一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法

本发明涉及污染水体净化领域，尤其涉及一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法。

背景技术：

水体面源污染是指自然降水和人类分散、随机性用水活动引起的污染物进入受纳水体而引起的污染。其主要源于经济的快速发展和人类活动的影响，地表径流和污染水体的点源排放等所携带的大量污染物排入自然水体中，使水体氮磷含量超标，造成水体富营养化，以及大量有机污染物、重金属等难降解、易对生物造成伤害的物质进入水体，水质环境恶化。

水体面源污染控制的措施可分为3个方面：一是对源的控制，主要为控制对水体有潜在危害的污染物，将径流污染物从源头上控制在最低限度；二是对污染物扩散途径的控制，通过研究径流污染物输送和扩散机理，采取措施减少污染物排入水体的量；三是对终端的治理，通过自然生态技术或人工净化技术降解带入水体的污染物，在流域尺度上形成源区-迁移-汇的处理链模式，从源头净化，层层拦截，能起到较好的效果。

现常用的人工水生态修复手段主要是以水质净化为目的，利用植物生长过程中吸收氮磷、有机物等富营养化物质，人工搭建水体植物种植平台进行生态修复等手段。但其仍然存在一些问题和不足之处：

1.现有的浮岛技术主要栽培植物，虽然植物可以吸收利用水体当中的氮磷等物质，但仅能在水体表层进行吸收处理，缺乏纵深方向的水下治理，因此其在处理范围上存在一定的不足。

2.现有的浮岛大都漂浮在水面上，日常的管理均在水面上完成，并且大多通过人工完成，需要及时地对植物进行采收更换，耗时耗力，限制其发展。

3.现有的浮岛大多漂浮在水体表层，且大多都应用于静止或者缓流水体当中，在水体流速较快的河流当中尚未应用。

此外，现有的应用于水体净化材料主要有：

1.有机高分子材料。目前有机高分子材料在水体净化中已被广泛使用，但此载体比表面积小，不利于微生物挂膜，与常用的泡沫材料等相似，存在强度低且容易损坏，废弃后易造成二次污染等问题，因此应用受限。

2.无机载体材料。无机材料环保、效益高且更有应用价值。蛭石、膨胀珍珠岩、多孔陶瓷、浮石、生物质碳等无机材料常被用作基质材料。但其也有不足之处，例如蛭石和浮石的比重小、孔隙多、适合微生物附着生长，但其经长时间浸泡后会下沉，失去浮岛功能；膨胀珍珠岩是一种轻质、多功能新型材料，但其结构强度小；多孔陶瓷密度小、比表面积大，吸附性能好，适合微生物附着生长，但其制作工艺复杂，造价较高，难以大规模使用；生物质碳质轻、多孔、吸附强，但结构松散，强度较弱，造价较高，在推广应用上存在困难。现有技术及相关材料虽然均已能有效的处理水体面源污染问题，但在具体的实际应用中，仍存在诸多不足与局限。

因此，现有的相关技术还有待创新与发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法，目的是解决原有水体面源净化装置处理面积局限表层水、效率不高、微生物挂膜困难、制作工艺复杂、易产生二次污染、造价高等问题。

本发明的技术方案如下：

一种柔性串状生态浮岛装置包括有柔性基盘，其中，所述柔性基盘为矩形伞状结构，所述柔性基盘上固定连接有导布水孔，所述导布水孔内部设置有多个过水通路，所述导布水孔的一端固定连接有尾部支撑结构，所述尾部支撑结构的另一端连接有柔性漂尾部，所述柔性基盘通过卡扣固定连接有过滤结构，所述柔性基盘的两端设置有牵引软索固定装置，所述牵引软索固定装置固定连接有牵引软索，所述柔性基盘按照顺序大小依次连接在所述牵引软索上，所述牵引软索连接在直杆状软索固定装置上，所述柔性基盘上端设置有浮漂，所述柔性基盘的下端设置有下沉式重力装置。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述过滤结构至少为四个，所述导布水孔为塑料材质的仿蘑菇型的过水结构所述导布水孔的主要材料为轻质大孔径布料。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述柔性漂尾部为一种可以自由悬浮在水体当中的材料，可随着水流方向自由飘动。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述尾部支撑结构使所述柔性漂尾部与过滤结构保持一定空隙，保证悬浮尾部较大的比表面积。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述直杆状软索固定装置为不锈钢材质结构。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述浮漂为一种内装有气体的耐磨轻质材料制成的气密性结构，所述下沉式重力装置为一种多孔陶瓷材料制成的条状下沉结构。

所述柔性串状生态浮岛装置，其中，所述过滤结构迎水面设置有多排所述导布水孔，背水面设置有多层所述柔性漂尾部，所述柔性基盘水平方向上设置有至少四个所述牵引软索固定装置，所述牵引软索固定装置下端至少有一个尖头，所述牵引软索固定装置为不易被腐蚀且具有一定韧性的连接固定结构。

一种柔性串状生态浮岛装置的应用方法，其中，

首先，将装置组装完成，放入水中，水体沿水平方向自然流动，撞击在所述柔性基盘上，使所述导布水孔的伞状结构完全撑开，水流受拦截后，巨大的柔性罩状结构撑开，水团沿所述柔性基盘结构水平流动，在所述柔性基盘表面的齿状结构的分流下，进入所述导布水孔的伞状结构；

其次，受导流作用，进入所述导布水孔的柄状结构，沿柄状结构流入所述柔性基盘背水面设置的所述柔性漂尾部，使得水体在通过该结构时由平流转换为湍流，水流通过所述尾部支撑结构被分为四股水流，四股水流冲刷后端所述柔性漂尾部；

最后，所述柔性串状生态浮岛装置利用河流等水体在水平方向自然流动的过程，由水流携带面源污染物作为动力源，利用所述柔性基盘的密集柔性串状扇形浮岛结构，吸附并净化水体中的面源污染物，从水体的纵向和横向两个维度，全面净化河流等水体中不同深度以及宽度的面源污染物。

本发明提供一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法，其结构材料易得，成本低，利用生物法除污效果显著，充分利用了水体水平向自然流动产生的动力，实现了无动力驱动水体污染物，进行吸附，本发明适合广泛应用于农村河道及城市水体面源污染的治理和水体净化。

附图说明

图1为本发明柔性串状生态浮岛装置的整体结构示意图；

图2为本发明柔性串状生态浮岛装置的整体结构侧视图；

图3为本发明柔性串状生态浮岛装置的柔性基盘示意图；

图4为本发明柔性串状生态浮岛装置的导布水孔示意图；

图5为本发明柔性串状生态浮岛装置的柔性漂尾部示意图；

图6为本发明中柔性串状生态浮岛装置的柔性基盘剖面示意图；

具体实施方式

本发明提供了一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6所示，图1为本发明柔性串状生态浮岛装置的整体结构示意图；图2为本发明柔性串状生态浮岛装置的整体结构侧视图；图3为本发明柔性串状生态浮岛装置的柔性基盘示意图；图4为本发明柔性串状生态浮岛装置的导布水孔示意图；图5为本发明柔性串状生态浮岛装置的柔性漂尾部示意图；图6为本发明中柔性串状生态浮岛装置的柔性基盘剖面示意图；本发明柔性串状生态浮岛装置包括柔性基盘1、导布水孔2、柔性漂尾部3、过滤结构4、牵引软索固定装置5、牵引软索6、直杆状软索固定装置7、浮漂8、下沉式重力装置9、尾部支撑结构10。

本发明柔性串状生态浮岛装置内设置有柔性基盘1，所述柔性基盘1为矩形伞状结构，所述柔性基盘1上固定连接有导布水孔2，所述导布水孔2为塑料材质的仿蘑菇型的过水结构，所述导布水孔2内部设置有多个过水通路，所述导布水孔2的一端固定连接有尾部支撑结构10，所述尾部支撑结构10的另一端连接有柔性漂尾部3，所述柔性漂尾部3为一种可以自由悬浮在水体当中的材料，可随着水流方向自由飘动，所述柔性基盘1通过卡扣固定连接有过滤结构4，所述过滤结构4至少为四个，所述过滤结构4为一种不透水的耐磨轻质材料，所述尾部支撑结构10可以实现在静水中或水流流速较小的水体中使所述柔性漂尾部3与过滤结构4保持一定空隙，保证悬浮尾部较大的比表面积。所述柔性基盘1的两端设置有牵引软索固定装置5，所述牵引软索固定装置5固定连接有牵引软索6，所述柔性基盘1按照顺序大小依次连接在所述牵引软索6上，所述牵引软索6连接在直杆状软索固定装置7上，所述直杆状软索固定装置7为不锈钢材质结构，所述柔性基盘1上端设置有浮漂8，所述柔性基盘1的下端设置有下沉式重力装置9，所述浮漂8为一种内装有气体的耐磨轻质材料制成的气密性结构，其作用是使所述柔性基盘1上端漂浮于水体上层，所述下沉式重力装置9为一种多孔陶瓷材料制成的条状下沉结构，其作用是使所述柔性基盘1下端沉于水中，两者共同保证本发明柔性串状生态浮岛装置的正常展开，所述过滤结构4迎水面设置有多排所述导布水孔2，背水面设置有多层所述柔性漂尾部3，所述柔性基盘1水平方向上设置有至少四个所述牵引软索固定装置5，所述牵引软索固定5装置下端至少有一个尖头，所述牵引软索固定装置5为不易被腐蚀且具有一定韧性的连接固定结构，具体可为一种绳材料。

所述柔性基盘1、所述导布水孔2以及所述柔性漂尾部3组成了岛礁装置，所述岛礁装置为柔性材料制成的伞状结构，所述岛礁装置的四角均设置有所述牵引软索固定装置5，所述牵引软索固定装置5上连接有所述牵引软索6，所述牵引软索6连接多个所述岛礁装置上的所述牵引软索固定装置5形成串状岛礁装置整体结构，所述串状岛礁装置整体结构索连接的四条软索分为上层软索和下层软索，上层软索和下层软索分别连接至所述牵引软索固定装置5上。所述串状岛礁装置上设置有四个所述牵引软索固定装置5，四个所述牵引软索固定装置5位于所述串状岛礁装置的四角位置，

水体沿水平方向自然流动，撞击在所述柔性基盘1上，使所述导布水孔2的伞状结构完全撑开，增加了串状生态浮岛与水体的接触面积，所述导布水孔2的主要材料为轻质大孔径布料，具有比表面积大、吸附量大、可悬浮、安全环保、不易腐烂和成本低易处理等特点，同时因其特殊的吸附性能，可以有效吸附水体中的重金属离子以及其他污染物颗粒，水流受拦截后，巨大的柔性罩状结构撑开，促成了壅水挡水效果，也为所述导布水孔2过水提供的充足的水压，利于形成通过的射流，即水团沿所述柔性基盘1结构水平流动，在所述柔性基盘1表面的齿状结构的分流下，进入所述导布水孔2的伞状结构，受导流作用，进入所述导布水孔2的柄状结构，沿柄状结构流入所述柔性基盘1背水面设置的所述柔性漂尾部3，所述柔性漂尾部3与所述尾部支撑结构10基于较大的比表面积、较大的孔面积和较强的吸附能力，能够将水体中的无机物和有机物、细微和超细微的物质吸附到其表面上，同时也为水中微生物和藻类等生物挂膜提供了场所。水流沿前端所述尾部支撑结构10流动，所述尾部支撑结构10因与水体水平流动的方向有差异，使得水体在通过该结构时由平流转换为湍流，对水体有一定的扰动作用，增加了水体处理的时间，加大处理效率。水流通过所述尾部支撑结构10被分为四股水流，四股水流冲刷后端所述柔性漂尾部3，整个过程大大增加了水体与装置的接触面积，且所述尾部支撑结构10与所述柔性漂尾部3巨大的比表面积为水中的微生物、藻类等生物挂膜提供了充足的空间条件。

所述柔性串状生态浮岛装置利用河流等水体在水平方向自然流动的过程，实现了无动力运作，即壅水增加势能，而后转化成动能；由水流携带面源污染物作为动力源，利用所述柔性基盘1的密集柔性串状扇形浮岛结构，吸附并净化水体中的面源污染物。从水体的纵向和横向两个维度，全面净化河流等水体中不同深度以及宽度的面源污染物，通过增大与水的作用时间与作用面积，增强净水效果，降低水体中面源污染物的含量，且所述柔性基盘1，因其本身对环境无害并且吸附了大量的氮素和磷素等，可以无害化处理，不易造成二次污染，由此发挥所述柔性串状生态浮岛装置多层密集结构的作用。

本发明一种柔性串状生态浮岛装置及其应用方法存在很多优点：

第一，本发明的所述柔性基盘1为柔性材质、伞状结构，适应不同流速的水平流动水体，可在农村河道及城市水体面源污染的治理和水体净化中得到广泛应用。

第二，本发明为串状生态浮岛结构，由结构相似、大小不同的不透水基盘结构按照大小依次串联而成，形成扇状结构，适应多种水体的流向，可实现对水体的多层滤过作用。

第三，所述柔性基盘1的伞状结构从垂直方向展开，通过两部分分别与上层水域和下层水域接触，使不同水层、不同生活习性的微生物、藻类和浮游生物可在不同深度上形成不同的生物群落，纵向处理水体面源污染，净化不同深度水体中的不同类型的面源污染物。

第四，本发明的所述柔性基盘1为伞状表面结构，水流撞击在所述柔性基盘1上，使伞状结构完全撑开，大大增加了串状生态浮岛与水体的接触面积。

第五，本发明的所述柔性基盘1为伞状表面结构分布有齿状结构，水流受拦截后，沿所述柔性基盘1水平流动，在所述柔性基盘1表面的齿状结构的分流下，进入所述导布水孔2的伞状结构，可起到平衡水流的作用，最大限度的增加了水体与基盘的接触面积，为生物挂膜提供了更加便利的条件。

第六，所述导布水孔2具有良好的布水功能，水流撞击在所述柔性基盘1上，受导流作用，进入所述导布水孔2的柄状结构，沿柄状结构流入所述柔性漂尾部3的前端硬性支撑结构，水流沿前端硬性支撑结构流动，被分为四股水流，四股水流冲刷后端的所述柔性漂尾部3，大大增加了与水体的接触面积，有效提高了净水效率。

第七，所述柔性漂尾部3背水面均匀分布所述导布水孔2，为水体中的微生物、藻类等提供了附着场所，使所述柔性基盘1具有巨大的比表面积，有利于形成具有较大比表面积的生物膜，同时增加了污染物与所述柔性基盘1的接触时间，大大地提高了净水效率。

第八，多层所述柔性漂尾部3的前端硬性支撑结构使后部柔性悬浮结构与柔性罩状结构在静水中或水流流速较小的水体中，也能保持一定空隙，保证所述柔性漂尾部3始终有较大的比表面积，有利于生物膜的形成。

第九，基于自然水体的水平方向上的流动过程，由水流携带水体中面源污染物，水平方向流经所述生态浮岛装置的串状多层结构，连续阻挡造成了壅水，提升了水的势能，进而增加水动能，可以实现整体装置的无动力驱动的水体净化过程。

第十，耐磨轻质材质的生态浮岛，长期使用后，可以回收，经无害化处理后，不会形成二次污染，还可利用其表面附着的生物膜以及其吸附的氮磷等物质，实现发酵成肥等二次利用。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。