本發(fā)明涉及景觀水生態(tài)修復(fù)，屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及太陽能供電裝置、曝氣裝置、人工浮島體系、生物碳纖維水處理填料。

背景技術(shù)：

近年來城市快速發(fā)展、城市人口迅速增長，相應(yīng)的城市污染水體治理卻常常滯后，城市中河流作為“末端載體”承受著生活污水、工業(yè)廢水的污染，導(dǎo)致城市內(nèi)湖、河流等水體水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭、水體富營養(yǎng)化、大量水棲動物減少，嚴(yán)重的影響了居民的生活質(zhì)量及環(huán)境保護(hù)。目前，國內(nèi)外常用的湖泊、河道治理技術(shù)有人工浮島。人工浮島技術(shù)具有不需要占用土地面積，適用于軟灘及硬質(zhì)堤岸，直接漂浮在水中進(jìn)行水質(zhì)原位修復(fù)，浮島上種有無土栽培的水生植物，可以通過植物的根系吸收水中氮磷污染物，同時可以為水生動物提供棲息、繁殖場所，景觀效果較好。

但是，在實際城市河道治理工程應(yīng)用中，人工浮島處理技術(shù)中水生植物根部吸收污染物的能力有限，需要靠附著在植物根系周圍的微生物同時進(jìn)行污染物降解，但由于植物根系長度較短比表面積有限，不足以附著更多的微生物，導(dǎo)致水處理效果受到限制。與此同時，人工浮島技術(shù)中水體復(fù)氧速度慢，通常需要結(jié)合曝氣裝置同時進(jìn)行水體治理，需要電纜的施工布控，增加了前期投資，在后期運(yùn)行、維護(hù)過程中，產(chǎn)生的電費(fèi)也不容小覷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本著發(fā)明的目的在針對實際工程應(yīng)用中的問題，提出一種新型太陽能生態(tài)浮島及水生態(tài)修復(fù)方法，適用于城市湖泊、河流等受污染水的原位修復(fù)，且具有前后投資小，后期運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低，水質(zhì)情況提升效果顯著，高效提高水生態(tài)多樣性，達(dá)到構(gòu)建水生態(tài)多樣性的目的。

為了實現(xiàn)上述的目的本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案。

本發(fā)明的一種太陽能生態(tài)浮島，分為三個部分：

水上部分包括：太陽能光伏板(1)、太陽能支架(2)、太陽能配電箱(3)、蓄電池(4)、太陽能控制器(5)、太陽能逆變器(6)、時間控制器(7)、電源插座(8)、空氣壓縮機(jī)(9)、水上漂浮平臺(12)、水生植物(13)；蓄電池(4)、太陽能控制器(5)、太陽能逆變器(6)、時間控制器(7)、電源插座(8)、空氣壓縮機(jī)(9)位于太陽能配電箱(3)中；

水面部分包括：人工浮島(14)、中空花碟(17)、內(nèi)置塑料泡沫(15)、尼龍漁網(wǎng)(18)；

水下部分包括：生物碳纖維水處理填料(19)、曝氣沙頭(20)、硅膠軟管(21)、花籃(16)、陶粒(22)。

太陽能光伏板貼于太陽能支架表面，太陽能支架置于太陽能配電箱之上，太陽能支架與太陽能配電箱表面構(gòu)成三角板支架結(jié)構(gòu)；太陽能光伏板與太陽能配電箱內(nèi)的太陽能控制器相連，太陽能配電箱固定在水上漂浮平臺上，水上漂浮平臺的四角固定在人工浮島上，防止隨水漂走。

水上漂浮平臺固定到人工浮島上，人工浮島上表面分為三部分，第一部分固定水上漂浮平臺，第二部分用于固定中空花碟，中空花碟內(nèi)嵌套內(nèi)置塑料泡沫(17)，中空花碟下面對應(yīng)有花籃，花籃內(nèi)裝有陶粒；花籃上長有水生植物，水生植物的根系固定到陶粒之間；水生植物莖葉部分通過內(nèi)置塑料泡沫(15)伸出水面上；人工浮島的第三部分表面設(shè)有漁網(wǎng)，漁網(wǎng)上有水生植物；優(yōu)選第一部分位于中間，第三部分位于周邊。

即水面部分中內(nèi)置塑料泡沫內(nèi)嵌于中空花碟中，花籃套進(jìn)在中空花碟上，花籃種有水生植物由陶粒固定，中空花碟整體固定在人工浮島上。中空花碟整體固定在人工浮島上，可以為自身提供浮力，同時也可以為人工浮島整體提供一部分浮力。

生物碳纖維水處理填料(19)為長串結(jié)構(gòu)，豎直向下，上端固定到人工浮島上，硅膠軟管(21)一端與空氣壓縮機(jī)(9)相連，硅膠軟管(21)的另一端與曝氣沙頭(20)連接；下面的四周均設(shè)有多個生物碳纖維水處理填料(19)在人工浮島，至少每兩根生物碳纖維水處理填料(19)之間設(shè)有一硅膠軟管(21)和曝氣沙頭(20)；

太陽能光伏板(1)由電線(10)單向連接太陽能控制器(5)的輸入端，太陽能控制器(5)的輸出端單向連接至蓄電池(4)的正極，蓄電池的負(fù)極單向連接太陽能逆變器(6)的輸入端，太陽能逆變器(6)的輸出端單向連接電源插座(8)，時間控制器(7)連接在電源插座(8)上，空氣壓縮機(jī)單向連接在時間控制器(7)上。上述的所有連接均采用電線連接。太陽能配電箱(3)中有設(shè)計好的槽便于所述的電器的放置?？捎枚鄠€蓄電池(4)串聯(lián)成蓄電池組。

太陽能光伏板與太陽能控制器連接，太陽能控制器可有效保護(hù)蓄電池充電過飽和影響其使用壽命。在長期的使用過程中，蓄電池往往會因為充電過飽和的原因減短使用時間，所以需要太陽能控制器加以調(diào)控，太陽能控制器可以檢測蓄電池電量從而確定蓄電池是否為電量飽和狀態(tài)，從而可以斷開或者鏈接太陽能板與蓄電池直接的連接。

進(jìn)一步太陽能逆變器與蓄電池相連轉(zhuǎn)換電壓，太陽能逆變器可以將蓄電池24伏電壓轉(zhuǎn)換為220伏電壓，從而為220伏的空氣壓縮機(jī)提供電能。

進(jìn)一步時間控制器與太陽能逆變器相連用于靈活控制電器的供電時間。時間控制器可以調(diào)節(jié)蓄電池的供電時間，從而靈活控制空氣壓縮機(jī)曝氣時間，既可以提供水中好氧條件，也可以提供缺氧及厭氧條件。

優(yōu)選的水生植物包括美人蕉、香蒲、梭魚草、菖蒲、鳶尾、狐尾藻、菹草、睡蓮、水蔥、千屈菜、黑藻、荷花、金錢草，具體植物種類根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w條件確定。

進(jìn)一步太陽能光伏板夏季時與水平方向夾角為30度，冬季時夾角為45度。因為不同季節(jié)正午太陽直射時光線與地面的正交夾角不同，需要太陽能支架可以靈活調(diào)整太陽能光伏板與地面的夾角。

進(jìn)一步的硅膠軟管的一端連于空氣壓縮機(jī)上，另一端連于曝氣沙頭上并置于水下。硅膠軟管水下長度與生物碳纖維水處理填料長度一致，可為生物碳纖維水處理填料上附著的生物膜提供好氧條件。

進(jìn)一步水下部分中生物碳纖維水處理填料綁于人工浮島的框架上并沉于水中，生物碳纖維水處理填料可以在受污染水體中迅速聚集微生物達(dá)到生成生物膜的作用，懸掛的數(shù)量由受污染水體的嚴(yán)重程度決定，一般為8-20根每人工浮島(14)。

太陽能配電箱(3)的頂部有固定太陽能支架(2)的開口，太陽能配電箱(3)的兩側(cè)面具有通風(fēng)散熱孔，內(nèi)部分為兩層，上層為置物層，下層為隔水層，隔水層的四角開有導(dǎo)水口；置物層上放置電器，隔水層為了防止水位上升帶來的電器短路問題。

本發(fā)明提供一種水生態(tài)修復(fù)方法，所述方法包括如下步驟：

a、將所述的構(gòu)建好的太陽能生態(tài)浮島放置在受污染的水體中；

b、將所述的太陽能生態(tài)浮島的前期運(yùn)行模式用時間控制器調(diào)節(jié)以曝氣為主的運(yùn)行模式，其目的在于使水下部分中生物碳纖維水處理填料盡快形成生物膜，此階段稱為掛膜期；此階段運(yùn)行周期在每24小時內(nèi)分平均分為3個等長的小周期，每個小周期長8小時。在這個8小時中，空氣壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間為6小時，停止2小時；此階段運(yùn)行時間為20天。這樣的目的是因為在好氧的條件下，好氧微生物的掛膜速度快于厭氧微生物的掛膜速度，當(dāng)生物膜形成后，生物膜內(nèi)側(cè)的好氧菌會由于生物膜厚度原因形成缺氧區(qū)，從而形成缺氧微生物；

c、在掛膜期后，將所述的太陽能生態(tài)浮島的運(yùn)行模式更改為以處理水質(zhì)為目的的運(yùn)行模式，將每天的24小時分為3個連續(xù)的、等時長的小周期，每個小周期長8小時；在這個8小時中，空氣壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間為3小時，停止3小時；按此運(yùn)行模式處理受污染水質(zhì)。這樣的目的是因為在曝氣的條件下有利于受污染水體中cod的去除，氨氮在好氧條件下易于通過硝化反應(yīng)生成硝酸鹽氮，但是在氮去除過程中需要提供缺氧條件，需要減少空氣壓縮機(jī)的曝氣時間或曝氣量。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明的新型太陽能生態(tài)浮島可以通過太陽能光伏板吸收能量，通過蓄電池將能量儲存起來作為能量源，從而不需要施工隊對電纜的施工及布控。和傳統(tǒng)的太陽能生態(tài)浮島提供的氧氣的螺旋槳造流的方式不同，本發(fā)明的新型太陽能生態(tài)浮島通過空氣壓縮機(jī)、硅膠軟管、曝氣沙頭，直接準(zhǔn)確的、快速的、高效的將氧氣提供至生物碳纖維水處理填料處，同時形成造流，從而極大的提高了受污染水體的凈化效率。本發(fā)明的新型太陽能生態(tài)浮島中生物碳纖維水處理填料具有高效的吸附能力，可以大大增加生物膜的表面積，從而在微生物的種類及數(shù)量上有著極大的優(yōu)勢，同時由于在水中豎直方向增加了生物碳纖維水處理填料，這對生態(tài)浮床的抗風(fēng)浪能力及穩(wěn)定性有著極大的提升，從而增加了本發(fā)明在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性以及壽命。同時，生物碳纖維水處理填料在水中可為水中的動物提供棲息、繁殖的場所，極大的增加了水體生物多樣性。

本發(fā)明的新型太陽能生態(tài)浮島在對實際受污染的水體中，能夠高效的去除水體黑臭現(xiàn)象，對河流、湖泊的富營養(yǎng)化有著極大的改善作用，能夠高效脫氮、除磷、降低cod等污染物，同時具有前期投資成本低、后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用小、穩(wěn)定性高、靈活性強(qiáng)、管理方便、美觀實用和為水生動物提供棲息繁衍的場所等優(yōu)點(diǎn)，對改善受污染水體水質(zhì)及構(gòu)建水體生態(tài)多樣性有著極大作用。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為新型太陽能生態(tài)浮島結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為太陽能配電箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為太陽能配電箱內(nèi)置物層俯視圖。

圖4為新型太陽能生態(tài)浮島的電路原理圖。

其中，1為太陽能光伏板，2為太陽能支架，3為太陽能配電箱，4為蓄電池，5為太陽能控制器，6為太陽能逆變器，7為時間控制器，8為電源插座，9為空氣壓縮機(jī)，10為電線，11為太陽能配電箱頂部，12為水上漂浮平臺，13為水生植物，14為人工浮島，15為內(nèi)置塑料泡沫，16為花籃，17為中空花碟，18為漁網(wǎng)，19為生物碳纖維水處理填料，20為曝氣沙頭，21為硅膠軟管，22為陶粒，23為置物板，24為支架固定孔，25為通風(fēng)孔，26為排水口。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

本發(fā)明提供了一種新型太陽能生態(tài)浮島，如圖1-3所示，它包括三個部分，水上部分包括：太陽能光伏板1、太陽能支架2、太陽能配電箱3、蓄電池4、太陽能控制器5、太陽能逆變器6、時間控制器7、電源插座8、空氣壓縮機(jī)9、電線10、螺絲11、水上漂浮平臺12、水生植物13；水面部分包括：人工浮島14、中空花碟17、內(nèi)置塑料泡沫15、漁網(wǎng)18；水下部分包括：生物碳纖維水處理填料19、花籃16、曝氣沙頭20、硅膠軟管21、陶粒22。

太陽能光伏板1為250瓦36伏，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電池4中。蓄電池4的額定電壓為直流12伏電壓，70安時的容量，需要將兩塊蓄電池4串聯(lián)組成24伏蓄電池組。太陽能逆變器6將24伏的蓄電池4電壓轉(zhuǎn)化為220伏電壓，可以為空氣壓縮機(jī)9提供電能。所述的空氣壓縮機(jī)9參數(shù)為220伏42瓦，有4個出氣口。所述的空氣壓縮機(jī)9有兩臺，可以提供8個出氣口，和硅膠軟管21相連，曝氣沙頭20連接硅膠軟管21的另一端。

太陽能光伏板1由電線10單向連接太陽能控制器5的輸入端，太陽能控制器5的輸出端單向連接至蓄電池4組的正極，2個蓄電池4串聯(lián)成24伏的蓄電池組，蓄電池組的負(fù)極單向連接太陽能逆變器6的輸入端，太陽能逆變器6的輸出端單向連接電源插座8，時間控制器7連接在電源插座8上，空氣壓縮機(jī)單向連接在時間控制器7上。上述的所有的電器均置于設(shè)計好的太陽能配電箱3中，太陽能配電箱3中有設(shè)計好的槽便于所述的電器的放置，太陽能配電箱3。由于不同季節(jié)正午陽光直射地面的夾角不同，故需要調(diào)節(jié)太陽能支架2的角度以便于更高效的接受日照，夏季太陽能板與水平方向的夾角為30度，冬季為45度。

白天，太陽能能光伏板1不斷為蓄電池4充電，同時控制空氣壓縮機(jī)9為水中曝氣、造流。同時，水生植物13的根系在受污染水體中吸收氮、磷等物質(zhì)進(jìn)行生長，實現(xiàn)污染物的去除，生物碳纖維水處理填料19不斷聚集微生物，在好氧與厭氧交替的條件下，不斷的使水中的污染物降解，達(dá)到水體修復(fù)目的。夜晚，蓄電池4可以不斷的為水中提供氧氣，可以使得生物碳纖維水處理填料19上的生物膜不斷降解水中污染物，達(dá)到24小時不停歇修復(fù)水體。本發(fā)明中采用節(jié)能、高效、環(huán)保的太陽能光伏板1提供能量，故不需要外加供電引入，實現(xiàn)了運(yùn)行過程中的零成本。

太陽能配電箱3尺寸為0.8米*1.6米，置于水上漂浮平臺12上，水上漂浮平臺12置于人工浮島14中央，水上漂浮平臺12四角由尼龍繩固定在人工浮島14四周，防止隨水漂走，水上漂浮平臺12尺寸為2米*4米。人工浮島14不為水上漂浮平臺12提供浮力，僅僅起到固定作用。人工浮島14表面由漁網(wǎng)18覆蓋，漁網(wǎng)18表面均勻播撒水生植物13，如金錢草、菹草等?；ɑ@16中種上水生植物13，如美人蕉、菖蒲等，用陶粒22固定，花籃16置于中空花碟17中，中空花碟17有序排擺在人工浮島上14。生物碳纖維水處理填料19拴綁在人工浮島14的四周，數(shù)量由水體污染程度而定，一般為8-20根。人工浮島14的尺寸為4米*8米。

本發(fā)明的新型太陽能生態(tài)浮島的生態(tài)修復(fù)原理如下：

受污染水體中的污染物質(zhì)只要靠水體中的微生物進(jìn)行降解，不同污染物需要在不同的溶解氧含量中得到去除。本發(fā)明中的生物碳纖維水處理填料19可以有效的、大量的聚集不同種類的微生物，使微生物在生物碳纖維水處理填料19上形成生物膜，在空氣壓縮機(jī)9提供的氧氣下，生物膜可以好氧分解cod、氨氮等污染物，有效使發(fā)黑、發(fā)臭水體水質(zhì)變好；當(dāng)空氣壓縮機(jī)9停止提供的氧氣時，生物膜可以在缺氧或者厭氧的條件下使硝酸鹽變?yōu)榈獨(dú)庖瞥w。同時生物碳纖維水處理填料19及其上形成生物膜類似水生植物根部，可為魚類等水生動物提供生存、繁殖場所，增加了水體生物的多樣性，更有益于水體的修復(fù)。

實施例2

本發(fā)明還提供一種水生態(tài)修復(fù)方法，通過構(gòu)建新型太陽能生態(tài)浮島，將水中大量微生物聚集在生物碳纖維水處理填料19和水生植物根部上，達(dá)到水體修復(fù)目的，其具體方法包括以下步驟：

a、將所述的構(gòu)建好的新型太陽能生態(tài)浮島放置在受污染的水體中；

b、將所述的新型太陽能生態(tài)浮島的前期運(yùn)行模式用時間控制器調(diào)節(jié)至以曝氣為主的運(yùn)行模式，其目的在于使獨(dú)創(chuàng)的水下部分中生物碳纖維水處理填料盡快形成生物膜，此階段稱為掛膜期。此階段運(yùn)行周期在每24小時內(nèi)分平均分為3個等長的小周期，每個小周期長8小時。在這個8小時中，空氣壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間為6小時，停止2小時。此階段運(yùn)行時間為20天。這樣的目的是因為在好氧的條件下，好氧微生物的掛膜速度快于厭氧微生物的掛膜速度，當(dāng)生物膜形成后，生物膜內(nèi)側(cè)的好氧菌會由于生物膜厚度原因形成缺氧區(qū)，從而形成缺氧微生物；

c、在掛膜期后，將所述的新型太陽能生態(tài)浮島的運(yùn)行模式更改為以處理水質(zhì)為目的的運(yùn)行模式，將每天的24小時分為3個連續(xù)的、等時長的小周期，每個周期長8小時。在這個8小時中，空氣壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間為3小時，停止3小時。按此運(yùn)行模式處理受污染水質(zhì)。這樣的目的是因為在曝氣的條件下有利于受污染水體中cod的去除，氨氮在好氧條件下也易于通過硝化反應(yīng)生成硝酸鹽氮，但是在氨的去除過程中需要提供缺氧條件，這就需要減少空氣壓縮機(jī)的曝氣時間。

本發(fā)明的一種新型太陽能生態(tài)浮島及水生態(tài)修復(fù)方法對城市湖泊、河流等黑臭水體、富營養(yǎng)化水體進(jìn)行處理，能夠消除黑臭水體并能夠高效降解有機(jī)污染物、氨氮化合物及磷的去除，而且具有前期投資小，后期運(yùn)行、維護(hù)成本低，高效、節(jié)能、穩(wěn)定、靈活、美觀的治理受污染水體，同時有助于水環(huán)境生物多樣性的提升，從而達(dá)到治理受污染水體的目的。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；上述的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解。依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。