專利名稱：浮島的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)地浮動(dòng)的超級(jí)增強(qiáng)型浮島，該浮島能夠在池塘、湖泊、河流 或任何其它水體中布置以監(jiān)控、調(diào)節(jié)和提高水質(zhì)，增加植物和動(dòng)物生命，并補(bǔ)充自然環(huán)境。
背景技術(shù)：
在諸如池塘和湖泊的水體中，藻類的生長(zhǎng)和富營(yíng)養(yǎng)化的自然過程能夠?qū)е碌貕K的 增加和對(duì)應(yīng)的水體積的減小、魚類和其它生物體的死亡、以及景觀的劣化。人們已經(jīng)設(shè)計(jì)了 各種漂浮機(jī)構(gòu)，其目的在于凈化水、培養(yǎng)植物、分配肥料或者抵消富營(yíng)養(yǎng)化的影響。這些發(fā) 明都沒有預(yù)期到本發(fā)明提供的特征的組合。 美國(guó)專利No. 5，799，440(授予Ishikawa等，1998)公開了一種浮島，其包括
(i) 培植皿，在其中具有孔，以使植物根部能夠生長(zhǎng)到水中并向該培植皿中的土壤供水；和
(ii) 連接到培植皿底部的制氧劑容器。該培植皿由泡沫樹脂制成，該泡沫樹脂的表面上具
有聚氨酯彈性體的加強(qiáng)膜。該發(fā)明還包括(i)在培植皿底部的內(nèi)表面上的一層多孔材料， 在其中固定有需氧微生物；和(ii)保持土壤的植物培養(yǎng)袋。在優(yōu)選實(shí)施例中，制氧劑為過 氧化鈣，并且培植皿中的土壤覆蓋有能透水和透氣并且對(duì)植物無害的網(wǎng)或織物。除了產(chǎn)生 氧氣之外，過氧化鈣還除磷，從而限制藻類的生長(zhǎng)。 美國(guó)專利No. 4，086， 161 (授予Burton， 1978)闡述了用于在諸如沼澤地、內(nèi)陸池塘 和湖泊的水體中抵消富營(yíng)養(yǎng)化的影響的生態(tài)系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)使用定位在所述水體的相 對(duì)富氧的上部區(qū)域中的樹皮纖維束。這些樹皮束吸引并保持呈膠體廢物形式的過度的營(yíng)養(yǎng) 沉積和水藻，還為捕食和寄食藻類的生物提供安全的生長(zhǎng)環(huán)境。 美國(guó)專利No. 6，086，755(授予T印per，2000)提供了用于在含有植食魚的水體中 使用的漂浮的、溶液培養(yǎng)的生物過濾裝置。該發(fā)明包括浮子、網(wǎng)和墊子。所述浮子包含沒有 土壤的孔，在其中插入陸生植物。所述網(wǎng)位于浮子下方的一定深度，并用于使含氧水通向植 物根部，同時(shí)排除較大的植食魚。該網(wǎng)還用作氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌的生長(zhǎng)的基層表面，該細(xì)菌將魚類 廢物的氨轉(zhuǎn)化成對(duì)植物有用的硝酸鹽。所述墊子錨固植物根部并從一部分植物根部排出植 食魚。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述網(wǎng)和墊子由塑料形成。 美國(guó)專利No. 5， 766， 474 (授予Smith等，1998)和No. 5， 528， 856 (授予Smith等， 1996)公開了一種利用陽(yáng)光來凈化水的生物量蓄水管理系統(tǒng)。該發(fā)明的主要目的在于控制 蓄水中的雜質(zhì)，諸如氨、氮、磷和重金屬。眾所周知氮和磷是各種不良藻類的主要食物來源， 并且氨和重金屬對(duì)人、魚和其它生物體是有毒的。該發(fā)明旨在通過使有根的底棲植物能夠 生長(zhǎng)來凈化水，并且在使無根漂浮植物生長(zhǎng)的同時(shí)保持蓄水底部的衛(wèi)生以及保持它們上方 的衛(wèi)生。在由拉長(zhǎng)通道提供的較大表面區(qū)域中含有無根的漂浮植物，該拉長(zhǎng)通道按南北方 向定向從而充分利用陽(yáng)光。拉長(zhǎng)通道設(shè)計(jì)成利用波浪以提高產(chǎn)量。
美國(guó)專利No. 5， 337， 516 (授予Hondulas， 1994)闡述了一種用于處理廢水的裝置， 其包括廢水池和多個(gè)漂浮容器中的濕地植物。基于該發(fā)明的思想為，濕地植物的根系可以 處理廢水。通過與各個(gè)漂浮容器相關(guān)的可調(diào)節(jié)平臺(tái)來控制根系的成長(zhǎng)程度，從而根據(jù)需要 控制且可調(diào)節(jié)或者改變廢水池中的含氧區(qū)和無氧區(qū)。同樣，美國(guó)專利No. 5， 106， 504(授予 Murray, 1992)包括一種人工蓄水系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)成利用吸收污染物的水生植物從城市或工業(yè) 廢水中除去可生物固定的污染物。 美國(guó)專利No. 4， 536， 988(授予Hogen， 1985)涉及一種用于容納水體中漂浮的水生 植物的漂浮容器阻擋柵結(jié)構(gòu)。該發(fā)明設(shè)計(jì)成利于水生植物的商業(yè)培養(yǎng)和收割。該柵結(jié)構(gòu)由 拉長(zhǎng)的柔性片材構(gòu)成，所述柔性片材沿著它們的縱向軸線以間距隔開地互連，從而形成呈 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多個(gè)阻擋部分。通過利用錨定裝置，通過收割漂浮水生植物的裝置張緊該阻擋 柵，從而使結(jié)構(gòu)的一定部分浸在水面以下。 美國(guó)專利No. 4， 037， 360 (授予Farnsworth， 1977)和No. 3， 927， 491 (授予
Farnsworth， 1975)公開了一種通過水培養(yǎng)或溶液培養(yǎng)使植物生長(zhǎng)的浮體裝置。該浮體在營(yíng)
養(yǎng)液上漂浮，通過在較大的浮體或者輔助浮動(dòng)裝置上放置較小的浮體而使所述浮體的浮力
在植物生長(zhǎng)期間增強(qiáng)。美國(guó)專利No. 5， 261， 185 (授予Kolde等，1973)也包括在營(yíng)養(yǎng)液上漂
浮的裝置。在該發(fā)明中，浮體在充入營(yíng)養(yǎng)液的水培養(yǎng)槽中漂浮，將植物容器插入浮體中的垂
直定向的通道，并通過使浮體從水培養(yǎng)槽的一端逐漸向另一端運(yùn)動(dòng)而培養(yǎng)植物。 美國(guó)專利No.4，487，588(授予Lewis， III等，1984)提出了一種用于培養(yǎng)諸如瀕
臨滅絕的海草的植物生命的潛水浮體。該浮體由標(biāo)準(zhǔn)的聚氯乙烯管道和配件制造。 美國(guó)專利No. 6， 014， 838 (授予Asher， 2000)公開了一種用于裝飾性植被的簡(jiǎn)單可
漂浮單元。美國(guó)專利No. 5， 836， 108 (授予Scheuer， 1998)描述了一種漂浮培植箱，其包括
密度比水小的合成泡沫樹脂的多面基件和任選的錨定裝置。 美國(guó)專利No. 5， 312， 601 (授予Patrick, 1994)和No. 5， 143， 020 (授予Patrick, 1992)包括一種用于在池塘中分配肥料的簡(jiǎn)單裝置。該發(fā)明包括由諸如網(wǎng)袋的多孔材料圍 繞的漂浮結(jié)構(gòu)，以及在該漂浮結(jié)構(gòu)中的開口，通過該開口施肥。肥料在漂浮結(jié)構(gòu)底部被流經(jīng) 網(wǎng)袋的水溶解。 美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No.US 2003/0208954(Bulk)涉及一種用于植物和魚的漂浮培 植皿。該培植皿由閉孔泡沫塑料制成，包括用于水上罐支架的凹座以及用于水下制氧植物 的漂浮的下側(cè)支撐件。該島具有向下穿過島結(jié)構(gòu)的通路，其通向水中并使植物根部能夠到 達(dá)水中。該島還具有空腔，所述空腔用作諸如青蛙的兩棲生物的藏身處。
除了上述專利和專利申請(qǐng)之外，對(duì)處理植物的生長(zhǎng)培養(yǎng)基還有多個(gè)專利和至少一 個(gè)公開專利申請(qǐng)。例如，美國(guó)專利No. 5，207，733(授予Perrin，1993)使用了低密度、剛性、 單細(xì)胞(即，閉孔)膨脹聚氨酯泡沫，該泡沫被打孔以利于植物根部露出的通路，并提供用 于水分吸收和保持的空間。 美國(guó)專利No. 2， 639， 549 (授予Wubben等，1953)公開了一種溶液培養(yǎng)的生長(zhǎng)培養(yǎng) 基，其包括靠在打孔底部上的礫石層，該打孔底部又靠在脊形接地板的頂部上。使用泵和溝 使?fàn)I養(yǎng)液通過整個(gè)礫石層循環(huán)。 美國(guó)專利No. 5，224，292(授予Anton，1993)公開了一種生長(zhǎng)培養(yǎng)基，其由一層中 空無紡聚酯纖維構(gòu)成，其中纖維的內(nèi)腔(或中空內(nèi)部)包含植物輔劑(或輔助植物生長(zhǎng)的東西)，例如植物營(yíng)養(yǎng)素、殺真菌劑、除藻劑、除草劑和殺蟲劑。 美國(guó)專利No.6，615，539(授予0bonai等，2003)提供了一種保水支撐件，其包括用 作植物生長(zhǎng)培養(yǎng)基的水凝膠形成的聚合物。Obonai的發(fā)明的目的在于提供一種能夠保水而 不抑制植物根部生長(zhǎng)的水凝膠。 美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. US 2003/0051398 (Kosinski)包括一種土壤替代物，其包 括由可生物降解的聚合物纖維(例如，聚酯)制成的、具有指定切割長(zhǎng)度和平均尺寸的纖維 球。該專利申請(qǐng)包括一項(xiàng)通過使植物體與纖維球生長(zhǎng)培養(yǎng)基接觸而支持植物生長(zhǎng)的方法的 權(quán)利要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涵蓋了包括一層或多層無紡網(wǎng)狀材料的浮島的幾個(gè)不同實(shí)施例。本發(fā)明可 布置在池塘、湖泊、河流或任何其它水體中以提高水質(zhì)、增加植物和動(dòng)物生命、并補(bǔ)充自然 環(huán)境。本發(fā)明的較大實(shí)施例可通過碳截存而有助于防止溫室效應(yīng)，碳截存包括將二氧化碳 從大氣除去并將碳轉(zhuǎn)化成生物量。本發(fā)明的較大實(shí)施例還可用于在水體上或水體中耕作或 甚至居住。 本發(fā)明的無紡網(wǎng)狀材料可涂覆有噴射的彈性體，培植有營(yíng)養(yǎng)物，或者培植有需氧 或厭氧微生物。所述浮島還可包括在所述網(wǎng)狀材料中制造或在組裝期間結(jié)合在所述網(wǎng)狀材 料中的浮球。所述網(wǎng)狀材料層可通過粘合劑接合在一起，并可在所述頂部的一層或多層中 形成用于植物或漂浮材料的孔。所述島可包括浮子、浮塊、浸泡特征、毛細(xì)管和/或芯吸單 元。所述島還可包括頂蓋，該頂蓋可以是可生物降解的，且該頂蓋保護(hù)結(jié)合在所述頂蓋中或 者放在所述頂蓋下方的種子。 在替代實(shí)施例中，所述浮島包括鐘形浮動(dòng)單元，該鐘形浮動(dòng)單元包括空氣壓縮機(jī)、 管道、螺線管閥、控制線和一個(gè)或多個(gè)鐘形物。所述鐘形物可由熱塑性塑料、閉孔泡沫金屬、 非晶體金屬、水泥或塑料形成。 本發(fā)明還包括較大的實(shí)施例，該實(shí)施例能承受一人或多人的重量。該較大實(shí)施例 由至少一層無紡網(wǎng)狀材料、浮球、補(bǔ)充漂浮單元和墊腳石構(gòu)成。該實(shí)施例任選地包括一個(gè)或 多個(gè)載荷分布件或可調(diào)節(jié)地浮動(dòng)的框架，該框架包括預(yù)制的漂浮管和橫向件。其它任選特 征包括墊腳石漂浮組件、墊腳石/垂直浮動(dòng)件漂浮組件和浮動(dòng)原木組件。所述島的浮力可 用一剛性框架調(diào)節(jié)，該框架包括一個(gè)或多個(gè)水平件并且任選地包括水管、空氣控制閥和空 氣管。該島還可包括上下垂直件，所述上下垂直件能在所述島內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)以進(jìn)一步調(diào)節(jié)所 述島的浮力。 本發(fā)明還涵蓋一種具有船塢位置的浮島，該船塢位置形成為使得所述?？康拇?部分被島材料環(huán)繞。圍繞所述船塢位置的內(nèi)周邊可放置低磨損襯墊從而為所述船體提供額 外的保護(hù)。 本發(fā)明的任一實(shí)施例可補(bǔ)充有附加的島模塊，該島模塊由注有浮動(dòng)材料的單層無 紡網(wǎng)狀材料構(gòu)成。 本發(fā)明還包括可用作給所述島播種的預(yù)制的種子毯。本發(fā)明還包括與本發(fā)明的所 述浮島一起使用的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基，并且包括幾種用本發(fā)明的所述結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基制造浮 島的方法。
本發(fā)明包含連接各個(gè)無紡網(wǎng)狀材料層的方法，在所述無紡網(wǎng)狀材料層中形成孔的 方法，以及由無紡網(wǎng)狀材料的廢料塊制造浮島的方法。本發(fā)明還包括通過從所述無紡網(wǎng)狀 材料生成多個(gè)島切塊而構(gòu)成浮島的方法。
圖1是本發(fā)明的無紡網(wǎng)實(shí)施例的頂視圖。 圖2是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第一實(shí)施例。 圖3是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第二實(shí)施例。 圖4是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第三實(shí)施例。 圖5是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第四實(shí)施例。 圖6是修整銷(landscaping pin)的側(cè)視圖和多層島的局部剖視圖，表示用改進(jìn)
的修整銷連接多個(gè)層的方法。 圖7是用于在無紡網(wǎng)狀材料中開孔而不切割或熔化網(wǎng)纖維的裝置的側(cè)視圖。 圖8是由無紡網(wǎng)狀材料的廢料片制成的浮島的示意圖。 圖9是設(shè)計(jì)成為小魚提供安全和進(jìn)食的生活環(huán)境的浮島的側(cè)視圖。 圖10是使用無紡網(wǎng)作為小魚的保護(hù)屏障的浮島的替代實(shí)施例的側(cè)視圖。 圖11是表示任選的浸泡特征的島的剖視圖。 圖12是具有任選的"毛細(xì)作用"特征的島的剖視圖。 圖13是具有任選的"芯吸作用"特征的島的剖視圖。 圖14是具有任選的漂浮"鐘形物"的本發(fā)明實(shí)施例的第一剖視圖。 圖15是在高浮力位置的具有任選的漂浮"鐘形物"的本發(fā)明實(shí)施例的第二剖視圖。 圖16是預(yù)制的種子毯的側(cè)剖視圖。 圖17是設(shè)計(jì)成支撐一人或多人重量的浮島的第一替代實(shí)施例的剖視圖。 圖18是設(shè)計(jì)成支撐一人或多人重量的浮島的第二替代實(shí)施例的剖視圖。 圖19是人造墊腳石和人造樹木的頂視圖。 圖20是具有墊腳石、人造樹木和用于提供附加浮力的裝置的浮島的剖視圖。 圖21是用于浮島的包括水平和垂直部件的框架的立體圖。 圖22是島框架的替代實(shí)施例的立體圖，其中水平部件由打孔管道和充氣袋構(gòu)成。 圖23是由預(yù)制部分構(gòu)成的可調(diào)節(jié)浮力的漂浮框架的立體圖。 圖24是包括單個(gè)連接點(diǎn)漂浮單元的本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖。 圖25是包括用修整銷連接到島的雙環(huán)浮體的本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖。 圖26是包括接收器單元的本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖。 圖27是由無紡網(wǎng)狀材料制成的吸收能量并且衰減波浪的漂浮結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖28表示一組相同的大規(guī)模生產(chǎn)的浮島(由無紡網(wǎng)狀材料制成)，這些浮島相連 接而形成單個(gè)島。 圖29表示通過多重同心切割方法生產(chǎn)的一系列島。 圖30表示通過使用多重同心切割方法生成的骨架島的立體圖。 圖31表示在圖30的線B-B處剖取的骨架島的剖視圖。
圖32表示用于將植物和土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基安裝在骨架島中的兩個(gè)替代實(shí)施例。 圖33是具有結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的浮島在植物生長(zhǎng)之前示出的頂視圖。 圖34是在圖31的剖面C-C處剖取的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的第一實(shí)施例的剖視圖，其 中結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基連接到浮島的外表面上。 圖35是圖34的局部放大圖，表示結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的各個(gè)成分。 圖36是浮島的剖視圖，該浮島由已經(jīng)堆疊并結(jié)合在一起的各層無紡網(wǎng)狀材料構(gòu)成。 圖37是圖34的一部分的放大圖，表示嵌入的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的成分。 圖38是以示意形式示出的安裝在浮島上的配水系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。 圖39是圖38所示的配水系統(tǒng)的頂視圖。 圖40是用作生物處理系統(tǒng)而進(jìn)行最優(yōu)化的浮島的剖視圖。 圖41是具有一體的船塢區(qū)的浮島的頂視圖。 圖42是設(shè)計(jì)成與風(fēng)向無關(guān)地保持浮島的錨的頂視圖。附圖標(biāo)記
1頂層(無紡網(wǎng)實(shí)施例)2中間層(無紡網(wǎng)實(shí)施例)3底層(無紡網(wǎng)實(shí)施例)4無紡網(wǎng)狀材料5浮球(無紡網(wǎng)實(shí)施例)6切割孔7罐裝植物單元8粘合劑9浮子10泡沫密封劑11浮塊12修整銷
0083]13修整銷的彎曲端部14鋼釘15鋼釘?shù)念^端16鋼釘?shù)南露?7電動(dòng)鉆或壓縮空氣鉆18心軸19網(wǎng)狀材料的廢料片20外罩21緊密裝填的無紡網(wǎng)22松散裝填的無紡網(wǎng)23小魚或佴魚24大食肉魚25浮動(dòng)隔離物線
0100]30島(浸泡實(shí)施例)
0101]31毛細(xì)管
0102]32吸收劑頂蓋
0103]33水線上方生長(zhǎng)的植物
0104]34芯吸單元
0105]35浮島("鐘形物"實(shí)施例)
0106]36壓縮機(jī)
0107]37管道
0108]38螺線管閥
0109]39控制線
0110]40鐘形物(浮子)
0111 ]41內(nèi)部空間
0112]42池水位
0113]43種子毯
0114]44下種子封閉層
0115]45中間復(fù)合種子層
0116]46上種子封閉層
0117]47水生植物種子
0118]48結(jié)合劑
0119]49補(bǔ)充漂浮單元
0120]50墊腳石
0121]51載荷分布件
0122]52人造墊腳石
0123]53人造樹枝(tree limb)
0124]54墊腳石漂浮組件
0125]55下墊腳石
0126]56上墊腳石
0127]57連接線纜單元
0128]58島主體(總稱)
0129]59墊腳石/垂直浮動(dòng)件組件
0130]60垂直浮動(dòng)件
0131]61漂浮樹枝組件
0132]62下人造樹枝
0133]63上人造樹枝
0134]64可變浮力的剛性框架
窩性輪塊
水柔滑錨
6 7 8 9
o o o o
o o o o65水平件66水管67空氣控制閥68空氣管69打孔管70充氣袋71打孔管中的孔72下垂直件73上垂直件74防水蓋75環(huán)76鎖定銷77鎖定銷孔78鎖定帶79輪80滑板81預(yù)制漂浮管82預(yù)制橫向件83保護(hù)管84板條85管定位裝置86連接桿87飄浮單元(單個(gè)連接點(diǎn))88帶剌的連接釘89浮子(單個(gè)連接點(diǎn)漂浮單元實(shí)施例)90浮動(dòng)特征91保持銷92雙環(huán)浮子93搭鎖連接器94完全穿透的接收器單元95管道(接收器單元)96下凸緣97上凸緣98部分穿透的接收器單元99保護(hù)性漂浮結(jié)構(gòu)100濱線101波浪102相同的大規(guī)模生產(chǎn)的島103連接器(模塊島)
104模塊島結(jié)構(gòu)105以多重切割設(shè)計(jì)的第一島106以多重切割設(shè)計(jì)的第二島107第一島內(nèi)的中央開口108以多重切割設(shè)計(jì)的第三島109第二島內(nèi)的中央開口110骨架島111骨架112底板113隔板114浮動(dòng)突入部(骨架島)115土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基116基于土壤的植物117基于基體的植物118天然有機(jī)物119合成有機(jī)物120第一生長(zhǎng)室121第二生長(zhǎng)室122預(yù)制培植皿單元123殼(預(yù)制培植皿單元)124包括結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的島125結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基126多孔基體(結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基實(shí)施例)127浮動(dòng)包體(結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基實(shí)施例)128毛細(xì)通道(結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基實(shí)施例)129泥炭纖維(或類似材料)130結(jié)合劑131嵌入種子132頂層種子133營(yíng)養(yǎng)顆粒134浮球135過濾區(qū)136具有泵送水分配系統(tǒng)的浮島137配水系統(tǒng)138水泵139分配管140無紡網(wǎng)島主體(泵送過濾實(shí)施例)141選擇用于吸收營(yíng)養(yǎng)的水生植物142封裝盤
143空氣泡144穿孔(盤)145浮島(船塢實(shí)施例)147低磨損襯墊148為適應(yīng)多個(gè)風(fēng)向而最優(yōu)化的錨149鉤(錨)150環(huán)形連接點(diǎn)(錨)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明優(yōu)于任何現(xiàn)有的浮島型技術(shù)，因?yàn)槠錇橹参锾峁┮环N超級(jí)增強(qiáng)型生活環(huán) 境，提高水質(zhì)，減少藻類群體，減慢富營(yíng)養(yǎng)化過程，為魚和小動(dòng)物提供生活環(huán)境，并設(shè)計(jì)為在 美觀上令人滿意。其與上述專利均存在區(qū)別，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)成改進(jìn)現(xiàn)有的天然植物和動(dòng)物的 生活環(huán)境。安裝本發(fā)明不需要抽水、構(gòu)造水下結(jié)構(gòu)、裝配或修改池塘襯墊、或者干擾現(xiàn)有的 植物群落或動(dòng)物群落。由于其設(shè)計(jì)，本發(fā)明僅產(chǎn)生最小的排水量，這使得池塘或其它水體能 夠保持其承載能力并且不會(huì)對(duì)水體衛(wèi)生造成不利影響。 在天然的浮島中，活體植物的根部支撐在基層上，該基層主要由其它活體根部、死
根、以及由死亡植物和微生物得來的部分分解的有機(jī)物構(gòu)成。該天然基層通過本發(fā)明的島
基體模擬，該島基體的剛性結(jié)構(gòu)和多孔性為設(shè)立生長(zhǎng)的根部提供了理想的環(huán)境。 在天然的浮島中，微生物氣體的生成有助于島的漂浮。在本發(fā)明中，基體纖維(無
紡網(wǎng))為天然存在并導(dǎo)入的微生物提供較大的表面區(qū)域，該微生物將池塘營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為提
供浮力的氣體。 在天然的浮島中，成功適應(yīng)島中生活的植物通常自身提供浮力。例如，五十英尺高 的落葉松能夠在天然浮島中生存，因?yàn)樵跇涓浇膷u的浮力足以支撐樹的重量；而短距離 之外，島的浮力僅足以支撐兩英尺高的羽葉植物的重量。在各種情況下，植物根部和該根部 周圍的生物群落提供足夠的浮力以支撐由植物的水上部分施加的重量。不能支撐其自身重 量的植物通常在天然浮島上比較稀少。在本發(fā)明中，可選擇已知的自生成浮力的植物用在 需要長(zhǎng)期自維持浮力的島上。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，浮島由無紡網(wǎng)狀材料構(gòu)成。該實(shí)施例在圖l-5中示 出。圖1-5中的島形狀在平面圖中示出為橢圓形，但實(shí)際上可采用任何規(guī)則或形式自由的 形狀。在任一無紡網(wǎng)實(shí)施例中，網(wǎng)狀材料可涂覆有由諸如乳膠或聚氨酯的噴涂彈性體構(gòu)成 的"軟接觸涂層"。涂層的目的在于提供少磨損或無磨損的修整，并且可根據(jù)所希望的效果 以變化的厚度施加該涂層。 圖1是本發(fā)明的無紡網(wǎng)實(shí)施例的頂視圖，該實(shí)施例包括頂層1、中間層2和底層3。 圖2是在A-A處剖取的圖l的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第一實(shí)施例。層1、2、3的每一個(gè)都包 括可透水的無紡網(wǎng)狀材料4(例如P0LY-FL0過濾材料)，其具有在網(wǎng)中制造的浮球5。浮球 5可由任意合適的低密度材料構(gòu)成，例如閉孔聚合體泡沫、聚苯乙烯、軟木或中空塑料球。在 頂層1和中間層2中切出孔6，并在各個(gè)孔中安裝罐裝植物單元7。所述層用粘合劑8連 接在一起。粘合劑8可以是任意合適的材料，例如熱熔膠或聚氨酯泡沫密封劑(例如Dow Chemical的GREAT STUFF或FROTH-PAC泡沫密封劑)。該泡沫可以有選擇地由諸如大豆基泡沫(soy-based foam)的有機(jī)材茅斗構(gòu)成，如Journal of American Oil Chemists'Society, Vol. 76，No. 10 (October 1999)所述。泡沫密封劑為結(jié)構(gòu)提供浮力，粘合以及剛性。在安裝 之后，根據(jù)需要可以通過添加附加泡沫來調(diào)節(jié)島的浮力。 圖3是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第二實(shí)施例。該實(shí)施例由 多層無紡聚酯網(wǎng)構(gòu)成，除了第二實(shí)施例的浮力由在組裝所述層期間安裝在實(shí)施例中的浮子 9提供之外，與圖2中所示相似。浮子9可由任意合適的材料制成，例如硬塑料或泡沫塑料 漁網(wǎng)浮子。 圖4是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第三實(shí)施例。該實(shí)施例由 多層無紡聚酯網(wǎng)構(gòu)成，除了第三實(shí)施例的浮力由膨脹的泡沫密封劑10 (例如Dow Chemical 的GREAT STUFF或FR0TH-PAC泡沫密封劑)提供之外，與圖2中所示相似。泡沫密封劑10 作為加壓液體注入并穿過無紡網(wǎng)狀材料4的纖維。除了提供浮力之外，泡沫密封劑10還將 所述層結(jié)合在一起。 圖5是在A-A處剖取的圖1的剖視圖，表示無紡網(wǎng)島的第四實(shí)施例。該實(shí)施例由 多層無紡聚酯網(wǎng)構(gòu)成，除了第四實(shí)施例的浮力由浮塊11提供之外，與圖2中所示相似。浮 塊11插入穿過無紡材料層切割的孔(未示出)中。浮塊11可通過摩擦緊密配合而保持在 孔中，它們可以沿垂直方向(如箭頭所示)手動(dòng)調(diào)節(jié)。該特征對(duì)于調(diào)節(jié)島的浮力以補(bǔ)償生 長(zhǎng)植物的重量變化特別有用。圖3的浮子和圖5的浮塊都可以任選地打孔以提供植物根部 的附加通路。 圖1中，島示出為由三層構(gòu)成。實(shí)際上，本發(fā)明可由單層或任意數(shù)量的多層構(gòu)成。 圖6表示連接無紡網(wǎng)的層的方法。在圖6中，標(biāo)準(zhǔn)的修整銷12被推動(dòng)穿過頂層1、中間層 2和底層3。然后銷12的端部13向上彎曲成所示的U形并能夠在所示的第二位置穿過底 層3。在該構(gòu)造中，修整銷12將多個(gè)層鎖定在一起。市場(chǎng)上可買到的修整銷的一個(gè)示例是 North American Green of Eva固ille， Indiana出售的八英寸的U形釘。
對(duì)于圖1-5所示的實(shí)施例，用于容納植物或漂浮物的孔在制造期間可任選地通過 切割、熔化或者其他方式形成在網(wǎng)狀材料中。在無紡網(wǎng)狀材料中形成孔的優(yōu)選方法在圖7 中示出。在該圖中，通過切下鋼釘14的頭15，由鋼釘14制作開孔工具。然后將釘?shù)南虏?16插入標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)或氣動(dòng)鉆17。下部16的截面為圓形，端部為棱錐或圓錐形。通過將下 部16推動(dòng)穿過無紡網(wǎng)同時(shí)利用鉆17使下部16轉(zhuǎn)動(dòng)，使用由鉆17和下部16構(gòu)成的裝置在 無紡網(wǎng)的層中開孔。可向生成的柱形孔內(nèi)注入粘性泡沫或安裝植物和種子。如果需要，可 通過在一孔中臨時(shí)插入另一鋼釘14而使該孔保持打開，直到裝入粘合劑、植物或種子。
在網(wǎng)中產(chǎn)生開口的該方法優(yōu)于切割孔，因?yàn)樗枰膭诹π〉枚?，更加快速?并且產(chǎn)生在任何安裝的粘合劑、植物或種子周圍收縮的臨時(shí)孔。該方法優(yōu)于熔化孔， 因?yàn)槠洳划a(chǎn)生有害氣體。合適的鋼釘?shù)氖纠秊橹睆绞?/8英寸、長(zhǎng)度是12英寸，可從 McMaster-Carr(部件號(hào)97033A320)買到。通過用常規(guī)制造的心軸18替代下部16，可以開 出直徑較大的孔。該較大的孔對(duì)安裝有根植物是有用的。 圖1-5所述的全部實(shí)施例在生物過濾方面具有相同的優(yōu)點(diǎn)。無紡網(wǎng)狀材料用作生 物過濾介質(zhì)，因?yàn)槠涮峁┯糜诩?xì)菌群落的理想基層，并使水能夠通過介質(zhì)。細(xì)菌形成有益的 生物膜，并在池水通過介質(zhì)時(shí)增強(qiáng)對(duì)硝酸鹽、磷和其它不希望營(yíng)養(yǎng)物的去除。該營(yíng)養(yǎng)物的微 生物去除與在島上生長(zhǎng)的植物吸收營(yíng)養(yǎng)物一起，將營(yíng)養(yǎng)物從池水中顯著除去從而改進(jìn)了整個(gè)池塘的衛(wèi)生。由于微生物利用營(yíng)養(yǎng)物并繁殖，所以一些微生物與島基體分離并分布在整 個(gè)池塘中，在池塘中繼續(xù)除去營(yíng)養(yǎng)物。通過這種分布方法，島用作微生物的"種子源"以在 整個(gè)池塘中提供除去營(yíng)養(yǎng)物的微生物。除去營(yíng)養(yǎng)物的速度取決于流速或浮島受到的水壓載 荷。池水可被泵送并噴射在島上，這將增加池水營(yíng)養(yǎng)物的質(zhì)量去除速度(包括實(shí)際濾出藻 類的可能性)。該島可培植有需氧或厭氧微生物，加上初始的營(yíng)養(yǎng)物，從而增強(qiáng)從池塘吸收 營(yíng)養(yǎng)物的作用?？商砑语L(fēng)能、波能或太陽(yáng)能泵或類似機(jī)構(gòu)以增加水流過過濾介質(zhì)的速度。以 上都將增強(qiáng)島作為漂浮生物過濾器的性能。下面將描述本發(fā)明的利用無紡網(wǎng)狀材料的這些 獨(dú)特能力的附加實(shí)施例。 圖8表示由無紡網(wǎng)狀材料廢料片19、浮球5和外罩20構(gòu)成的浮島?？赏ㄟ^將一束 網(wǎng)片19放置在可加熱的模具(未示出)中而制造外罩20。當(dāng)該模具加熱到無紡網(wǎng)狀材料 的熔點(diǎn)(例如，對(duì)于聚酯大約為400。 F)時(shí)，網(wǎng)狀材料束的外層纖維軟化并熔化，在網(wǎng)狀材 料的未熔化的中央片周圍形成多孔"表皮"。該表皮形成外罩20，其限制網(wǎng)狀材料片19，同 時(shí)允許水、植物莖部和植物根部穿過。在替代方法中，通過施加合適的溶劑(例如，磷酸二 辛酯是用于聚氯乙烯網(wǎng)的溶劑)而使網(wǎng)裝材料束的外纖維軟化并熔化。或者，可同時(shí)施加 熱和溶劑以在網(wǎng)狀材料束上形成外表皮。外罩20還可由諸如尼龍網(wǎng)的單獨(dú)材料構(gòu)成。
圖9表示由相對(duì)緊密裝填的無紡網(wǎng)21的上部和相對(duì)松散裝填的無紡網(wǎng)22的下部 構(gòu)成的浮島。網(wǎng)21和22的裝填密度在這些材料的制造過程期間形成。上網(wǎng)21的裝填密度 選擇為對(duì)植物根部生長(zhǎng)以及對(duì)耐用性最優(yōu)化。下網(wǎng)22的裝填密度選擇為在網(wǎng)纖維之間提 供開口，該開口為小鉺魚23提供保護(hù)以及進(jìn)食生活環(huán)境，同時(shí)防止較大的食肉魚24進(jìn)入。 小鉺魚的一個(gè)示例是黑頭呆魚。食肉魚24的示例包括艫魚和鮭魚。在下網(wǎng)層22中鉺魚消 耗的食物的示例包括植物根部、浮游植物和其它藻類。下網(wǎng)層22提供的生活環(huán)境使得鉺魚 的數(shù)量比在池塘中存活的鉺魚數(shù)量大。該較大的鉺魚數(shù)量通過使食物鏈的復(fù)雜性增加并利 用營(yíng)養(yǎng)物用于魚類生長(zhǎng)(否則該營(yíng)養(yǎng)物將被藻類利用)而提高了水的透明度。
圖9表示本發(fā)明的浮島能夠構(gòu)造成為魚類提供食物和藏身處的一種方式。即使是 不包括圖9所示的較松網(wǎng)的實(shí)施例也已經(jīng)證實(shí)對(duì)魚類數(shù)量有益。具體地，已經(jīng)觀察到在包 括本發(fā)明的浮島的池塘中生存的魚實(shí)際上比不在該池塘中生存的魚長(zhǎng)得更大。該現(xiàn)象的原 因在于，本發(fā)明的浮島以植物根部的形式為魚類提供了食物。 圖IO是使用無紡網(wǎng)作為小魚的保護(hù)屏障的浮島的替代實(shí)施例的示意圖。圖10所 示的島由相對(duì)緊密裝填的無紡網(wǎng)頂層21、相對(duì)薄的松散裝填的無紡網(wǎng)底層22、以及分隔開 層21和22的浮動(dòng)隔離物25構(gòu)成。下層22中的網(wǎng)的裝填密度選擇為使小魚23能夠通過 層22游動(dòng)進(jìn)入位于層21與22之間的水窩26中。水窩26為小魚23提供安全的休息和進(jìn) 食的生活環(huán)境。對(duì)于該實(shí)施例，可使下層22的厚度最小化，因?yàn)閷?2用作對(duì)大食肉魚的屏 障而不是小魚的生活環(huán)境。 圖11是表示能夠與上述浮島的無紡網(wǎng)實(shí)施例相關(guān)使用的任選的浸泡特征。圖11 是在部分浸沒或"浸泡"位置處所示的島的剖視圖。浸泡特征由柔性線27、滑輪28和錨塊 29構(gòu)成。該特征的目的在于當(dāng)島上植物的根部不能延伸到池水線時(shí)(例如，當(dāng)植物未成熟 時(shí))，為這些根部提供水分。該特征使人能夠從岸邊將根部潤(rùn)濕而不必使用灑水裝置。為了 潤(rùn)濕根部，岸上的人拉緊柔性線27，將其沿箭頭所示的方向通過滑輪28拉動(dòng)，并使島30部 分浸沒。該動(dòng)作使水能夠進(jìn)入島主體的多孔網(wǎng)。在放開柔性線27時(shí)，島的浮力使其回到其正常漂浮位置。
圖12是島的剖視圖，該島具有任選的"毛細(xì)作用"特征以向生長(zhǎng)在島中自然水線
上方的植物供水。毛細(xì)作用供水特征由毛細(xì)管31和吸收體頂蓋32構(gòu)成。池水通過各個(gè)
毛細(xì)管31抽上(如方向箭頭所示)并釋放至吸收體頂蓋32，在該處水被分配給生長(zhǎng)在水
線上方的植物33。水在管中的最大垂直升量是管直徑和水的物理特性的函數(shù)。在Fluid
Mechanics (見參考文獻(xiàn))中提出了一個(gè)對(duì)于給定的水高度上升可用于確定所需管直徑的
一個(gè)方程，如方程2. 12 : h = (2 o cos 9 / y r) 其中h二毛細(xì)上升(長(zhǎng)度) o =表面張力(每單位長(zhǎng)度的力) e =潤(rùn)濕角度 y =水的比重 r =管的半徑 毛細(xì)管31能夠由任意合適的材料制造，例如，柔性PVC管、半剛性聚乙烯管、或剛
性聚丙烯管。 圖13是具有任選的"芯吸作用"特征的島的剖視圖。除了用芯吸單元34代替毛 細(xì)管31之外，該實(shí)施例類似于圖12的毛細(xì)作用供水特征。芯吸單元34由織物或?qū)τ谒?有顯著芯吸效果的類似材料構(gòu)成。在本實(shí)施例中，水通過芯吸單元34吸上，并釋放至吸收 體頂蓋32，在該處水被分配給植物33。 對(duì)于一定的應(yīng)用，芯吸單元34可能比毛細(xì)管31更優(yōu)，因?yàn)樗鼈兡艿玫捷^高的最大 水升量并且不易于產(chǎn)生生物垢。在AUTEX Researchjournal (見參考文獻(xiàn))中提供了一個(gè) 用于確定由于植物芯吸引起的理論最大升量的方程，如下所示
ct^ * cos 0 * 2 * 〃 一 「2 /100 * * O / iV")"2 "I * (2 *—。 + p)
// max =--=^-
& * (1 一 //) * g * ;0 其中Hmax =平衡吸入高度 N =束中纖維數(shù)量 &=纖維半徑 P = %來自束表面的液體 Q = %來自束表面的未濕潤(rùn)纖維 ii =±真充量 p =液體密度 o lg =液體-空氣的界面張力 e =接觸角 對(duì)于圖12和13所示的實(shí)施例，吸收體頂蓋32可任選地種有種子，或涂覆有種子、 粘合劑和營(yíng)養(yǎng)物的混合物。在任一情況下，水將通過圖12所示的毛細(xì)作用或圖13所示的 芯吸作用輸送至種子?；旌衔锟赏ㄟ^諸如"水力播種"的任意合適的方法施加，其中種子、 紙冪(paper mulch)和液體粘合劑的混合物在壓力下噴灑到島的表面上，之后該混合物干 燥并附在島材料的纖維上。在優(yōu)選實(shí)施例中，圖12的毛細(xì)作用和圖13的芯吸作用與本發(fā) 明的無紡網(wǎng)實(shí)施例之一結(jié)合使用，但這些創(chuàng)新可以與包括活體植物的任何浮島實(shí)施例一起使用。 圖14和15表示其中浮島包括鐘形漂浮單元的本發(fā)明另一實(shí)施例。圖14是具有 任選的漂浮"鐘形物"的浮島35的第一剖視圖。鐘形漂浮單元由空氣壓縮機(jī)36、管37、螺線 管閥38、控制線39、一個(gè)或多個(gè)鐘形物40、以及一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部空間41構(gòu)成。還示出了池 水位42。在圖中，在低浮力位置示出了鐘形漂浮單元。雖然該圖表示具有兩個(gè)鐘形物的系 統(tǒng)，但可以利用任意數(shù)量的鐘形物。圖15是在高浮力位置的具有任選的漂浮"鐘形物"的 浮島35的第二剖視圖。 參照?qǐng)D14，經(jīng)由控制線39發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)使螺線管閥38打開，從而使內(nèi)部空間 41內(nèi)的壓縮空氣能夠排向大氣。當(dāng)內(nèi)部空間41內(nèi)的氣壓等于大氣壓時(shí)，內(nèi)部空間41內(nèi)的 水位將與池水位42平衡。在螺線管閥38出口處的箭頭表示從內(nèi)部空間41逸向大氣的加 壓空氣。在平衡時(shí)，漂浮鐘形物為島提供最小的浮力，島下沉至相對(duì)較深的水位。
為了使島上升至較淺的吃水，經(jīng)由控制線39發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)使螺線管閥38關(guān) 閉。同時(shí)，壓縮機(jī)36打開，使空氣經(jīng)過管37流入內(nèi)部空間41。該空氣將提升內(nèi)部空間41 內(nèi)的氣壓，從而迫使一部分水流出鐘形物40的底部(即，排出內(nèi)部空間41中的水)。當(dāng)內(nèi) 部空間41內(nèi)的水被空氣排出時(shí)，鐘形單元的浮力增加，從而使浮島的浮力凈增加，使得島 35部分升出水面。當(dāng)在內(nèi)部空間41內(nèi)獲得期望的空氣體積時(shí)，通過關(guān)閉壓縮機(jī)可將水位設(shè) 置在最小值和最大值之間的任意期望水位。 鐘形物40可由可透空氣、堅(jiān)固、輕質(zhì)且耐久的任意合適材料制造。合適的材料包 括但不限于諸如聚乙烯的熱塑性塑料、諸如聚苯乙烯泡沫的泡沫熱塑性塑料，以及諸如由 Fraunhofer USA生產(chǎn)的FOAMINAL的閉孔泡沫金屬。在本申請(qǐng)中許可使用的另一材料為泡 沫非晶體金屬，當(dāng)前由LiquidMetal公司和其它公司測(cè)試。 內(nèi)部空間41可任選地充入可透過空氣和水的高孔隙度的材料。該高孔隙度材料 可以由任意合適的材料構(gòu)成，該材料包括但不限于聚酯網(wǎng)(例如Americo的POLY-FLO)，開 孔泡沫金屬(例如ERG Materials andAerospace的DUOCEL泡沫鋁)，或者開孔泡沫非晶體 金屬。在內(nèi)部空間41充有多孔材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，其為生長(zhǎng)有益的微生物提供了額外的 表面區(qū)域。另一優(yōu)點(diǎn)在于其為鐘形單元提供了額外的強(qiáng)度和剛性。 鐘形漂浮單元為調(diào)節(jié)浮島整體浮力提供了一種方法，從而使人能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)島的 吃水。該方法可與任何浮島實(shí)施例一起使用。該特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，其通過使島臨時(shí)下 降到近于浸沒的位置然后使其回復(fù)正常位置，為位于正常水線上方的植物和種子提供了周 期性供水。另一優(yōu)點(diǎn)在于，其增加了浮島的浮力，從而補(bǔ)償由生長(zhǎng)植物產(chǎn)生的負(fù)浮力。
圖16表示預(yù)制的播種產(chǎn)品，其提供了對(duì)浮島播種的迅速和容易的方法。種子毯43 是墊形，相對(duì)較薄且柔軟，并可滾巻用以儲(chǔ)藏和載運(yùn)。通過將種子毯43展開在浮島頂部上 并用修整銷(未示出)或其它合適的緊固見將其緊固在適當(dāng)位置而布置種子毯43。種子 毯43由三層構(gòu)成，包括下種子封閉層44、中間復(fù)合種子層45和上種子封閉層46。復(fù)合種 子層45由所選的水生植物種子47和任選的結(jié)合劑48構(gòu)成。結(jié)合劑48可包括粘合劑和/ 或加濕劑。 下封閉層44的目的在于防止種子通過島的網(wǎng)狀主體下落。下封閉層44可以包括 任意合適的材料，該材料在使植物根部能夠穿過的同時(shí)保持種子。用于下封閉層的合適材 料的示例包括細(xì)孔的無紡聚酯網(wǎng)(例如聚酯空氣過濾材料)、粗糙的織布(例如粗棉布)、以及熱塑性塑料彈性體("TPE")。 上封閉層46的目的在于防止在種子發(fā)芽并扎根之前由于空氣或水流作用而損 失。上封閉層46的厚度和密度一定不能大到阻止發(fā)芽植物穿透上封閉層46而暴露于陽(yáng)光 的程度。用于上封閉層46的合適材料的示例包括細(xì)孔的無紡聚酯網(wǎng)(例如聚酯空氣過濾 材料)、粗糙的織布(例如粗棉布)、以及TPE。在一些情況下，上封閉層46使用相對(duì)薄而透 明的材料、下封閉層44使用較厚、較密的材料可能是有利的。在其它情況下，可以優(yōu)選上封 閉層44和下封閉層46由相同或相似的材料構(gòu)成。 除了上述實(shí)施例之外，本發(fā)明包含設(shè)計(jì)為支撐一人或多人重量的較大的浮島方 案。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過在島的表面來回走動(dòng)而給在浮島上生長(zhǎng)的植物澆水，從而 暫時(shí)使島表面的局部區(qū)域降低至水位以下。 圖17是較大浮島的第一替代實(shí)施例的剖視圖。在該實(shí)施例中，浮島由無紡網(wǎng)狀材 料4、浮球5、補(bǔ)充漂浮單元49和墊腳石50構(gòu)成。浮球5設(shè)計(jì)成支撐植物和水線之上部分 的無紡網(wǎng)狀材料4的重量。補(bǔ)充漂浮單元49均設(shè)計(jì)成支撐一個(gè)人的重量，它們可由適于浮 動(dòng)并耐久的任意材料構(gòu)成。用于漂浮單元的合適材料的示例包括聚氨酯泡沫密封劑和閉孔 聚合體泡沫。墊腳石50提供防滑的步行表面并指示行走的容許區(qū)域，它們可由適于耐久并 防滑的任何材料構(gòu)成。用于墊腳石的合適材料的示例包括戶外地毯和由模制玻璃纖維制成 的合成石。根據(jù)補(bǔ)充漂浮單元提供的浮力程度，可需要或不需要浮球。
圖18是較大浮島的第二替代實(shí)施例的剖視圖。圖18所示的浮島的設(shè)計(jì)包括圖17 所示的島的特征，添加了額外的載荷分布件51。當(dāng)人踏上特定的墊腳石50時(shí)，載荷分布件 51將人的重量分布給幾個(gè)補(bǔ)充漂浮單元49，從而減小了墊腳石向下運(yùn)動(dòng)的距離。該向下位 移的減小比圖17所示的設(shè)計(jì)提供了更加穩(wěn)定的步行表面。載荷分布件可由任意合適的耐 久、輕質(zhì)和剛性材料制造。用于載荷分布件的合適材料的示例包括PVC管和槽鋁?？赡芴?別適用于該應(yīng)用的兩個(gè)附加材料是金屬泡沫和非晶體金屬泡沫(當(dāng)前處于開發(fā)階段)。與 熱塑性塑料相比，這兩個(gè)材料展現(xiàn)了特別高的強(qiáng)度重量比和長(zhǎng)期的耐久性。
為了提供由于島支撐的點(diǎn)負(fù)載(例如人)而所需的島表面的負(fù)載分布(從而防止 局部下陷)，負(fù)載分布件必須具有足夠剛度。管的剛度是管直徑、管壁厚度和管材料的彎曲 模量的函數(shù)。根據(jù)島和設(shè)計(jì)負(fù)載的大小，有效的管直徑可在從大約1英寸到大約18英寸的 范圍內(nèi)；有效的壁厚度可在從大約1/16英寸到大約l英寸的范圍內(nèi)；有效的彎曲模量可在 從約5， 000磅每平方英尺(psi)到500，000psi的范圍內(nèi)，如ASTM標(biāo)準(zhǔn)D747-02所測(cè)定的。 這些相同的原則可應(yīng)用于構(gòu)成負(fù)載分布件的軟管或任意其它材料。 圖17和18所示的島可靠近水邊現(xiàn)場(chǎng)組裝。在使用這種現(xiàn)場(chǎng)組裝方法時(shí)，可以借 助卡車或其它機(jī)械設(shè)備將島推入或拉入水中而布置該島。為了防止在安裝期間損壞島的結(jié) 構(gòu)，島與卡車或其它機(jī)械設(shè)備接觸的邊緣可用承重和/或負(fù)載分布保護(hù)罩(未示出)加強(qiáng)。 該罩可由半剛性的熱塑性塑料，諸如聚丙烯或PVC片構(gòu)成。 圖19表示人造墊腳石52和人造樹枝53的頂視圖。這些物品可由任何浮動(dòng)、剛 硬和耐久的材料，諸如CAST ALL制造，CAST ALL是可從Ranch Cordova, California中的 Westco Su卯ly買到的二元可膨脹聚合體泡沫。 圖20表示使用圖19所示的人造墊腳石52和人造樹枝53的三個(gè)替代方法。在左 邊示例中，墊腳石漂浮組件54由下墊腳石55、上墊腳石56和將墊腳石55、56牢固連接到島主體58的連接線纜單元57構(gòu)成。島主體58可由前述的任意類型的島構(gòu)成。連接線纜單 元57可由塑料繩或不銹金屬線纜構(gòu)成。當(dāng)島主體58正常漂浮時(shí)，下墊腳石55浸沒，因此 為島結(jié)構(gòu)提供浮力。當(dāng)島結(jié)構(gòu)反常地浸沒時(shí)(例如，當(dāng)人踏在島上時(shí))，上墊腳石56也部分 或完全浸沒，從而為結(jié)構(gòu)提供附加的浮力。 在中間的示例中，墊腳石/垂直浮動(dòng)件漂浮組件59由人造墊腳石52和垂直安裝 的浮動(dòng)件60構(gòu)成。浮動(dòng)件60可由充氣或充入閉孔泡沫的塑料管或其它類似材料構(gòu)成。浮 動(dòng)件60可通過粘合劑(未示出)、線纜系帶(未示出)或其它傳統(tǒng)裝置連接到島主體58。
在右邊的示例中，漂浮的樹枝組件61由下人造樹枝62、上人造樹枝63和連接線 纜組件57構(gòu)成。下樹枝62通常浸沒，從而為島結(jié)構(gòu)提供浮力。當(dāng)上樹枝63也部分或完全 浸沒時(shí)為結(jié)構(gòu)提供附加的浮力。應(yīng)注意，可用諸如閉孔泡沫塊或閉孔泡沫圓柱(未示出) 的傳統(tǒng)的浮動(dòng)建筑材料替代浮動(dòng)部件(墊腳石52、55、56和樹枝53、62、63)。然而，墊腳石 52、55、56和樹枝53、62、63的自然形狀為結(jié)構(gòu)提供了美感。 圖21是可結(jié)合任意浮島結(jié)構(gòu)使用以提供可調(diào)節(jié)的浮力的框架的立體圖。在優(yōu)選 實(shí)施例中，其與無紡網(wǎng)島一起使用。圖21表示浮力可變的剛性框架64的水平和垂直部件。 水平件65由中空塑料管或其它類似材料構(gòu)成。這些水平件65可安裝在島的網(wǎng)狀基體(未 示出)下方或基體中。結(jié)構(gòu)的整體浮力設(shè)計(jì)成使得水平件設(shè)置在水線下方。任選地，可通過 將水、空氣或兩者的結(jié)合充入部件的內(nèi)部空間而調(diào)節(jié)水平件65的浮力。在一個(gè)實(shí)施例中， 當(dāng)空氣控制閥67向大氣打開時(shí)，水經(jīng)由水管66進(jìn)入水平件65?？赏ㄟ^將壓縮空氣吹入空 氣管68而將水從水平件65排出，從而通過水管66將水強(qiáng)制排出。在水排出后，空氣控制 閥67關(guān)閉，從而防止水重新進(jìn)入結(jié)構(gòu)?；蛘?，水平件可充入泡沫以增加浮力。還可通過添 加附加的水平件來增加島的浮力。 在替代實(shí)施例中，如圖22所示，水平件由打孔的管部分69和內(nèi)部的充氣袋70構(gòu) 成。在該圖中，已經(jīng)除去管部分69的中央部分以示出充氣袋70。充氣袋70以放氣狀態(tài)示 出，這使得水能夠通過孔71進(jìn)入打孔管。在充氣袋70放氣時(shí)，水平件處于低浮力位置。為 了增加水平件的浮力，打開空氣控制閥67，并通過空氣管68迫使壓縮空氣進(jìn)入充氣袋70。 在充氣袋70膨脹時(shí)，水通過孔71被強(qiáng)制排出管，從而使浮力增加。在充氣袋70充入足夠的 空氣以提供期望程度的浮力時(shí)，關(guān)閉空氣控制閥67。該實(shí)施例可提供一種比僅僅在管中充 入空氣更加可靠的改變水平件浮力的方法，因?yàn)榧词构茈S著時(shí)間流逝而出現(xiàn)裂縫或泄漏， 充氣袋70也將保持浮力。管69用作充氣袋70的保護(hù)罩，防止其受到漂浮碎片以及動(dòng)物的 剌穿和磨損。 再次參照?qǐng)D21，通過由中空塑料管或類似材料構(gòu)成的下垂直件72和上垂直件73 向剛性框架64提供附加的可調(diào)節(jié)浮力。在優(yōu)選實(shí)施例中，垂直件72、73用螺紋或其它適當(dāng) 的非永久連接方式接合?；蛘撸怪奔捎谰媒雍?。垂直件72、73的內(nèi)部可騰空或者任選 地充入諸如膨脹泡沫密封劑(例如，Dow Chemical的FROTH-PAC)的浮力材料。下垂直件 72的下端用防水蓋74密封。通過使垂直件72、73在環(huán)75內(nèi)向上或向下滑動(dòng)而調(diào)節(jié)框架 64的浮力，如箭頭所示。如果期望浮力相對(duì)較小，則可將下垂直件提升到最大高度并用通 過鎖定銷孔77定位的鎖定銷76鎖定在適當(dāng)位置。如果需要，可將上垂直件73與下垂直件 72分離。 為了增加結(jié)構(gòu)的浮力，移去鎖定銷76并向下推動(dòng)垂直件72、73，使其在水中更深。然后通過鎖定銷76將垂直件鎖定在新位置。如果需要，可將附加的垂直件(未示出)連接 到上垂直件73的頂部，甚至可將垂直件定位在更深的水中。使用鎖定帶78使框架64保持 連接到島的網(wǎng)狀基體(未示出)上。 除了向浮島提供浮力之外，框架64提供剛性的載荷分布下層結(jié)構(gòu)，其有助于支撐 在島上步行的人的重量?？蚣?4的設(shè)計(jì)使浮力能夠沿著島的表面均勻分布，從而消除將由 位于島主體內(nèi)的未連接浮球產(chǎn)生的"高點(diǎn)"和"低點(diǎn)"?？赏ㄟ^向框架的水平件65添加任選 的輪79和/或滑板80而有利于在構(gòu)造后將浮島結(jié)構(gòu)從岸邊下水。輪和/或滑板優(yōu)選是浮 動(dòng)的。如果水平件的剛性足夠，則它們能用作滑板，從而有利于島下水而不損壞基體并且不 需要添加單獨(dú)的滑板。 圖23表示用于浮島的可調(diào)節(jié)浮動(dòng)框架的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，框架由預(yù)制 的漂浮管81和預(yù)制的橫向件82構(gòu)成。各個(gè)漂浮管81由保護(hù)管83、充氣管70、空氣管68和 空氣控制閥67構(gòu)成。各個(gè)預(yù)制橫向件82由板條84、多個(gè)管定位裝置85和多個(gè)島主體連接 桿86構(gòu)成。漂浮管81的目的在于為島結(jié)構(gòu)提供浮力并為島表面提供剛性。橫向件82的 目的在于使漂浮管保持適當(dāng)間距，為島表面提供附加的剛性，以及提供用于將框架連接到 島主體的裝置。保護(hù)管83的目的在于防止損壞充氣管70。充氣管70、空氣管67和空氣控 制閥68的目的在于提供一種用于獨(dú)立改變各個(gè)漂浮管81的浮力，從而提供沿著島表面可 調(diào)節(jié)的浮力的裝置，該可調(diào)節(jié)的浮力可用于補(bǔ)償在島上放置(或生長(zhǎng))的變化和非均勻的 載荷。通過增加充氣管70中的充氣程度來增加各個(gè)漂浮管81中的浮力，所述充氣管從漂 浮管81的內(nèi)部排水。通過降低充氣管70中的充氣程度減小浮力，從而使水能夠進(jìn)入漂浮 管81。 在優(yōu)選實(shí)施例中，橫向件82被制造成幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，例如五英尺、十英尺和十五 英尺。板條84可由任何相對(duì)堅(jiān)硬并耐腐蝕的材料構(gòu)成，例如電鍍槽鋼、鋁管或硬質(zhì)塑料管。 管定位裝置85通過傳統(tǒng)裝置成對(duì)連接到板條84，其中定位裝置85位于管83的每一側(cè)上。 島主體連接桿通過在島主體(未示出)中切割的孔伸出。使用螺母和墊圈(未示出)將島 主體固定在連接桿86上。漂浮管81可制造成幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，例如五英尺、十英尺和十五英 尺。它們由結(jié)合圖22所介紹的材料構(gòu)成。 圖23所示的框架能夠通過使用適當(dāng)種類的預(yù)制漂浮管81和橫向件82而迅速組 裝以配合任何自由形式的島形狀。橫向件82能交替地位于漂浮管81上方。該構(gòu)造為島主 體提供了平整的基部。雖然在圖中示出的管定位裝置85由支架型夾具構(gòu)成，但可使用任何 傳統(tǒng)的定位夾具。雖然示出的橫向件的截面為矩形，但也可以使用其它的截面形狀，例如角 形、槽形或管狀。 圖24和25表示用于為島添加浮力的兩種不同方法，該島的整體浮力由于植物生 長(zhǎng)或其它狀況而隨著時(shí)間減小。如果需要，可以在不將島從水中移出的情況下采用這些方 法。 圖24表示具有單個(gè)連接點(diǎn)漂浮單元87的島的剖視圖。左邊和中央的漂浮單元87 利用棘釘88用于連接。連接棘釘88可由諸如鋁的耐腐蝕金屬，或諸如PVC的硬質(zhì)塑料制 成。浮子89可以是市場(chǎng)上能買到的漁網(wǎng)浮子或由任意合適的浮動(dòng)和持久的材料制成的類 似物體。釘88位于浮子89內(nèi)的孔中。圖中示出在連接到島主體58之前的左邊的漂浮單 元87。箭頭表示將漂浮單元87推入島主體58底部所需的運(yùn)動(dòng)方向。釘88頭部上的鉤使得漂浮單元87能夠被推入島主體58的網(wǎng)狀材料，從而防止漂浮單元87滑出。示出的中央 漂浮單元87處于在鉤已經(jīng)插入島主體58后的連接位置。示出的右邊的漂浮單元87通過 保持銷91連接到人造巖石或其它浮動(dòng)特征90。 圖25中，雙環(huán)浮子92通過傳統(tǒng)的搭鎖連接器93連接到修整銷12。修整銷12可 在初始構(gòu)造期間安裝在島主體58中，或者它們可以在構(gòu)造島之后安裝。
圖26表示用于在本發(fā)明的浮島上安裝設(shè)備或附件的接收器的使用。圖26中，示 出的完全穿透的接收器單元94安裝在島主體58的左部中。完全穿透的接收器單元94由 一定長(zhǎng)度的管95、下凸緣96和上凸緣97構(gòu)成。管95可通過螺紋端部的連接器或膠合接頭 而接合到凸緣97、98。管95通過在島主體58中切割、鉆孔或者以其它方式制造的孔(未示 出)安裝。在島主體58的右側(cè)上示出部分穿透的接收器單元98，其由上凸緣97和不會(huì)穿 過島主體58的下邊緣的一定長(zhǎng)度的管95構(gòu)成。接收器單元94、98的主要目的在于提供一 種用于設(shè)備或附件的安裝位置，該設(shè)備或附件例如是太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)或?qū)τ谔?定島配置的期望的裝飾物(未示出)。可在島上安裝多個(gè)接收器單元94、98。接收器單元 94、98的第二目的在于提供一種將島主體內(nèi)的多層材料鎖定在一起的裝置。
圖27表示使用本發(fā)明的浮島來支持濱線的方法。該圖中，保護(hù)性漂浮結(jié)構(gòu)99由 無紡網(wǎng)狀基體4、浮球5和任選的植物33構(gòu)成?？墒褂脗鹘y(tǒng)的錨或系繩(未示出)來保持 結(jié)構(gòu)99相對(duì)于濱線100的位置。結(jié)構(gòu)99可通過用作對(duì)波浪101的能量吸收阻尼器而用于 防止對(duì)濱線100的腐蝕。結(jié)構(gòu)99還可用作保護(hù)性屏障以保護(hù)漂浮的物體(例如船或原木， 未示出)撞擊濱線100。無論需要何種水平的對(duì)濱或岸的腐蝕防護(hù)，都可以調(diào)節(jié)浮島的深度 來適應(yīng)。 對(duì)于任意上述實(shí)施例，可以環(huán)繞主中央浮島的周邊連接附加的薄而輕質(zhì)的島模 塊，從而提供附加的陰影和植物生長(zhǎng)區(qū)，從而增加對(duì)島有益的水質(zhì)。這些附加的島模塊能夠 由注有浮動(dòng)材料的單層無紡網(wǎng)狀材料或類似的合適材料制成。在中央浮島能支撐較大的植 物的同時(shí)，這些"衛(wèi)星"模塊島能支撐諸如草和蘆葦?shù)陌≈参?。另外，如果需要，本發(fā)明的 任意實(shí)施例可與人造植被結(jié)合以增加裝飾效果。 圖28表示一組相同的大規(guī)模生產(chǎn)的浮島(由無紡網(wǎng)狀材料制成)，這些浮島相連 接而形成單個(gè)大島。圖28是用四個(gè)連接器103連接而形成模塊島結(jié)構(gòu)104的四個(gè)相同的大 規(guī)模生產(chǎn)的島102的頂視圖。連接器103由無紡基體材料構(gòu)成。連接器103可任選地用結(jié) 合生長(zhǎng)培養(yǎng)基(下述)或其它材料處理以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。連接器103的植物支持能力有助 于結(jié)構(gòu)的視覺效果和生物多樣性，同時(shí)大規(guī)模生產(chǎn)的島102提供了節(jié)省成本的制造技術(shù)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，多重同心切割以降低的構(gòu)造成本提供了大量的島。圖 29表示第一島105，從該第一島除去中央部分，生成第二島106和第一島105內(nèi)的中央開口 107。同樣除去第二島106的中央部分，生成第三島108和第二島106內(nèi)的中央開口 109。
圖29所示的多重同心切割設(shè)計(jì)顯著減少了構(gòu)造島所需的材料，從而顯著節(jié)省了 制造成本。盡管圖29總共示出了三個(gè)島，但該數(shù)目將根據(jù)第一島105的大小和最后一個(gè)島 的目標(biāo)大小而變化。 圖30表示通過使用多重同心切割方法生成的骨架島110的立體圖。骨架島110 由骨架111、底板112、一個(gè)或多個(gè)任選隔板113、以及浮動(dòng)突入部114構(gòu)成。骨架、底板和隔 板優(yōu)選均由無紡網(wǎng)狀材料構(gòu)成。
圖31表示在圖30的線B-B處剖取的骨架島110的剖視圖。如圖31所示，骨架島110由骨架111、底板112、任選隔板113、浮動(dòng)突入部114、土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115、基于土壤的植物116和基于基體的植物117構(gòu)成。基于基體的植物是在島的由無紡網(wǎng)狀材料構(gòu)成的部分上生長(zhǎng)的植物?；诨w的植物可從安裝在基體中的種子或有根植物開始。種子可撒在基體頂部上并且可任選地通過任意合適的粘合劑結(jié)合到基體纖維。有根植物安裝在基體內(nèi)的預(yù)切割孔中。 土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115由諸如泥炭的天然有機(jī)物118構(gòu)成，以及由諸如無紡聚酯廢料塊的合成有機(jī)物119構(gòu)成。結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基(未示出，以下將更充分描述)可注入骨架111、底板112和/或隔板113。結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基為種子發(fā)芽和植物生長(zhǎng)提供了持久的環(huán)境。
通過調(diào)節(jié)土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115和骨架111的營(yíng)養(yǎng)物濃度和空隙間隔，可控制基于土壤的植物116和基于基體的植物117的相對(duì)生長(zhǎng)速度。例如，通過將土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115中的營(yíng)養(yǎng)物水平設(shè)為高于骨架111中的營(yíng)養(yǎng)物水平，基于基體的植物117的根部將生長(zhǎng)得更快，而基于土壤的植物的頂部將生長(zhǎng)的更快。同樣，可通過調(diào)節(jié)土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115和骨架111的空隙間隔百分比，操縱植物生長(zhǎng)速度。例如，向天然有機(jī)物118添加更多的合成有機(jī)物119將增加土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115內(nèi)的空隙間隔體積，從而增加土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115內(nèi)的微生物和大型植物的生長(zhǎng)速度。 對(duì)于上述骨架實(shí)施例，可操縱島的不同區(qū)域上的植物根部的生長(zhǎng)速度從而提高島對(duì)于魚和野生動(dòng)植物的生活環(huán)境的價(jià)值。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過環(huán)繞周邊使用不添加營(yíng)養(yǎng)物的結(jié)合劑，將周邊區(qū)域(骨架)中的營(yíng)養(yǎng)物水平設(shè)在相對(duì)較低的水平，而通過在土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基混合物中放置營(yíng)養(yǎng)物添加劑，將中央土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基區(qū)域中的營(yíng)養(yǎng)物水平設(shè)在相對(duì)較高的水平。在本實(shí)施例中，周邊區(qū)域中的植物根部將通過基體迅速生長(zhǎng)到池水中尋找養(yǎng)分，從而形成水下的根部外圍"簾"。相反，在中央富含營(yíng)養(yǎng)物的土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基區(qū)域中的植物根部能夠從相對(duì)較小的根部質(zhì)量獲得足夠的養(yǎng)分，因此這些根部將緩慢穿過基體進(jìn)入下方的水中。通過該方法，在島下方將形成具有相對(duì)長(zhǎng)而密的外環(huán)和相對(duì)短而稀的根部中央?yún)^(qū)域的水下根部區(qū)域。該實(shí)施例對(duì)于在內(nèi)部區(qū)域中尋找安全地帶和食物的小魚來說具有吸引力，因?yàn)檩^大的食肉魚將被外環(huán)排除在外。 本發(fā)明的骨架島實(shí)施例能夠在其整個(gè)表面區(qū)域上支持植物生長(zhǎng)，而傳統(tǒng)的"漂浮培植皿"環(huán)繞其周邊具有不能支持植物生長(zhǎng)的不可滲透的漂浮環(huán)。本發(fā)明的骨架島實(shí)施例在整個(gè)表面上支持植物生長(zhǎng)的能力為水質(zhì)應(yīng)用提供了顯著優(yōu)點(diǎn)，并且提供了比傳統(tǒng)漂浮培植皿更加自然、視覺上更吸引人的外觀。 來自骨架111和底板112的切割和成形的無紡網(wǎng)狀廢料可提供合成有機(jī)物119的低成本來源。添加合成有機(jī)物119還將降低土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115的飽和重量，從而減小使骨架島110漂浮所需的浮動(dòng)突入部114的體積。 圖32表示用于在骨架島中安裝植物和土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基的兩個(gè)替代實(shí)施例。圖32是具有由隔板113分開的兩個(gè)生長(zhǎng)室120和121、以及在安裝前預(yù)制的培植皿單元122的骨架島110的側(cè)剖視圖。通過在生長(zhǎng)室120中手工放入土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115、植物116和種子(未示出)而填充第一生長(zhǎng)室120。通過在室中如箭頭所示放入預(yù)制培植皿單元122而填充第二生長(zhǎng)室121。預(yù)制培植皿單元122可與骨架島分開地生長(zhǎng)和載運(yùn)并安裝在布置地點(diǎn)。預(yù)制培植皿單元122可具有一定的優(yōu)點(diǎn)，包括能夠在安裝之前專業(yè)地培養(yǎng)植物，容易安裝和替換，以及節(jié)省成本。 預(yù)制培植皿單元122由殼123、土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115、任選的植物116和任選的種子(未示出)構(gòu)成。殼123由諸如椰纖維或無紡聚酯基體的可透水并且可被植物根部穿過的材料構(gòu)成。 土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115可包括pH緩沖劑和調(diào)節(jié)劑以對(duì)于指定條件使植物生長(zhǎng)最優(yōu)化。例如，當(dāng)具有喜歡中性或堿性pH水的植物的島布置在酸性池水中時(shí)，土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基可包括碳酸鈣或其它增加植物根部周圍的水的PH的類似物質(zhì)，從而在這些根部的早期生長(zhǎng)階段賦予它們優(yōu)化的生長(zhǎng)環(huán)境。同樣，當(dāng)具有喜歡中性或酸性pH的植物的島布置在堿性水中時(shí)，可向土壤生長(zhǎng)培養(yǎng)基115添加降低水pH的物質(zhì)。泥炭是能夠提供酸性pH環(huán)境的材料示例。 本發(fā)明還包含對(duì)于在水生環(huán)境中使植物發(fā)芽和發(fā)育最優(yōu)化的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基。本發(fā)明的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基具體設(shè)計(jì)為用作浮島的成分，雖然其也可以用在其它應(yīng)用中。如以下更充分的描述，結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基包含許多任選特征，以使其對(duì)于各種情況和用于各種植物種類進(jìn)行最優(yōu)化。以下將描述結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基，該結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基與包括連續(xù)基體頂面的島一起使用，但該結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基也同樣可與骨架島實(shí)施例一起應(yīng)用。
圖33是具有結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的浮島124在植物生長(zhǎng)之前的頂視圖。圖34是在圖33的剖面C-C處剖取的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的第一實(shí)施例的剖視圖，其中結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125連接到浮島124的外表面上。圖34中所示的島124由結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125、多孔基體126、浮動(dòng)包體127和任選的毛細(xì)通道128構(gòu)成。多孔基體126可由任意能被植物根部穿過的輕質(zhì)、多孔的材料構(gòu)成。合適材料的一個(gè)示例是由Americo制造的P0LY-FL0過濾網(wǎng)。浮動(dòng)包體127可由任意無毒的浮動(dòng)材料，諸如閉孔泡沫或聚氨酯噴射泡沫構(gòu)成。毛細(xì)通道128是在基體126內(nèi)切割的垂直孔，并充有任意合適的芯吸材料。毛細(xì)通道128的目的在于通過島基體126輸水并將水供應(yīng)給島頂部和邊緣上的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125。在第一實(shí)施例中，毛細(xì)通道128中的芯吸材料由泥炭、聚酯氈或任意合適的天然或合成材料構(gòu)成。在第二實(shí)施例中，毛細(xì)通道128充有結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基。 如圖35示意性示出，結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125由泥炭纖維(或類似材料)129、結(jié)合劑130、任選的嵌入種子131、任選的頂層種子132、任選的營(yíng)養(yǎng)顆粒133和任選的浮球134構(gòu)成。其它任選的材料(未示出)包括碎紙、碎木和輕質(zhì)的合成材料。包括真菌和細(xì)菌的有益微生物(未示出)也可以任選地包含在結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。通過改變結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的成分，可以改變保水性、浮力、營(yíng)養(yǎng)水平、PH、多孔性、間隙空間體積和其它參數(shù)，以對(duì)特定類型的植物(例如，水生植物和開花的陸地植物)、特定的水體(例如，堿性或酸性)、特定的島形狀(例如，低漂浮和高漂浮)進(jìn)行最優(yōu)化，或者甚至生成對(duì)于有益微生物的生長(zhǎng)最優(yōu)化的環(huán)境。 泥炭纖維129的第一目的在于保水并吸收輻射的陽(yáng)光能量，從而為植物發(fā)芽和生長(zhǎng)提供最佳條件。泥炭纖維129的第二目的在于提供自然的、視覺上吸引人的表面。泥炭纖維的第三目的在于防止陽(yáng)光接觸基體內(nèi)的纖維，從而防止藻類在基體內(nèi)生長(zhǎng)。泥炭纖維的第四目的在于降低靠近植物根部的水的pH。結(jié)合劑130的目的在于將泥炭纖維129和種子132、 133連接到基體126，并防止它們由于風(fēng)力或波浪作用而損失。營(yíng)養(yǎng)顆粒133可由緩慢釋放的商業(yè)植物肥料或類似材料構(gòu)成。浮球134可由珍珠巖、聚苯乙烯或其它輕質(zhì)閉孔的材料構(gòu)成。如果具體應(yīng)用需要，浮球還為結(jié)構(gòu)提供附加的浮力。 結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的第一 目的在于為種子和植物提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的第二可選目的在于圍繞島的外表面提供滲透性較低的氣體屏障，從而在島的主體內(nèi)收集微生物產(chǎn)生的水蒸氣和氣體。水蒸氣使植物根部的"空氣整根"最小化，其它氣體為島結(jié)構(gòu)提供附加的浮力。結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125還用作保護(hù)劑，防止基體126和浮動(dòng)包體127在周圍環(huán)境的紫外線("UV")陽(yáng)光作用下劣化?？赏ㄟ^泥炭纖維或類似材料129的自然光吸收特性提供UV保護(hù)，或者可通過在施加前向未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基混合物添加UV阻斷劑而增強(qiáng)結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的UV保護(hù)。合適的普通UV阻斷劑的一個(gè)示例為碳黑。 在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合劑130由多孔和可透的材料構(gòu)成，例如開孔聚氨酯泡沫或纖維素(類似于廚房用海綿)。在本實(shí)施例中，結(jié)合劑將水從毛細(xì)通道128，或者從島在其中漂浮的水體(未示出)輸送給種子131、132和植物(未示出)。在另一實(shí)施例中，結(jié)合劑130由諸如TPE的無孔熱塑性塑料或其它無孔、不可滲透的結(jié)合劑材料構(gòu)成。在本實(shí)施例中，泥炭纖維129和結(jié)合劑130的比例設(shè)定為使得泥炭纖維129的比例足以用作通過結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的水輸送介質(zhì)。 結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125優(yōu)選制造成處于未凝固狀態(tài)下的粘性液體，其在凝固后變?yōu)槿嵝怨腆w。未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125澆注或噴射在基體頂部上并在凝固過程期間與基體126結(jié)合。在結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125凝固之前滲入基體126的部分生成滲透區(qū)135。在未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的溫度足夠低而使種子能夠生存的情況下，嵌入的種子131可在制造期間添加到混合物中，頂層種子132可在未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125施加到基體126上之后撒在未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125上。在未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125的溫度對(duì)于種子生存過高的情況下，嵌入的種子131可通過在部分或完全凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基125充分冷卻之后在其中沖出的孔而進(jìn)行安裝，頂層種子132可通過傳統(tǒng)的無毒粘合劑連接。 圖36表示由已經(jīng)堆疊并結(jié)合在一起的各層無紡網(wǎng)狀材料4構(gòu)成的島124。還示出了浮動(dòng)包體127和毛細(xì)通道128，它們與先前對(duì)圖34所描述的部件相同。在本實(shí)施例中，結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的成分可嵌入基體層4中，而不是如圖34和35所示的那樣施加在基體126頂部上。 圖37是圖36的一部分的放大圖，表示嵌入的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的成分。泥炭纖維(或類似材料)129、結(jié)合劑130、任選的嵌入種子131、任選的營(yíng)養(yǎng)顆粒133和任選的浮球134都與關(guān)于圖34描述的材料相同。 圖36和37中所示的嵌入的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基至少能以三種不同的方式制造。第一方法包括在基體的制造過程期間將結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的成分結(jié)合在基體層4中。例如，當(dāng)基體層4由無紡聚酯網(wǎng)(例如，Americo的POLY-FLO)構(gòu)成時(shí)，可將泥炭纖維129、營(yíng)養(yǎng)顆粒133和浮球134與原料聚酯纖維一起添加到混合料斗中。然后當(dāng)向基體添加乳膠結(jié)合劑時(shí)將所有材料結(jié)合在一起。 制造嵌入的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的第二方法包括在堆疊之前將未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基注入各片基體中。該方法可與諸如Americo的P0LY-FL0(通常以兩英寸厚度的片供應(yīng))的無紡網(wǎng)狀材料一起使用。將多層基體片堆疊并結(jié)合以形成浮島，如圖36所示。未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基可通過利用作用在基體后側(cè)上的任選真空助推器(vac皿m assist)進(jìn)行壓力噴射，通過經(jīng)由插入基體的管進(jìn)行點(diǎn)注射，或者通過未凝固的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的低粘性混合物在重力作用下滲入基體，從而注入基體。 制造嵌入的結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基的第三方法包括在注入結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基之前堆疊基體層。如上所述完成注入。在本實(shí)施例中，結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基可用作結(jié)合基體層的粘合劑。
如上所述，對(duì)于圖1-5的討論，本發(fā)明的全部無紡網(wǎng)狀材料浮島實(shí)施例的共同特征是，它們能夠至少在兩個(gè)方面用作生物過濾器。首先，島使池水中的磷和其它營(yíng)養(yǎng)物暴露于在島的聚合物基體上和/或底層基體、生長(zhǎng)培養(yǎng)基或植物根部中存在的微生物(其可以是需氧或厭氧的)。這些營(yíng)養(yǎng)物有助于維持微生物，微生物又有助于池塘和植物的衛(wèi)生。其次，島還能用作在整個(gè)池塘或其它水體中分布包括但不限于真菌的一定有益微生物的裝置。當(dāng)通過島過濾的水帶走一部分島的微生物數(shù)量時(shí)，完成該微生物的分布。這些有益的微生物能自然生成，或者它們能通過人造裝置引入浮島上或浮島內(nèi)。 此外還有助于過濾效果的是，能夠基于植物的有助于從水體除去磷和其它營(yíng)養(yǎng)物的能力，選擇在島上生長(zhǎng)的植物。具體地，大量利用磷的濕地植物包括水蔥(蘆葦)、生態(tài)型蘆葦(蘆葦)和寬葉香蒲(香蒲)。在藻類生長(zhǎng)季節(jié)期間吸收磷的植物將減小藻類生成可利用的磷的數(shù)量從而影響富營(yíng)養(yǎng)化過程?？梢灶A(yù)料到，如果以上列出的類型的植物在本發(fā)明的浮島上生長(zhǎng)，則這些植物能將流經(jīng)浮島的水中的磷的整體濃度降低40%至70%。通過該過程除去的營(yíng)養(yǎng)物的數(shù)量將與島的水力加載速度(即，流經(jīng)島的水的速度)成比例。可以使用諸如水泵的各種機(jī)構(gòu)來增加水力加載速度從而增加除去營(yíng)養(yǎng)物的數(shù)量。另外，可調(diào)節(jié)島的結(jié)構(gòu)從而最大程度地利用其過濾性能。例如，島在水面上的輪廓可提升至較高高度，以便提供能夠過濾水的介質(zhì)的更大的不飽和體積。 為了增強(qiáng)本發(fā)明的過濾效果，可使用配水系統(tǒng)將水從島下方泵送并將其在島的表面上散播，從而使水能夠通過島基體(或無紡網(wǎng)狀材料)的纖維滲濾以進(jìn)行生物處理。圖38是具有泵送水分配系統(tǒng)137的浮島136的第一實(shí)施例的示意圖。通過箭頭示出流經(jīng)系統(tǒng)的水路徑。島136由無紡網(wǎng)4和其它材料(未示出)構(gòu)成。配水系統(tǒng)137由水泵138和分配管139構(gòu)成。圖39是配水系統(tǒng)的頂視圖，該圖示意性地表示出分配管139。該特定的配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在島的表面上分配水同時(shí)不限制植物的向上生長(zhǎng)。配水系統(tǒng)136的目的在于將未處理的池水從島下方泵送并將其在島的表面上散播，從而使水能夠通過無紡網(wǎng)4的纖維過濾以進(jìn)行生物處理。為了使處理效率最大化，重要的是將水在無紡網(wǎng)4的整個(gè)體積中進(jìn)行分配。 圖40是具有泵送水分配系統(tǒng)的浮島的第二實(shí)施例的剖視圖。該系統(tǒng)由水泵138、無紡網(wǎng)島主體140、營(yíng)養(yǎng)吸收水生植物141和不透水的封裝盤142構(gòu)成。為了說明，術(shù)語(yǔ)"營(yíng)養(yǎng)吸收水生植物"指的是吸收和結(jié)合在水中發(fā)現(xiàn)的營(yíng)養(yǎng)物的水生植物。高效率的營(yíng)養(yǎng)吸收水生植物的一個(gè)示例是香蒲(香蒲類)。 圖40所示的系統(tǒng)通過將富含營(yíng)養(yǎng)的池水從島下方泵送并使其通過島主體140徑向向外循環(huán)而工作。循環(huán)水的路徑由圖中箭頭表示?？蓮耐獠靠諝庠?未示出)提供任選的氣泡143。在該圖中，水泵138被表示為通過島的中央垂直延伸，但是水泵138也能以使其通過島泵送水的任意方式定位。在所示示例中，水從中央朝邊緣流經(jīng)島主體140并通過盤142周邊中的穿孔144流出島主體140。盤142的目的在于確保流動(dòng)的水不會(huì)通過島的底部逸出，從而使水被植物141吸收并被微生物(未示出)處理的暴露時(shí)間最大化，微生物附在島主體140的纖維和植物141的根部上。 在優(yōu)選實(shí)施例中，盤142由水和植物根部都不能透過的諸如聚乙烯的輕質(zhì)塑料構(gòu)
成。在替代實(shí)施例中，盤142由不能透水但是生長(zhǎng)的植物根部可以透過的諸如TPE的材料
構(gòu)成。島基本上坐落在盤中，并且盤通過任何傳統(tǒng)的緊固方法連接到浮島。 任選的空氣泡143的目的在于增加微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需氧轉(zhuǎn)化的速度。生成這些
氣泡的壓縮空氣的能量源(未示出)可以是公共電力、太陽(yáng)能電力、風(fēng)力機(jī)械、風(fēng)力電力或
其它合適的裝置。 除了上述有益的效果之外，本發(fā)明的浮島也能有利于碳截存過程，該過程已經(jīng)成為為碳截存的生長(zhǎng)植物提供金融激勵(lì)的相對(duì)較新的國(guó)際環(huán)境政策的主題。通過從大氣吸收二氧化碳并將其借助磷轉(zhuǎn)化成植物內(nèi)的有機(jī)碳的生長(zhǎng)植物完成碳截存。該過程通過降低大氣中二氧化碳的濃度而減輕了大氣二氧化碳的溫室效應(yīng)。在浮島中，二氧化碳通過植物直接從大氣中除去而減少，并且二氧化碳也通過島在水線以下的根部群落和基體中發(fā)生的微生物過程而減少。當(dāng)從水中除去溶解的二氧化碳時(shí)，這使得相應(yīng)地減少了大氣中的二氧化碳，因?yàn)樵趰u降低了水中的溶解氣體濃度之后，二氧化碳將從空氣移至水中從而重新建立大氣和溶解氣相之間的平衡。浮島為碳截存提供了新穎而獨(dú)特的方式，因?yàn)樗鼈兡馨惭b在典型碳截存植物(例如松樹)不能繁茂的位置。 本發(fā)明的浮島可定位在富含營(yíng)養(yǎng)的耗盡氧氣的海洋區(qū)域中，例如墨西哥灣的"死區(qū)"。術(shù)語(yǔ)"死區(qū)"通常指的是其中富含營(yíng)養(yǎng)的水從河流流入海洋的情形，在海水中靠近表面的藻類消耗這些營(yíng)養(yǎng)物并在該過程中產(chǎn)生氧氣，藻類細(xì)胞最終死亡并朝著海底下沉，其中藻類細(xì)胞在它們腐爛時(shí)消耗氧氣。由于落入海底的藻類細(xì)胞的數(shù)量較大，所以消耗了底部附近的全部氧氣，在水中沒有留下給魚類、龍蝦或其它動(dòng)物的氧氣，從而在海底附近產(chǎn)生"死區(qū)"。在死區(qū)內(nèi)，水富含營(yíng)養(yǎng)但是耗盡氧氣。在死區(qū)上方靠近海洋表面，水既富含營(yíng)養(yǎng)又富含氧氣。 在這種情況下，來自死區(qū)的水可被泵送到島上(例如通過島上的風(fēng)車)，水將為在島上生長(zhǎng)的植物提供營(yíng)養(yǎng)。島上的植物利用陽(yáng)光的能量將空氣中的二氧化碳與水中的營(yíng)養(yǎng)物組合而形成植物的物質(zhì)。該過程從空氣中除去二氧化碳(減輕溫室效應(yīng))并將碳截存在植物生命體中。另外，當(dāng)"死區(qū)"水泵送至表面上時(shí)，新的水在死區(qū)中循環(huán)以替代泵送出的水。該過程實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)有益的效果減少死區(qū)和碳截存。 為了使基于海洋的碳截存島的成本效率最大化，島可設(shè)計(jì)成使得它們通過選擇這樣的植物而"自我生長(zhǎng)"，所述植物在它們正常的生長(zhǎng)和死亡周期期間提供島表面的側(cè)向擴(kuò)張。自身產(chǎn)生基層并側(cè)向擴(kuò)張的海洋植物的示例包括麒麟菜和卡帕藻屬的海藻?？扇淌茺}性環(huán)境的植物示例包括海洋燈芯草(野生燈芯草)、海洋薰衣草(補(bǔ)血草)和類似物種。通過養(yǎng)育忍受鹽性環(huán)境并提供側(cè)向擴(kuò)張的植物的生長(zhǎng)，初始安裝的島用作隨著時(shí)間長(zhǎng)大的"島種子"。 可用于擴(kuò)張本發(fā)明的浮島的表面區(qū)域的另一方法包括生物粘合與結(jié)合過程，例如在Biomimicry(Janine Be皿s， HarperCollins, 1997)的書中對(duì)于海洋貝類藍(lán)殼淡菜的描述。貝類產(chǎn)生具有很高粘性和膠性的蛋白質(zhì)交聯(lián)束，并且可在水下應(yīng)用貝類產(chǎn)生的粘合劑。該粘性材料可用于結(jié)合浮島中的基體纖維，在布置后用于使島"生長(zhǎng)"，并且用于從水中收集沉淀顆粒，從而提高水的透明度。通過周期性地用生物粘合劑定量施加在島的邊緣而實(shí)現(xiàn)"使島生長(zhǎng)"。因?yàn)檎澈蟿┰跐竦臅r(shí)候保持粘性，所以其易于捕捉諸如草、葉和樹枝的在水中漂浮的碎片。該碎片將粘到島的邊緣上并為植物生長(zhǎng)提供基層，從而使島側(cè)向擴(kuò)張。粘合劑還將收集與島接觸的細(xì)微的水播和風(fēng)播沉淀顆粒。生物粘合劑可通過貝類制造或在實(shí)驗(yàn)室中合成復(fù)制。 圖41表示還可用作船塢的浮島。該結(jié)構(gòu)將用于在島處的入塢以用于再植、維護(hù)、狩獵、打魚或攝影。圖41表示以設(shè)計(jì)為提供船塢位置146的形狀構(gòu)造的浮島145的頂視圖。船塢位置146形成為使得?？康拇蟛糠直粛u材料環(huán)繞。低磨損襯墊147(例如閉孔聚乙烯泡沫或細(xì)孔的無紡聚酯網(wǎng))可任選地圍繞船塢區(qū)的內(nèi)周邊布置，以提供對(duì)船體的額外保護(hù)。 —體的船塢特征具有幾個(gè)有用的應(yīng)用。首先，其為在風(fēng)暴期間存放船只提供了安全的場(chǎng)所，因?yàn)闊o紡網(wǎng)島基體的柔性特性在高波動(dòng)和/或大風(fēng)期間為船體提供了能量吸收支撐。其次，船塢區(qū)在可能訪問島以?shī)蕵坊蚓S護(hù)的乘客的出入期間為支撐船提供了有效的方法。第三，在現(xiàn)有的船塢空間有限或昂貴的情況下，島可用于提供附加的船塢設(shè)施。第四，島可用作對(duì)船只和意圖打獵或給野生動(dòng)植物攝影的乘客進(jìn)行隱藏的裝置。雖然圖41的結(jié)構(gòu)示出為被水環(huán)繞，但該結(jié)構(gòu)也可連接到岸上而用作船塢碼頭。 圖42表示可與本發(fā)明的浮島一起使用的錨定裝置。該圖是設(shè)計(jì)成與風(fēng)向無關(guān)地保持浮島的錨148的頂視圖。錨148由彼此成90度角設(shè)置的四個(gè)鉤149和四個(gè)環(huán)形連接點(diǎn)150構(gòu)成，如圖所示。該錨設(shè)計(jì)成用四個(gè)牽繩(未示出)固定在的島上，通過將各個(gè)牽繩的一端連接在各個(gè)環(huán)形連接點(diǎn)150上而固定。各個(gè)牽繩的另一端固定在沿著島周邊的連接點(diǎn)上。各個(gè)鉤149設(shè)計(jì)成在拉動(dòng)方向與鉤點(diǎn)的方向相反時(shí)鉤絆并保持在池塘底部上。通過使多個(gè)鉤149面向不同方向，至少一個(gè)鉤將合適地定位以使保持能力最大化而與拉動(dòng)方向無關(guān)。 雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不脫離本發(fā)明更廣方面的情況下可以進(jìn)行許多改變和修改。因此所附權(quán)利要求旨在涵蓋全部上述落在本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的改變和修改。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考 本申請(qǐng)要求2004年5月24日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/574， 121的優(yōu)先權(quán)。
參考文獻(xiàn) AUTEX Research Journal, Vol. 3， No. 2， Association of UniversitiesforTextiles， June 2003， p.68. Joseph B. Franzini and E.John Finnemore， Fluid Mechanics, 9th ed.，McGrawHill Company,1997. Robert Kadlee and Robert Knight，"Treatment Wetlands, ，，LewisPublishers，1995。
權(quán)利要求
一種浮島，該浮島包括結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基、多孔基體和浮動(dòng)突入部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮島，其特征在于，所述浮動(dòng)突入部由聚氨酯噴射泡沫構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種浮島，該浮島包括結(jié)合生長(zhǎng)培養(yǎng)基、多孔基體和浮動(dòng)突入部。
文檔編號(hào)C02F3/34GK101704579SQ20091022490
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者布魯斯·G·卡尼亞, 弗蘭克·M·斯圖爾特, 托馬斯·N·科爾曼, 拉塞爾·F·史密斯, 阿爾佛雷德·坎寧翰 申請(qǐng)人:方太海德有限公司