专利名称：一种净化河流微污染水体的仿生植物的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及净化污染水体的装置，特别涉及对河流(地表)微污染水体进行直接净化的仿生植物。
背景技术：
在本实用新型发明之前，随着地表水体污染的不断加重，人们开始使用生物膜工艺或方法对其进行处理和净化，如采用细绳状生物填料、卵石填料、生物活性炭等，在污染水体附近建设污水处理厂，将微污染水体引入污水处理厂经过上述方法的处理后再排入水体中。这种方法属于间接处理微污染水体，效果不理想，投资也很大。人们又想出用浮筒连接生物填料放置于水体上进行直接处理微污染水体，虽然属于直接处理法，也有一定的效果，但是浮筒漂浮在河道水面上一是直接影响河道航运功能和作用，二是浮筒漂浮在水面上会引来并造成大量浮游植物的繁殖，反过来又影响净化效果。
发明内容
本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，设计、研究一种能够净化、处理河流微污染水体的仿生植物。
本实用新型的技术方案是一种净化河流微污染水体的仿生植物，其主要技术特征在于在支杆上连接填料片，填料片固定在支杆上，形成仿生植物。
其进一步的技术方案是其技术特征在于填料片包含中心扣环、填料丝，中心扣环固定在支杆上，填料丝穿过中心扣环固定在中心扣环上。
其更进一步的技术方案是其技术特征在于支杆底端连接在网格底架上。
本实用新型的优点和效果在于在保证和不影响河流航运和泄洪功能的情形下，利用仿生植物漂浮在微污染水体中对微污染水体进行直接的净化处理，即在仿生植物表面以污染水体中原有的天然生物菌群作为种源自然培养挂膜后，利用仿生植物表面生物膜对污染物质的吸附降解作用净化河流微污染水体。对水中污染物质CODMn(化学需氧量)、NH4+-N(氨氮)、TN(总氮)和TP(总磷)均有一定程度的净化，其中对NH4+-N的去除率可达36.63％。仿生植物通过一端固定在河床底部的网格上，另一端及整个枝体象植物一样可以在水体中任意漂浮，具有一定弹性、韧性和柔性的用ABS材料制成的支杆可以在水体中随着水流的流动而自由摆动，其上的用聚烯烃等材料制成的填料片包括中心扣环、填料丝也可以在水体中任意晃动、摆动，对水流的阻力也小，不影响航运和泄洪，并且选择的是耐腐蚀、耐老化的优质塑料，其中的填料丝表面粗糙，比表面积大，有利于微生物附着，使其能够并加强对污染物质的降解和效率。其具体的结构很简单，也易于加工，所选择的仿生植物范围广，可以因地制宜地选择使用。
图1——本实用新型仿生植物的轮藻的模型图。
图2——本实用新型中仿生植物结构图。
图3——本实用新型中用于固定仿生植物的网格底架示意图。
图4——本实用新型中仿生植物放置于河床中的横截面示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型例举所仿生的植物为轮藻，当然也可选择其他植物；轮藻的茎1用仿生的支杆4代替，轮藻的节2用仿生的中心扣环5代替，轮藻的叶3用仿生的填料丝6代替；中心扣环5、填料丝6构成填料片；中心扣环5固定连接在支杆4上，填料丝6穿过中心扣环5，其中间与中心扣环5连接，两端向两侧呈辐射状均匀展开，仿生的支杆4、中心扣环5、填料丝6构成仿生植物(轮藻)9。可以仿生的植物还有金鱼藻、狐尾藻等沉水植物，只要能仿生并能起到相应作用的都是本实用新型所强调的。
如果为了简化，也可在支杆4上直接固定连接填料丝6(不用中心扣环5)，即填料丝6直接当填料片使用。
将竹制的网格底架7(网格底架的材料可根据当地的实际情况选用木头、竹子或水泥块等，本例中使用竹制的)放置在河床底部并用竹楔8固定住，其上根据支杆4的直径和布置密度打许多孔洞，将一根根支杆4的底端插入网格底架7上的孔洞中并用风焊机软化打节固定；由于仿生植物9中的支杆4采用ABS材料制成，可竖立在河流中，具有很强的弹性、韧性和柔性，可随着水流的流动而摆动，不影响航船往来，在遇到航船时低头弯曲，航船过后会重新竖直；填料片包括中心扣环5、填料丝6，中心扣环5、填料丝6均采用聚烯烃材料制成，也很轻，不会压弯支杆4；填料丝6是经过特殊的拉丝和丝条毛工艺制成，表面粗糙，比表面积大，易于微生物附着。
下面是本发明中各部件材料性能表。
当然，本实用新型所属各部件并不局限于上表所列范围，与上表类似的材料也是本实用新型所强调的。
将仿生植物9固定连接在河床底部的网格底架7上，使其在水流中自由地摆动，仿生植物9对污染水体进行强化净化首先要经过填料丝6的生物富集阶段，使填料丝6上附着大量的对污染物质直接进行净化作用的微生物群落，即俗称挂膜。挂膜的好坏决定该仿生植物9对污染水体的处理效果。该过程一般采用非人工控制条件下的自然培养挂膜，以污染水体中原有的天然生物菌群作为种源，水量为缓流水体的自然流量，以CODMn、NH4+-N、NO2--N/NO3--N、TN、TP的变化及填料丝上生物的变化特征来表征填料上生物富集的历程。
下表是挂膜期间上、下两点高锰酸钾指数变化及去除效果的试验数据。
注采样点中的上点是指在距水面30cm处取样点的水样，下点是指在距水面60cm处取样点的水样。
下表是上、下两点NH4-N的浓度变化及去除效果数据。
综合上述两表数据，填料段的CODMn的去除率在最初几天就开始高于对照段CODMn的去除率，达到了2％，说明河水异养菌的数量大并已成功在填料丝6附着；随着基质浓度的降低，去除率也略有降低，但由于填料丝6上异养菌的生长繁殖，CODMn去除率的总趋势还是逐渐上升，最后稳定在10％左右；填料段NH4--N在启动后的前6d的去除率与对照段的去除率几乎无变化，说明硝化细菌的繁殖速度较慢，但从6月18日开始，NH4+-N的去除率增幅较大，呈台阶状上升，最后稳定在40％左右。在整个挂膜过程中，NH4--N的去除率不是逐渐上升，而是呈阶梯状的跳跃式上升，这在一定程度上与硝化菌的对数生长规律有关。
在河道内安装好后未通水之前，填料丝6是无色透明的，通水启动后，填料丝6上逐渐发生变化；在启动后的第9天镜检观察，填料丝6上已附有微生物，填料丝6外观呈淡绿色，镜检时发现填料丝6附着的藻类较多，其中硅藻、蓝藻和绿藻较多，菌类(主要是杆菌和球菌)较少；启动后第16天，填料丝6上有絮状粘附物，填料丝6外观呈黄绿色，镜检时发现填料丝6上的菌类开始增加，并以菌胶团的形式存在，藻类的数量也在逐渐减少，但填料丝6上依然有裸露部分存在；启动后第23天，填料丝6上絮状粘附物增厚，已无裸露部分存在，填料丝6的外观呈褐绿色，镜检时发现填料丝6上种类有所增加(镜检可观察到的藻类有蓝藻门的微囊藻、项圈藻，硅藻门的小环藻、脆杆藻和舟形藻、隐藻门的卵形隐藻和啮蚀隐藻，裸藻门的梭形裸藻，绿藻门的栅藻、盘星藻、十字藻、浮球藻、弓形藻、新月藻和鼓藻等)，同时细菌的种类和数量也在不断增加，后生动物也开始出现，如苔藓虫、轮虫等，有些个体较大的寡毛类环节动物用肉眼就可填料丝上见到；挂膜的第30天，填料丝6的外观已呈现黑褐色，其中可隐约看到一丝丝绿色，填料丝6上动物种类和数量增加，优势动物种类有钟虫、累枝虫、轮虫、盖纤虫、喇叭虫、苔藓虫等。
从CODMn和NH4+-N的去除效果及填料丝上的变化情况可见，在启动后的30d左右，填料丝6上的生物富集过程已完成，生物膜已经成熟，这进一步说明本仿生植物9的填料丝6具有比表面积大、生物易于附着的特点。
挂膜完成后进入到强化净化的正式实施阶段，微污染水体流经仿生植物9时，水中的污染物质通过仿生植物9表面生物膜的吸附降解作用得到了去除。在正式实施过程中，取得了较好的去除效果。
下面是实施过程中的试验效果表。(单位mg/L)
由此可见，本实用新型对污染物质的去除率非常高，其中NH4+-N的去除率最高可达到36.63％，大大减轻了水体的富营养化程度。
权利要求1.一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于在支杆上连接填料片，填料片固定在支杆上，形成仿生植物。
2.根据权利要求1所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于填料片包含中心扣环、填料丝，中心扣环固定在支杆上，填料丝穿过中心扣环固定在中心扣环上。
3.根据权利要求1或2所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于支杆底端连接在网格底架上。
4.根据权利要求1所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于支杆用ABS材料制成。
5.根据权利要求2所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于中心扣环、填料丝采用聚烯烃材料制成。
6.根据权利要求2或4所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于填料丝是经拉丝、丝条制毛工艺制成的呈丝条状。
7.根据权利要求6所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于填料丝表面粗糙。
8.根据权利要求6所述的一种净化河流微污染水体的仿生植物，其特征在于填料丝中间连接在中心扣环上，两端向两侧呈辐射状。
专利摘要本实用新型涉及一种对河流微污染水体进行净化的仿生植物。本实用新型采用生物材料仿植物的茎、节、叶，制成仿生植物，将其设置在河流中，对微污染水体进行净化。解决了现有技术间接净化效果差且工艺复杂、费用高的缺陷，采用生物填料造成浮游植物大量繁生而影响净化效果及阻挡航运的缺陷。本实用新型的仿生植物底部固定，直立在河床中，可在河流水体中自动摆动，柔软有韧，表面粗糙的填料丝附着大量微生物，形成生物膜，对污染物质进行净化，即挂膜。各项试验数据表明，本实用新型处理、净化微污染水体的效果很好，是现有技术很难达到的，且仿生植物的制造既简单又成本低，使用安装过程也简单、方便，易于现场操作。
文档编号C02F3/10GK2769261SQ20042005467
公开日2006年4月5日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者王超, 田伟君, 王沛芳, 侯俊 申请人:河海大学