一种曝气微循环的阶梯式生态微岛及其方法与流程

本发明属于生态浮床技术领域，具体涉及一种曝气微循环的阶梯式生态微岛。

背景技术：

人类文明大多起源于江河湖泊，河湖是陆地生态系统的重要组成部分。然而，由于人类工业化进程的加快，水域环境富营养化近年来呈现加速恶化的趋势，湖泊生态系统和水体功能受到破坏，因此，寻求有效手段对水体富营养化进行控制和治理以保障水生态系统的循环运作势在必行。

近年来，利用水生、陆生植物进行水体修复的浮床系统得到广泛关注。生态浮床系统是运用无土栽培技术，以高分子材料为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。通过植物在生长过程中对水体中氮磷等植物必需元素的吸收利用及植物根系和浮床基质等对水体中悬浮物的吸附作用，富集水体中的有害物质，与此同时，植物根系释放出大量能降解有机物的分泌物，加速有机污染物的分解，使水质得到改善。

虽然经过长期发展，生态浮床技术得到了极大完善，但事实上生态浮床仍处于试验和示范阶段，并且在使用中存在一些问题和不足，比如：景观效果差、服务寿命短、单位造价高等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有生态浮床的技术缺陷，并提供一种曝气微循环的阶梯式生态微岛及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种曝气微循环的阶梯式生态微岛，包括生态浮床和供电装置；所述生态浮床上架有固定支架，供电装置位于固定支架上，供电装置通过底部固定支架的支撑抬高作用完全露出水面；所述生态浮床包括漂浮区和浸没区，所述漂浮区包括挺水植物和浮床床体，所述挺水植物位于浮床床体上部且其植物根系延伸至水体中；所述浸没区包括容器框以及设于容器框内的过滤网、植物屉笼和曝气装置；所述容器框为去顶的中空容器，上部侧壁设有进水口，下部侧壁或底部设有出水口，容器框上部侧壁与漂浮区的浮床床体相连；所述出水口设有出水管道，出水管道上设有出水阀和抽水泵，出水管道延伸至水体中；所述过滤网固定于容器框内的上部，高度低于进水口，过滤网将其所在高度容器框的横截面积完全覆盖，在过滤网上固定有若干吸附填料；所述植物屉笼位于过滤网下方，带有若干种植孔，种植孔中种植有若干沉水植物，植物屉笼将其所在高度容器框的横截面积完全覆盖；所述曝气装置位于植物屉笼下方；所述供电装置通过防水电线与耗电装置连接供电。

作为优选，所述供电装置采用风力发电机、太阳能发电机或水力发电机。

作为优选，所述浮床床体上设有若干植物筐和浮子。

作为优选，所述进水口设有进水管道，进水管道上装有进水阀。

作为优选，所述出水管道尾部出水口连接有曝气喷射装置或跌水造浪装置。

作为优选，所述吸附填料包括火山岩、蛭石、沸石、生物炭、活性炭。

作为优选，所述植物屉笼为抽屉式活动容器，在植物屉笼所在高度的容器框侧壁上开设有更换口，植物屉笼可通过更换口在容器框内进出。

作为优选，所述植物屉笼下方还设有固定于容器框内部的多孔平板或滑道，以便植物屉笼的移动。

作为优选，所述浸没区的水平面上种植有漂浮植物。

本发明的另一目的在于提供一种如上述任一曝气微循环的阶梯式生态微岛的水体净化方法，包括如下步骤：

1)水流首先经过漂浮区挺水植物的植物根系净化作用，去除水中部分有机物及营养盐作为养分；同时截留去除部分污染物；

2)经过漂浮区初步净化作用的水流通过容器框的进水口进入浸没区，通过调节进水阀或出水阀，控制浸没区水面高度低于进水口；当水流从进水口进入浸没区时，实现跌水曝气作用，增加水流中氧含量并起到消能作用，减少对浸没区各装置及植物的冲刷扰动；

3)浸没区水面上种植有漂浮植物，可利用植物根系作用进一步去除拦截水中污染物；

4)水流在抽水泵的作用下向下流动，过滤网及其上固定的吸附填料对水流具有拦截吸附作用；过滤网可对水流中杂物进行截留，同时进一步降低水流速度，增加水力停留时间，使得水中污染物更多的被吸附填料吸附拦截；

5)水流经过过滤网进入沉水植物区，利用植物屉笼下方设置的曝气装置对沉水植物根系的厌氧环境进行曝气，补充水中溶解氧含量，使沉水植物根系周围微环境呈现好氧-缺氧-厌氧区域，增加根系微生物多样性，通过硝化-反硝化作用及微生物对氮磷的积累作用；

6)经过浸没区阶梯式处理的水体通过抽水泵从出水管道排出。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本发明设置多种类型水生植物，提高了生物多样性；

(2)本发明装载的吸附填料，既可以为植物根系生长提供有机碳源，还能为微生物的生长提供附着载体，从而增加植物根系微生物群落多样性，在促进水生植物生长的同时，提高水体净化效果；

(3)本发明可实现多阶梯、多层次的处理净化水质，可根据需要增加净化区域；

(4)本发明通过抽水泵和出水管将净化后的水流排至河道远处，未处理的水体通过进水管进入净化区，实现了生态浮床利用的最大化；

(5)本发明既可用于河道湖泊，又可用于人工湿地。

综合而言，该曝气微循环的阶梯式生态浮床易于建造和维护，缩短了相关工程的建设周期，结合微生物及吸附材料共同处理水质，提高了水质净化能力，具有良好的推广使用价值。

附图说明

图1为本发明的剖面示意图；

图2为图1中浸没区的局部放大图；

图3为本发明的几种俯视图；

图中：漂浮区1，浮子2，植物筐3，挺水植物4，供电装置5，进水阀6，进水管道7，漂浮植物8，吸附填料9，过滤网10，容器框11，沉水植物12，曝气装置13，出水阀14，抽水泵15，出水管道16，浸没区17，植物屉笼18，更换口19。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示为本发明所述的一种曝气微循环的阶梯式生态微岛，包括生态浮床和供电装置5。其中，生态浮床上架有固定支架，供电装置5位于固定支架上，供电装置5通过底部固定支架的支撑抬高作用完全露出水面；固定支架与生态浮床和供电装置5之间都设有固定连接装置，固定连接方式包括铰接、铆接、螺钉连接等。供电装置5可采用风力发电机、太阳能发电机、水力发电机中的一种或多种组合。生态浮床包括漂浮区1和浸没区17，漂浮区1包括挺水植物4和浮床床体，浮床床体上设有若干植物筐3，植物筐3内种植有挺水植物4，植物筐3的一部分位于水下，使其内种植挺水植物4的植物根系能接触到水又不至于被水淹没。浮床床体上还设有若干浮子2，可提升浮床整体浮力，避免沉没。挺水植物4可以采用鸢尾、美人蕉等植物量大、根系发达、根茎繁殖能力强、植株优美的植物。

如图2所示为本发明的一种曝气微循环的阶梯式生态微岛的浸没区17局部放大图，浸没区17包括容器框11以及设于容器框11内的过滤网10、植物屉笼18和曝气装置13。其中，容器框11为去顶的中空容器，在侧壁上部设有进水口，下部侧壁或底部设有出水口；容器框11可根据需要设置多种形状，比如其横截面可为圆形、方形、半圆形等。容器框11上部侧壁与漂浮区1的浮床床体相连，形成一个剖面形状类似u型的整体。容器框11上的进水口设有进水管道7，进水管道7上装有控制管路通断和流量大小的进水阀6。出水口设有出水管道16，出水管道16上设有出水阀17和抽水泵15，出水管道16延伸至水体中。出水管道16尾部出水口可延伸至距离生态微岛较远处的河体，以便将处理净化的水流排走至远处，未处理的水流通过进水口进入，避免了同样水体重复处理的情况，提高了处理效率和净化效果。出水管道16尾部出水口还可连接有曝气喷射装置或跌水造浪装置，进一步对水体进行充氧处理。过滤网10固定于容器框11内的上部，高度低于进水口，过滤网10将其所在高度容器框11的横截面积完全覆盖，使得水流必须经过过滤网10才能进入下游。在过滤网10上固定有若干吸附填料9，吸附填料9包括火山岩、蛭石、沸石、生物炭、活性炭。吸附填料9可以装于小孔生态袋中，避免随水流冲刷流失。植物屉笼18位于过滤网10下方，带有若干种植孔，种植孔中种植有若干沉水植物12，沉水植物12包括苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等；植物屉笼18将其所在高度容器框11的横截面积完全覆盖，使得水流经过植物屉笼18才能进入下游。植物屉笼18可以固定于容器框11内部，但为了便于更换维护沉水植物12，植物屉笼18还可以设置为一种类似抽屉的活动容器。在植物屉笼18所在高度的容器框11侧壁上开设有更换口19，植物屉笼18可通过更换口19在容器框11内进出。植物屉笼18下方还设有固定于容器框11内部的多孔平板或滑道，以便植物屉笼18的移动。为了便于植物屉笼18移动，在更换口19处的植物屉笼18侧壁上还可设置有拉手、l型凹陷等便于取出屉笼的部件。在使用时，植物屉笼18边缘与更换口19完全契合，为了使容器框11在使用时成密封状态，更换口19边缘可设置密封装置，如橡胶圈等。曝气装置13位于植物屉笼18下方，曝气装置13通过固定装置与容器框11内部侧壁或过滤网10连接固定。供电装置5通过防水电线与耗电装置连接供电。浸没区17的水平面上种植有漂浮植物8，漂浮植物8包括浮萍、凤眼莲等。

漂浮区1与浸没区17可采用不同形状的组合连接方式，如图3所示，漂浮区1俯视图的外周形状可为圆形、方形等，浸没区17俯视图的外周形状可为圆形、方形等。

该曝气微循环的阶梯式生态微岛可漂浮在待净化的水体中，例如河流、湖泊、池塘、湿地等水体均可，基于该阶梯式生态微岛的水体净化方法，包括如下步骤：

1)水流首先经过漂浮区1挺水植物4的植物根系净化作用，去除水中部分有机物及营养盐作为养分，同时截留去除部分污染物。

2)经过漂浮区1初步净化作用的水流通过容器框11的进水口进入浸没区17，通过进水阀6及出水阀17和抽水泵15调节进水流量和出水流量，进而控制浸没区17水面高度低于进水口。由此，当水流从进水口进入浸没区17时，可以实现跌水曝气，增加水流中氧含量并起到消能作用，减少对浸没区17内各装置及植物的冲刷扰动。

3)浸没区17水面上种植有漂浮植物8，可利用植物根系作用进一步去除拦截水中污染物。

4)水流在抽水泵15的作用下向下流动，过滤网10及其上固定的吸附填料9对水流具有拦截吸附作用；过滤网10可对水流中垃圾、植物叶片、昆虫残骸等杂物进行截留，同时进一步降低水流速度，增加水力停留时间，使得水中污染物更多的被吸附填料9吸附拦截。

5)水流经过过滤网10进入沉水植物12区，植物屉笼18可根据水质及需要设置多个；由于沉水植物12根系主要是厌氧环境，微生物种类较为单一，因此在植物屉笼18下方设置曝气装置13，补充水中溶解氧含量，使沉水植物12根系周围微环境呈现好氧-缺氧-厌氧区域，增加根系微生物多样性，通过硝化-反硝化作用及微生物对氮磷的积累作用。

6)经过浸没区17阶梯式处理的水体通过抽水泵15从出水管道16排出，出水管道16尾部出水口可延伸至距离生态微岛较远处的河体，以便将处理净化的水流排走至远处，未处理的水流通过进水口进入，避免了同样水体重复处理的情况，提高了处理效率和净化效果；出水管道16尾部出水口还可连接有曝气喷射装置或跌水造浪装置，进一步对水体进行充氧处理。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。