一种仿生水草的制作方法

专利名称：一种仿生水草的制作方法
技术领域：
一种仿生水草技术领域：
本实用新型属于水处理技术领域，特别涉及一种净化水质的仿生水草。
背景技术：
目前，河道、湖泊等普遍存在污染，水质性缺水特别严重。由于受到周围 人们排放的生活废水以及工业废水的污染，加上水体缺少必要的循环，使水体 的自净能力降低，河道、湖泊的生态失去平衡，水体出现富营养化，水体变绿， 藻类疯长，致使水体产生异味，发黑发臭。因此，必须对其进行治理。
生态意义上的水体污染治理已从单一性的物理景观趋向多样化的生态景 观，是以可持续发展为宗旨的城市生态建设。水体污染治理不仅要达到它的基 本功能，更重要的是改善水环境，为人们提供一个亲切怡人的休闲空间和绿化 生态空间，达到人与自然的和谐发展，体现"以人为本、回归自然"。
国内外在水体污染综合治理方面，有许多行之有效的处理方法。如运用物 理方法可以治理河道污水，如调水、机械除藻、底泥疏浚等，但是该方法只是 进行污染源的暂时转移，治标不治本。化学方法有混凝沉淀、电解、催化氧化 等，其虽可以有效地处理废水，但易产生二次污染。生态-生物法近年来发展很 快，它借助自然界自身的水体自净能力治理受污水体的一项新技术，包括河道 曝气法、生物膜法、生物修复技术、土地处理法等。目前发展起来的最新水体 污染治理工艺，如悬浮填料移动床、曝气生态净化系统和底泥生物氧化等多种 方法，这类工艺是将生物法与其他工艺相结合，具有多功能、高效率等特点。
国外对水体生态环境的研究和实践已有一百多年的历史，并取得了显著的 成效。其基于河流生态系统的管理和维持生物多样性的河流流量研究，通过改 善河流水质、重建和恢复生态等内容来改善生态环境，如减少枯水期引水量， 大幅度减少地下水开采。
国外对河流实施单一目标管理是为了避免洪水，以保证居民的安全，即以 质量转移动力学为基础，通过建立河流和洪泛平原生境、建设人工大坝等工程 措施，降低洪峰流量，使日流量趋于稳定。但问题是河流经长时间的运行，来自上游的沉积物不断积累，冲刷洪水流量减小，水和沉淀物的自然流动受到抑 制，水流携带的泥沙沉积在水库和下游地区，河流的生境趋于恶化。为了弥补 单一目标管理的不足，采用河道内流量增量法、蒙大纳法、流量持续时间曲线 法、栖息地排水法、水力学评价法等，从河流的研究范围和尺度、河流系统分 类和评价、河流恢复、稀释用水及维持生物多样性的河流流量5个方面统筹考
虑，以维持河流生态环境的自然平衡。最具代表性的是Ward提出的四维河流生 态系统，即河流在纵向、横向、垂向和时间分量上具有连续性、相互性、融合 性、延续性特点。
与国外相比，由于国内缺少对河流生态环境的正确认识，只注重经济建设， 忽视对生态环境的维持，出现了城市和工业用水挤占农业用水，农业用水挤占 生态用水的现象，导致生态环境恶化，进而对经济的可持续发展构成极大威胁。
近几年，随着人们对河流认识的深入及工程的实施，对河流的生态环境治 理从原来仅对河道污染进行治理和改善水环境质量逐步向河流生态用水、河流 生态恢复及湿地、流域生态建设等方面扩展，如成都的府南河、太原的汾河、 济南的小清河等河流水环境改善工程。但从流域及河流两侧的社会发展、产业 调整、土地及规划控制、生态景观建设等方面进行综合研究的成果甚少，基本 上没有工程实践。
随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境 的恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可 持续发展的严重制约因素。在美丽的江南水乡将很难看到水草摇曳，鱼虫漂浮， 白鹭翩飞的景象，取而代之的是颜色各异、恶臭扑鼻的河道水，没有鱼虾，甚 至连活的生物体都难觅踪影，更甚是会致人中毒的水体。因此，对河道治理刻 不容缓
仿生水草对治理水体污染所形成高效的生态系统，从低投资、低能耗、生 态性等方面大大降低社会综合成本和体现循环经济理念，在相对很低的成本基 础上获得可观的经济、社会和生态效益；通过将污水的生态性处理和景观水体 建设相融合，获得景观娱乐效益；将水处理和生态水环境建设化整为零，推动 群众共建，获得社会效益；既节省投资和运行费用，又体现可持续发展理念的治水公园化的理念。
仿生水草污水处理的核心理念就是要体现水资源有效利用、综合成本降低、 人与自然更加和谐等理念，改善水环境，修复水生态系统，获得长久的生态环 境效益。
在国内外专利文献中，也有公开治理水体污染的仿生水草专利。如中国专
利号为ZL200620134335.3公开了一种智能仿生水草，由仿生水草、固定在仿生 水草根部的微型充氧装置、固定在仿生水草顶部的浮体、遥控接收器、太阳能
接收器和储能器组成。但该专利存在缺点因其带有太阳能接收器，致使制造 成本高，且易损坏，维修难；此外，其受天气影响大，如遇阴雨天气，则无法 正常工作。

发明内容
本实用新型公开了一种净化水质的仿生水草，其解决了现有仿生水草存在 的制造成本高、易损坏、受天气影响大的缺点。
本实用新型所采取的技术方案 一种仿生水草，包括主茎、载体、浮体及
重垂体，载体与主茎相连，主茎上端连接浮体，主茎下端连接重垂体，载体由
塑胶注塑成型，载体外层为纳米二氧化钛；载体呈网状或吊兰式或带状式。 所述的仿生水草，载体的聚乙烯塑料与橡胶的比例为10: 1 20: 1。
所述的仿生水草，载体表层的纳米二氧化钛的厚度为50 150纳米。
所述的仿生水草，吊兰式载体与主茎间转动式连接。
所述的仿生水草，载体与主茎间通过一转盘转动相连。
本实用新型仿生水草应用于水污染处理领域，尤其是河道、湖泊、池塘等 水景工程。仿生水草及其水质强化净化方法是环境工程学科中的微污染水源水 处理技术，是应用于富营养化湖泊、微污染河道等水源地水质强化净化技术。
仿生水草的浮体与生态鱼礁之间采用尼龙绳柔性连接，使其能随水流360°摆动， 尼龙绳外套有可防止仿生水草缠绕在一起的塑料管；填料片有多个，分别串接 在浮体与生态鱼礁之间的尼龙绳上。仿生水草的水质强化净化方法将仿生水草直接投放到富营养化或微污染 水体中，投放密度根据湖泊和河道的污染程度而定， 一般体积比为20%左右； 仿生水草的顶部采用浮球浮于水面，底部固定于生态鱼礁上，防止漂移，尼龙 绳的长度略长于水位高度。利用附着生长的微生物和藻类，既起到生物过滤和 生物转换作用，又利用荷花式浮体、自旋水生植物形态起到美化环境的作用。 其可用于被污染的湖泊、池塘、死水河、季节性死水河等，帮助水体恢复自然 生态平衡，使其长期保持健康良好的状态，具有生物膜活性较强、容易脱落更 新等优点，也可用于城市生活污水、工业废水处理，农业、水产养殖业、畜牧 业等污水处理和控制。
从使用来看，本仿生水草具有以下优点-
1. 设计理念超前，实施简便。
2. 能有效去除水体中的COD，去除效果佳，且对脱氮除磷也有较好的效果。
3. 结构简单，便于安装和维护，不需要提供任何的电力、建筑设施和机械设
备o
4. 易于升级换代，操作简便。
5. 因地制宜，利用现有的河道、水塘、湿地等，扩大和延伸污水处理系统功能。
6. 化整为零，就地解决污水问题，减少管网建设成本。
7. 降低了水流速度，为SS (悬浮物)的沉淀创造了良好的条件。
8. 有效阻挡光线，减少藻类的生产。
9. 生物载体的比表面积大，能使微生物、藻类着床容易，提高了水处理的效果。
10. 能与整体水环境相协调，外形美观。
11，纳米Tio2是应用广泛的光催化剂，无毒无害、稳定性好、价格低廉。 一方 面有较高光催化效果，能有效降解废水中的卤代脂肪烃、染料、硝基芳烃、取 代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类，分解难降解的有机化合物；另 一方面，还可以使微生物、活性污泥、细菌吸附、生长分解的过程加快，而且 纳米Tio2的高比表面积，使其具有很强的吸附性、挂膜快，综合处理效果佳。

图1为生物膜的构造及去除原理图。 图2为网状式载体的结构示意图。
图3为载体为吊兰式的仿生水草的结构示意图。
图4为吊兰式载体的侧视图。
图5为吊兰式载体的俯视图。
图6为载体为带状式的仿生水草的结构示意图。
图7为带状载体的局部放大部图。
图8为另一带状载体的结构放大部。
图9为仿生水草的正方形布设图。
图10为仿生水草的长方形布设图。
图ll为仿生水草的圆形布设图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
如图1所示，仿生水草是静置在水中而进行污泥去除的，其除污方法属于 生物膜处理法，实质是使细菌和菌类等微生物和原生物、后生动物等微型动物 附着在滤料或某些载体上(如仿生水草的树叶、根、茎)，并在其上形成膜状生 物污泥一生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机物(BOD， COD, NH3—N)， 作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，使污水得到净化，而微生物自身 得到繁衍增殖。
图1是附着在载体上生物膜的构造及去除原理。生物膜沿着水流方向的分 布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系及其对有机物的降解功能都达到 了平衡和稳定的状态。
生物膜是高度亲水的物质，污水不断在其表面更新的条件下，在其外侧总 存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面和一定 深度的内部生长繁殖着各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物-细菌-原生动物的食物链。
生物膜在其形成与成熟后，由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加， 增厚到一定程度后，在氧不能透入的内侧深部即转化为厌氧状态，形成厌氧性
膜。这样，生物膜便由好氧和厌氧两层组成，好氧层的厚度一般为2rran左右， 有机物的降解主要是在好氧层内进行。
从图1可以看出，在生物膜内、夕卜，生物膜与水层之间进行着多种物质的 传质过程。空气中的氧溶解于流动水层中，从那里通过附着水层传递给生物膜， 供微生物用于呼吸；污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后 进入生物膜，并通过细菌的代谢活动而被降解。这样就使污水在其流动过程中 逐步得到净化。微生物的代谢产物如H20等则通过附着水层进入流动层，并随其 排走，而C02及厌氧层的分解产物如H2S、 NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层 溢出进入空气中。
当厌氧层还不厚时，它与好氧层保持着一定的平衡与稳定关系，好氧层能 够维持正常的净化功能，但当厌氧层逐渐加厚时，并达到一定程度后，其代谢 产物也逐渐增多，这些产物向外侧逸出，必然要透过好氧层，使好氧层的生态 系统的稳定状态遭到破坏，从而失去了这两种膜层之间的平衡关系，又因气态 代谢产物的不断逸出，减弱了生物膜在滤料(载体、填料)上的固着力，处于 这种状态的生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能较差而且易于脱落。 生物膜脱落后生成新的生物膜，新的生物膜必须在经过一段时间后才能充分发 挥其净化功能。比较理想的情况是减缓生物膜的老化进程，抑制厌氧层过分 增长，加快好氧膜的更新，并且尽量使生物膜不集中脱落。
载体是仿生水草的核心部分，本实用新型着重对载体的结构及制作材料上 的改进而实现其功能的。本仿生水草的载体结构分三种网状式、吊兰式与带
状式，这三种结构是可适应不同位置(若将水体分为上、中、下三层，则上述三 种仿生水草适合置于水的中层、下层、上层)，其更加逼真地仿效真实的水草。
如图2所示，该仿生水草的载体6呈网状，它是根据网草而设计的，起支 撑作用的是纵向的茎3，中间是一条主茎l，各茎3的两端与主茎1相连，茎之 间以及茎与主茎之间连着不规则的茎条8，从而形成不规则的网格2，主茎l的上端连接浮体，下端连接重垂体(图中未画)。该类仿生水草布设于水的中层。 在相同面积的比较下，此仿生水草的比表面积是最大的，其与水流的接触面积 及时间也是最大的，并可承受较大的水流速度。在一定程度上，这种仿生水草 还能够起到隔栅作用，拦截一部分水中的杂质。
载体6通过以下步骤制成聚乙烯塑料在185。C下融化，然后添加颗粒状橡
胶，聚乙烯塑料与橡胶的比例为12: 1，进入压塑机混合压制，自然冷却后，表
层浸涂纳米二氧化钛，钠米二氧化钛的厚度为60纳米。本仿生水草的载体使用 生物工程化和精确的水生基质来选择生物种群和有益的藻类，并帮助它们繁殖；
其不但有巨大的比表面积、有较大的孔隙率，而且能给微生物、藻类提供一个 可靠的、理想生长繁殖栖息地，着床容易。
如图3、 4、 5所示，仿生水草的载体6为吊兰式，主茎l的上端连接浮体4， 浮体4采用小密度的开孔泡沫塑料制成，主茎1的下端连接重垂体5。载体6通 过分枝9与主茎1相连，载体6呈叶片状，固定于一转盘IO，转盘0与分枝9 间可转动。因此，仿生水草的叶片(即载体)可以随着水流进行随意转动。该类 仿生水草布设于水的上层，其美观和实用相得益彰，它结合摆动自由填料的设 计和自然界植物吊兰，既能达到净化水质的效果，又能美化、协调周围环境。
载体6通过以下步骤制成聚乙烯塑料在195。C下融化，然后添加颗粒状橡 胶，聚乙烯塑料与橡胶的比例为16: 1，进入压塑机混合压制，自然冷却后，表 层浸涂纳米二氧化钛，钠米二氧化钛的厚度为80纳米。
当然，载体也可以通过转盘直接转动式地连接于主茎，也可达到同样的技 术效果。
如图6所示，仿生水草的载体6为带状式，由众多带条7通过茎条11相连 而成，茎条11与主茎1相连，主茎1的上端连接浮体4，下端连接重垂体5。 其根据水中常见的水剑、水韭等水草而设计的，图6所示的仿生水草布设在水 的中层，图7所示的仿生水草布设在水下层。这种仿生水草能够随着水流自由 飘逸，带状水草处理的部分是河流底泥中释放的污染物以及湖泊水底中的污泥。
根据与污染水体的类型，仿生水草在水体中的布局方式主要分为平行式、 圆形式以及方形式， 一般在河流中，采用方形或平行式布设；而在湖泊中则采用圆形布设。布设方式可以在现场根据实际情况进行变更。
仿生水草在河道等水体中的布设如图9、 10所示，其整体安装分三步固
定支架12及重垂体5、仿生水草的安置，以及主茎l的连接。固定支架12采用
聚乙烯塑料制成，其固定整体仿生水草在水中的布局状态，主茎1采用尼龙绳
作为连接线，重垂体5用用塑料做成中空塑料圆体或长方体，中空部分使用沙 子或泥土填满。浮体4采用密度比较轻的开孔泡沫塑料制作成，形状如荷体。
在河道中，其布局长度不少于30m，当河水的流速在0.2m/s时，河流的断 面水草分布率在60%左右。
在静水体或湖泊中，采用如图ll的圆形布设，按照水体的面积的30%进行 布设，当水质变好后，可以降低到20%。
仿生水草的应用是长时间的，应用步骤分三步仿生水草的布置、仿生水 草表面生物膜的培养、仿生水草对污染物的去除。
对于水草的布置根据前面介绍的方法安装。仿生水草表面生物膜的培养及驯 化是重要的步骤，需要较长的时间。生物膜的培养可以分为两种，第一种是投 放微生物；第二种是放在污水中在自然的条件下培养，驯化微生物。第一种方 法时间比较短、效果好，可以快速有效地培养完成。第二种方法时间比较长。 水草对污染物地去除，是指水草表面的生物膜成熟后，在水中对流经过的水进 行污染净化处理，当水质变好后，能够稳定水质，不会恶化。通过附着在仿生 水草表面的形成生物膜，去除流经仿生水草表面的污水中有机物及颗粒物。达 到的去除效果BOD为80X， COD为70%, NH3-N为70X，
此仿生水草的应用于所有受到微污染的河道，湖泊以及静水体，能够使水
质变得更清澈，长期稳定水质，使之达到地表水m类水质标准，甚至更好。
本仿生水草是无动力方式进行污水去除，安装简单，维修方便，天气对其 的影响不大。
本仿生水草能够避免生物水草在处理污水方面的弊端，存在难以控制，水 草死后继续恶化水环境等不利因素，其在去除污水方面又能发挥功效。仿生水 草污水处理的核心理念就是要体现水资源有效利用、综合成本降低、人与自然 更加和谐等理念，实现改善水环境，修复水生态系统，获得长远的生态环境效益。能实现良好的生态效益、社会效益和经济效益。第一通过河道治理，实 现变水患为水利的愿望。第二园区营造了一个顺应自然，体现地域特色的绿 地系统，为园区的景观休闲又添一景。第三园区环境的改善，对于吸引资金 和工厂入驻提供了强有力的保障。第四园区环境的改善，对于提升园区的生 活和生产品质都有很大的推动作用。
权利要求1、一种仿生水草，包括主茎、载体、浮体及重垂体，载体与主茎相连，主茎上端连接浮体，主茎下端连接重垂体，其特征是，载体由塑胶注塑成型，载体外层为纳米二氧化钛；载体呈网状或吊兰式或带状式。
2、 根据权利要求1所述的仿生水草，其特征是，载体表层的纳米二氧化钛 的厚度为50 150纳米。
3、 根据权利要求1所述的仿生水草，其特征是，吊兰式载体与主茎间转动 式连接。
4、 根据权利要求3所述的仿生水草，其特征是，载体与主茎间通过一转盘 转动相连。
专利摘要本实用新型属于水处理技术领域，特别涉及一种仿生水草，包括主茎、载体、浮体及重垂体，载体与主茎相连，主茎上端连接浮体，主茎下端连接重垂体，载体由塑胶注塑成型，载体外层为纳米二氧化钛；载体呈网状或吊兰式或带状式。本仿生水草解决了现有仿生水草存在的制造成本高、易损坏、受天气影响大的缺点。
文档编号C02F3/10GK201132794SQ200720183630
公开日2008年10月15日 申请日期2007年10月10日 优先权日2007年10月10日
发明者徐步县, 虹 林, 林云明 申请人:林云明