称为面源污染控制处理链的“汇”节点。一般在岸边，沟渠和地表连接处应用汇控制。在汇控制的河流流域污染控制方面，本硅藻土装置技术是减轻城市面源污染的主要技术手段之一。

[0010] 浮岛技术最早是以植物根茎作为载体，但由于水生植物容易过度繁殖和老化死亡，收获和处理不易，具有很多人类无法控制的问题和因素，因而该技术未能直接应用于较大规模的富营养化湖泊的治理中。

[0011] 有机高分子载体：由于有机高分子材料的制作工艺非常成熟，因而在水净化工程中能被广泛使用，但这种载体的比表面积小，不利于微生物挂膜，容易损坏，废弃后便成为固体废弃物乃至危险废弃物的顽疾，造成二次环境污染，并且最常用的泡沫塑料等材料的抗风浪能力也比较差，强度低，因此应用受限。

[0012] 无机载体，由于其制作工艺和成本较高，目前还没有被广泛使用，尚处于研究阶段。但相比于有机载体，无机材料的环保效益更高且更有价值。目前常用蛭石、膨胀珍珠岩、多孔陶瓷、浮石、生物质碳等无机材料作为基质材料。蛭石的比重小，孔隙多，也很适合于微生物生长，但是在水中经较长时间浸泡后，部分蛭石会下沉，失去浮岛功能。膨胀珍珠岩是一种轻质、多功能新型材料，但其结构强度太小，几乎不能用于污水处理。多孔陶瓷密度小，孔隙率高，比表面积大，吸附性能良好，非常适合微生物附着生长，从理论上讲，用于制作浮岛载体是可行的。可是其制作工艺复杂，造价高，因此难以被大规模使用，只能作为参考材料。浮石虽具有质轻、孔多等特点，但其内部气孔连通性太好，经过较长时间浸泡后会全部下沉，须与粘合剂等配合使用方可制成浮岛载体。此外，与其他材料相比，浮石的价格要高的多；生物质炭虽然具有质轻多孔、吸附强等优良特性，但其结构松散，强度不高，损失率大，需要与粘结剂配合使用。另外，现阶段生物质炭的生产工艺还不成熟，造价较高，来源也受限制，因此在推广应用上还有些困难，现仅作参考材料。

[0013] 现有的生态浮岛技术及相关材料均已能有效的处理水体面源污染问题，但在具体环境工程和生态工程等环保应用中，仍存在诸多不足与局限。

[0014] 因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

[0015] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法，旨在解决原有水体面源净化装置比表面积小、制作工艺复杂、造价高、强度不高、损失率大、不利于微生物挂膜、有效处理面源污染的同时产生二次污染等问题。

[0016] 本发明的技术方案如下：

[0017] 一种净化水体面源污染的生态浮岛装置包括圆饼结构、气囊装置软索固定装置以及底盘，其中，所述圆饼结构为圆柱体结构，所述圆饼结构通过卡扣固定连接有所述气囊装置，所述圆饼结构上设置有所述软索固定装置，所述软索固定装置上连接有锁链，所述锁链的另一端与所连接的圆饼结构上的其他所述锁链连接在一起，连接所述圆饼结构上所有锁链的连接点为整合结构，每两个所述整合结构之固定连接有连接链，所述底盘上设置所述连接链固定装置。

[0018] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述圆饼结构上设置有至少三个所述软索固定装置。

[0019] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述圆饼结构上设置有三个所述软索固定装置，所述三个软索固定装置在所述圆饼结构上为等分点。

[0020] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述底盘设置有至少四个所述连接链固定装置，每相邻两个所述连接链固定装置之间的距离相等。

[0021] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述底盘上设置有固定支撑架，所述固定支撑架为十字结构。

[0022] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述圆饼结构为以硅藻土为基质制成的粗糙圆柱面，所述气囊装置为一种耐磨轻质材料内装有气体的气密性结构，所述气囊装置与所述圆饼结构之间通过卡扣连接固定。

[0023] 所述净化水体面源污染的生态浮岛装置，其中，所述软索固定装置为不易腐蚀且具有一定韧性的绳状连接固定结构，底盘为密度较大的硅藻土掺杂混凝土预制而成的结构装置。

[0024] 所述的净化水体面源污染的生态浮岛装置净化水体面源污染的方法包括以硅藻土为基质而制成的所述圆饼结构和所述底盘具有巨大的比表面积，同时含有大量的活性基团和负电荷，其中，所述圆饼结构和所述底盘可吸附水体中的重金属离子以及其他污染物，同时其表面的不平衡电位能中和悬浮粒子的带电性，使其相斥电位受到破坏而与所述圆饼结构和所述底盘通过电价中和与沉淀作用，凝集成较大的絮花，借重力实现沉降。

[0025] 所述的净化水体面源污染的生态浮岛装置的应用方法，其中，所述圆饼结构和所述底盘所述圆饼结构与所述底盘可为水中微生物挂膜提供了场所。

[0026] 所述的净化水体面源污染的生态浮岛装置的应用方法，其中，由于温度的差异，水体会在河流等水体中产生垂直方向上的水流对流过程，所述生态浮岛装置利用这种自然过程，由水流携带面源污染物作为动力，利用多个所述圆饼结构的吸附并净化面源污染物。

[0027] 本发明提供一种净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法，使材料易得，投入少，成本低廉，除污效果显著，不具二次污染，充分运用水体内部因季节差异以及坡度差异引起的垂向和水平向水体流动规律而实现的无动力驱动污染物吸附于基质浮岛过程，且适合更广泛应用于农村以及城市面源污染物的拦截和控制。附图说明：

[0028] 图1为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的单体结构示意图；

[0029] 图2为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的单链结构示意图；

[0030] 图3为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的整体结构示意图；

具体实施方式

[0031] 本发明提供了净化水体面源污染的生态浮岛装置及其应用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0032] 本发明实施例提供了一种净化水体面源污染的生态浮岛装置，图1为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的单体结构示意图，如图1所示，生态浮岛装置单体包括圆饼结构1、气囊装置2以及软索固定装置3。所述圆饼结构1为圆柱体结构，所述圆饼结构1通过卡扣固定连接有所述气囊装置2，所述圆饼结构1上设置有所述软索固定装置3，所述圆饼结构1上设置有至少三个所述软索固定装置3，以三个所述软索固定装置3为定点可围成一个等边三角形。

[0033] 图2为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的单链结构示意图，如图2所示，所述生态浮岛装置单体之间通过锁链5连接，所述锁链5一端连接在生态浮岛单体上的所述软索固定装置3上，所述锁链5的另一端与所连接的圆饼结构1上的其他所述锁链5连接在一起，连接所述圆饼结构1上所有锁链5的连接点为整合结构6，每两个所述整合结构6之间是通过连接链7来连接固定的。

[0034] 图3为本发明中净化水体面源污染的生态浮岛装置的整体结构示意图，如图3所示，生态浮岛装置包括底盘4，所述底盘4用于固定每个生态浮岛装置的单链结构，所述底盘4上设置有至少四个所述连接链固定装置8，每相邻两个所述连接链固定装置之间的距离相等。所述底盘4上设置有固定支撑架9，所述固定支撑架9为十字结构。

[0035] 本发明提供的一种净化水体面源污染的生态浮岛装置应用方法包括所述圆饼结构1为以硅藻土为基质制成的粗糙圆柱面，硅藻土具有大量的微孔结构，吸水性是其自身的2-4倍，所述气囊装置2为一种耐磨轻质材料内装有气体的气密性结构，其作用是使硅藻土质圆饼漂浮于水中，保证装置的正常运行。所述气囊装置2与所述圆饼结构1之间有用于连接固定的卡扣，便于更换损坏组件。软索固定装置3为不易腐蚀且具有一定韧性的绳状连接固定结构，使用材质不限，但应能完成连接上下圆饼的功能，将它设计成三角结构是为了使圆饼在水的作用下受力平衡，不易翻转以及互相缠绕。底盘4为密度较大的硅藻土掺杂或者混凝土一类材质预制而成的用于固定的结构，该结构不仅可以保证本装置固定，还能够为底栖生物提供硬质依托。

[0036] 所述生态浮岛基质为硅藻土，硅藻土作为一种黏土矿物，具有巨大的比表面积，同时还含有大量的活性基团和负电荷，能很好的吸附水体中的重金属离子以及其他污染物。硅藻土表面的不平衡电位能中和悬浮粒子的带电性，使其相斥电位受到破坏而与硅藻土通过电价中和与沉淀作用，凝集成较大的絮花，借重力实现沉降，或者随水流运动而吸附于本发明的多簇多层浮岛结构上。基于硅藻土较大的表面积、较大的孔面积和较强的吸附力，能够将污水中的无机物和有机物、细微和超细微物质吸附到硅藻土的表面上，同时也为水中微生物挂膜提供了场所，即所述圆饼结构1作为生态浮岛完成了水中面源污染物的净化过程。用过的所述圆饼结构1，因其本身对环境无害并且吸附了大量的氮素和磷素，可以无害化处理后用作肥料还田，不造成二次污染。

[0037] 由于温度的差异，会在河流等水体中产生垂直方向上的水流对流过程，所述生态浮岛装置利用这种自然过程，实现了无动力运作，由水流携带面源污染物作为动力，利用所述圆饼结构1的密集浮岛结构，吸附并净化面源污染物。在水流循环过程中，能够较为全面的净化河流等水体中不同深度的面源污染物，主要是可以增大与水的作用时间与作用面积，增强净水效果，减少面源污染对河流的影响，由此发挥了所述生态浮岛装置多簇多层密集结构的作用。

[0038] 本发明一种净化水体面源污染的生态浮岛装置存在很多优点：

[0039] 第一，垂向上多层的链状密集浮岛结构，按照浮岛基质上微生物和浮游生物的生活习性而形成了组成物种不同，且由上至下的多类型生态浮岛，可以用于净化水体中不同深度的各种不同的面源污染物，功能多样。

[0040] 第二，多簇结构，增大又有效的接触面积，提高净水效率。

[0041] 第三，增加底盘，为水体底栖生物提供硬质依托。

[0042] 第四，基于自然水体因季节差异引起水体垂直方向上水流的规则运动，由水流携带水体中面源污染物，频繁流经所述生态浮岛装置的多簇多层结构，实现无动力驱动水体净化过程，加速水体自净。

[0043] 第五，用硅藻土作为基质，硅藻土作为环境友好材料，比表面积大，吸附能力强，本身净水滤清效果显著，还能为微生物等生活提供场所。

[0044] 第六、硅藻土材质的生态浮岛，长期使用后，可以回收，经无害化处理后，可利用其多孔结构用于土壤结构改良，不会形成二次污染，还可利用其吸附氮磷以及生物膜，用于制肥料，即基质的二次利用。

[0045] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。