植物‑自然生物膜复合生态浮床的制作方法

本实用新型涉及污水净化处理领域，具体为植物-自然生物膜复合生态浮床。

背景技术：

近年来，随着经济的发展，生活污水和工业污水的大量排放，河流和湖泊都受到不同程度的污染和破坏，水体黑臭日益频发。如何治理水体黑臭，提升水体的自净能力，已经成为全球环境问题的研究热点。

生物浮床是目前我国水体污染治理的一种常用装置，其原理是通过设置人工浮体，并在浮体上栽种植物，以达到净化水质的目的。但是，传统的生态浮床技术去污能力受季节和植物量的影响较大，且植物根系周边微生物的量少，活性不足，即限制了生态浮床对较深水体的净化效果。一般可通过筛选优势植物、改进浮床构造等内在方式和增加微生物固定化技术、曝气等外在方式提高净水效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种植物-自然生物膜复合生态浮床装置，以解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型复合浮床通过膜组件弹性填料和中空纤维曝气膜，富集形成两种不同的自然生物膜，以解决传统生态浮床水生植物根系根际周边微生物量少、活性不足的缺点；自然生物膜与植物组成一个微生态复合生态系统，通过植物和自然生物膜的联合作用修复受污水体，大大提高复合生态浮床的稳定性和水质净化效果。同时，植物-自然生物膜复合生态浮床更接近自然，所栽种的植物不仅美化环境，同时本实用新型建设、运行成本较低，维护方便，适应水环境污染治理市场需求，符合环保产业发展方向。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种植物-自然生物膜复合生态浮床，在浮床支架上固定有浮体；构成“网兜式”浮床本体；该浮床支架设置在需净化的水体水面上，浮床本体的表面设有多个种植槽、种植槽内填充有生物基，所述生物基中设有承托网，承托网中种植浮床植物；其特征在于，所述浮床支架下面悬挂有若干条自然生物膜反应器的膜组件，及若干条曝气增氧-强化耦合自然生物膜反应器的膜组件；该自然生物膜反应器的膜组件与曝气增氧-强化耦合自然生物膜反应器的膜组件分别为聚丙烯编织而成的编织物、中空纤维组成的纤维束，该聚丙烯编织物和纤维束编织物构成膜载体，该膜载体的表面（通过自然生长或人工接种）富集有生物膜；本植物-自然生物膜复合生态浮床中还设有曝气系统，该曝气系统的结构是：空气压缩机通过曝气主管、三通与曝气支管为曝气增氧—强化耦合自然生物膜反应器的膜组件曝气增氧。

所述的浮体采用聚苯乙烯泡沫板高分子轻质材料制成。

所述的“网兜式”浮床本体的优化结构是：浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，组成正三角形（L=300cm）；复合生态浮床系统由6块生态浮床拼接而成。

所述的浮床植物包括挺水植物、沉水植物和浮叶植物，挺水植物、沉水植物和浮叶植物种植量为1：1：0.5。

所述的聚丙烯编织物采用比表面积大、带正电荷的100%聚丙烯编织而成，其成膜重量69 kg/m³，比表面积310 m²/m³，丝直径0.45 mm；所述的中空纤维组成的纤维束采用比表面积大、带正电荷的中空纤维编织而成。

优化方案中所述的曝气系统采用太阳能曝气系统：其结构是：设置在太阳能板支架上的太阳能板连接太阳能发电机，为空气压缩机提供电能。优选的，所述太阳能曝气系统位于岸边。

优选的，所述的固定方式为活动式固定，使得浮床系统能够随着水位的增加或降低而上下移动。所述的“网兜式”浮床本体通过浮床支架与水底做活动式固定。

优化方案中所述的自然生物膜反应器的膜组件的结构是：膜载体外附着有自然生物膜，该自然生物膜的结构，自内向外依次是：厌氧层、兼氧层、好氧层、附着水层；

所述的曝气增氧-自然生物膜反应器的膜组件的结构是：膜载体外附着有自然生物膜，自内向外依次是：空气、透氧膜、生物膜：好氧层、兼氧层、厌氧层、附着水层；

所述的附着水层与流动水层为富含NH₃-N的污水或废水。

换言之，本实用新型是植物-自然生物膜复合生态浮床，包括浮床植物、“网兜式”浮床本体、种植槽、自然生物膜反应器、曝气增氧-强化耦合自然生物膜反应器、曝气主管、曝气支管、太阳能曝气系统。所述植物采用不同类型植物群落结构的配比不同，挺水植物、沉水植物和浮叶植物种植量为1：1：0.5，常用的有空心菜、水芹菜、美人蕉、水葫芦、狐尾藻、水稻、菖蒲、苋菜、再力花、香根草等；所述浮床本体的表面设有多个种植槽、种植槽内填充有生物基，所示生物基中设有承托网，承托网中种植植物；所述浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，组成正三角形（L=300cm）。浮体采用聚苯乙烯泡沫板高分子轻质材料制成。所述自然生物膜反应器的膜组件采用比表面积大、带正电荷的聚丙烯编织而成；所述曝气增氧-自然生物膜反应器的膜组件采用中空纤维曝气膜，可作为自然生物膜富集载体并为自然生物膜和水体曝气充氧。所述太阳能曝气系统，充分利用太阳能转换为电能供空气压缩机使用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：复合生态浮床通过不同的膜组件富集形成两种不同的自然生物膜（如图3所示），解决了传统生态浮床水生植物根系根际周边微生物量少、活性不足的缺点。自然生物膜与植物组成一个微生态复合生态系统，通过植物和自然生物膜的联合作用修复受污水体，大大提高了复合生态浮床的稳定性和水质净化效果。同时，植物-自然生物膜复合生态浮床更接近自然，所栽种的植物不仅美化环境，同时本实用新型建设、运行成本较低，维护方便，适应水环境污染治理市场需求，符合环保产业发展方向，能够带来显著的经济、社会效应，在黑臭水体应用前景广阔。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的浮床结构示意图；

图3（a）为自然生物膜反应器、图3（b）为曝气增氧-自然生物膜反应器；

图4（a）自然生物膜反应器的膜组件、图4（b）为曝气增氧-自然生物膜反应器的膜组件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1 、图2，本实用新型提供一种技术方案：植物-自然生物膜复合生态浮床，包括浮床植物、“网兜式”浮床本体、种植槽、自然生物膜反应器、曝气增氧-强化耦合自然生物膜反应器、太阳能曝气系统。

所述浮床本体上表面设有种植槽、种植槽内填充有生物基，所述生物基中设有承托网7，承托网7中种植浮床植物6，所述承托网7网节点悬挂自然生物膜反应器的膜组件10，所述浮床本体框架下段悬挂增氧曝气-自然生物膜反应器的膜组件11，所述太阳能曝气系统中空气压缩机4通过曝气主管5、三通12及曝气支管13和曝气增氧-自然生物膜反应器的膜组件11连接。所述浮床植物6采用不同类型植物群落结构的配比不同，挺水植物、沉水植物和浮叶植物种植量为1：1：0.5。所述浮床本体的表面设有多个种植槽、种植槽内填充有生物基，所示生物基中设有承托网7，承托网中种植植物。所述浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，组成正三角形（L=300cm）。浮体采用聚苯乙烯泡沫板高分子轻质材料制成。所述自然生物膜反应器的膜组件10采用比表面积大、带正电荷的聚丙烯编织而成；所述曝气增氧-自然生物膜反应器的膜组件11采用中空纤维曝气膜，可作为自然生物膜富集载体并为自然生物膜和水体曝气充氧。所述太阳能曝气系统，包括太阳能发电机、空气压缩机，太阳能发电机为空气压缩机提供电能。所述复合生态浮床系统通过6块生态浮床拼接而成。图1中：太阳能板1，太阳能板支架2，太阳能组件3，浮床支架8，固定桩9。

工作原理：使用时，将该复合生态浮床装置放置在需净化的水体水面上，植物通过光合作用并产生氧气。空气压缩机通过曝气主管和曝气支管连接，同时，可以调节水中的氧气含量来改变中空纤维膜的氧气容量，进而改变自然生物膜群落结构和组成，以适应不同的环境变化。

本实用新型创新性地在传统植物浮床基础上，增加自然生物膜反应器和增氧曝气—耦合强化自然生物膜反应器，通过富集自然生物膜，实现植物与自然生物膜联合修复黑臭水体。

（1）复合浮床的制备。复合浮床分为三个主要部分，上层植物种植区，中层浮床主体，下层自然生物膜反应器。

上层浮床植物采用多种植物配比模式，主要以水生植物为主，包括挺水植物、漂浮植物、沉水植物以及部分陆生植物，挺水植物以芦苇和香蒲为主，沉水植物以蓖齿眼子菜和狐尾藻为主，浮叶植物以菱和浮叶眼子菜为主，挺水植物、沉水植物和浮叶植物种植量为1：1：0.5。浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，组成正三角形（L=300cm）。浮体采用聚苯乙烯泡沫板高分子轻质材料制成。下层设置自然生物膜反应器和增氧曝气-强化耦合自然生物膜反应器。水下固定装置采用水下固定方式。制作完成后，将弹性填料和浮床同时放入污染水体。

（2）自然生物膜的固定。

1）自然生物膜反应器

本实用新型采用的自然生物膜反应器，为常用的弹性填料采用比表面积大、带正电荷的聚丙烯编织而成，具有较大的比表面积，能够更好的富集自然生物膜，其成膜重量69 kg/m³，比表面积310 m²/m³，丝直径0.45 mm。

如图3（a）所示，自然生物膜反应器利用水体氧气，在载体表面由里面至外面分别形成厌氧层、兼氧层、好氧层，其挂膜周期15天左右。

2）增氧曝气-强化耦合自然生物膜反应器

增氧曝气-强化耦合自然生物膜反应器通过中空纤维膜为附着生长在其表面的自然生物膜供氧。

如图3（b）所示，自然生物膜在膜表面由里至外，分别形成好氧层、兼氧层、厌氧层，其挂膜周期15天左右。

3）自然生物膜的形成

自然生物膜能够自然的附着生长在载体表面，形成一层薄膜。自然生物膜能够吸附水中的有机物，并迅速将其降解，逐渐形成更厚的膜，在污水处理过程中自然生物膜呈现一个自我更替的过程，主要有“生长、更新、脱落”等阶段，脱落的生物膜沉积在水底，从而去除水中的氮、磷等营养物质。自然生物膜作为水生生态系统的一个重要组成部分有其特有的作用。从水体生产力角度来看，脱落的自然生物膜可作为经济动物如螺、蚌、虾、鱼等的饵料，承接着上下游食物链。

（3）植物-自然生物膜复合生态浮床技术净化上覆水体。

1）植物净化

植物能够直接吸收污水中的氮磷等供其生长发育和繁殖，并自然生物膜提供营养物，诱导自然生物膜降解某些难降解的有毒物质 植物根系可以充当载体功能，富集自然生物膜 植物根系的某些分泌物不但可以促进某些嗜磷嗜氮细菌的生长，促进氮磷的释放和转化，而且其中的某些抗生物质还可以抑制部分藻类的生长 此外沉水植物有利于在河底形成屏障，可以降低底泥中营养物质的溶出速度再加上植物浮床系统能够阻挡阳光直接照射在水面上，降低藻类进行光合作用的光照强度，从而有效抑制藻类的生长繁殖。

2）自然生物膜反应器净化

自然生物膜的不断生长，增强了对污染物的降解，使植物有更加优越的生长空间，同时，弥补了在深水条件下植物生长受到光照限制而不能较好的发挥作用的缺陷，使污染物得到有效的去除。自然生物膜能够固持和吸附水体中的磷，分解和转化有机氮为无机氮被植物直接摄取，抑制部分藻类的生长，从而降低水华发生的风险。同时，对于水体较浅的湖泊或河道，自然生物膜能够改变沉积物和水交界面的氧化还原电位和溶解氧水平，将沉积物中其他形态的磷转化为固定态或吸附态磷，降低溶解性磷进入上层水，抑制沉积物再悬浮及内源磷的释放，提高浮床的水质净化效果。自然生物膜的引入起到了食物链的加环作用，引入自然生物膜的复合生态浮床作为一个完整的微生态系统，对水质净化效果和生态系统的稳定性都有显著提高。

3）联合修复

在时空尺度上，自然生物膜和植物之间慢慢形成一个复合的交互生态系统，其间不断进行物种迁移能量转换和物质循环 在植物自然生物膜的联合修复作用下，植物自然生物膜复合生态浮床技术大大提高了对污染物的去除效果，促进了污染物的快速降解转化与其他水处理方式相比，植物自然生物膜复合生态浮床更接近自然，所栽种的植物不仅美化环境，同时其建设运行成本较低，维护方便，经济效益好，应用前景广阔。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。