一种复合式高效率浮岛的制作方法

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1.本实用新型属于水污染治理技术领域，具体涉及一种复合式高效率浮岛。


背景技术：

2.近年来，江河、湖泊、水库、池塘等水体受到环境污染，造成水体富营养化，破坏了水体的生态平衡。目前，生态浮岛在水体污染治理中的应用越来越受关注，生态浮岛利用其上栽培的植物以去除污染水体中的氮、磷等污染物，抑制水体中的藻类过渡生长，同时还可以美化水体景观，具有无需占地、成本低廉以及修复效果好等优点。
3.目前，传统的生态浮岛主要存在以下问题：其净化作用主要依靠浮岛植物直接吸收水体中氮、磷等营养物质来实现，除此之外附着在浮岛植物根系上的微生物形成的生物膜能够加速水中大分子污染物的降解过程。然而，传统的生态浮岛存在净化效率低、恢复周期长和不能改善水体缺氧等问题，无法满足治理水体污染的需要。普通植物生态浮岛效率低下，经过调研，在某些城市内河如采用生态浮岛并安置菖蒲美人蕉等大型沉水植物，一则容易堵塞河道，二则夏天招蚊虫，冬天植物枯败易造成二次污染。因此需从浮岛构造，提高净化效率等方面解决问题。
4.针对目前人工浮岛技术对氮磷去除效率低的现状，根据影响生态浮岛污染物去除效果的因素1、植物种类及组合方式2、温度3、水力停留时间4、覆盖率5、水体污染程度。基于以上情况，本实用新提出一种复合介质与微纳米曝气系统相结合的高效率人工浮岛，通过提高其水力停留时间与增加介质填料，提高污染物分解速率，同时节省立体空间。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种复合式高效率浮岛。
6.本实用新型采用以下技术方案：
7.一种复合式高效率浮岛，包括由上到下依次设置的植物种植区、生物填料悬挂区和曝气区；所述植物种植区设置浮床，所述浮床包括若干个相互连接的浮板，所述浮板中空，内部装填有填料，浮板中心设置有种植坑，种植坑内种植有亲水植物；所述生物填料悬挂区包括若干条绳索，绳索上端与浮床下方连接，下端自然下垂；所述绳索上悬挂有若干组生物填料；所述曝气区设置有曝气装置，所述曝气装置包括曝气盘，曝气盘上固定有若干根曝气管，所述曝气管上设置有曝气孔。
8.进一步的，所述浮板侧面和底面呈网板结构；所述浮板内部设置的填料为粒径3
‑
5mm的生物陶粒填料，生物陶粒填料的组成为：sio
2 60％～65％、cao mgo 3％～5％、a12o
3 17％～22％；fe2o
3 5％～8％。
9.进一步的，所述浮板设置数量为4块，每块浮板长
×
宽为350mm
×
350mm；所述浮板上设置有凹槽，以便于排水；所述浮板中，每个种植坑种植4～5棵亲水植物，植物高度为500～800mm。
10.进一步的，所述生物填料包括聚乙烯球和装填在聚乙烯球内部的生态基质颗粒，
所述生态基质颗粒为缓释碳源改性玉米芯，生态基质颗粒在聚乙烯球中装填比例为50％；所述聚乙烯球的直径为80mm。
11.进一步的，所述绳索为高分子塑料绳；每根绳索悬挂的生物填料之间通过塑料套管隔开；所述绳索下端系有重物，以防止生物填料上浮。
12.进一步的，每个浮板下连接有4根绳索，每根绳索上悬挂10组生物填料。
13.进一步的，所述曝气盘呈正六边形，曝气管设置数量为6根，每根曝气管长度700mm，曝气管材料为微纳米级橡胶。
14.进一步的，所述曝气盘通过气体传输管道与空气泵连接。
15.进一步的，所述浮板通过连接器连接，形成浮床。
16.进一步的，本装置还设置有溶解氧传感器，所述溶解氧传感器设置在浮床下方。
17.进一步的，所述溶解氧传感器包括电化学检测腔和选择性透气膜，通过选择性透气膜将电化学检测腔与外界溶液环境隔离；电化学检测腔内设置有工作电极、辅助电极和固体电解质氧化锆，所述选择性透气膜为0.03mmfep薄膜。
18.本实用新型的有益效果：
19.(1)本实用新型在浮板内设置层状复合介质填料，并在浮板下方悬挂多组生物填料，使基质内部形成不同水流速度区域，大大提高了分解速率，适用于城市狭窄的河道，不占用水体表面面积的同时高效率去除污染物；并设置溶解氧传感器，能够自动测出溶解氧浓度，便于直接了解水体溶氧情况；
20.(2)本实用新型通过设置微纳米曝气管制成的曝气盘，与传统曝气装置相比，节省植物覆盖面积，对水体的搅动较小，因此在不会破坏微生物挂膜与植物根际圈稳定的同时提高水力停留时间，同时节省立体空间，不影响过流能力，与现有的无曝气，无复合介质填料生态浮岛相比，本装置可增加水体中的溶解氧含量，能够促进植物的好氧呼吸，去除水中n、p元素与有机污染物的同时，有效抑制藻类的过量生长，而且微纳米曝气产生的气泡体积小，有助于植物的生长与根际圈的稳定，短期内可大量聚集硝化细菌与聚磷菌，生物膜挂膜稳定，且模块化组合性强，易于实地施工，造价成本低，利于推广。
附图说明：
21.图1为本实用新型复合式浮岛结构示意图
22.图2为本实用新型曝气装置俯视图；
23.图3为本实用新型曝气装置主视图；
24.图4为实用新型两电极型溶解氧传感器结构示意图。
25.附图中的标记为：1、曝气管；2、曝气孔；3、曝气盘；4、连接器；5、气体传输管道；6、空气泵；7、种植坑；8、生物填料；9、凹槽；10、浮板；11、浮床；12、重物；13、绳索；14、显示器；15、溶解氧传感器；16、压力补偿膜；17、导电层；18、溶解氧传感器底座；19、工作电极；20、聚四氟乙烯电极套；21、选择性透气膜；22、辅助电极(银阳极)；23、工作电极(金阴极)；24、固体电解质。
具体实施方式：
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新
型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.结合图1～4，本实施例所涉及的一种复合式高效率浮岛，包括由上到下依次设置的植物种植区、生物填料悬挂区和曝气区；所述植物种植区设置浮床11，所述浮床11包括若干个相互连接的浮板10，浮板10间通过连接器4连接，所述浮板10中空，内部装填有填料，浮板10中心设置有种植坑7，种植坑7内种植有亲水植物；所述生物填料悬挂区包括若干条绳索13，绳索13上端与浮床11下方连接，下端自然下垂；所述绳索13上悬挂有若干组生物填料8；所述曝气区设置有曝气装置，所述曝气装置包括曝气盘3，曝气盘3上固定有若干根曝气管1，所述曝气管1上设置有曝气孔2。
28.本实用新型实施例中，所述浮板10侧面和底面呈网板结构；所述浮板10内部设置的填料为粒径3
‑
5mm的生物陶粒填料，生物陶粒填料的组成为：sio
2 60％～65％、cao mgo 3％～5％、a12o
3 17％～22％；fe2o
3 5％～8％，可将植物直接栽培在上述生物陶粒填料之上；浮板10的数量可根据实际情况确定，本实施例中，所述浮板10设置数量为4块，每块浮板10长
×
宽为350mm
×
350mm；所述浮板10上设置有凹槽9，以便于排水；所述浮板10中，每个种植坑7种植4～5棵亲水植物，植物高度为500～800mm。根据查阅相关论文发现，除了传统的美人蕉，香蒲，芦苇等大型挺水植物，再力花、水葱吸收氮的效果较好；千屈菜的总磷降解效果最好；当美人蕉与再力花的种植面积为4:3时，组合浮床植物氮和磷吸收能力比美人蕉浮床分别升高85.42g/m2和降7.72g/m2，其可以保证较好吸收磷的条件下，提高氮的吸收能力。本实施例采用香蒲、荸荠、灯芯草3种植物，经验证与曝气装置组合构建的人工浮岛能够有效抑制藻类生长，提高溶解氧，降低氨氮浓度。
29.本实用新型实施例中，所述生物填料8包括聚乙烯球和装填在聚乙烯球内部的生态基质颗粒，所述生态基质颗粒为缓释碳源改性玉米芯，生态基质颗粒在聚乙烯球中装填比例为50％；所述聚乙烯球的直径为80mm。本实施例中，每个浮板10下连接有4根绳索13，每根绳索13上悬挂10组生物填料8，浮岛下方生物填料8行间距5cm，列间距20cm，整个浮岛下方共160组生物填料8，形成生物膜吸附区，在水中不阻碍水流，其上附着生长的微生物能够有效降解水体中的污染物；所述绳索13为高分子塑料绳；每根绳索13悬挂的生物填料8之间通过塑料套管隔开；所述绳索13下端系有重物12，以防止生物填料8上浮。
30.本实用新型实施例中，所述曝气盘3呈正六边形，曝气管1设置数量为6根，每根曝气管1长度700mm，曝气管1材料为高分子抗菌微纳米级橡胶，通过热压挤出工艺制成，具有超微细孔的微纳米级多孔结构，具有抗菌性，能够防止微生物在表面繁殖聚集，堵塞曝气管；本实施例中，所述曝气盘3通过气体传输管道5(pvc管道)与空气泵6连接，具体可采用电磁式交流空气泵进行曝气，功率为35w，气量为40l/min，产生的微纳米级气泡直径为0.3～2mm。与现有的曝气装置(以往的曝气方式都是使用气泡石曝气或者在硬质管上打孔向水中通气，这两种曝气方式都会使水体中的气泡体积大，上浮溢散到空气中的速度快，气泡在水体中停留时间短，从而使水里溶解氧含量少，同时气泡上浮速度太快会使水体搅动过于剧烈，不易于水生植物根际圈的稳定和生物填料的挂膜，造成污染物去除效果不理想)相比，本实用新型微纳米曝气技术通过改良传统的曝气设备，将具有微米级的多孔橡胶曝气管制
成曝气盘来取代传统气泡石和通气管进行曝气，所产生的气泡体积小，气泡直径可达0.3～2mm，水体中停留时间长并在短期内能够显著提高水体中溶解氧含量，而且对水体的搅动程度小，已在河道增氧、水产养殖等领域得到较好应用。本装置将微纳米曝气技术引入生态浮岛，能够有效提升水体中硝化细菌与聚磷菌的增长数量，提高生物填料挂膜的稳定性。
31.本实用新型实施例中，还设置有溶解氧传感器15，所述溶解氧传感器15设置在浮床11下方。溶解氧传感器采用电流法也叫clark溶解氧电极法，传统的传感器的电极通常由金阴极，银阳极，氯化钾或氢氧化钾电解液以及透氧膜组成，根据通过检测透过透氧膜的氧分子所参加电化学反应产生的扩散电流，就可以来测定水中所含的溶解氧值。氧分子通过透氧膜扩散到电解液中，当在阴极和阳极上加上一定的极化电压(通常0.68v)时，氧分子立即在金阴极表面上发生还原反应，而阳极上则发生氧化反应。当在研究电极和辅助电极上加极化电压时，透过透氧膜的溶解氧就会在研究电极表面发生电化学反应产生扩散电流，该扩散电流成正比于水中溶解氧的浓度，通过测量电流大小达到确定溶解氧测量值的目的。
32.本实施例中，所述溶解氧传感器15包括电化学检测腔和选择性透气膜，通过选择性透气膜将电化学检测腔与外界溶液环境隔离；电化学检测腔内设置有工作电极和辅助电极，并用固体电解质氧化锆替代电解液，所采用的选择性透气膜为0.03mmfep薄膜，选择性透气膜可以允许氧分子自由穿越，但会阻断其他分子(如水分子和大分子有机物)或离子。将传统的电解液替换成固体电解质可以制造全固态的微型溶解氧传感器，延长使用时间。传感器整体呈柱形，选择性透气膜与水体接触面积加大。此外，还可同时安装显示器，以显示水体溶解氧浓度，太阳能电池板提供电力，节能环保。
33.与普通的无曝气，无复合介质填料生态浮岛对照，本实用新型通过曝气技术增加水体中的溶解氧含量，能够促进植物的好氧呼吸，去除水中n、p元素与有机污染物的同时，有效抑制藻类的过量生长。而且微纳米曝气产生的气泡体积小，不会剧烈搅动水体，有助于植物的生长与根际圈的稳定。处理周期短，对水体的搅动程度小，短期内可大量聚集硝化细菌与聚磷菌，生物膜挂膜稳定，且模块化组合性强，易于实地施工，造价成本低，利于推广。
34.本实用新型采用生物陶粒填料和生物填料两种基质的填充，使基质内部形成不同水流速度区域。当系统进行适当曝气时，生物陶粒填料区域水流速度较慢，水体中的溶解氧被周围微生物消耗的量相对就大，容易形成厌氧区域，有利于反硝化菌的生长；而在生物填料区域，水流速度较快，水中的溶解氧被微生物消耗的量相对较少，易形成好氧区域，因此在生物填料上具有好氧硝化菌的生长条件。系统内部不同溶解氧区域的形成使得同步硝化反硝化发生成为可能，这使得新型人工浮岛具有较高的脱氮能力。
35.与现有的无曝气无填料填充浮岛相比，本装置20天内nh
4
－n、tp、no
3－
－n去除率提高20％以上，在20天内曝气组的nh
4
－n去除率为99.8％；tp去除率为93.03％；no
3－
－n去除率为78％，均达到gb 3838—2002排放标准且效果高于现有的浮岛装置装置。
36.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。