專利名稱：用于增強(qiáng)水質(zhì)和減緩波動(dòng)的低成本微生物生境的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于水中的低成本人造結(jié)構(gòu)體。具體而言，本發(fā)明涉及表面區(qū)域集中、防傾覆并且使波減緩的漂浮島和負(fù)浮力結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
的漂浮平臺(tái)用于大量的各種應(yīng)用。人類游泳者利用漂浮船塢來休息和跳水。漂浮野生生物筏被用來給鳥類、哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物和兩棲動(dòng)物提供筑巢和休息的生境。漂浮水處理平臺(tái)被用于生長(zhǎng)可攝取并轉(zhuǎn)化諸如過量營(yíng)養(yǎng)素和溶解的金屬等水中污染物的植物和微生物。
所有上述結(jié)構(gòu)體具有至少3個(gè)可被本發(fā)明所克服的主要缺陷。第一，背景技術(shù)的漂浮平臺(tái)在負(fù)載被放置在其外周附近時(shí)本質(zhì)上對(duì)于傾覆是不穩(wěn)定的(例如，爬上漂浮船塢的人類游泳者會(huì)使他試圖上船之處的平臺(tái)邊緣傾斜并浸沒)。第二，現(xiàn)有技術(shù)的漂浮平臺(tái)在有波浪時(shí)會(huì)過度地振動(dòng)搖擺?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)通常必須"具有超大尺寸"以對(duì)抗這些運(yùn)動(dòng)，這增加了制造和使用的成本。第三，現(xiàn)有設(shè)計(jì)沒有整合大量的廉價(jià)廢棄聚合物來為會(huì)將引起污染的營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和氮?dú)獾挠幸嫖⑸锏亩ㄖ程峁└咚降谋砻鎱^(qū)域。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專利5,201,136號(hào)、5，224，292號(hào)、5,528,856號(hào)、5,588,396號(hào)、5,766,474號(hào)、5，980，738號(hào)、6,086,755號(hào)、6,089,191號(hào)和6,555,219號(hào)以及美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0051398號(hào)、2003/0208954號(hào)、2005/0183331號(hào)中描述過；所述專利和專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用并入，就如同其在本文中已完全闡述。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于漂浮島和浸沒結(jié)構(gòu)體的具有防傾覆、波減緩的高容量微生物生境。
背景技術(shù)：
的漂浮平臺(tái)依靠具有大浮力質(zhì)量來抵御由邊緣負(fù)載引起的傾覆。在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明利用所截留的水和/或精心放置的負(fù)浮力材料的重量以及水產(chǎn)生的阻力來對(duì)抗傾覆力。因而，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式通過顯著少于背景技術(shù)設(shè)計(jì)的材料質(zhì)量(因而材料成本更低)提供了增強(qiáng)的穩(wěn)定性。
波動(dòng)力在水體表面具有最大能量，能量水平隨深度而降低。漂浮平臺(tái)的背景技術(shù)設(shè)計(jì)通常利用深度浸沒的漂浮物和/或大質(zhì)量來提供對(duì)抗波動(dòng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式利用所截留的水的重量和水產(chǎn)生的阻力來對(duì)抗波浪引發(fā)的運(yùn)動(dòng)。因而，與具有可比的抗波浪引發(fā)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性的現(xiàn)有設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式可以制造得更小、成本更低。此外，通過具有比背景技術(shù)設(shè)計(jì)更低的干重，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式比背景技術(shù)設(shè)計(jì)更易于構(gòu)建、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用。
所述島還可以被用作平臺(tái)來支持水充氣機(jī)或水循環(huán)機(jī)。充氣機(jī)可被加入本發(fā)明中以用于增加水體中溶解氧濃度，這有益于保持魚類和水生昆蟲的高生長(zhǎng)率。還可以利用充氣來增加島體的浸沒部分中的溶解氧濃度，這可以有益于保持定殖于島體內(nèi)部的微生物清除營(yíng)養(yǎng)素的高速率。
水循環(huán)機(jī)可以被加入本發(fā)明中來常年改善水質(zhì)。例如，在寒冷氣候的冬季，可以將水由水體的底部循環(huán)到表面。相對(duì)溫暖的底部水可用于保持水體的表面不結(jié)冰，從而促進(jìn)氧和陽(yáng)光天然地轉(zhuǎn)移到水體中。氧和陽(yáng)光是維持魚類和水下植物所需要的。在溫暖氣候的夏季，希望的是水循環(huán)通過將自由漂浮藻類從表面層除去并將它們循環(huán)到更冷且陽(yáng)光更少的更深區(qū)域從而減緩這些藻類的生長(zhǎng)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明可以制成自由形式的形狀，這比背景技術(shù)設(shè)計(jì)在外觀上更為自然。這些自然的形式在重點(diǎn)考慮美學(xué)的地點(diǎn)(例如在野生生物公園)是有利的。在優(yōu)選實(shí)施方式中，為了向微生物生物膜提供較大的表面區(qū)域，可將島基質(zhì)設(shè)計(jì)為具有相對(duì)較高的內(nèi)表面積與表觀體積之比。例如，設(shè)想一個(gè)具有各邊為1英尺的外部尺寸的非織造聚合物基質(zhì)的立方體，具有1
立方英尺的相應(yīng)表觀體積。假設(shè)該立方體中單獨(dú)的聚合物線的總表面積
為約294平方英尺。因而內(nèi)表面積與表觀體積之比為(294平方英尺/1立方英尺)，或294平方英尺表面積每立方英尺表觀體積。出于本公開的目的，術(shù)語"生物調(diào)節(jié)商"(biomediationquotient)或"BMQ"定義為表面積與表觀體積之比，其中所述表觀體積具有1英尺X1英尺X1英寸的尺寸，或?yàn)?/12立方英尺。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明利用多孔滲水性(water-porous)且水透過性材料作為所述平臺(tái)的主體的主要成分。優(yōu)選將這些材料組裝為本文所述的特定優(yōu)化的形狀。這些材料的組合和漂浮島成分的形狀在所述結(jié)構(gòu)體經(jīng)受一時(shí)的邊緣負(fù)荷或波動(dòng)時(shí)可以發(fā)揮使傾覆和擺動(dòng)最小化的作用。
在背景技術(shù)的漂浮島的實(shí)施方式中，已經(jīng)利用注入或嵌入的聚合物泡沫來為漂浮結(jié)構(gòu)體提供足夠的浮力。該泡沫基本上不透水和氣，占據(jù)了結(jié)構(gòu)體內(nèi)部空間的一部分，否則這部分空間會(huì)包含具有用于有益微生物定殖的大表面積的可滲透性體積。通過將浮力聚合物廢料片用作本發(fā)明的主要成分，可減少或消除對(duì)為了浮力而包含聚合物泡沫的需要。除了減少材料和降低制造成本，浮力泡沬從所述結(jié)構(gòu)體中的減少或消除還可增加清除營(yíng)養(yǎng)素的微生物定殖可用的內(nèi)部體積，從而提高所述結(jié)構(gòu)體的增強(qiáng)水質(zhì)的性質(zhì)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)體(例如浮力島或非浮力島)，該結(jié)構(gòu)體包含主體，所述主體具有中心和外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料，所述基質(zhì)材料包含聚合物纖維或聚合物碎片，所述聚合物纖維或聚合物碎片相互纏結(jié)從而形成具有內(nèi)部和外部的無規(guī)取向的包層，所述聚合物纖維或聚合物碎片的至少一部分(例如在使用中暴露至紫外線輻照的部分)優(yōu)選涂覆有水基膠乳粘合劑或聚脲，所述主體在所述外周具有加厚部。優(yōu)選的是，所述主體還具有鄰近所述中心的加厚部。優(yōu)選所述無規(guī)取向的包層具有能夠支持微生物在所述內(nèi)部之中并沿著所述外部定殖的表面區(qū)域，所述微生物包括攝取和/或轉(zhuǎn)化諸如過量營(yíng)養(yǎng)素和/或溶解的金屬等水中污染物的有益微生物。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種在具有水面的水體中使用的浮力島，所述浮力島包含具有形狀、中心和外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的平臺(tái)，所述平臺(tái)在所述外周具有加厚部；其中，在使用中，所述平臺(tái)含有流過它的第一部分水和當(dāng)所述加厚部被提高到所述水面之上時(shí)而被截留在所述加厚部之中的第二部分水。優(yōu)選的是，所述平臺(tái)具有鄰近所述中心的加厚部。優(yōu)選的是，所述平臺(tái)具有能夠支持有益微生物定殖的表面區(qū)域。優(yōu)選的是，所述平臺(tái)具有定傾中心并且在傾覆負(fù)載施加到所述平臺(tái)上時(shí)所述形狀可將所述定傾中心的位移減到最小。出于本公開的目的，術(shù)語"定傾中心"是穿過漂浮體的浮力中心的第一垂線與在所述主體被移動(dòng)時(shí)穿過新的浮力中心的第二垂線的交叉點(diǎn)。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種浮力島，該浮力島包含具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的主體，所述基質(zhì)材料包含聚酯纖維，所述聚酯纖維相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的包層，所述聚酯纖維涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲或聚氨酯，所述主體具有位于所述外周的減薄部和外伸的下凸緣部。
在又一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種浮力島，該浮力島包含第一部分和第二部分，所述第一部分具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料，所述基質(zhì)材料包含聚合物纖維或聚合物碎片，所述聚合物纖維或聚合物碎片相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的包層，所述聚合物纖維或聚合物碎片涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲或聚氨酯，所述第一部分具有位于所述外周的加厚部和中心部；所述第二部分連接于所述第一部分的所述中心部，并且所述第二部分是負(fù)浮力性的。優(yōu)選的是，所述第二部分包含混凝土或石材。優(yōu)選的是，所述正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料具有能夠支持有益微生物定殖的表面。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種組裝體，該組裝體包含多
11個(gè)本文所公開的浮力結(jié)構(gòu)體或浮力島；和多個(gè)連接裝置，所述連接裝置 將各個(gè)所述浮力結(jié)構(gòu)體或浮力島在至少兩個(gè)位置與另一個(gè)所述浮力結(jié)構(gòu) 體或浮力島連接。優(yōu)選的是，各個(gè)所述連接裝置包括繩、纜或金屬帶、 鏈或索。優(yōu)選的是，所述多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料具有可支持 有益微生物定殖的表面。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種浮力結(jié)構(gòu)體，該浮力結(jié)構(gòu)體 包含含有正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的主體，所 述基質(zhì)材料包含聚合物纖維或聚合物碎片，所述聚合物纖維或聚合物碎 片相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的包層，所述主體具有外伸的上凸緣部、 縮回的中心部和外伸的下凸緣部。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種用于安裝在具有水面的水體
中的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含多個(gè)廢棄非織造基質(zhì)片，所述多個(gè)廢棄
非織造基質(zhì)片以粘合劑粘合在一起或者包埋在非織造基質(zhì)包層中從而產(chǎn) 生具有可有效提供微生物定殖用表面的元件的組合體。在又一優(yōu)選實(shí)施
方式中，本發(fā)明是一種用于安裝在具有水面的水體中的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié) 構(gòu)體包含多個(gè)非織造基質(zhì)片，所述非織造基質(zhì)由聚酯或黃麻組成，所 述多個(gè)非織造基質(zhì)片包埋在一個(gè)或多個(gè)由聚酯或黃麻組成的非織造基質(zhì) 的包層中。在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是多個(gè)無規(guī)形狀的再粉碎 (regroimd)聚合物片，所述多個(gè)無規(guī)形狀的再粉碎聚合物片粘合在一起或 包埋在可有效提供微生物定殖用表面的非織造基質(zhì)包層中。優(yōu)選的是， 所述組合體具有正浮力。還優(yōu)選的是，所述組合體具有負(fù)浮力。
優(yōu)選的是，所述結(jié)構(gòu)體包含具有內(nèi)表面區(qū)域的內(nèi)部和具有外表面區(qū) 域的外表面，所述外表面區(qū)域的一部分在水面之上，并且所述內(nèi)表面區(qū) 域?yàn)樗鐾獗砻鎱^(qū)域的多倍。優(yōu)選的是，所述結(jié)構(gòu)體包含具有內(nèi)表面區(qū) 域的內(nèi)部和具有外表面區(qū)域的外表面，并且所述內(nèi)表面區(qū)域大于所述外 表面區(qū)域。優(yōu)選的是，所述結(jié)構(gòu)體進(jìn)一步包含聚合物廢料片，并且所述 聚合物廢料片包含聚合物纖維和聚合物泡沬的組合。優(yōu)選的是，所述結(jié) 構(gòu)體進(jìn)一步包含兩層非織造聚合物基質(zhì)，所述聚合物廢料片排列為層， 并且所述聚合物廢料片的層夾在所述兩層非織造聚合物基質(zhì)之間。優(yōu)選的是，所述結(jié)構(gòu)體進(jìn)一步包含多個(gè)交替的聚合物廢料片層和非織造聚合 物基質(zhì)層。優(yōu)選的是，所述聚合物廢料片包含未經(jīng)分選的材料。優(yōu)選的 是，所述聚合物廢料片包含比重小于1.0的材料。優(yōu)選的是，所述聚合物 廢料片形成組合的混合物，并且所述聚合物廢料片包含具有一定范圍的 比重的材料，以使所述聚合物廢料片的組合的混合物具有凈的正浮力。 優(yōu)選的是，所述聚合物廢料片包含比重大于1.0的材料。優(yōu)選的是，所述 聚合物廢料片形成組合的混合物，并且所述聚合物片包含一定范圍的比 重的材料，以具有使所述聚合物廢料片的組合的混合物具有凈的負(fù)浮力。 在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種用于安裝在水環(huán)境中的結(jié)構(gòu)體，
所述結(jié)構(gòu)體包含多孔集裝袋(porous containment bag);和包埋在所述多 孔集裝袋中的多個(gè)廢棄聚合物片。優(yōu)選的是，至少一些所述廢棄聚合物 片具有小于水的比重，并且所述結(jié)構(gòu)體具有正浮力。優(yōu)選的是，至少一 些所述廢棄聚合物片具有大于水的比重，并且所述結(jié)構(gòu)體具有負(fù)浮力。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種負(fù)浮力結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體 包含多個(gè)聚合物片，所述多個(gè)聚合物片具有總表面積和表觀體積，并 且總表面積與表觀體積之比至少為200，所述聚合物片可共同有效提供咸 水中天然珊瑚形成或淡水中石材形成的生物模擬復(fù)制體，該復(fù)制體具有 水生動(dòng)物生命體用于隱藏、棲息或進(jìn)食的腔洞和裂隙。在另一優(yōu)選實(shí)施 方式中，本發(fā)明是一種用于在具有底部的水體中安裝的滲透性且負(fù)浮力
的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含多個(gè)聚合物片，所述多個(gè)聚合物片具有總
表面積和表觀體積，并且總表面積與表觀體積之比至少為200，使得所述 聚合物片可共同有效錨定漂浮島或?qū)⒘硪黄∥矬w栓系在所述底部，從 而在所述水體的底部柔軟或常規(guī)的錨不適合時(shí)使得能夠錨定漂浮物體， 在所述物體被拖拉經(jīng)過水體時(shí)，所述結(jié)構(gòu)體的滲透性可提供額外的阻力， 從而增強(qiáng)所述結(jié)構(gòu)體的錨定性。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種浮力結(jié)構(gòu)體，該浮力結(jié)構(gòu)體 包含主體和多個(gè)連接裝置，所述主體選自由下述(l)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5) 和(6)組成的組(l)具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過
性基質(zhì)材料的第一部分，和包含布置在所述第一部分的所述外周的浮筒構(gòu)件的第二部分，(2)包含由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì) 材料組成的具有外周和中心部的平臺(tái)的第一部分，包含布置在所述第一 部分的所述外周的浮筒構(gòu)件的第二部分，和連接于所述中心部的第三部
分，(3)具有外周并且包含由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì) 材料組成的具有中心部的平臺(tái)的第一部分，布置在所述第一部分的所述 外周的第二部分，和連接于所述中心部的第三部分，所述第二部分的橫 截面比所述中心部更薄，(4)具有外周并且包含由正浮力性的、多孔滲水 性且水透過性的基質(zhì)材料組成的具有中心部的平臺(tái)的第一部分，包含布 置在所述第一部分的所述外周的浮筒構(gòu)件的第二部分，和連接于所述中 心部的第三部分，所述第三部分具有負(fù)浮力，(5)包含正浮力性的、多孔 滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的第一離散部分，和包含所述正浮力性的、 多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的第二離散部分，所述離散部分不相 互接觸，和(6)由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料組成的 中間部分，所述中間部分具有外周、由所述正浮力性的、多孔滲水性且 水透過性的基質(zhì)材料組成的頂部(所述頂部沿徑向延伸到所述外周以外) 和由所述正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料組成的底部(所 述底部沿徑向延伸到所述外周以外)；所述連接裝置將所述部分在至少2 個(gè)位置相互連接；其中，在使用中，各個(gè)所述部分含有流過它的第一部 分水和/或當(dāng)它提高到所述水面之上時(shí)而被截留在其中的第二部分水。在 這一實(shí)施方式中，"正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料"可 以由于非織造聚合物纖維或聚合物碎片的浮力而具有正浮力，和/或由于 添加到所述基質(zhì)中的浮力聚合物泡沫而具有正浮力。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種用于安裝在水體中的漂浮島， 所述漂浮島包括三個(gè)第一層，各個(gè)第一層包含非織造聚合物基質(zhì)；和 兩個(gè)第二層，各個(gè)第二層包含多個(gè)廢棄聚合物片；其中，各個(gè)所述第二 層被置于兩個(gè)所述第一層之間。優(yōu)選的是，漂浮島進(jìn)一步包括可延伸 到水體中的入口管；可有效將水移入所述入口管中的水泵；可有效向所 述水泵供應(yīng)能量的太陽(yáng)能收集器；和將所述水分配到最上面的所述第一 層之上的排出管線。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種仿生珊瑚礁，所述仿生珊瑚 礁包含粘合在一起以產(chǎn)生非浮力體的多個(gè)廢棄聚合物片；和將水和/或 空氣注入到所述非浮力體中的注入系統(tǒng)。優(yōu)選的是，所述非浮力體具有 腔洞。優(yōu)選的是，所述仿生珊瑚礁進(jìn)一步包含布置在一個(gè)所述腔洞之中 的袋裝干水泥。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種聚合物廢料結(jié)構(gòu)體，所述結(jié) 構(gòu)體包括通過聚脲或聚乙烯粘合在一起從而形成具有腔洞的主體的多 個(gè)廢棄聚合物片；和由聚脲或聚乙烯組成的不透氣頂部涂層。在另一優(yōu) 選的實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種漂浮島，該漂浮島包含具有頂側(cè)和底 側(cè)的非織造基質(zhì)片材；連接于所述頂側(cè)從而產(chǎn)生生長(zhǎng)平臺(tái)的第一組多個(gè) 廢棄聚合物片，所述生長(zhǎng)平臺(tái)包括外周凸緣并且具有填充有親水材料的 毛細(xì)管；連接于所述底側(cè)的第二組多個(gè)廢棄聚合物片；和配置在所述生 長(zhǎng)平臺(tái)上的植物生長(zhǎng)介質(zhì)，所述植物生長(zhǎng)介質(zhì)與所述毛細(xì)管中的所述親 水材料連通。優(yōu)選的是，該漂浮島進(jìn)一步包括配置在所述第二組多個(gè) 廢棄聚合物片中的基質(zhì)廢料片。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種漂浮島，該漂浮島包含由 非織造基質(zhì)組成的單一底層；由廢棄非織造基質(zhì)或其它聚合物材料組成 的中間部分；和頂部包層，所述頂部包層為草皮包層、內(nèi)充草皮的黃麻 包層或內(nèi)充草皮的聚合物包層。優(yōu)選的是，所述非織造基質(zhì)由天然非織 造材料組成。優(yōu)選的是，所述天然非織造材料選自由椰纖維、黃麻、大 麻和棉組成的組。
在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明是以"三明治"構(gòu)造來制造的島，使用 了相對(duì)較薄的非織造基質(zhì)層，所述非織造基質(zhì)層被相對(duì)較厚的聚合物線、 聚合物碎屑或聚合物碎片的層分隔。非織造基質(zhì)可以由1英寸厚非織造 聚酯、聚丙烯或聚乙烯纖維組成。作為選擇，可以使用擠出的聚合物泡 沬的片材來替代非織造基質(zhì)。擠出的泡沫片材內(nèi)的孔隙空間可以為閉室 泡沫、開室泡沫或閉室泡沫與開室泡沫的組合。聚合物片可以由再循環(huán) 的廢棄材料組成。適合的廢棄材料的實(shí)例包括HDPE(高密度聚乙烯)牛奶 壺和PETE(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)軟飲料瓶。聚合物壺和瓶的再循環(huán)通常通過磨碎并使所得到的片通過1/2英寸的篩來進(jìn)行，由此所得廢料片的
最大尺度是約1/2英寸寬、1/2英寸長(zhǎng)和原聚合物容器壁的厚度。必要時(shí) 可以通過將廢料片切割為定制的形狀和尺寸來針對(duì)所述應(yīng)用優(yōu)化廢料片 的形狀，例如相對(duì)較長(zhǎng)、較窄的帶，所述帶可以機(jī)械方式纏結(jié)和/或通過 膠乳、聚脲或聚氨酯涂料來粘合，從而形成具有有益微生物定殖可用的 較大內(nèi)表面區(qū)域的包層。更優(yōu)選的帶的尺寸的一個(gè)實(shí)例是1/16英寸寬、3 英寸長(zhǎng)并具有用于生產(chǎn)廢料的再循環(huán)聚合物容器的原始壁厚度的厚度。 可選的是，可以利用能在帶上產(chǎn)生鋸齒邊緣的切割刀片來有意地形成帶。 這些鋸齒邊緣可以在條帶纏結(jié)成非織造包層時(shí)幫助它們鎖在一起。所述 鋸齒邊緣還可以使每條帶上的用于微生物定殖的可用表面區(qū)域最大化。 這些鋸齒邊緣的帶生物模擬了某些天然漂浮島所包含的根部和其它有機(jī) 碎片。
在任何上述的實(shí)施方式中，漂浮島或其它結(jié)構(gòu)體可以由非織造聚合 物基質(zhì)(或泡沫片材)和多片的聚合物帶、碎屑或碎片以及僅施用于所述漂 浮島或其它結(jié)構(gòu)體的外表面的涂料來制造。所述涂料可以包括聚脲、聚 氨酯、膠乳、橡膠或在將聚合物材料粘合在一起時(shí)保護(hù)所述材料免于紫 外(UV)光降解的其它任何相似的材料。在這些實(shí)施方式中，廢料片的尺 寸和非織造基質(zhì)(或泡沫片材)中開口的尺寸被選擇為相容，以便制造下述 結(jié)構(gòu)體，其中內(nèi)部聚合物片不會(huì)經(jīng)非織造基質(zhì)(或泡沫片材)中的開口而從 結(jié)構(gòu)體漏出，而水和氣體能夠穿過該結(jié)構(gòu)體。
由天然或合成橡膠組成的汽車輪胎或其他物體的碎片可以作為聚合
物碎片用于漂浮的實(shí)施方式和非漂浮的實(shí)施方式。雖然背景技術(shù)中已將 廢棄汽車輪胎捆扎在一起從而產(chǎn)生了在先發(fā)明中的人工礁，但本發(fā)明優(yōu)
選利用了碎片而不是整個(gè)輪胎。與整個(gè)輪胎相比，碎片可以提供大得多 的每單位質(zhì)量的表面積，使得碎片更適于被有益微生物定殖。所述結(jié)構(gòu) 體在必要時(shí)可以用作增強(qiáng)水質(zhì)用充氣機(jī)或水循環(huán)機(jī)的支持基座。
在另一實(shí)施方式中，整個(gè)結(jié)構(gòu)體由可從再循環(huán)廢料制成的聚合物碎 片組成。在這一實(shí)施方式中，可以通過噴涂聚脲或聚氨酯來將聚合物片 粘合在一起。作為選擇，可將碎片裝在由聚合物、尼龍或其他適宜的多孔材料組成的滲透性袋中。適宜的材料的一個(gè)實(shí)例是擠出聚乙烯網(wǎng)，所 述擠出聚乙烯網(wǎng)具有的網(wǎng)目尺寸可防止由該網(wǎng)狀材料制成的袋內(nèi)所含的 聚合物碎片漏出。 一種這樣的網(wǎng)狀材料可獲得自加里福利亞州洛杉磯的
McMaster-Carr(零件號(hào)碼9314T29)。這一實(shí)施方式可被用作常規(guī)的浮力漂 浮島。
作為選擇，可以將所有實(shí)施方式制造為具有負(fù)浮力。在負(fù)浮力構(gòu)造 中，所述結(jié)構(gòu)體類似于靜置在水體底部的仿生珊瑚礁?？梢詫⒖諝夂?或 水注入仿生珊瑚礁從而促進(jìn)微生物對(duì)溶解營(yíng)養(yǎng)素的清除并且向棲居在結(jié) 構(gòu)體周圍和內(nèi)部的魚類和其它水生動(dòng)物供氧。在為水產(chǎn)養(yǎng)殖而優(yōu)化的類 似實(shí)施方式中，可將營(yíng)養(yǎng)素、有機(jī)碳和/或其他材料添加到注入用水中并 注入到結(jié)構(gòu)體內(nèi)，從而促進(jìn)浮游生物和微生物的生長(zhǎng)，從而刺激食物鏈， 并導(dǎo)致魚類或其他商業(yè)水產(chǎn)品的增產(chǎn)。
對(duì)于包含聚合物廢料、碎屑或碎片的實(shí)施方式，通過利用可以以相 對(duì)較低的成本從回收商處獲得的各種聚合物廢料的混合物，可以將聚合 物材料的成本降到最小。這些未經(jīng)分選的混合物可以由聚合物材料的任 何組合來組成。未經(jīng)分選的聚合物廢料混合物通?？梢砸缘陀诮?jīng)分選廢 料的成本獲得，這是因?yàn)榕c經(jīng)分選的聚合物相比它們當(dāng)前具有有限的市 場(chǎng)潛力。
當(dāng)將廢料混合物用于本發(fā)明的優(yōu)選的正浮力實(shí)施方式時(shí)，可能有利 的是利用僅由或主要由比重小于1.0的材料組成的部分分選的混合物。這 些廢料混合物具有正凈浮力，并且可以以低于經(jīng)分選而包含單一聚合物 材料的廢料的成本獲得。
可以在再循環(huán)過程中改變聚合物廢料碎屑的尺寸和形狀從而提供有 利性質(zhì)的優(yōu)選組合。有利性質(zhì)可以包括用于微生物定殖的更大表面區(qū)域、 用于植物根部支持的增大的孔隙度和剛度、水滲透性和易于裝在基質(zhì)"三 明治"內(nèi)而不漏出的能力。
對(duì)于給定質(zhì)量的聚合物廢料，微生物定殖可用的表面積通常隨個(gè)體 碎屑尺寸減小而增加(即，隨著碎屑尺寸變得更小，表面積與體積之比變 得更大)。此外，由薄原料(例如廢棄牛奶壺)制成的碎屑通常比由厚原料(例如汽車防撞墊)制成的碎屑具有更大的每單位質(zhì)量的表面積。因而，在高 內(nèi)表面積較為重要的本發(fā)明的應(yīng)用中，相對(duì)于大或厚的碎屑，可以優(yōu)選 小或薄的碎屑。
測(cè)定了混合廢料的一個(gè)樣品的單位表面積。該材料是經(jīng)過具有1/2 英寸篩網(wǎng)的粉碎機(jī)的聚乙烯和聚丙烯的低成本混合物。根據(jù)對(duì)代表性碎
屑的測(cè)定，所估計(jì)的這些碎屑的表面積是32.2平方英尺表面積/立方英尺 碎屑，或1.2平方英尺表面積/磅碎屑。這相當(dāng)于對(duì)于1平方英尺X1英寸 厚度的體積為2.7平方英尺，或者約基質(zhì)的BMQ的1/10。如果將碎屑通 過1/4英寸篩網(wǎng)，則這些碎屑的近似表面積對(duì)于1平方英尺X 1英寸厚度 的體積將為5.4平方英尺，或者約基質(zhì)的BMQ的1/5。
通過參考對(duì)附圖和后續(xù)對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式的描述，將使本發(fā) 明的其它方面變得更加清楚。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的其 它實(shí)施方式是可能的，并且可以在多個(gè)方面改變本發(fā)明的細(xì)節(jié)而完全不 背離本發(fā)明的理念。因此，應(yīng)將以下附圖和描述看作本質(zhì)上為示例而非 限制。
下述附圖闡釋了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，通過參照這些附圖可以更
好地理解本發(fā)明的特征。在所述圖中
圖1是本發(fā)明的漂浮島的優(yōu)選實(shí)施方式的側(cè)視(垂直投影)截面圖。 圖2是圖1的實(shí)施方式的另一側(cè)視截面圖。
圖3是具有加厚的中心部的本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
圖4是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的示意性側(cè)視垂直投影圖。
圖5是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的示意性側(cè)視截面圖。
圖6是本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
圖7是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的俯視平面圖。
圖8是本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
圖9是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的夾心構(gòu)造浮力島的側(cè)視截面圖。
圖10是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的仿生珊瑚礁結(jié)構(gòu)體的側(cè)視截 面圖。
圖11是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的聚合物廢料漂浮島的側(cè)視截面圖。
圖12是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的包含聚合物廢料和生長(zhǎng)介質(zhì)
的島的側(cè)視截面圖。
圖13是具有突出頂部包層的三層島的側(cè)視截面圖。 以下的附圖標(biāo)記用于在圖上標(biāo)識(shí)本發(fā)明的部分和環(huán)境 1漂浮島、浮力島、浮力結(jié)構(gòu)體、結(jié)構(gòu)體、平臺(tái) 2水體
3多孔滲透性基質(zhì)材料、非織造基質(zhì)、基質(zhì) 4島在水線之上的部分 5島在水線之下的部分 6垂直負(fù)載
7島被垂直負(fù)載下壓的部分、第一部分 8方向向下的箭頭、下箭頭
9島被垂直負(fù)載升高的部分、第二部分、提高的部分
10方向向上的箭頭、上箭頭
11加厚的中心部、中心部
12表示上下波動(dòng)力的箭頭、上下箭頭
13表示擺動(dòng)波動(dòng)力的箭頭，擺動(dòng)箭頭
14減薄的邊緣區(qū)
15負(fù)浮力區(qū)域
16連接裝置
17外伸的頂部凸緣部
18縮回的中心部
19外伸的下凸緣部、外伸的凸緣特征 20生境區(qū)域、生境特征21魚類
22夾心構(gòu)造島、夾心島
23廢棄聚合物片、廢料片
24太陽(yáng)能電池板
25水泵
26入口管
27排出管線
28仿生珊瑚礁結(jié)構(gòu)體
29注入系統(tǒng)
30腔洞
31聚合物廢料島、聚合物廢料結(jié)構(gòu)體
32非滲透性頂部涂層
33生長(zhǎng)介質(zhì)
34毛細(xì)管
35外周凸緣
36廢棄基質(zhì)片
40攝取箭頭
41底層
42中間部分
43頂部包層
44聚氨酯泡沫
具體實(shí)施例方式
參見圖1，顯示漂浮島1的優(yōu)選實(shí)施方式漂浮在水體2中的正常位 置。在這一實(shí)施方式中，當(dāng)自上方觀察時(shí)結(jié)構(gòu)體l在平面上基本為圓形。 由于漂浮島1的主體在其外周處的部位為加厚的浮筒樣形狀(在截面中)， 這一實(shí)施方式在這里也被稱為"浮筒設(shè)計(jì)"。圖2是顯示當(dāng)本發(fā)明經(jīng)受一 時(shí)的外周負(fù)載時(shí)同一實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
如圖1所示，漂浮島1由多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料3組成。漂浮島1的部分4在水線之上，部分5在水線之下。水線之上的部分4 中的基質(zhì)3的孔隙空間填充有空氣，水線之下的部分5中的基質(zhì)3的孔 隙空間填充有水。在這一實(shí)施方式中，由于構(gòu)成基質(zhì)3的纖維具有的密 度小于水的密度，所以結(jié)構(gòu)體1可以漂浮。作為選擇，可以通過提供注 入的聚合物泡沫漂浮物(未顯示)來提供補(bǔ)充性浮力?；|(zhì)3可以由聚合物 或天然材料組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，基質(zhì)3由優(yōu)選具有標(biāo)準(zhǔn)厚度和寬度的聚酯纖維 組成，所述聚酯纖維相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的網(wǎng)狀物或"包層"。雖 然較小的島可以由厚度單一的單片基質(zhì)制成，但可通過并列和/或垂直連 接多片基質(zhì)3而設(shè)定出更大島體的尺寸。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基 質(zhì)3由200旦的聚酯纖維組成，所述聚酯纖維相互纏結(jié)從而形成約1英 寸 3/4英寸厚X56英寸寬的包層。
優(yōu)選的是，基質(zhì)3被制成連續(xù)帶，并被切割成長(zhǎng)度約為90英尺的部 分以便運(yùn)輸。包層的標(biāo)稱重量?jī)?yōu)選為41盎司每平方碼。包層內(nèi)的聚酯纖 維的標(biāo)稱重量?jī)?yōu)選為26盎司每平方碼。優(yōu)選將水基膠乳粘合劑烘烤到纖 維上以增加包層的剛度和耐久性?？梢酝ㄟ^改變構(gòu)成材料和制造方法來 調(diào)整基質(zhì)3的特性。例如，可以使纖維的直徑在約6旦 300旦變化。粗 纖維得到微生物定殖用表面積相對(duì)較小的相對(duì)較硬的基質(zhì)，而細(xì)纖維得 到微生物定殖用表面積相對(duì)較大的相對(duì)較軟的基質(zhì)。可相對(duì)較少地或相 對(duì)較多地涂布膠乳粘合劑以改變基質(zhì)的耐久性和重量，可將染料或者顏 料添加到粘合劑中以產(chǎn)生具有特定顏色的基質(zhì)。
可使用常規(guī)的制造技術(shù)將包層的厚度調(diào)整為約1/4英寸 2英寸?？?以預(yù)見的是，在未來可生產(chǎn)出較厚的包層，并且在可以獲得這些較厚的 包層(例如，3英寸 12英寸)時(shí)這些較厚的包層將被用作島體材料。整合 有膠乳粘合劑的包層可以作為制造物品來購(gòu)買。適宜的基質(zhì)材料的一個(gè) 帝!j造商是佐治亞州Acworth的Americo Manufacturing Company, Inc.。作 為選擇，基質(zhì)3可以由諸如椰纖維、黃麻、大麻或棉等天然非織造材料 組成。
參見圖2，圖示了剛好在對(duì)結(jié)構(gòu)體1的邊緣施加顯著的垂直負(fù)載6之后的漂浮島1的位置。負(fù)載6對(duì)島1產(chǎn)生了傾覆力矩。傾覆力矩使得
島1的第一部分7沿向下箭頭8的方向移動(dòng)，更深入到水體2中。相應(yīng) 地，傾覆力矩使得島1的第二部分9沿向上箭頭IO的方向移動(dòng)，升高到 水線之上。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，漂浮島1包括了可對(duì)抗垂直負(fù)載6所產(chǎn)生的 傾覆力矩的三個(gè)特征。第一，提高的部分9中加厚外周所帶來的基質(zhì)3 的額外重量提供了比不具有加厚外周的結(jié)構(gòu)體所會(huì)提供的更大的對(duì)抗性 力矩臂力。第二，由于水和基質(zhì)3纖維之間的表面張力所致，被截留在 提高的部分9內(nèi)的水要花費(fèi)一些時(shí)間從滲透性基質(zhì)3中流出。所截留的 水為升高到水線之上的提高的部分9增加了額外重量，這一額外重量增 大了對(duì)抗性力矩臂。第三，只要漂浮島1移動(dòng)經(jīng)過水體2，基質(zhì)3的多孔 滲水性和水透過性就會(huì)使得水流過基質(zhì)3。水經(jīng)過基質(zhì)纖維的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì) 抗漂浮島1在水體2中的運(yùn)動(dòng)的阻力。圖2中，正沿向下箭頭8的方向 運(yùn)動(dòng)的島1的第一部分7在其浸入水體2時(shí)遭遇到顯著的阻力，從而對(duì) 抗由傾覆力矩引起的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。被浸沒的第一部分7的浮力也可對(duì)抗旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
參見圖3，呈現(xiàn)了具有加厚的中心部11的本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方 式。這一實(shí)施方式具有與圖1和圖2的實(shí)施方式所述相同的3個(gè)抗傾覆 特征。此外，圖3所示的實(shí)施方式的中心部11提供了額外的力矩臂和水 阻力來對(duì)抗邊緣負(fù)載引起的傾覆。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式也可對(duì)抗由波浪作用引起的運(yùn)動(dòng)。參見圖4， 波浪對(duì)漂浮島1同時(shí)產(chǎn)生上下的力(如箭頭12所示)和擺動(dòng)力(如擺動(dòng)箭頭 13所示)。這兩種力均可被漂浮島1所抵抗。漂浮島1的提高到水線以上 的部分中所截留的水的重量可對(duì)抗這種向上運(yùn)動(dòng)，而水流過漂浮島的處 于移動(dòng)中的浸沒部分的基質(zhì)3所產(chǎn)生的阻力可對(duì)抗波浪力引起的垂直運(yùn) 動(dòng)和搖擺運(yùn)動(dòng)。此外，由于波浪的水強(qiáng)行進(jìn)入并經(jīng)過漂浮島1的多孔且 滲透性的基質(zhì)3，波浪能量被消耗和反射，從而減少了波浪高度和能量的 大小。
參見圖5，呈現(xiàn)了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式。這一實(shí)施方式模擬了申請(qǐng)人于2004年在密歇根和威斯康星研究的一些天然島嶼的形狀。在
這一實(shí)施方式中，較大的水飽和中心部11提供了對(duì)抗垂直運(yùn)動(dòng)的重且低
的重心，而薄邊緣區(qū)14由于其可作為抗入射波浪的防波堤的相對(duì)較大的 表面積而提供了減緩波的作用。
參見圖6，呈現(xiàn)了本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式。這一實(shí)施方式在漂 浮島1的主體之內(nèi)加入了負(fù)浮力區(qū)域15。負(fù)浮力區(qū)域15可以由具有負(fù)浮 力的滲透性多孔基質(zhì)材料組成。優(yōu)選的負(fù)浮力基質(zhì)材料的一個(gè)實(shí)例是非 織造聚酯。作為選擇，負(fù)浮力區(qū)域15可以由放置在構(gòu)成漂浮島1的主體 的基質(zhì)材料中的諸如混凝土或石材等負(fù)浮力材料組成。負(fù)浮力區(qū)域15可 作為龍骨來降低漂浮島1的重心。這種龍骨效應(yīng)與構(gòu)成區(qū)域15的多孔滲 透性基質(zhì)結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)了島的穩(wěn)定性。
參見圖7，呈現(xiàn)了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式。在這一實(shí)施方式中， 外凸的漂浮島1被用于提供抗傾覆特征。如圖所示，在理想情況下為相 同的多孔滲透性基質(zhì)構(gòu)造的分離的外凸的漂浮島1以連接裝置16相互連 接。這種布置使得可以設(shè)計(jì)水所產(chǎn)生的阻力的水平。在優(yōu)選實(shí)施方式中， 所述漂浮島1在至少2個(gè)位置連接，優(yōu)選在朝向較小的漂浮島1的相對(duì) 端的位置。當(dāng)以這種方式連接尺寸相似的漂浮島1時(shí)，優(yōu)選的連接點(diǎn)也 傾向于使各個(gè)漂浮島1的相對(duì)端發(fā)生聯(lián)系，從而利用連接裝置16來提供 島傾覆物理屏障。連接裝置16可以由任何適當(dāng)堅(jiān)固耐用的材料(如繩、 纜或金屬帶)組成。
參見圖8，呈現(xiàn)了本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式。在這一實(shí)施方式中， 優(yōu)選將外伸的凸緣特征19(優(yōu)選由相同的多孔滲水性且水透過性的基質(zhì) 材料制成)加入到島的最低部分中。除了增加可設(shè)計(jì)水平的抗傾覆阻力以 外，這種水平溜溜球形的設(shè)計(jì)還提供了額外的水下生境特征20。如圖8 所示，這一實(shí)施方式包括外伸的上凸緣部17、縮回的中心部18和外伸的 下凸緣部19。魚類21和其他野生物種可以利用由縮回的中心部18所產(chǎn) 生的生境區(qū)域20。
參見圖9，圖示了夾心構(gòu)造島22，島22優(yōu)選由三層非織造聚合物基 質(zhì)3和兩層再循環(huán)廢棄聚合物片23組成，不過也可以使用其他數(shù)量的層。還顯示了由太陽(yáng)能電池板24、水泵25、入口管26和排出管線27組成的 可選水循環(huán)部件。在這一實(shí)施方式中，來自水體2的帶有營(yíng)養(yǎng)素的水通 過泵25經(jīng)入口管26上抽(如攝取箭頭40所示)，隨后經(jīng)由排出管線27被 噴灑在夾心島22的整個(gè)表面上。水滲濾經(jīng)過多孔基質(zhì)3和廢料片23的 層，營(yíng)養(yǎng)素在此處被定殖于基質(zhì)3和廢料片23的內(nèi)表面的微生物清除。 可以通過調(diào)整含有廢料片23的層和含有基質(zhì)3的層的厚度，并且通過調(diào) 整交替的廢料23和基質(zhì)3的層的數(shù)目，來將島制成任何所需的厚度。
參見圖10，圖示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的仿生珊瑚礁結(jié)構(gòu)體 28。在這一實(shí)施方式中，仿生珊瑚礁結(jié)構(gòu)體28具有負(fù)浮力并且靜置在水 體2的底部。結(jié)構(gòu)體28可以用于消耗淺水中的波浪能量，還可以用作水 質(zhì)增強(qiáng)裝置。結(jié)構(gòu)體28主要由廢棄聚合物片23組成?？梢酝ㄟ^使用噴 涂的聚脲或膠乳粘合劑(未顯示)來將廢料片23粘合在一起。作為選擇， 可以通過加熱使廢料片23部分熔融而將廢料片23粘合在一起。圖10中 還顯示了可選的注入系統(tǒng)29。注入系統(tǒng)29用來將富含營(yíng)養(yǎng)素的水和/或 空氣流注到結(jié)構(gòu)體28的主體內(nèi)，由此促進(jìn)定殖微生物的生長(zhǎng)和/或增加對(duì) 棲居在結(jié)構(gòu)體28之中和周圍的魚類和其它水生動(dòng)物的供氧。由外部的泵 (未顯示)對(duì)注入系統(tǒng)29供應(yīng)水和/或空氣。還顯示了可選的腔洞30。腔洞 30可被用作魚類和其它動(dòng)物的棲息、進(jìn)食或躲藏的區(qū)域。作為選擇，可 以將石材或其它重物插入腔洞30，從而增加結(jié)構(gòu)體28的負(fù)浮力。結(jié)構(gòu)體 28必要時(shí)可以包含袋裝干水泥(未顯示)，所述水泥在結(jié)構(gòu)體28被部署后 可以原位吸水固化從而增強(qiáng)負(fù)浮力。結(jié)構(gòu)體28必要時(shí)可以被用作漂浮島 或其他漂浮物體(未顯示)的錨。
參見圖ll，圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的聚合物廢料結(jié) 構(gòu)體31。這一實(shí)施方式由通過噴涂的聚脲或聚氨酯粘合在一起的廢棄聚 合物片23組成。如果所用的聚合物具有的密度小于水的密度，則廢棄聚 合物片23可以提供浮力。聚氨酯或熱塑性泡沫(未顯示)可以供應(yīng)可選的 額外浮力?？梢詫⒖蛇x的聚合物泡沫注入并原位固化，也可以通過在制 造過程中將預(yù)先形成的泡沫片插入到聚合物廢料結(jié)構(gòu)體31的主體中，從 而提供可選的聚合物泡沫。必要時(shí)，可以將聚合物泡沫廢料片與聚合物碎屑廢料片混合從而提供滲透性、集中的表面積和浮力等必需特性。另 一可選的浮力來源是截留在結(jié)構(gòu)體31的主體中的氣體?？梢酝ㄟ^充氣將 這些氣體注入到島中，或者作為選擇，它們可以由定殖于島體內(nèi)部的微 生物生成。可以在島的外表面上安裝可選的非滲透性頂部涂層32從而增
強(qiáng)結(jié)構(gòu)體31截留氣體的能力。不透氣性頂部涂層32可以由聚脲或聚氨 酯組成。結(jié)構(gòu)體31還可以包含在水線之上和/或水線之下具有開口的腔洞 30，并且可被用作水鳥、魚類或其他水生動(dòng)物的生境。
參見圖12，所圖示的漂浮島1的另一優(yōu)選實(shí)施方式包含非織造基質(zhì) 3的片材、粘合到基質(zhì)3的頂側(cè)和底側(cè)的廢棄聚合物片23、生長(zhǎng)介質(zhì)33 和毛細(xì)管34。廢棄聚合物片23可以通過聚脲或聚氨酯粘合在一起。生長(zhǎng) 介質(zhì)33可以由BIOMIX (可獲自蒙大拿州Shepherd的Floating Island International, Inc.)或其它任何適合的親水性植物生長(zhǎng)材料組成。毛細(xì)管 34優(yōu)選填充有親水性生長(zhǎng)介質(zhì)，并且向優(yōu)選覆蓋漂浮島1的頂部表面的 生長(zhǎng)介質(zhì)33供水。可以通過噴涂并原位固化來將生長(zhǎng)介質(zhì)33施用于浮 力結(jié)構(gòu)體1 。外周凸緣35有助于防止生長(zhǎng)介質(zhì)33由于波浪和風(fēng)的作用而 損失。可以將可選的基質(zhì)廢料片36制造到漂浮島1的主體中從而提供額 外的用于微生物定殖的表面區(qū)域。
在圖13所示的另一實(shí)施方式中，本發(fā)明是包含由非織造基質(zhì)組成的 單一底層41、由廢棄非織造基質(zhì)或其它聚合物材料組成的中間部分42和 草皮包層、內(nèi)充草皮的黃麻包層或內(nèi)充草皮的聚合物包層等頂部包層43 的漂浮島。所述非織造基質(zhì)或其它聚合物材料可以由聚酯和除聚酯之外 的聚合物制成，所述非織造基質(zhì)或其它聚合物材料的體積和相對(duì)浮力將 決定提供初始浮力所需的(如果存在的)聚氨酯泡沫44的體積。
這一實(shí)施方式的構(gòu)成底層41的單層非織造基質(zhì)可以是椰纖維、黃麻
或任何聚合物，可以具有任何厚度。較薄的包層材料因其成本更低而為 優(yōu)選。由廢棄基質(zhì)或聚合物構(gòu)成的漂浮島的中間部分42可以具有任何厚
度。由于廢料不如其它材料昂貴，島的這一部分很可能是最厚的部分。 漂浮島的頂部包層43優(yōu)選突出于中間部分42之上并連接底層41，提供 了含有構(gòu)成漂浮島的中間部分42的廢棄材料的夾心結(jié)構(gòu)效果。如果需要，聚氨酯泡沫44可以提供額外的浮力，以及將所有的三層41、 42和43粘 合在一起的額外手段。
通過將廢棄聚合物切割為長(zhǎng)且薄的鋸齒帶并隨后壓縮這些帶，可以 優(yōu)化微生物定殖可用的表面積。這些纏結(jié)的帶是另一種廉價(jià)形式的基質(zhì) 包層。通過操控這些帶的壓縮程度，可以同時(shí)優(yōu)化植物根部生長(zhǎng)和經(jīng)過 這些帶的氣體通道。在優(yōu)選實(shí)施方式中，這些帶的密度可在生產(chǎn)過程中 通過每平方英尺添加特定體積的帶并在壓縮臺(tái)上提供特定的壓力而受到 控制。這一實(shí)施方式的中間部分實(shí)際上可以由另一種形式的基質(zhì)包層制 成。由Americo制造的背景技術(shù)基質(zhì)包層需要以膠乳或聚脲或者其它類 型涂料來涂覆從而實(shí)現(xiàn)其整合，而這一優(yōu)選實(shí)施方式不需要所述涂覆， 而替代性地依賴長(zhǎng)且窄的帶和鋸齒邊緣來提供整合能力。
本發(fā)明的多種變化方式將會(huì)被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所想到。 一些變化 方式包括在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的不同區(qū)域提供不同的截面厚度。其它變化方式需 要在結(jié)構(gòu)體內(nèi)提供水平和/或垂直布置的連接部。所有這些變化方式均處 于本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)之中。
雖然顯示的一些實(shí)施方式包括某些特征，但申請(qǐng)人明確地預(yù)計(jì)可以 將本文所公開的任何特征一起使用或與本發(fā)明的任何實(shí)施方式的任何其 它特征組合使用。申請(qǐng)人還預(yù)計(jì)可以將任何特征特定地排除在本發(fā)明的 任何實(shí)施方式之外。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含主體，所述主體具有中心和外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料，所述基質(zhì)材料包含聚合物纖維或聚合物碎片，所述聚合物纖維或聚合物碎片相互纏結(jié)從而形成具有內(nèi)部和外部的無規(guī)取向的包層，所述聚合物纖維或聚合物碎片的至少一部分涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲或聚氨酯，所述主體在其外周具有加厚部。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述主體具有鄰近所述中心的加厚部。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述無規(guī)取向的包層在使用 時(shí)包含微生物。
4. 一種在具有水面的水體中使用的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含 平臺(tái)，所述平臺(tái)具有形狀、中心和外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料，所述平臺(tái)在所述外周具有加厚部；其中，在使用中，所述平臺(tái)含有流過它的第一部分水，和當(dāng)所述加 厚部被提高到所述水面之上時(shí)而被截留在所述加厚部之中的第二部分 水。
5. 如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述平臺(tái)具有鄰近所述中心 的加厚部。
6. 如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述平臺(tái)在使用時(shí)包含微生物。
7. —種結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含主體，所述主體具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透 過性的基質(zhì)材料，所述基質(zhì)材料包含聚酯纖維，所述聚酯纖維相互纏結(jié) 從而形成無規(guī)取向的包層，所述聚酯纖維涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲 或聚氨酯，所述主體具有位于所述外周的減薄部并具有外伸的下凸緣部。
8. —種結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含-第一部分，所述第一部分具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料，所述基質(zhì)材料包含聚酯纖維或聚合物碎片， 所述聚酯纖維或聚合物碎片相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的包層，所述聚 酯纖維或聚合物碎片涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲或聚乙烯，所述第一部分具有位于所述外周的加厚部并具有中心部；和第二部分，所述第二部分連接于所述第一部分的所述中心部，所述 第二部分是負(fù)浮力性的。
9. 如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述第二部分包含混凝土或 石材。
10. —種組裝體，所述組裝體包含 多個(gè)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體；和多個(gè)連接裝置，所述連接裝置將各個(gè)所述浮力結(jié)構(gòu)體與另一個(gè)所述 浮力結(jié)構(gòu)體在至少2個(gè)位置連接。
11. 如權(quán)利要求IO所述的組裝體，其中，各個(gè)所述連接裝置包括繩、 纜、金屬帶、鏈或索。
12. —種浮力結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含主體，所述主體包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材 料，所述基質(zhì)材料包含聚合物纖維或聚合物碎片，聚合物纖維或聚合物 碎片相互纏結(jié)從而形成無規(guī)取向的包層，所述聚合物纖維或聚合物碎片 涂覆有水基膠乳粘合劑、聚脲或聚氨酯，所述主體具有外伸的上凸緣部、 縮回的中心部和外伸的下凸緣部。
13. —種浮力結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含-主體，所述主體選自由以下構(gòu)成情況的主體組成的組具有外周并且包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì) 材料的第一部分，和包含布置在所述第一部分的所述外周的浮筒構(gòu) 件的第二部分，包含由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料組成的 具有外周和中心部的平臺(tái)的第一部分，包含布置在所述第一部分的 所述外周的浮筒構(gòu)件的第二部分，和連接于所述中心部的第三部分，具有外周并且包含由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性基質(zhì)材料組成的具有中心部的平臺(tái)的第一部分，布置在所述第一部分的 所述外周的第二部分，和連接于所述中心部的第三部分，所述第二 部分的橫截面比所述中心部更薄，具有外周并且包含由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基 質(zhì)材料組成的具有中心部的平臺(tái)的第一部分，包含布置在所述第一 部分的所述外周的浮筒構(gòu)件的第二部分，和連接于所述中心部的第 三部分，所述第三部分是負(fù)浮力性的，包含正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材料的第一離 散部分，和包含所述正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的基質(zhì)材 料的第二離散部分，所述離散部分不相互接觸，和中間部分，所述中間部分由正浮力性的、多孔滲水性且水透過性的 基質(zhì)材料組成，所述中間部分具有外周、由所述正浮力性的、多孔滲水 性且水透過性的基質(zhì)材料組成的頂部和由所述正浮力性的、多孔滲水性 且水透過性的基質(zhì)材料組成的底部，所述頂部沿徑向延伸到所述外周以外，所述底部沿徑向延伸到所述外周以外；和多個(gè)連接裝置，所述連接裝置將各所述部分在至少2個(gè)位置相互連接；其中，在使用中，各個(gè)所述部分含有流過它的第一部分水和/或當(dāng)它 被提高到所述水面之上時(shí)而被截留在其中的第二部分水。
14. 一種用于安裝在具有水面的水體中的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含 多個(gè)廢棄非織造基質(zhì)片，所述多個(gè)廢棄非織造基質(zhì)片以粘合劑粘合在一起或者包埋在非織造基質(zhì)包層中，從而產(chǎn)生具有能夠有效提供微生 物定殖用表面的元件的組合體。
15. —種用于安裝在具有水面的水體中的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含 多個(gè)非織造基質(zhì)片，所述非織造基質(zhì)由聚酯或黃麻組成，所述多個(gè)非織造基質(zhì)片包埋在一個(gè)或多個(gè)由聚酯或黃麻組成的非織造基質(zhì)的包層 中。
16. 多個(gè)無規(guī)形狀的再粉碎聚合物片，所述多個(gè)無規(guī)形狀的再粉碎 聚合物片粘合在一起或包埋在能夠有效提供微生物定殖用表面的非織造基質(zhì)包層中。
17. 如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述組合體是正浮力性的。
18. 如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述組合體是負(fù)浮力性的。
19. 如權(quán)利要求16或17所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述結(jié)構(gòu)體包含 具有內(nèi)表面區(qū)域的內(nèi)部和具有外表面區(qū)域的外表面，所述外表面區(qū)域的 一部分在水面之上，并且所述內(nèi)表面區(qū)域?yàn)樗鐾獗砻鎱^(qū)域的多倍。
20. 如權(quán)利要求17或18所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述結(jié)構(gòu)體包含 具有內(nèi)表面區(qū)域的內(nèi)部和具有外表面區(qū)域的外表面，并且所述內(nèi)表面區(qū) 域大于所述外表面區(qū)域。
21. 如權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述結(jié)構(gòu)體進(jìn)一步包含聚合物廢料片，并且所述聚合物廢料片包含聚合物纖維和聚合物泡沫的組 合。
22. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述結(jié)構(gòu)體進(jìn)一步包含兩 層非織造聚合物基質(zhì)，所述聚合物廢料片排列為層，并且所述聚合物廢 料片的層夾在所述兩層非織造聚合物基質(zhì)之間。
23. 如權(quán)利要求22所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述結(jié)構(gòu)體進(jìn)一步包含多 個(gè)交替的聚合物廢料片層和非織造聚合物基質(zhì)層。
24. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述聚合物廢料片包含未經(jīng)分選的材料。
25. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述聚合物廢料片包含比 重小于1.0的材料。
26. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述聚合物廢料片形成組 合的混合物，并且所述聚合物廢料片包含具有一定范圍的比重的材料， 以使得所述聚合物廢料片的組合的混合物具有凈的正浮力。
27. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述聚合物廢料片包含比 重大于1.0的材料。
28. 如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述聚合物廢料片形成組 合的混合物，并且所述聚合物片包含具有一定范圍的比重的材料，以使 得所述聚合物廢料片的組合的混合物具有凈的負(fù)浮力。
29. —種用于安裝在水環(huán)境中的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含 多孔集裝袋；和包埋在所述多孔集裝袋中的多個(gè)廢棄聚合物片。
30. 如權(quán)利要求29所述的結(jié)構(gòu)體，其中，至少一些所述廢棄聚合物 片的比重小于水，并且所述結(jié)構(gòu)體具有正浮力。
31. 如權(quán)利要求29所述的結(jié)構(gòu)體，其中，至少一些所述廢棄聚合物 片的比重大于水，并且所述結(jié)構(gòu)體具有負(fù)浮力。
32. —種負(fù)浮力結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含多個(gè)聚合物片，所述多個(gè)聚合物片具有總表面積和表觀體積，并且 總表面積與表觀體積之比至少為200，所述聚合物片共同有效地提供咸水 中的天然珊瑚形成或淡水中的石材形成的生物模擬復(fù)制體，所述生物模 擬復(fù)制體具有供水生動(dòng)物生命體隱藏、棲息或進(jìn)食的腔洞和裂隙。
33. —種用于安裝在具有底部的水體中的滲透性且負(fù)浮力性的結(jié)構(gòu) 體，所述結(jié)構(gòu)體包含-多個(gè)聚合物片，所述多個(gè)聚合物片具有總表面積和表觀體積，并且 總表面積與表觀體積之比至少為200，所述聚合物片共同有效錨定漂浮島 或?qū)⒘硪黄∥矬w栓系在所述底部，從而當(dāng)所述水體的底部松軟或不適 用常規(guī)的錨時(shí)，使漂浮物體錨定，在所述物體被拖拉經(jīng)過所述水體時(shí)， 所述結(jié)構(gòu)體的滲透性提供額外的阻力，從而增強(qiáng)所述結(jié)構(gòu)體的錨定性。
34. —種用于安裝在水體中的漂浮島，所述漂浮島包括-三個(gè)第一層，各個(gè)第一層包含非織造聚合物基質(zhì)；和 兩個(gè)第二層，各個(gè)第二層包含多個(gè)廢棄聚合物片； 其中，各個(gè)所述第二層被置于兩個(gè)所述第一層之間。
35. 如權(quán)利要求34所述的漂浮島，所述漂浮島進(jìn)一步包括 能夠延伸到所述水體中的入口管； 能夠有效將水移入所述入口管中的水泵； 能夠有效向所述水泵供應(yīng)能量的太陽(yáng)能收集器；和 將所述水分配到最上面的所述第一層之上的排出管線。
36. —種仿生珊瑚礁，所述仿生珊瑚礁包含-粘合在一起以產(chǎn)生非浮力體的多個(gè)廢棄聚合物片；和 將水和/或空氣注入到所述非浮力體中的注入系統(tǒng)。
37. 如權(quán)利要求36所述的仿生珊瑚礁，其中，所述非浮力體具有腔洞。
38. 如權(quán)利要求36所述的仿生珊瑚礁，所述仿生珊瑚礁進(jìn)一步包含 布置在一個(gè)所述腔洞之中的袋裝干水泥。
39. —種聚合物廢料結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包含 多個(gè)廢棄聚合物片，所述多個(gè)廢棄聚合物片通過聚脲或聚乙烯而粘合在一起從而形成具有腔洞的主體；和由聚脲或聚乙烯組成的不透氣性頂部涂層。
40. —種漂浮島，所述漂浮島包含 具有頂側(cè)和底側(cè)的非織造基質(zhì)片材；連接于所述頂側(cè)從而產(chǎn)生生長(zhǎng)平臺(tái)的第一組多個(gè)廢棄聚合物片，所 述生長(zhǎng)平臺(tái)包含外周凸緣并且具有填充有親水材料的毛細(xì)管；連接于所述底側(cè)的第二組多個(gè)廢棄聚合物片；和配置在所述生長(zhǎng)平臺(tái)上的植物生長(zhǎng)介質(zhì)，所述植物生長(zhǎng)介質(zhì)與所述 毛細(xì)管中的所述親水材料連通。
41. 如權(quán)利要求40所述的漂浮島，所述漂浮島進(jìn)一步包含 配置在所述第二組多個(gè)廢棄聚合物片中的基質(zhì)廢料片。
42. —種漂浮島，所述漂浮島包含 由非織造基質(zhì)組成的單一底層；由廢棄非織造基質(zhì)或其它聚合物材料組成的中間部分；和 頂部包層，所述頂部包層為草皮包層、內(nèi)充草皮的黃麻包層或內(nèi)充 草皮的聚合物包層。
43. 如權(quán)利要求40或權(quán)利要求42所述的漂浮島，其中，所述非織造基質(zhì)由天然非織造材料組成。
44. 權(quán)利要求43所述的漂浮島，其中，所述天然非織造材料選自由 椰纖維、黃麻、大麻和棉組成的組。
全文摘要
一種為增強(qiáng)水質(zhì)和減緩波動(dòng)而優(yōu)化的低成本水棲結(jié)構(gòu)體。所述結(jié)構(gòu)體優(yōu)選主要由再循環(huán)的聚合物廢料或諸如黃麻等其它低成本、高表面積材料組成。所述結(jié)構(gòu)體可以具有浮力，也可不具有浮力。所述結(jié)構(gòu)體的浮力實(shí)施方式優(yōu)選抗傾覆。所有的實(shí)施方式均優(yōu)選可使波減緩。所述結(jié)構(gòu)體優(yōu)選為多孔滲透性并且具有用于使清除營(yíng)養(yǎng)素的微生物定殖的較大內(nèi)表面積。作為選擇，所述結(jié)構(gòu)體可以用來向水體添加營(yíng)養(yǎng)素從而促進(jìn)魚類生長(zhǎng)以便水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用。
文檔編號(hào)A01G9/02GK101605450SQ200880003821
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者布魯斯·G·卡尼亞, 弗蘭克·M·斯圖爾特 申請(qǐng)人:方太海德有限公司