1.本发明涉及以利用微生物及植物为特征的水、废水或污水的生物处理领域，具体为一种用于水质提升的人工生态浮岛装置及其使用方法。
背景技术：
2.我国的水资源质量近年来已有所改善，但仍处于短缺状态，有相当一部分的水质处于地表水
ⅴ
类之下，主要污染项目基本为化学需氧量、总磷、氨氮、五日生化需氧量。
3.目前提升地表水水质的方法主要有曝气增氧、植物驳岸修复带、人工湿地、生物膜技术、人工浮岛技术等。其中，人工浮岛技术可以实现原位修复，生态友好，浮岛技术对于污染物的去除主要依靠一些物理作用、水生植物的富集以及根系微生物的吸收降解作用，微生物虽然可以降解污染物，但作用有限。而生物膜技术主要应用在有机污染不太严重的小型河流，过高的有机负荷可能使填料很快被脱落的生物膜堵塞，另外溶解氧的耗尽会使填充床处于缺氧或厌氧状态。
4.因此，目前的人工浮岛和生物膜技术的处理效果都不能完全满足处理要求，往往需要额外的措施对水体进行处理。
技术实现要素：
5.为了克服现有技术的缺陷，提供一种装配方便、水质提升效果好的水处理设备，本发明公开了一种用于水质提升的人工生态浮岛装置及其使用方法。
6.本发明通过如下技术方案达到发明目的：一种用于水质提升的人工生态浮岛装置，包括浮岛单元，浮岛单元用密度小于水密度的材料制成，其特征是：还包括填料筐、净水填料、连接扣、曝气主管、曝气支管、曝气器和鼓风机，浮岛单元为矩形板，浮岛单元上设有至少两个种植孔，种植孔内种植水生植物，水生植物和种植孔之间用堵料封闭，浮岛单元的各条侧边上分别设有连接扣，浮岛单元至少有m
×
n个，其中m和n都为不小于2的正整数，各个浮岛单元以m行
×
n列且以侧边对齐拼合的方式逐块拼合成矩形的复合浮岛，相邻的浮岛单元之间通过连接扣连接固定；复合浮岛的上部设有曝气主管，曝气主管的进气端连接鼓风机的输气端，复合浮岛的下部设有至少一个曝气器，曝气器的进气端连接曝气支管的出气端，曝气支管的进气端穿过复合浮岛后连接曝气主管的出气端，曝气支管和复合浮岛的连接处设于一块浮岛单元的中心处或设于每四块浮岛单元共同的拼合点处；填料筐的顶端套设并固定在复合浮岛的各条侧边上，并使曝气器设于填料筐内，填料筐内设有净水填料，净水填料设于网袋内，各个所述网袋依次串接在绳索上再悬挂在填料筐内。
7.所述的用于水质提升的人工生态浮岛装置，其特征是：浮岛单元的规格为1m
×
1m，填料筐的高度为50cm～100cm，相邻两条串接净水填料的绳索之间的间距为15cm～20cm，种
植孔的孔径为100nn～150mm，种植孔的数量为4个、9个或13个，选用4个时，4个种植孔以2行
×
2列设置，选用9个时，9个种植孔以3行
×
3列设置，选用13个时，先将9个种植孔以3行
×
3列设置，再在由9个种植孔构成的田字形网格中四个单元网孔的中心点各设置一个种植孔。
8.所述的用于水质提升的人工生态浮岛装置，其特征是：曝气器选用旋切混流式，每个曝气器的通气量为20m3/h～50m3/h，曝气面积4m2～9m2。
9.所述的用于水质提升的人工生态浮岛装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
①ꢀ
设置：在浮岛单元的种植孔内种植水生植物，水生植物和种植孔之间用堵料封闭，将各个浮岛单元以m行
×
n列且以侧边对齐拼合的方式逐块拼合成矩形的复合浮岛，其中m和n都为不小于2的正整数，相邻的浮岛单元之间通过连接扣连接固定；在复合浮岛的上部设有曝气主管，将曝气主管的进气端连接鼓风机的输气端，在复合浮岛的下部设有至少一个曝气器，将曝气器的进气端连接曝气支管的出气端，将曝气支管的进气端穿过复合浮岛后连接曝气主管的出气端，使曝气支管和复合浮岛的连接处设于一块浮岛单元的中心处或设于每四块浮岛单元共同的拼合点处；将填料筐的顶端套设并固定在复合浮岛的各条侧边上，并使曝气器设于填料筐内，在填料筐内设有净水填料，将净水填料设于网袋内，将各个所述网袋依次串接在绳索上再悬挂在填料筐内；
②ꢀ
曝气：将复合浮岛漂浮地设于河面、湖面等水体表面，启动鼓风机，鼓风机通过曝气主管和曝气支管向曝气器鼓入压缩空气，压缩空气经曝气机细化成气泡向水体曝气。
10.所述的用于水质提升的人工生态浮岛装置的使用方法，其特征是：步骤
①
时，浮岛单元的规格为1m
×
1m，填料筐的高度为50cm～100cm，相邻两条串接净水填料的绳索之间的间距为15cm～20cm，种植孔的孔径为100nn～150mm，种植孔的数量为4个、9个或13个，选用4个时，4个种植孔以2行
×
2列设置，选用9个时，9个种植孔以3行
×
3列设置，选用13个时，先将9个种植孔以3行
×
3列设置，再在由9个种植孔构成的田字形网格中四个单元网孔的中心点各设置一个种植孔。
11.所述的用于水质提升的人工生态浮岛装置的使用方法，其特征是：步骤
①
时，曝气器选用旋切混流式，每个曝气器的通气量为20m3/h～50m3/h，曝气面积4m2～9m2。
12.本发明使用时，浮岛单元可选用纤维强化塑料、合成树脂、钢制加发泡聚苯乙烯等作为漂浮载体，在种植孔内种植水生植物，水生植物和种植孔之间用堵料封闭，水生植物可选用具有净水功能的菖蒲、香蒲、鸳尾、美人蕉和香根草。
13.复合浮岛的植物根系形成一部分生物膜系统，另一部分也是主要生物膜来源即为轻质填料框内固定的净水填料形成的生物膜系统。净水填料可选用轻质悬挂式填料，包括软性填料、半软性填料、组合填料、弹性立体填料等。软性填料、半软性填料、组合填料主要材质有醛化纤维、涤纶丝、改性纤维、天然纤维，弹性立体填料主要选用聚烯烃类、聚酰胺等材质。净水填料通过中心绳连接，使净水填料在水中散开或呈辐射状态，扩大比表面积，增加生物膜量，并具有切割气泡功能，生物附着在净水填料上形成的生物膜系统具有水草形态。
14.本发明将上端的浮岛连接生物填料，通过机械供风系统，传导氧气进入水体下部，通过生态复合浮岛净化系统、生物膜系统、氧浓度梯度，形成丰富的生物量，提升水质净化能力。
15.本发明将人工生态浮岛与生物膜联用，结合供氧设施，构建新的水质提升系统，通过生态浮岛结合净水填料生成的生物膜，增加微生物量，构建溶解氧梯度，更好的富集功能菌，生物膜系统容易形成缺氧和好氧区交替的环境，形成氧浓度梯度，有利于脱氮除磷，提高污染物的去除。净水填料底部曝气，曝气器采用旋切混流曝气器，可实现水面上安装布管、带水作业，安装维修方便，曝气时生物膜受到气流的冲击和搅动，加速脱落和更新，使生物膜经常保持较高的活性，而且能够避免堵塞，曝气器可间歇运行，避免被污泥堵塞。整个系统生态环境相容性高，具有提升水质的功能，处理效果好，可应用于污水深度处理、河道黑臭水体治理、地表水污染治理等领域，适宜水深1.8m～8m。
附图说明
16.图1是本发明中浮岛单元的主视图，图2是本发明中复合浮岛上种植了水生植物后的主视图，图3是本发明未种植水生植物时的主视图，图4是本发明中当曝气器的曝气面积为4m2时曝气支管的设置示意图，图5是本发明中当曝气器的曝气面积为9m2时曝气支管的设置示意图。
具体实施方式
17.以下通过具体实施例进一步说明本发明。
18.实施例1一种用于水质提升的人工生态浮岛装置，包括浮岛单元1、填料筐3、净水填料4、连接扣6、曝气主管7、曝气支管8、曝气器9和鼓风机10，如图所示，具体结构是：浮岛单元1如图1所示：浮岛单元1用密度小于水密度的材料制成，浮岛单元1为矩形板，如图2所示：浮岛单元1上设有至少两个种植孔5，种植孔5内种植水生植物2，水生植物2和种植孔5之间用堵料封闭，浮岛单元1的各条侧边上分别设有连接扣6，浮岛单元1至少有m
×
n个，其中m和n都为不小于2的正整数，各个浮岛单元1以m行
×
n列且以侧边对齐拼合的方式逐块拼合成矩形的复合浮岛11，相邻的浮岛单元1之间通过连接扣6连接固定；如图3所示：复合浮岛11的上部设有曝气主管7，曝气主管7的进气端连接鼓风机10的输气端，复合浮岛11的下部设有至少一个曝气器9，曝气器9的进气端连接曝气支管8的出气端，曝气支管8的进气端穿过复合浮岛11后连接曝气主管7的出气端，曝气支管8和复合浮岛11的连接处设于一块浮岛单元1的中心处或设于每四块浮岛单元1共同的拼合点处；填料筐3的顶端套设并固定在复合浮岛11的各条侧边上，并使曝气器9设于填料筐3内，填料筐3内设有净水填料4，净水填料4设于网袋内，各个所述网袋依次串接在绳索上再悬挂在填料筐3内。
19.参数选择：浮岛单元1的规格为1m
×
1m，填料筐3的高度为50cm～100cm，相邻两条串接净水填料4的绳索之间的间距为15cm～20cm，种植孔5的孔径为100nn～150mm，种植孔5的数量为4个、9个或13个，选用4个时，4个种植孔5以2行
×
2列设置，选用9个时，9个种植孔5以3行
×
3列设置，选用13个时，先将9个种植孔5以3行
×
3列设置，再在由9个种植孔5构成的田字形网格中四个单元网孔的中心点各设置一个种植孔5。
20.本实施例中：浮岛单元1的规格为1m
×
1m
×
0.06m，相邻两条串接净水填料4的绳索
之间的间距为20cm，种植孔5的孔径取120mm，浮岛单元1采用聚乙烯制成，水生植物2选择香蒲及鸢尾水生植物幼苗，每个种植孔5内栽种3株～4株，为防止水生植物2滑落，并使水生植物2植株的根部浸没于水体中，水生植物和种植孔5之间的空隙用聚苯乙烯泡沫等柔性材料封堵固定。
21.本实施例中：曝气器9选用旋切混流式，每个曝气器9的通气量为20m3/h～50m3/h，曝气面积4m2～9m2，图4是当曝气器9的曝气面积为4m2时曝气支管7的设置方法，图5是当曝气器9的曝气面积为9m2时曝气支管7的设置方法。
22.本实施例使用时，浮岛单元1可选用纤维强化塑料、合成树脂、钢制加发泡聚苯乙烯等作为漂浮载体，在种植孔5内种植水生植物2，水生植物2和种植孔5之间用堵料封闭，水生植物可选用具有净水功能的菖蒲、香蒲、鸳尾、美人蕉和香根草。
23.复合浮岛11的植物根系形成一部分生物膜系统，另一部分也是主要生物膜来源即为轻质填料框内固定的净水填料4形成的生物膜系统。净水填料4可选用轻质悬挂式填料，包括软性填料、半软性填料、组合填料、弹性立体填料等。软性填料、半软性填料、组合填料主要材质有醛化纤维、涤纶丝、改性纤维、天然纤维，弹性立体填料主要选用聚烯烃类、聚酰胺等材质。净水填料4通过中心绳连接，使净水填料4在水中散开或呈辐射状态，扩大比表面积，增加生物膜量，并具有切割气泡功能，生物附着在净水填料4上形成的生物膜系统具有水草形态。
24.具体按如下步骤依次实施：
①ꢀ
设置：在浮岛单元1的种植孔5内种植水生植物2，水生植物2和种植孔5之间用堵料封闭，将各个浮岛单元1以m行
×
n列且以侧边对齐拼合的方式逐块拼合成矩形的复合浮岛11，其中m和n都为不小于2的正整数，相邻的浮岛单元1之间通过连接扣6连接固定；在复合浮岛11的上部设有曝气主管7，将曝气主管7的进气端连接鼓风机10的输气端，在复合浮岛11的下部设有至少一个曝气器9，将曝气器9的进气端连接曝气支管8的出气端，将曝气支管8的进气端穿过复合浮岛11后连接曝气主管7的出气端，使曝气支管8和复合浮岛11的连接处设于一块浮岛单元1的中心处或设于每四块浮岛单元1共同的拼合点处；将填料筐3的顶端套设并固定在复合浮岛11的各条侧边上，并使曝气器9设于填料筐3内，在填料筐3内设有净水填料4，将净水填料4设于网袋内，将各个所述网袋依次串接在绳索上再悬挂在填料筐3内；参数选择：浮岛单元1的规格为1m
×
1m，填料筐3的高度为50cm～100cm，相邻两条串接净水填料4的绳索之间的间距为15cm～20cm，种植孔5的孔径为100nn～150mm，种植孔5的数量为4个、9个或13个，选用4个时，4个种植孔5以2行
×
2列设置，选用9个时，9个种植孔5以3行
×
3列设置，选用13个时，先将9个种植孔5以3行
×
3列设置，再在由9个种植孔5构成的田字形网格中四个单元网孔的中心点各设置一个种植孔5；本实施例中：浮岛单元1的规格为1m
×
1m
×
0.06m，种植孔5的孔径取120mm，浮岛单元1采用聚乙烯制成，水生植物2选择香蒲及鸢尾水生植物幼苗，每个种植孔5内栽种3株～4株，为防止水生植物2滑落，并使水生植物2植株的根部浸没于水体中，水生植物和种植孔5之间的空隙用聚苯乙烯泡沫等柔性材料封堵固定。
25.曝气器9选用旋切混流式，每个曝气器9的通气量为20m3/h～50m3/h，曝气面积4m2～9m2；
②ꢀ
曝气：将复合浮岛11漂浮地设于河面、湖面等水体表面，启动鼓风机10，鼓风机10通过曝气主管7和曝气支管8向曝气器9鼓入压缩空气，压缩空气经曝气机9细化成气泡向水体曝气。
26.本实施例将人工生态的复合浮岛11与生物膜联用，结合供氧设施，构建新的水质提升系统，通过复合浮岛11结合净水填料生成的生物膜，增加微生物量，构建溶解氧梯度，更好的富集功能菌，生物膜系统容易形成缺氧和好氧区交替的环境，形成氧浓度梯度，有利于脱氮除磷，提高污染物的去除。净水填料底部曝气，曝气器采用旋切混流曝气器，可实现水面上安装布管、带水作业，安装维修方便，曝气时生物膜受到气流的冲击和搅动，加速脱落和更新，使生物膜经常保持较高的活性，而且能够避免堵塞，曝气器可间歇运行，避免被污泥堵塞。整个系统生态环境相容性高，具有提升水质的功能，处理效果好，可应用于污水深度处理、河道黑臭水体治理、地表水污染治理等领域，适宜水深1.8m～8m。
27.将本实施例设于水质污染较为严重的水体中，检测主要水质指标，水温在20℃～25℃，水体断面b
×
h=12m
×
4m，每四块浮岛单元1之间布置一支曝气器9，单个曝气器9的通气量25m3/h，在曝气器9附近的水体内安装溶氧仪，溶氧仪与鼓风机10形成联锁。
28.为增加扰动，加强生物膜的挂膜，运行第一周，曝气器9运行4小时后关停静置8小时为一个工作循环，每天曝气器9运行两个工作循环。运行第二周溶解氧在0.5mg/l以下时，启动鼓风机10，通过曝气器9增加水体溶解氧含量，当溶解氧含量在3mg/l以上，曝气器停止运行。
29.运行两周后，检测各项指标如下表所示：
30.实施例2一种用于水质提升的人工生态浮岛装置，包括浮岛单元1、填料筐3、净水填料4、连接扣6、曝气主管7、曝气支管8、曝气器9和鼓风机10，浮岛单元1的规格为1m
×
1m
×
0.07m，相邻两条串接净水填料4的绳索之间的间距为18cm，种植孔5的孔径取150mm，水生植物2选择香蒲及美人蕉水生植物幼苗，其他结构及使用方法都和实施例1同。
31.将本实施例设于地表劣v类水的河道，检测主要水质指标，河道宽16m，平均水深3.5m，每九块浮岛单元1之间布置一支曝气器9，单个曝气器9的通气量40m3/h，在曝气器9附近的水体内安装溶氧仪，溶氧仪与鼓风机10形成联锁。
32.溶解氧在0.5mg/l以下时，启动鼓风机10，通过曝气器9增加水体溶解氧含量，变频调节供风，使溶解氧维持在0.5mg/l～3mg/l，连续运行20天后，检测各项指标如下表所示：