本發(fā)明通過構(gòu)建一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體探索了一種改善河流水質(zhì)狀況的方法。

背景技術(shù)：

隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，水環(huán)境問題日益惡化。目前我國許多城市河流水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，耗氧性有機(jī)污染物、氮磷營養(yǎng)鹽含量高居不下導(dǎo)致藍(lán)藻、水葫蘆等水生植物爆發(fā)性生長繁殖，富營養(yǎng)化嚴(yán)重甚至引起黑臭現(xiàn)象，對(duì)人體健康造成威脅；此外，城市河流在整治過程中改變了天然形態(tài)和自然走向，河床和邊坡硬化，破壞了生物賴以生存的自然空間，加上工礦廢水和生活污水的超標(biāo)排放，導(dǎo)致水體納污能力下降、水生態(tài)功能退化。可見，開發(fā)解決水體富營養(yǎng)化難題、改善水質(zhì)、提升河流健康水平的生態(tài)修復(fù)技術(shù)是時(shí)代要求。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)201510215887.0提出了一種“用于水體修復(fù)的分布式凈化裝置”，設(shè)置兩個(gè)可將微生態(tài)制劑泵入的凈化區(qū)，凈化區(qū)的兩側(cè)壁和底壁均形成用于引導(dǎo)水流方向的透水網(wǎng)面外壁區(qū)域供微生物附著，配合曝氣設(shè)施強(qiáng)力去除COD、氨氮、重金屬離子等污染物，使水體在較短的時(shí)間內(nèi)變清澈、惡臭消失；中國專利申請(qǐng)201210544889.0提出了一種“用于富營養(yǎng)化污染水體修復(fù)的浮島系統(tǒng)及水體修復(fù)方法”，采用的微納米氣泡發(fā)生裝置增加溶解氧，在小范圍促進(jìn)并控制水體流動(dòng)，增加修復(fù)生物鏈去除水體污染物；中國專利申請(qǐng)201410612326.X“一種基于植物的水體修復(fù)系統(tǒng)”，在曝氣管適當(dāng)?shù)钠貧夂涂刂苝H條件下，通過水培植物及系統(tǒng)設(shè)置的兼氧區(qū)和好氧區(qū)，構(gòu)成微生態(tài)系統(tǒng)模擬自然水生生態(tài)，完成對(duì)水體污染物質(zhì)的去除；中國專利申請(qǐng)201520815313.2“一種河道水體修復(fù)裝置”，在曝氣環(huán)境中利用植物和好氧微生物去除水體污染物，穩(wěn)定地治理了河道水體污染。然而這些裝置與污染水體的接觸面積甚小，發(fā)揮的效益有限；此外，修復(fù)體多用繩索固定，長期使用容易腐爛且易纏繞，減小修復(fù)體與水體的接觸面積，后期需要投入較大人力和財(cái)力，推廣性受到局限。

如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為污染水體生態(tài)修復(fù)中亟待解決的重點(diǎn)難題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體，本發(fā)明不僅能有效去除水體中的有機(jī)污染物和營養(yǎng)鹽，提高水體含氧量，而且修復(fù)面廣、經(jīng)濟(jì)美觀、效果顯著，適用于普通富營養(yǎng)化河流水體的治理與修復(fù)。

一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體，其特征在于包括曝氣單元、漂浮平衡單元、增容單元和多自由度修復(fù)單元，曝氣單元、漂浮平衡單元和增容單元上下依次連接，多自由度修復(fù)單元側(cè)向連接在增容單元上；其中曝氣單元由防水盒、曝氣泵、曝氣管、三通和兩通組成；漂浮平衡單元由挺水植物、漂浮生長基、環(huán)臂和漂浮平衡圈組成；增容單元由滑動(dòng)柱、蓋板、單向螺栓球、滑動(dòng)槽和柱礎(chǔ)組成；多自由度修復(fù)單元由植物生長包、基質(zhì)、側(cè)向連接桿、三節(jié)式萬向節(jié)和橡膠防水罩組成?；瑒?dòng)柱上下兩端通過螺紋分別連接環(huán)臂和單向螺栓球，單向螺栓球在滑動(dòng)槽上自由滑動(dòng)；多自由度修復(fù)單元通過側(cè)向連接桿固定在滑動(dòng)柱上，布置一個(gè)以上的多自由度修復(fù)單元；曝氣單元的防水盒安置在漂浮平衡單元上方，曝氣管分布在滑動(dòng)柱、側(cè)向連接桿周圍。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的原理是：利用水流控制三節(jié)式萬向節(jié)的多自由度旋轉(zhuǎn)和單向螺栓球的滑動(dòng)，帶動(dòng)有沉水植物生長的懸浮生長基在水體中的在三維空間中的轉(zhuǎn)動(dòng)和水平方向的運(yùn)移，增大修復(fù)體與水體的接觸面積，去除更大范圍內(nèi)的水體污染物，并增加水體中的溶解氧含量，水生植物和懸浮生長基中的基質(zhì)填料在氧氣充足的條件下更好地發(fā)揮光合作用和吸附作用，能達(dá)到長效去除水體污染物的效果，實(shí)現(xiàn)提高水體自凈能力、改善水生態(tài)環(huán)境的目的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

一是植物與污染水體的接觸面積在三維空間中成倍增加。單向螺栓球可水平滑動(dòng)、多自由度修復(fù)單元在水體中萬向旋轉(zhuǎn)，使得有沉水植物生長的漂浮生長基與污染水體在三維方向上的接觸面積增大，通過同化吸收作用能去除更多有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)鹽等污染物，大大提高了修復(fù)效率。

二是修復(fù)體不易纏繞，保證修復(fù)效果。側(cè)向連接桿代替了目前普遍使用的繩索，有效解決了一般生態(tài)浮床由于繩索纏繞，會(huì)縮小接觸面積，減弱修復(fù)效果的缺陷，使此裝置的使用效果較已有裝置有明顯提升。

三是去污效果長效顯著。通過曝氣泵的富氧，水體溶解氧含量增高，增強(qiáng)了水生植物的同化吸收作用、生物陶粒的吸附作用，提高了裝置的去污效率。

四是所用動(dòng)力綠色環(huán)保。裝置利用自然風(fēng)和水流提供單向螺栓球滑動(dòng)和三節(jié)式萬向節(jié)多自由度旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，通過柱礎(chǔ)和漂浮平衡圈維持穩(wěn)定，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，展現(xiàn)了可廣泛推廣的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明能為富營養(yǎng)化河湖水體生態(tài)的修復(fù)提供方法，實(shí)現(xiàn)水體污染物的去除，具有修復(fù)面積廣、修復(fù)效果好、經(jīng)濟(jì)美觀的優(yōu)點(diǎn)，推廣性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提出的多自由度修復(fù)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、曝氣單元；2、漂浮平衡單元；3、增容單元；4、多自由度修復(fù)單元；5、防水盒；6、曝氣泵；7、曝氣管；8、三通；9、兩通；10、挺水植物；11、漂浮生長基；12、環(huán)臂；13、漂浮平衡圈；14、滑動(dòng)柱；15、蓋板；16、單向螺栓球；17、滑動(dòng)槽；18、柱礎(chǔ)；19、沉水植物；20、懸浮生長基；21、側(cè)向連接桿；22、三節(jié)式萬向節(jié)；23、橡膠防水罩。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1，本發(fā)明提出的一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體，它包括曝氣單元1、漂浮平衡單元2、增容單元3和多自由度修復(fù)單元4；其中所述的曝氣單元1、漂浮平衡單元2和增容單元3上下依次連接，多自由度修復(fù)單元4側(cè)向連接在增容單元3上；其中曝氣單元1由防水盒5、曝氣泵6、曝氣管7、三通8和兩通9組成；漂浮平衡單元2由挺水植物10、漂浮生長基11、環(huán)臂12和漂浮平衡圈13組成；增容單元3由滑動(dòng)柱14、蓋板15、單向螺栓球16、滑動(dòng)槽17和柱礎(chǔ)18組成；多自由度修復(fù)單元4由沉水植物19、懸浮生長基20、側(cè)向連接桿21、三節(jié)式萬向節(jié)22和橡膠防水罩23組成。其中：

所述的曝氣單元1中的曝氣泵6安置在防水盒5中，防水盒5與增容單元3的滑動(dòng)柱14通過環(huán)臂12連接，曝氣管7通過三通8和兩通9將氧氣傳輸?shù)綉腋∩L基20處，曝氣管7分布在滑動(dòng)柱14、側(cè)向連接桿21周圍，并用繩子固定在滑動(dòng)柱14和側(cè)向連接桿21上以防止風(fēng)浪擾動(dòng)等因素使曝氣管7扭折，影響氧氣的正常傳輸。曝氣單元1主要為植物的同化和吸附作用提供充足的氧氣，增強(qiáng)修復(fù)體的修復(fù)效果。防水盒材質(zhì)為PVC，曝氣管材質(zhì)為硅膠。

所述的漂浮平衡單元4中的漂浮平衡圈13與增容單元3中的單向螺栓球16通過滑動(dòng)柱14連接，漂浮生長基11為裝有生物陶粒的不銹鋼絲網(wǎng)，安放在漂浮平衡圈13內(nèi)部，種植挺水植物，挺水植物為美人蕉、鳶尾、千屈菜和旱傘草中的一種或幾種，挺水植物不僅可吸收水體的污染物，而且可以使外形更加美觀。漂浮平衡圈13下方固定的環(huán)臂12設(shè)有螺紋口，與滑動(dòng)柱14的上端連接，漂浮平衡圈13材質(zhì)為聚乙烯，環(huán)臂12材質(zhì)為不銹鋼?；瑒?dòng)柱14根據(jù)水深設(shè)置，使漂浮平衡圈13漂浮在水面，在水流控制下，可牽引底部的單向螺栓球16在滑動(dòng)槽17內(nèi)水平滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)修復(fù)面積的增大。

所述的增容單元3中的柱礎(chǔ)18由生物沸石與水泥澆筑而成，柱礎(chǔ)18上設(shè)有滑動(dòng)槽17，材質(zhì)為光滑大理石，滑動(dòng)槽17形狀與單向螺栓球16相契合，槽深稍大于單向螺栓球16的直徑。單向螺栓球16安置在滑動(dòng)槽17中，可自由滑動(dòng)，其上設(shè)有螺紋孔與滑動(dòng)柱14下端匹配，滑動(dòng)槽17長度可根據(jù)柱礎(chǔ)18設(shè)置，柱礎(chǔ)18長度可根據(jù)河寬設(shè)置。蓋板15覆蓋在滑動(dòng)槽17上方，長度約為滑動(dòng)槽17長度的兩倍，滑動(dòng)柱14自蓋板15中心穿過，蓋板15能夠在小球滑動(dòng)過程中剛好蓋住滑動(dòng)槽17上面的開口，防止修復(fù)體使用過程中水體泥沙沉降到滑動(dòng)槽17中，增加小球滑動(dòng)的阻力。柱礎(chǔ)18支撐整個(gè)修復(fù)體，配合漂浮平衡單元2起穩(wěn)定作用。單向螺栓球16材質(zhì)為不銹鋼或大理石，蓋板15材質(zhì)為PVC，滑動(dòng)柱14材質(zhì)為PVC或不銹鋼。

所述的多自由度修復(fù)單元4的側(cè)向連接桿21與增容單元3的滑動(dòng)柱14通過三節(jié)式萬向節(jié)22連接，三節(jié)式萬向節(jié)22安置在橡膠防水罩23中。側(cè)向連接桿21長約1m，外端連接懸浮生長基20，懸浮生長基20為裝有生物陶粒和生物沸石的不銹鋼絲網(wǎng)，種植沉水植物，沉水植物為金魚藻、菹草、黑藻和馬來眼子菜中的一種或幾種。三節(jié)式萬向節(jié)22受橡膠防水罩23保護(hù)，在水體中可實(shí)現(xiàn)多自由度旋轉(zhuǎn)，使有沉水植物生長的懸浮生長基20能更充分地接觸水體，在曝氣裝置的氧氣補(bǔ)充下，更好地發(fā)揮植物的同化吸收作用。側(cè)向連接桿21的材質(zhì)為PVC或不銹鋼管，三節(jié)式萬向節(jié)22材料為不銹鋼。

以上所述修復(fù)體所需材料均易獲得。

以下結(jié)合圖1和圖2，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體操作步驟：

本發(fā)明提出的一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體，包括曝氣單元1、漂浮平衡單元2、增容單元3和多自由度修復(fù)單元4，曝氣單元1、漂浮平衡單元2和增容單元3上下依次連接，多自由度修復(fù)單元4通過三節(jié)式萬向節(jié)22側(cè)向連接在滑動(dòng)柱14上，一根滑動(dòng)柱14上安置一個(gè)以上的多自由度修復(fù)單元4。

步驟一：設(shè)置柱礎(chǔ)18尺寸長×寬×高＝200cm×50cm×50cm，柱礎(chǔ)18頂端設(shè)置滑動(dòng)槽17，長度略小于柱礎(chǔ)18長度，槽長×槽寬×槽深＝280cm×15cm×15cm，滑動(dòng)槽17槽口寬約8cm，同時(shí)滑動(dòng)槽17一端保留開口，整個(gè)柱礎(chǔ)18由生物沸石與水泥澆筑而成。

步驟二：在步驟一中滑動(dòng)槽17表面鋪設(shè)光滑大理石，同時(shí)將一個(gè)直徑約13cm的大理石或PVC不銹鋼單向螺栓球16(內(nèi)置螺紋)通過滑動(dòng)槽17開口放入滑動(dòng)槽17，然后用橡膠塊封堵住滑動(dòng)槽17的開口，防止單向螺栓球16從滑動(dòng)槽17中滑出。

步驟三：依據(jù)水深設(shè)置滑動(dòng)柱14的長度(約等于水深減去柱礎(chǔ)的高度)，滑動(dòng)柱14直徑略小于滑動(dòng)槽17槽口寬度，約6.5cm，滑動(dòng)柱14兩端設(shè)計(jì)為螺紋結(jié)構(gòu)，將一端插入滑動(dòng)槽17中單向螺栓球16的螺口中，旋緊。同時(shí)在滑動(dòng)柱14與滑動(dòng)槽17槽口相接處，在滑動(dòng)柱14上套一帶孔蓋板15(孔徑略大于滑動(dòng)柱直徑)，蓋板15長度為滑動(dòng)槽17的兩倍，蓋板15寬度應(yīng)大于滑動(dòng)槽17槽口的寬度為宜，保證滑動(dòng)過程中蓋板15可以覆蓋住滑動(dòng)槽17槽口。

步驟四：按生物陶粒與生物沸石體積比1∶3放進(jìn)不銹鋼絲網(wǎng)中做成懸浮生長基20，然后在懸浮生長基20中培養(yǎng)沉水植物，懸浮生長基20的長×寬×高＝20cm×20cm×20cm，基質(zhì)中的生物陶粒的粒徑為1.5-2cm，生物沸石的粒徑為2-3cm，大于網(wǎng)袋的孔徑1cm，懸浮生長基20用繩子固定在長約1m的側(cè)向連接桿21上，側(cè)向連接桿21通過三節(jié)式萬向節(jié)22連接在滑動(dòng)柱上，三節(jié)式萬向節(jié)22安置在橡膠防水罩23中，防止因長期浸泡在水中而影響其多自由度旋轉(zhuǎn)的靈活度?？筛鶕?jù)水深在滑動(dòng)柱14上安置一個(gè)以上多自由度修復(fù)單元4，以增加修復(fù)效果。

步驟五：設(shè)置漂浮平衡圈13內(nèi)徑約30cm，在漂浮平衡圈13上成120度固定三個(gè)環(huán)臂12，在環(huán)臂12上端固定防水盒5，環(huán)臂12下端設(shè)置一螺紋口，與滑動(dòng)柱14上端連接，將生物陶粒安放在不銹鋼絲網(wǎng)上做成漂浮生長基11，然后將沉水植物種植在漂浮生長基11上。使用過程中要保證漂浮平衡圈13能漂浮在水面，在維持整體平衡的基礎(chǔ)上隨著水流帶動(dòng)單向螺栓球16在滑動(dòng)槽17內(nèi)水平滑動(dòng)。

步驟六：將曝氣泵6放入步驟五中的防水盒5中，曝氣管7通過三通8和兩通9連接好，用繩子固定在滑動(dòng)柱14和側(cè)向連接桿21的周圍，最終導(dǎo)入到懸浮生長基20中。

步驟七：將安裝好的修復(fù)體投入水體，打開曝氣泵6，氧氣通過曝氣管7傳輸?shù)綉腋∩L基20處，多自由度修復(fù)單元在水流和風(fēng)浪擾動(dòng)的影響下多角度自由旋轉(zhuǎn)，吸附和降解水體中的污染物，改善河流水質(zhì)，提高水體自凈能力。實(shí)際工程中可根據(jù)河寬放置多個(gè)修復(fù)體。

以下進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施效能的具體對(duì)比實(shí)例：

設(shè)置一種多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體水箱(試驗(yàn)組)與普通浮床水箱(對(duì)照組)，以便進(jìn)行同步試驗(yàn)，水箱的規(guī)格為長×寬×深＝103cm×103cm×155cm，水箱內(nèi)注入135cm深的污水，試驗(yàn)用水取自富營養(yǎng)化城市河流。多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體柱礎(chǔ)長×寬×高＝50cm×17cm×17cm，滑動(dòng)槽長×寬×深＝47cm×6cm×6cm，槽口寬約3.5cm；單向螺栓球直徑為5cm，滑動(dòng)柱長約85cm，滑動(dòng)柱直徑為3cm；側(cè)向連接桿長約50cm，懸浮生長基長×寬×高＝15cm×15cm×12cm，每個(gè)懸浮生長基上種植12株菹草，在滑動(dòng)柱上設(shè)置兩根側(cè)向連接桿和兩個(gè)懸浮生長基；漂浮平衡圈內(nèi)徑約20cm，漂浮生長基上種植15株美人蕉；防水盒長×寬×高＝15cm×15cm×18cm；對(duì)照組普通浮床水箱中控制與實(shí)驗(yàn)組相同的系統(tǒng)表面覆蓋率，即采用與實(shí)驗(yàn)組相同的根系表面積。

試驗(yàn)歷時(shí)20天。試驗(yàn)期間，菹草和美人蕉已經(jīng)生長良好，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體水箱和普通浮床水箱中的水體修復(fù)效果見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明：多自由度的增容增效生態(tài)修復(fù)體去除效果顯著。

如上所述，我們完全按照本發(fā)明的宗旨進(jìn)行說明，但本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施例和實(shí)施方法。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的從業(yè)者可在本發(fā)明的技術(shù)思想許可的范圍內(nèi)進(jìn)行不同的變化及實(shí)施。