一种竖向生态单元装置及其组成的生态系统装置的制作方法

本实用新型涉及水生态修复与河湖治理领域，特别涉及一种竖向生态单元装置及其组成的生态系统装置。

背景技术：

湖泊、河流是水资源的重要载体，是自然生态系统的重要组成部分。河湖污染及水体生态破坏严重影响到水资源利用和水环境质量。水体生态修复与河湖治理是改善水环境的重要措施，河湖水体生态修复是应用生态学基本原理和方法，利用自然生态系统的净化能力，构建污染治理设施，进行河湖环境污染治理的行为。

河湖水体生态修复技术较多，有采用截污、岸线整治、驳岸修筑、清淤、换水等市政(水利)工程方法；有采用浅滩湿地、浮床湿地、沉水植被修复，漂浮植物抑藻等生态工程方法；有采用生态工程和环境工程组合方法；有采用生化-物化药剂、纳米微气泡、生化过滤箱、沉水生物带(人工水草)、竹炭滤床等新技术方法。但是对污染较重的河湖，有机物、氮磷等营养物超标严重，以上技术都有一定的局限性。

技术实现要素：

本实用新型提供一种竖向生态单元装置及其组成的生态系统装置，属于生态-生物法，利用植物、微生物对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化，生态功能得到部分恢复，具体来讲主要融合了生物膜修复技术、生态浮床技术、曝气增氧技术以及水体流态控制技术，在治理河湖污染的同时营造了良好的景观环境，特别适用于被污染的河湖水域治理。

本实用新型的技术方案如下：

一种竖向生态单元装置，包括植物浮岛、框架和填料组合体，所述的框架的形状为正方体或长方体，所述的植物浮岛设置在所述的框架上端的第一横梁上，所述的填料组合体设置在所述的框架内，所述的填料组合体由两个以上的填料组成，所述的填料的下端连接在所述的框架下端的第二横梁上，所述的填料的上端连接在所述的框架上部分的第三横梁上。

进一步优选，在所述的框架中间部分的外侧覆盖有第一水帘布；在所述的框架底部的中心位置设有第一配重曝气管，所述的第一配重曝气管通过第一吊绳悬挂在所述的第一横梁上，所述的第一配重曝气管连有若干个汇集在所述的第一横梁上的第一曝气支管。

进一步优选，所述的框架的下端设有一正四棱台，除所述的框架的上部分和所述的正四棱台的下端面外，所述的框架外侧和所述的正四棱台外层均覆盖有第二水帘布；在所述的第二横梁和所述的第三横梁之间设有由若干个竖梁围成的腔体，除所述的腔体的上、下两端，所述的腔体外侧覆盖有第三水帘布，且在所述的腔体内不设有所述的填料；在所述的腔体底部的中心位置设有第二配重曝气管，所述的第二配重曝气管通过第二吊绳悬挂在所述的第一横梁上，所述的第二配重曝气管连有若干个汇集在所述的第一横梁上的第二曝气支管。

进一步优选，所述的腔体与所述的框架在同一轴线上。

进一步优选，所述的框架的下端设有一不规则四棱台，除所述的框架上部分的一侧和所述的不规则四棱台的下端面外，所述的框架外侧和所述的不规则四棱台外层均覆盖有第四水帘布；在所述的不规则四棱台下端面的上面所述的框架内设有第三配重曝气管，所述的第三配重曝气管通过第三吊绳悬挂在所述的第一横梁上，所述的第三配重曝气管连有若干个汇集在所述的第一横梁上的第三曝气支管。

进一步优选，所述的框架的长、宽和高分别为1600mm×1600mm×(800～2500)mm；所述的植物浮岛的长和宽分别为3200mm×3200mm。

进一步优选，所述的框架与所述的植物浮岛在同一轴线上。

进一步优选，所述的填料的上端与所述的第一横梁的距离为200～500mm。

本发明还公开了一种由上述的一种竖向生态单元装置组成的生态系统装置，先选取两个或两个以上的上述的竖向生态单元装置，然后将所述的竖向生态单元装置置于待净化的河湖中并串联连接，即得到所述的生态系统装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的一种竖向生态单元装置，利用植物、微生物对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化，生态功能得到部分恢复；具体地，通过在框架内设置有附着微生物的填料组合体，用以去除水里大部分有机物和氮磷等营养物，和设置植物浮岛以降解残留微污染物；对于重度污染的深水河湖水域治理，可以先强化竖向混合充氧，后强化微曝气修复，最后利用生态-生物法构建长效污染治理设施。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅰ型的一结构剖视图；

图2为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅰ型的另一结构剖视图；

图3为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅱ型的一结构剖视图；

图4为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅱ型的另一结构剖视图；

图5为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅲ型的一结构剖视图；

图6为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅲ型的另一结构剖视图；

图7为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅳ型的一结构剖视图；

图8为本实用新型的一种竖向生态单元装置Ⅳ型的另一结构剖视图；

图9为本实用新型由多组竖向生态单元装置Ⅰ型组成的生态系统装置的结构剖视图；

图10为本实用新型由多组竖向生态单元装置Ⅱ型组成的生态系统装置的结构剖视图；

图11为本实用新型由多组竖向生态单元装置Ⅲ型组成的生态系统装置的结构剖视图；

图12为本实用新型由多组竖向生态单元装置Ⅳ型组成的生态系统装置的结构剖视图；

图13为本实用新型的生态系统装置在河湖治理中实施方式一的结构剖视图；

图14为本实用新型的生态系统装置在河湖治理中实施方式二的结构剖视图；

图15为本实用新型的生态系统装置在河湖治理中的实施方式三的结构剖视图；

图16为本实用新型的生态系统装置在河湖治理中的实施方式四的结构剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

为了更好的说明本实用新型，下方结合附图对本实用新型进行详细的描述。

如图1～2所示，本实用新型的一种竖向生态单元装置，现将其记为竖向生态单元装置Ⅰ型，包括植物浮岛1、框架2和填料组合体(图中未标记)，所述的框架2的形状为正方体或长方体，所述的植物浮岛1设置在所述的框架2上端的第一横梁3上，所述的填料组合体设置在所述的框架2内，所述的填料组合体由两个以上的填料4组成，所述的填料4的下端连接在所述的框架2下端的第二横梁5上，所述的填料4的上端连接在所述的框架2上部分的第三横梁6上；当水流经时，水流从生态单元装置Ⅰ型的一侧流向另一侧，横穿流过填料4。

竖向生态单元装置Ⅰ型，其框架2的长、宽和高分别为1600mm×1600mm×(800～2500)mm，框架2的材料为不锈钢、UPVC、PPR或玻璃钢；框架的主体采用圆形空心管道，且框架内设置有加固筋；所述的植物浮岛1的长和宽分别为3200mm×3200mm，植物浮岛1由轻型载体、基质、植物组成；所述的框架2与所述的植物浮岛1在同一轴线上；所述的填料4的上端与所述的第一横梁3的距离为200～500mm，填料4的材质可为生物绳填料、帘式填料、组合填料、择软性填料、半软性填料或弹性填料中的一种或几种。

如图3～4所示，本实用新型的另一种竖向生态单元装置，现将其记为竖向生态单元装置Ⅱ型，在竖向生态单元装置Ⅰ型的基础之上，所述的框架2中间部分的外侧覆盖有第一水帘布7；在所述的框架2底部的中心位置设有第一配重曝气管8，所述的第一配重曝气管8通过第一吊绳9悬挂在所述的第一横梁3上，所述的第一配重曝气管8连有若干个汇集在所述的第一横梁3上的第一曝气支管10；具体地：第一水帘布7的上端距框架2的上端200～500mm，第一水帘布7的下端距框架2的下端200～300mm，第一水帘布7不包裹框架2的上下部；第一配重曝气管8通过第一吊绳9悬吊在距框架2的下端300～500mm处；当水流经时，水流从生态单元装置Ⅱ型的底部流入装置内，向上流过填料4，并由装置上部的两侧未覆盖有第一水帘布7处流出装置。

如图5～6所示，本实用新型的另一种竖向生态单元装置，现将其记为竖向生态单元装置Ⅲ型，在竖向生态单元装置Ⅰ型的基础之上，所述的框架2的下端设有一正四棱台11，除所述的框架2的上部分和所述的正四棱台11的下端面外，所述的框架2外侧和所述的正四棱台11外层均覆盖有第二水帘布12；在所述的第二横梁5和所述的第三横梁6之间设有由若干个竖梁13围成的腔体(图中未标记)，所述的腔体与所述的框架2在同一轴线上；除所述的腔体的上、下两端，所述的腔体外侧覆盖有第三水帘布14，且在所述的腔体内不设有所述的填料4；在所述的腔体底部的中心位置设有第二配重曝气管15，所述的第二配重曝气管15通过第二吊绳16悬挂在所述的第一横梁3上，所述的第二配重曝气管15连有若干个汇集在所述的第一横梁3上的第二曝气支管17；具体地：第二水帘布12的上端距框架2的上端200～500mm；第三水帘布14的上端距框架2的上端400～700mm，第三水帘布14的下端距框架2的下端200～300mm；第二配重曝气管15通过第二吊绳16悬吊在距框架2的下端400～550mm处；当水流经时，水流从生态单元装置Ⅲ型的底部流入装置内，向上流过填料4，并由装置上部的两侧未覆盖有第二水帘布12处流出装置，其中部分水流会由于密度差原因在装置内部形成部分循环流。

如图7～8所示，本实用新型的另一种竖向生态单元装置，现将其记为竖向生态单元装置Ⅳ型，在竖向生态单元装置Ⅰ型的基础之上，所述的框架2的下端设有一不规则四棱台18，除所述的框架2上部分的一侧和所述的不规则四棱台18的下端面外，所述的框架2外侧和所述的不规则四棱台18外层均覆盖有第四水帘布19；在所述的不规则四棱台18下端面的上面所述的框架2内设有第三配重曝气管20，所述的第三配重曝气管20通过第三吊绳21悬挂在所述的第一横梁3上，所述的第三配重曝气管20连有若干个汇集在所述的第一横梁3上的第三曝气支管22，具体地：第三配重曝气管20通过第三吊绳21悬吊在距框架2的下端400～550mm处，且布置在装置的底部留口一侧，距侧壁300mm；当水流经时，水流从生态单元装置Ⅳ型的底部流入装置内，向上流过填料4，并由装置上部的一侧未覆盖有第四水帘布19处流出装置，其中部分水流会由于密度差原因在装置内部形成旋流。

所述的第一水帘布7、第二水帘布12、第三水帘布14和第四水帘布19的材质均为高强PVC涂布，厚度为0.4-0.6mm；所述的第一吊绳9、第二吊绳16和第三吊绳21均为尼龙，主要用于防止上述的曝气支管松脱；所述第一曝气支管10、第二曝气支管17和第三曝气支管22的材料均为PVC，其口径均为DN25-DN50；第一配重曝气管8为全开孔管式曝气，气泡直径0.8-1.2μm；第二配重曝气管15为半开孔管式曝气，气泡直径1.5-2.0μm；第三配重曝气管20为半开孔管式曝气，气泡直径2.8-3.1μm，上述配重曝气管的材质为橡胶，填充水泥配重5.5-7.5kg，

本发明上述描述的尺寸范围仅就生态单元装置形状进行限定，由于河湖不同断面尺寸有所差异，具体实施中需要根据断面合理调整竖向生态单元装置及其内部的尺寸。

本发明上述描述水流方向并不排斥其他方向流向，仅表示可以形成该方向导流作用。

本发明还公开了一种由上述的一种竖向生态单元装置组成的生态系统装置，先选取两个或两个以上的上述的竖向生态单元装置，然后将所述的竖向生态单元装置置于待净化的河湖中并串联连接，即得到所述的生态系统装置。

一种具体由上述的一种竖向生态单元装置组成的生态系统装置在河湖治理中的实施方式，如图9～12所示，每个处理功能区域连续或间隔布置多组单一形式的单元；图9为每个处理功能区域间隔或连续布置多组竖向生态单元装置Ⅰ型，依靠填料上生长的生物膜以及浮岛上的植物的作用对水体进行净化；图10为每个处理功能区域间隔或连续布置多组竖向生态单元装置Ⅱ型，相当于单元装置内部为好氧区域，单元装置之间为相对缺氧区域，污水间隔流过好氧缺氧区域，可以在降解有机物的同事进行脱氮；图11为每个处理功能区域连续布置多组竖向生态单元装置Ⅲ型，由于存在微孔曝气作用及气提回流作用，相当于单元装置内部下部为相对好氧区域，其上部为相对缺氧区域，水从下部进入单元装置后先经过好氧后经过缺氧，回流进行脱氮；图12为每个处理功能区域间隔或连续布置多组竖向生态单元装置Ⅳ型，由于存在微孔曝气作用及气提回流作用，相当于单元装置内部为微氧区域，存在同时硝化反硝化作用脱氮。

另一种具体由上述的一种竖向生态单元装置组成的生态系统装置在河湖治理中的实施方式，如图13～16所示；

图13为每个处理功能区域连续或间隔布置多组形式的竖向生态单元装置，水流依次流过竖向生态单元装置Ⅲ型-竖向生态单元装置Ⅱ型-竖向生态单元装置Ⅰ型，特别适用于重度污染的深水河湖水域治理。

本发明上述描述竖向生态单元装置Ⅲ型或竖向生态单元装置Ⅳ型为前置可选单元形式，竖向生态单元装置Ⅰ型为后置可选单元形式。

本发明上述描述，所述水流依次流过可以是相同时间上的空间划分，也可以是相同处理空间上的时间划分。

图14～16，本发明的生态系统装置的固定方式；图14为用于大面积水域或通航水域可选形式，采用缆绳的一端固定在框架2的第一横梁3上，缆绳的另一端固定在沉水重物上，并将沉水重物沉入水底；图15为用于小面积水域或非通航水域可选形式，采用缆绳岸边锚固方式；图16为用于深度较浅水域可选形式，采用立桩插入河湖底固定方式。

此外，所述植物浮岛1上布置有曝气主管或曝气分支管(图中未标记)，管道选材为塑料软管、橡胶软管、波纹软管，常用HDPE材质、PVC材质；所述竖向生态单元装置的供气，气源设置在岸边，通过设置在河湖底或漂浮在湖面的管道将空气输送至曝气主管，在河湖底预埋管采用不锈钢管道，漂浮采用HDPE材质并配有浮体。

本发明特别适用于污染的水深1m以上的河湖水域治理，以多组竖向生态单元装置Ⅲ型或竖向生态单元装置Ⅳ型为预处理段，以多组竖向生态单元装置Ⅱ型为主要处理段，再以多组竖向生态单元装置Ⅰ型为深度处理段；每个处理功能区域连续或间隔布置多组两种至四种形式的竖向生态单元装置；水域连续布置竖向生态单元装置Ⅲ型或竖向生态单元装置Ⅳ型后，再连续布置多组竖向生态单元装置Ⅱ型，最后在布置多组竖向生态单元装置Ⅰ型，实现首先强化竖向混合同时充氧去除污染物，后强化微曝气形成生物膜去除污染物，最后利用生态-生物法构建长效污染治理设施，从而进行河湖污染治理。

综上所述，本发明具有以下优点：

1)利用生态-生物法，生物链长，降解彻底，可以处理微污染物，也可以用于重度污染的河湖水域治理；

2)对于水深1m以上的河湖水域治理，应用效果较好；

3)优化了微生物的生长环境，能够承受一定的外来冲击负荷；

4)相比常规方法，运行维护费用较低，也不投放药剂；

5)治理河湖污染的同时营造良好的景观环境。

本发明竖向生态单元装置及其在河湖治理中的实施方式，利用植物、微生物的对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化，生态功能得到部分恢复。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。