一種生態浮床裝置的製作方法

2023-05-01 19:09:17

本發明涉及水生植物廢棄物資源化利用和生態修復技術領域，特別地涉及一種填料帶中負載水生植物生物炭的生態浮床裝置。

背景技術：

我國在快速發展城市經濟和推進農業現代化的同時，河道、湖泊等水體受到了不同程度的汙染。近年來，國家層面大力推崇生態文明建設，受汙染的河道、湖泊等水體亟待綜合整治。由於河道兩岸的截汙納管工程推進速度緩慢等因素的限制，雨水、生活汙水和工業廢水漏排的現象時有發生，水體中氮、磷及重金屬等汙染物的負荷依舊很高，水體富營養化的趨勢並沒有得到有效遏制。生態浮床是一種利用浮床體中的水生植物和浮床下部填料帶表面附著的生物膜共同作用，達到吸收、降解汙染物目的的生態技術。生態浮床具有佔地面積小，運營維護成本低，汙染物去除效果良好等諸多優點；而且種植在生態浮床中的水生植物本身具有良好的景觀效應，因此該技術在河道、湖泊等水體原位修復領域得到了廣泛的應用。然而，生態浮床也有一定的缺點。比如，（1）對於汙染物濃度較高的黑臭水體，浮床中的水生植物生長受到很大的抑制；（2）在冬季，大量枯萎、凋零的水生植物殘體漂浮於水面，容易造成次生汙染等環境問題，影響水環境質量。近年來，生物質缺氧熱解技術在農業環境保護領域得到了較多的應用。生物炭是植物生物質在缺氧的條件下，通過緩慢升溫、熱解（300~700°C）製備的一種新型材料。植物生物質製備得到的生物炭具有以下特點：1）呈現多孔結構；2）有較大的比表面積；（3）Zeta電位較低，有較強的電負性。目前，已經有較多學者對生物炭在土壤中的固碳增匯、增加作物產量、減少溫室氣體排放等作用做了深入的研究，但對生物炭在生態浮床原位修復中的應用報導不多。選用枯萎的水生植物作為生物炭原材料，一方面解決了河道、湖泊等水體中大量植物體殘骸的問題。另一方面，將製備的生物炭封裝在浮床水面下的填料帶中，可以直接有效地吸附黑臭水體中的氨氮和重金屬等多種汙染物；同時，添加生物炭對衝刷填料帶的水流有一定的阻滯效應，可以為水體中的優勢菌群提供棲息的場所，能起到強化生物膜上的微生物進行硝化、反硝化的作用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種填料帶中負載水生植物生物炭的生態浮床裝置。

本發明解決技術問題所採用的技術方案是：一種生態浮床裝置，包括浮床體和水下填料裝置，所述浮床體包括相互連結形成整體的浮板基體，浮床體與河道兩岸平行的兩邊設有浮床固定裝置，所述浮板基體內設有可種植水生植物的種植盆；所述水下填料裝置內封裝填充有熱解製備的水生植物生物炭。

在採用上述技術方案的同時，本發明還可以採用或者組合採用以下進一步的技術方案：

所述浮板基體為塑料浮板基體或其他密度很小的材質的浮板基體，所述浮板基體為中空結構，其中空結構內設置種植盆，所述浮板基體的邊角處設置連結孔，所述浮板基體的底部設有用於連接水下填料裝置的掛鈎。

所述浮床固定裝置包括牽引繩和固定螺母；牽引繩的一端與連結孔相連，另一端與固定螺母相連；固定螺母固定在岸邊或水下堅硬底泥處。

所述牽引繩為尼龍雙股繩。

所述水下填料裝置包括導流碳纖維棒和分段樹脂填料帶，所述導流碳纖維棒和分段樹脂填料帶的長度根據具體水深選擇，分段樹脂填料帶中封裝熱解製備的水生植物生物炭，並套設在導流碳纖維棒外部以防止填料帶隨水流擾動相互打結，所述導流碳纖維棒和分段樹脂填料帶均與掛鈎相連從而掛在浮板基體底部。

所述導流碳纖維棒通過連接鉤吊掛在所述掛鈎上。

所述分段樹脂填料帶包括填料帶單體，所述填料帶單體的截面呈環狀，其環狀截面內封裝填充熱解製備的水生植物生物炭，填料帶單體兩兩相互粘結在一起形成分段樹脂填料帶，分段樹脂填料帶的上端設有連接繩，通過連接繩掛設在掛鈎上。

所述水生植物生物炭製備方法如下：

（1）取自河道或湖泊中的水生植物殘體，清洗、去雜、烘乾、粉碎；

（2）將粉末狀植物生物質封裝壓實；

（3）將壓實後的物質放置於馬弗爐中，通氮排氧；

（4）加熱一段時間後冷卻至室溫製備得到熱解後的生物炭。

步驟（4）中的加熱冷卻具體是指：控制馬弗爐的升溫以5~10 °C/min的速度升溫至500 °C，保持該峰值溫度2小時後逐漸冷卻至室溫。

將製得的生物炭磨細，過1 mm篩，儲存備用。

本發明的有益效果是：本發明的生態浮床裝置構思新穎，設計合理，使用方便，巧妙地將枯萎的水生植物製備成生物炭負載在生態浮床的填料帶中，特別適合靜水湖泊、河道等水體的原位修復，具有較強的實用性。

附圖說明

圖1為本發明的的生態浮床裝置的結構示意圖。

圖2為本發明的浮板基體的俯視圖。

圖3為本發明的碳纖維導流棒的結構示意圖。

圖4為本發明的分段樹脂填料帶的結構示意圖。

圖中標號：浮床體1、水下填料裝置2、塑料浮板基體3、浮床固定裝置4、連接孔5、種植盆6、底部掛鈎7、水生植物8、牽引繩9、固定螺母10、導流碳纖維棒11、分段樹脂填料帶12。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

本發明為一種填料帶中負載水生植物生物炭的生態浮床裝置，包括浮床主體、位於浮床體下部的水下填料裝置和牽引浮床的浮床固定裝置。其中，浮床主體中種植的水生植物可以吸收富營養化水體中的氮、磷等營養物質，以供自身生長利用；負載了水生植物生物炭的水下填料裝置，可以強化生態浮床對水體中氨氮和重金屬汙染物的吸附，同時也可以為水中土著微生物強勢菌群提供棲息庇護的載體，保護其不被水中原生動物捕食。

如圖1和圖2所示，浮床體由獨立的塑料浮板基體組成，塑料浮板基體邊長為40cm、厚度5cm，四個角有直徑2cm的圓形連接孔5，可以用鐵絲或綁紮帶相互連接。使用時，根據河道或湖面的具體水面寬度選擇塑料浮板基體的數量。每塊塑料浮板基體的中央有直徑為15cm的水生植物種植區，放置一個種植盆，深度為10~15cm，可以選擇香蒲、菖蒲、常綠鳶尾等挺水植物或溼生植物。主要依據需要生態修復的水體主要汙染物類型和汙染物濃度，選擇合適的水生植物。根據種植的水生植物習性選擇是否使用少量土壤培育。

如圖1和圖2所示，位於浮床體四個角上的連接孔各用一根牽引繩9牽拉，兩端綁定後再用固定螺母10將其固定于堅固的岸邊，達到固定浮床體、防止其被水流衝毀的效果。

如圖1和圖2所示，每個塑料浮板基體的底部四條邊上安裝有掛鈎7，位於兩個連接孔5中間。底部掛鈎7可以掛上浸沒在水中的水下填料裝置2。水下填料裝置2由4根導流碳纖維棒11組成，每根導流碳纖維棒套有分段樹脂填料帶12。根據河道和湖泊水深，選擇合適長度的碳纖維棒和填料帶。

如圖3和4所示，分段樹脂填料帶12呈中空圓柱狀，每段長為20cm，外徑8cm，內徑6mm，一端有繫緊帶，用於連接掛鈎7，各段之間可以通過膠粘物兩兩粘黏在一起形成填料帶，樹脂填料帶中填充了水生植物生物炭，水生植物生物炭製備方法如下：水生植物取自河道或湖泊中枯萎的植物殘體，將採集的水生植株殘體用清水衝洗三遍，洗淨表面的雜質，放置晾乾5~7天，在60~80 °C下烘乾24小時，再用粉碎機將植株粉碎至2mm以下。將粉末狀植物生物質封裝在密閉的坩堝中，壓實以排出縫隙中的空氣。將坩堝放置於馬弗爐中，通氮氣10 min，排出馬弗爐中的含氧空氣。控制馬弗爐的升溫以5~10 °C/min的速度升溫至500 °C，保持該峰值溫度2小時後逐漸冷卻至室溫。取出熱解後的生物炭，磨細，過1 mm篩。將製得的水生植物生物炭均勻、分段地填充到樹脂填料帶12中，每段填充的水生植物生物炭量根據水體汙染程度和目標水質來確定，每段填充質量為10~20 g。將負載了水生植物生物炭的分段樹脂填料帶12套在導流碳纖維棒11外，繫緊。導流碳纖維棒11頂部設有掛鈎，與塑料浮板基體3底部的掛鈎7相連接，作為水下填料裝置。