本實用新型涉及水生態(tài)修復(fù)與河湖治理領(lǐng)域，特別涉及一種豎向生態(tài)單元裝置及其組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)：

湖泊、河流是水資源的重要載體，是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。河湖污染及水體生態(tài)破壞嚴(yán)重影響到水資源利用和水環(huán)境質(zhì)量。水體生態(tài)修復(fù)與河湖治理是改善水環(huán)境的重要措施，河湖水體生態(tài)修復(fù)是應(yīng)用生態(tài)學(xué)基本原理和方法，利用自然生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力，構(gòu)建污染治理設(shè)施，進行河湖環(huán)境污染治理的行為。

河湖水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)較多，有采用截污、岸線整治、駁岸修筑、清淤、換水等市政(水利)工程方法；有采用淺灘濕地、浮床濕地、沉水植被修復(fù)，漂浮植物抑藻等生態(tài)工程方法；有采用生態(tài)工程和環(huán)境工程組合方法；有采用生化-物化藥劑、納米微氣泡、生化過濾箱、沉水生物帶(人工水草)、竹炭濾床等新技術(shù)方法。但是對污染較重的河湖，有機物、氮磷等營養(yǎng)物超標(biāo)嚴(yán)重，以上技術(shù)都有一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種豎向生態(tài)單元裝置及其組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置，屬于生態(tài)-生物法，利用植物、微生物對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化，生態(tài)功能得到部分恢復(fù)，具體來講主要融合了生物膜修復(fù)技術(shù)、生態(tài)浮床技術(shù)、曝氣增氧技術(shù)以及水體流態(tài)控制技術(shù)，在治理河湖污染的同時營造了良好的景觀環(huán)境，特別適用于被污染的河湖水域治理。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種豎向生態(tài)單元裝置，包括植物浮島、框架和填料組合體，所述的框架的形狀為正方體或長方體，所述的植物浮島設(shè)置在所述的框架上端的第一橫梁上，所述的填料組合體設(shè)置在所述的框架內(nèi)，所述的填料組合體由兩個以上的填料組成，所述的填料的下端連接在所述的框架下端的第二橫梁上，所述的填料的上端連接在所述的框架上部分的第三橫梁上。

進一步優(yōu)選，在所述的框架中間部分的外側(cè)覆蓋有第一水簾布；在所述的框架底部的中心位置設(shè)有第一配重曝氣管，所述的第一配重曝氣管通過第一吊繩懸掛在所述的第一橫梁上，所述的第一配重曝氣管連有若干個匯集在所述的第一橫梁上的第一曝氣支管。

進一步優(yōu)選，所述的框架的下端設(shè)有一正四棱臺，除所述的框架的上部分和所述的正四棱臺的下端面外，所述的框架外側(cè)和所述的正四棱臺外層均覆蓋有第二水簾布；在所述的第二橫梁和所述的第三橫梁之間設(shè)有由若干個豎梁圍成的腔體，除所述的腔體的上、下兩端，所述的腔體外側(cè)覆蓋有第三水簾布，且在所述的腔體內(nèi)不設(shè)有所述的填料；在所述的腔體底部的中心位置設(shè)有第二配重曝氣管，所述的第二配重曝氣管通過第二吊繩懸掛在所述的第一橫梁上，所述的第二配重曝氣管連有若干個匯集在所述的第一橫梁上的第二曝氣支管。

進一步優(yōu)選，所述的腔體與所述的框架在同一軸線上。

進一步優(yōu)選，所述的框架的下端設(shè)有一不規(guī)則四棱臺，除所述的框架上部分的一側(cè)和所述的不規(guī)則四棱臺的下端面外，所述的框架外側(cè)和所述的不規(guī)則四棱臺外層均覆蓋有第四水簾布；在所述的不規(guī)則四棱臺下端面的上面所述的框架內(nèi)設(shè)有第三配重曝氣管，所述的第三配重曝氣管通過第三吊繩懸掛在所述的第一橫梁上，所述的第三配重曝氣管連有若干個匯集在所述的第一橫梁上的第三曝氣支管。

進一步優(yōu)選，所述的框架的長、寬和高分別為1600mm×1600mm×(800～2500)mm；所述的植物浮島的長和寬分別為3200mm×3200mm。

進一步優(yōu)選，所述的框架與所述的植物浮島在同一軸線上。

進一步優(yōu)選，所述的填料的上端與所述的第一橫梁的距離為200～500mm。

本發(fā)明還公開了一種由上述的一種豎向生態(tài)單元裝置組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置，先選取兩個或兩個以上的上述的豎向生態(tài)單元裝置，然后將所述的豎向生態(tài)單元裝置置于待凈化的河湖中并串聯(lián)連接，即得到所述的生態(tài)系統(tǒng)裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下：

本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置，利用植物、微生物對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化，生態(tài)功能得到部分恢復(fù)；具體地，通過在框架內(nèi)設(shè)置有附著微生物的填料組合體，用以去除水里大部分有機物和氮磷等營養(yǎng)物，和設(shè)置植物浮島以降解殘留微污染物；對于重度污染的深水河湖水域治理，可以先強化豎向混合充氧，后強化微曝氣修復(fù)，最后利用生態(tài)-生物法構(gòu)建長效污染治理設(shè)施。

當(dāng)然，實施本實用新型的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型的一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型的另一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型的一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖4為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型的另一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖5為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型的一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖6為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型的另一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖7為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型的一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖8為本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型的另一結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖9為本實用新型由多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖10為本實用新型由多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖11為本實用新型由多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖12為本實用新型由多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖13為本實用新型的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中實施方式一的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖14為本實用新型的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中實施方式二的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖15為本實用新型的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中的實施方式三的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖16為本實用新型的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中的實施方式四的結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)該理解，這些實施例僅用于說明本實用新型，而不用于限定本實用新型的保護范圍。在實際應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型做出的改進和調(diào)整，仍屬于本實用新型的保護范圍。

為了更好的說明本實用新型，下方結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)的描述。

如圖1～2所示，本實用新型的一種豎向生態(tài)單元裝置，現(xiàn)將其記為豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型，包括植物浮島1、框架2和填料組合體(圖中未標(biāo)記)，所述的框架2的形狀為正方體或長方體，所述的植物浮島1設(shè)置在所述的框架2上端的第一橫梁3上，所述的填料組合體設(shè)置在所述的框架2內(nèi)，所述的填料組合體由兩個以上的填料4組成，所述的填料4的下端連接在所述的框架2下端的第二橫梁5上，所述的填料4的上端連接在所述的框架2上部分的第三橫梁6上；當(dāng)水流經(jīng)時，水流從生態(tài)單元裝置Ⅰ型的一側(cè)流向另一側(cè)，橫穿流過填料4。

豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型，其框架2的長、寬和高分別為1600mm×1600mm×(800～2500)mm，框架2的材料為不銹鋼、UPVC、PPR或玻璃鋼；框架的主體采用圓形空心管道，且框架內(nèi)設(shè)置有加固筋；所述的植物浮島1的長和寬分別為3200mm×3200mm，植物浮島1由輕型載體、基質(zhì)、植物組成；所述的框架2與所述的植物浮島1在同一軸線上；所述的填料4的上端與所述的第一橫梁3的距離為200～500mm，填料4的材質(zhì)可為生物繩填料、簾式填料、組合填料、擇軟性填料、半軟性填料或彈性填料中的一種或幾種。

如圖3～4所示，本實用新型的另一種豎向生態(tài)單元裝置，現(xiàn)將其記為豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型，在豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型的基礎(chǔ)之上，所述的框架2中間部分的外側(cè)覆蓋有第一水簾布7；在所述的框架2底部的中心位置設(shè)有第一配重曝氣管8，所述的第一配重曝氣管8通過第一吊繩9懸掛在所述的第一橫梁3上，所述的第一配重曝氣管8連有若干個匯集在所述的第一橫梁3上的第一曝氣支管10；具體地：第一水簾布7的上端距框架2的上端200～500mm，第一水簾布7的下端距框架2的下端200～300mm，第一水簾布7不包裹框架2的上下部；第一配重曝氣管8通過第一吊繩9懸吊在距框架2的下端300～500mm處；當(dāng)水流經(jīng)時，水流從生態(tài)單元裝置Ⅱ型的底部流入裝置內(nèi)，向上流過填料4，并由裝置上部的兩側(cè)未覆蓋有第一水簾布7處流出裝置。

如圖5～6所示，本實用新型的另一種豎向生態(tài)單元裝置，現(xiàn)將其記為豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型，在豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型的基礎(chǔ)之上，所述的框架2的下端設(shè)有一正四棱臺11，除所述的框架2的上部分和所述的正四棱臺11的下端面外，所述的框架2外側(cè)和所述的正四棱臺11外層均覆蓋有第二水簾布12；在所述的第二橫梁5和所述的第三橫梁6之間設(shè)有由若干個豎梁13圍成的腔體(圖中未標(biāo)記)，所述的腔體與所述的框架2在同一軸線上；除所述的腔體的上、下兩端，所述的腔體外側(cè)覆蓋有第三水簾布14，且在所述的腔體內(nèi)不設(shè)有所述的填料4；在所述的腔體底部的中心位置設(shè)有第二配重曝氣管15，所述的第二配重曝氣管15通過第二吊繩16懸掛在所述的第一橫梁3上，所述的第二配重曝氣管15連有若干個匯集在所述的第一橫梁3上的第二曝氣支管17；具體地：第二水簾布12的上端距框架2的上端200～500mm；第三水簾布14的上端距框架2的上端400～700mm，第三水簾布14的下端距框架2的下端200～300mm；第二配重曝氣管15通過第二吊繩16懸吊在距框架2的下端400～550mm處；當(dāng)水流經(jīng)時，水流從生態(tài)單元裝置Ⅲ型的底部流入裝置內(nèi)，向上流過填料4，并由裝置上部的兩側(cè)未覆蓋有第二水簾布12處流出裝置，其中部分水流會由于密度差原因在裝置內(nèi)部形成部分循環(huán)流。

如圖7～8所示，本實用新型的另一種豎向生態(tài)單元裝置，現(xiàn)將其記為豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型，在豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型的基礎(chǔ)之上，所述的框架2的下端設(shè)有一不規(guī)則四棱臺18，除所述的框架2上部分的一側(cè)和所述的不規(guī)則四棱臺18的下端面外，所述的框架2外側(cè)和所述的不規(guī)則四棱臺18外層均覆蓋有第四水簾布19；在所述的不規(guī)則四棱臺18下端面的上面所述的框架2內(nèi)設(shè)有第三配重曝氣管20，所述的第三配重曝氣管20通過第三吊繩21懸掛在所述的第一橫梁3上，所述的第三配重曝氣管20連有若干個匯集在所述的第一橫梁3上的第三曝氣支管22，具體地：第三配重曝氣管20通過第三吊繩21懸吊在距框架2的下端400～550mm處，且布置在裝置的底部留口一側(cè)，距側(cè)壁300mm；當(dāng)水流經(jīng)時，水流從生態(tài)單元裝置Ⅳ型的底部流入裝置內(nèi)，向上流過填料4，并由裝置上部的一側(cè)未覆蓋有第四水簾布19處流出裝置，其中部分水流會由于密度差原因在裝置內(nèi)部形成旋流。

所述的第一水簾布7、第二水簾布12、第三水簾布14和第四水簾布19的材質(zhì)均為高強PVC涂布，厚度為0.4-0.6mm；所述的第一吊繩9、第二吊繩16和第三吊繩21均為尼龍，主要用于防止上述的曝氣支管松脫；所述第一曝氣支管10、第二曝氣支管17和第三曝氣支管22的材料均為PVC，其口徑均為DN25-DN50；第一配重曝氣管8為全開孔管式曝氣，氣泡直徑0.8-1.2μm；第二配重曝氣管15為半開孔管式曝氣，氣泡直徑1.5-2.0μm；第三配重曝氣管20為半開孔管式曝氣，氣泡直徑2.8-3.1μm，上述配重曝氣管的材質(zhì)為橡膠，填充水泥配重5.5-7.5kg，

本發(fā)明上述描述的尺寸范圍僅就生態(tài)單元裝置形狀進行限定，由于河湖不同斷面尺寸有所差異，具體實施中需要根據(jù)斷面合理調(diào)整豎向生態(tài)單元裝置及其內(nèi)部的尺寸。

本發(fā)明上述描述水流方向并不排斥其他方向流向，僅表示可以形成該方向?qū)Я髯饔谩?/p>

本發(fā)明還公開了一種由上述的一種豎向生態(tài)單元裝置組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置，先選取兩個或兩個以上的上述的豎向生態(tài)單元裝置，然后將所述的豎向生態(tài)單元裝置置于待凈化的河湖中并串聯(lián)連接，即得到所述的生態(tài)系統(tǒng)裝置。

一種具體由上述的一種豎向生態(tài)單元裝置組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中的實施方式，如圖9～12所示，每個處理功能區(qū)域連續(xù)或間隔布置多組單一形式的單元；圖9為每個處理功能區(qū)域間隔或連續(xù)布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型，依靠填料上生長的生物膜以及浮島上的植物的作用對水體進行凈化；圖10為每個處理功能區(qū)域間隔或連續(xù)布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型，相當(dāng)于單元裝置內(nèi)部為好氧區(qū)域，單元裝置之間為相對缺氧區(qū)域，污水間隔流過好氧缺氧區(qū)域，可以在降解有機物的同事進行脫氮；圖11為每個處理功能區(qū)域連續(xù)布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型，由于存在微孔曝氣作用及氣提回流作用，相當(dāng)于單元裝置內(nèi)部下部為相對好氧區(qū)域，其上部為相對缺氧區(qū)域，水從下部進入單元裝置后先經(jīng)過好氧后經(jīng)過缺氧，回流進行脫氮；圖12為每個處理功能區(qū)域間隔或連續(xù)布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型，由于存在微孔曝氣作用及氣提回流作用，相當(dāng)于單元裝置內(nèi)部為微氧區(qū)域，存在同時硝化反硝化作用脫氮。

另一種具體由上述的一種豎向生態(tài)單元裝置組成的生態(tài)系統(tǒng)裝置在河湖治理中的實施方式，如圖13～16所示；

圖13為每個處理功能區(qū)域連續(xù)或間隔布置多組形式的豎向生態(tài)單元裝置，水流依次流過豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型-豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型-豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型，特別適用于重度污染的深水河湖水域治理。

本發(fā)明上述描述豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型或豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型為前置可選單元形式，豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型為后置可選單元形式。

本發(fā)明上述描述，所述水流依次流過可以是相同時間上的空間劃分，也可以是相同處理空間上的時間劃分。

圖14～16，本發(fā)明的生態(tài)系統(tǒng)裝置的固定方式；圖14為用于大面積水域或通航水域可選形式，采用纜繩的一端固定在框架2的第一橫梁3上，纜繩的另一端固定在沉水重物上，并將沉水重物沉入水底；圖15為用于小面積水域或非通航水域可選形式，采用纜繩岸邊錨固方式；圖16為用于深度較淺水域可選形式，采用立樁插入河湖底固定方式。

此外，所述植物浮島1上布置有曝氣主管或曝氣分支管(圖中未標(biāo)記)，管道選材為塑料軟管、橡膠軟管、波紋軟管，常用HDPE材質(zhì)、PVC材質(zhì)；所述豎向生態(tài)單元裝置的供氣，氣源設(shè)置在岸邊，通過設(shè)置在河湖底或漂浮在湖面的管道將空氣輸送至曝氣主管，在河湖底預(yù)埋管采用不銹鋼管道，漂浮采用HDPE材質(zhì)并配有浮體。

本發(fā)明特別適用于污染的水深1m以上的河湖水域治理，以多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型或豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型為預(yù)處理段，以多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型為主要處理段，再以多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型為深度處理段；每個處理功能區(qū)域連續(xù)或間隔布置多組兩種至四種形式的豎向生態(tài)單元裝置；水域連續(xù)布置豎向生態(tài)單元裝置Ⅲ型或豎向生態(tài)單元裝置Ⅳ型后，再連續(xù)布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅱ型，最后在布置多組豎向生態(tài)單元裝置Ⅰ型，實現(xiàn)首先強化豎向混合同時充氧去除污染物，后強化微曝氣形成生物膜去除污染物，最后利用生態(tài)-生物法構(gòu)建長效污染治理設(shè)施，從而進行河湖污染治理。

綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)利用生態(tài)-生物法，生物鏈長，降解徹底，可以處理微污染物，也可以用于重度污染的河湖水域治理；

2)對于水深1m以上的河湖水域治理，應(yīng)用效果較好；

3)優(yōu)化了微生物的生長環(huán)境，能夠承受一定的外來沖擊負(fù)荷；

4)相比常規(guī)方法，運行維護費用較低，也不投放藥劑；

5)治理河湖污染的同時營造良好的景觀環(huán)境。

本發(fā)明豎向生態(tài)單元裝置及其在河湖治理中的實施方式，利用植物、微生物的對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化，生態(tài)功能得到部分恢復(fù)。

以上公開的本實用新型優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本實用新型。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實用新型僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本實用新型。本實用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。