本實用新型涉及污水凈化處理領(lǐng)域，具體為植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床。

背景技術(shù)：

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活污水和工業(yè)污水的大量排放，河流和湖泊都受到不同程度的污染和破壞，水體黑臭日益頻發(fā)。如何治理水體黑臭，提升水體的自凈能力，已經(jīng)成為全球環(huán)境問題的研究熱點。

生物浮床是目前我國水體污染治理的一種常用裝置，其原理是通過設(shè)置人工浮體，并在浮體上栽種植物，以達到凈化水質(zhì)的目的。但是，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床技術(shù)去污能力受季節(jié)和植物量的影響較大，且植物根系周邊微生物的量少，活性不足，即限制了生態(tài)浮床對較深水體的凈化效果。一般可通過篩選優(yōu)勢植物、改進浮床構(gòu)造等內(nèi)在方式和增加微生物固定化技術(shù)、曝氣等外在方式提高凈水效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。本實用新型復(fù)合浮床通過膜組件彈性填料和中空纖維曝氣膜，富集形成兩種不同的自然生物膜，以解決傳統(tǒng)生態(tài)浮床水生植物根系根際周邊微生物量少、活性不足的缺點；自然生物膜與植物組成一個微生態(tài)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，通過植物和自然生物膜的聯(lián)合作用修復(fù)受污水體，大大提高復(fù)合生態(tài)浮床的穩(wěn)定性和水質(zhì)凈化效果。同時，植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床更接近自然，所栽種的植物不僅美化環(huán)境，同時本實用新型建設(shè)、運行成本較低，維護方便，適應(yīng)水環(huán)境污染治理市場需求，符合環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：一種植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床，在浮床支架上固定有浮體；構(gòu)成“網(wǎng)兜式”浮床本體；該浮床支架設(shè)置在需凈化的水體水面上，浮床本體的表面設(shè)有多個種植槽、種植槽內(nèi)填充有生物基，所述生物基中設(shè)有承托網(wǎng)，承托網(wǎng)中種植浮床植物；其特征在于，所述浮床支架下面懸掛有若干條自然生物膜反應(yīng)器的膜組件，及若干條曝氣增氧-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件；該自然生物膜反應(yīng)器的膜組件與曝氣增氧-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件分別為聚丙烯編織而成的編織物、中空纖維組成的纖維束，該聚丙烯編織物和纖維束編織物構(gòu)成膜載體，該膜載體的表面（通過自然生長或人工接種）富集有生物膜；本植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床中還設(shè)有曝氣系統(tǒng)，該曝氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：空氣壓縮機通過曝氣主管、三通與曝氣支管為曝氣增氧—強化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件曝氣增氧。

所述的浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。

所述的“網(wǎng)兜式”浮床本體的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是：浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（L=300cm）；復(fù)合生態(tài)浮床系統(tǒng)由6塊生態(tài)浮床拼接而成。

所述的浮床植物包括挺水植物、沉水植物和浮葉植物，挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5。

所述的聚丙烯編織物采用比表面積大、帶正電荷的100%聚丙烯編織而成，其成膜重量69 kg/m³，比表面積310 m²/m³，絲直徑0.45 mm；所述的中空纖維組成的纖維束采用比表面積大、帶正電荷的中空纖維編織而成。

優(yōu)化方案中所述的曝氣系統(tǒng)采用太陽能曝氣系統(tǒng)：其結(jié)構(gòu)是：設(shè)置在太陽能板支架上的太陽能板連接太陽能發(fā)電機，為空氣壓縮機提供電能。優(yōu)選的，所述太陽能曝氣系統(tǒng)位于岸邊。

優(yōu)選的，所述的固定方式為活動式固定，使得浮床系統(tǒng)能夠隨著水位的增加或降低而上下移動。所述的“網(wǎng)兜式”浮床本體通過浮床支架與水底做活動式固定。

優(yōu)化方案中所述的自然生物膜反應(yīng)器的膜組件的結(jié)構(gòu)是：膜載體外附著有自然生物膜，該自然生物膜的結(jié)構(gòu)，自內(nèi)向外依次是：厭氧層、兼氧層、好氧層、附著水層；

所述的曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件的結(jié)構(gòu)是：膜載體外附著有自然生物膜，自內(nèi)向外依次是：空氣、透氧膜、生物膜：好氧層、兼氧層、厭氧層、附著水層；

所述的附著水層與流動水層為富含NH₃-N的污水或廢水。

換言之，本實用新型是植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床，包括浮床植物、“網(wǎng)兜式”浮床本體、種植槽、自然生物膜反應(yīng)器、曝氣增氧-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器、曝氣主管、曝氣支管、太陽能曝氣系統(tǒng)。所述植物采用不同類型植物群落結(jié)構(gòu)的配比不同，挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5，常用的有空心菜、水芹菜、美人蕉、水葫蘆、狐尾藻、水稻、菖蒲、莧菜、再力花、香根草等；所述浮床本體的表面設(shè)有多個種植槽、種植槽內(nèi)填充有生物基，所示生物基中設(shè)有承托網(wǎng)，承托網(wǎng)中種植植物；所述浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（L=300cm）。浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。所述自然生物膜反應(yīng)器的膜組件采用比表面積大、帶正電荷的聚丙烯編織而成；所述曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件采用中空纖維曝氣膜，可作為自然生物膜富集載體并為自然生物膜和水體曝氣充氧。所述太陽能曝氣系統(tǒng)，充分利用太陽能轉(zhuǎn)換為電能供空氣壓縮機使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：復(fù)合生態(tài)浮床通過不同的膜組件富集形成兩種不同的自然生物膜（如圖3所示），解決了傳統(tǒng)生態(tài)浮床水生植物根系根際周邊微生物量少、活性不足的缺點。自然生物膜與植物組成一個微生態(tài)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，通過植物和自然生物膜的聯(lián)合作用修復(fù)受污水體，大大提高了復(fù)合生態(tài)浮床的穩(wěn)定性和水質(zhì)凈化效果。同時，植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床更接近自然，所栽種的植物不僅美化環(huán)境，同時本實用新型建設(shè)、運行成本較低，維護方便，適應(yīng)水環(huán)境污染治理市場需求，符合環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，能夠帶來顯著的經(jīng)濟、社會效應(yīng)，在黑臭水體應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的浮床結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3（a）為自然生物膜反應(yīng)器、圖3（b）為曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器；

圖4（a）自然生物膜反應(yīng)器的膜組件、圖4（b）為曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

請參閱圖1 、圖2，本實用新型提供一種技術(shù)方案：植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床，包括浮床植物、“網(wǎng)兜式”浮床本體、種植槽、自然生物膜反應(yīng)器、曝氣增氧-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器、太陽能曝氣系統(tǒng)。

所述浮床本體上表面設(shè)有種植槽、種植槽內(nèi)填充有生物基，所述生物基中設(shè)有承托網(wǎng)7，承托網(wǎng)7中種植浮床植物6，所述承托網(wǎng)7網(wǎng)節(jié)點懸掛自然生物膜反應(yīng)器的膜組件10，所述浮床本體框架下段懸掛增氧曝氣-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件11，所述太陽能曝氣系統(tǒng)中空氣壓縮機4通過曝氣主管5、三通12及曝氣支管13和曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件11連接。所述浮床植物6采用不同類型植物群落結(jié)構(gòu)的配比不同，挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5。所述浮床本體的表面設(shè)有多個種植槽、種植槽內(nèi)填充有生物基，所示生物基中設(shè)有承托網(wǎng)7，承托網(wǎng)中種植植物。所述浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（L=300cm）。浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。所述自然生物膜反應(yīng)器的膜組件10采用比表面積大、帶正電荷的聚丙烯編織而成；所述曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件11采用中空纖維曝氣膜，可作為自然生物膜富集載體并為自然生物膜和水體曝氣充氧。所述太陽能曝氣系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電機、空氣壓縮機，太陽能發(fā)電機為空氣壓縮機提供電能。所述復(fù)合生態(tài)浮床系統(tǒng)通過6塊生態(tài)浮床拼接而成。圖1中：太陽能板1，太陽能板支架2，太陽能組件3，浮床支架8，固定樁9。

工作原理：使用時，將該復(fù)合生態(tài)浮床裝置放置在需凈化的水體水面上，植物通過光合作用并產(chǎn)生氧氣?？諝鈮嚎s機通過曝氣主管和曝氣支管連接，同時，可以調(diào)節(jié)水中的氧氣含量來改變中空纖維膜的氧氣容量，進而改變自然生物膜群落結(jié)構(gòu)和組成，以適應(yīng)不同的環(huán)境變化。

本實用新型創(chuàng)新性地在傳統(tǒng)植物浮床基礎(chǔ)上，增加自然生物膜反應(yīng)器和增氧曝氣—耦合強化自然生物膜反應(yīng)器，通過富集自然生物膜，實現(xiàn)植物與自然生物膜聯(lián)合修復(fù)黑臭水體。

（1）復(fù)合浮床的制備。復(fù)合浮床分為三個主要部分，上層植物種植區(qū)，中層浮床主體，下層自然生物膜反應(yīng)器。

上層浮床植物采用多種植物配比模式，主要以水生植物為主，包括挺水植物、漂浮植物、沉水植物以及部分陸生植物，挺水植物以蘆葦和香蒲為主，沉水植物以蓖齒眼子菜和狐尾藻為主，浮葉植物以菱和浮葉眼子菜為主，挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5。浮床框架使用PVC管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（L=300cm）。浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。下層設(shè)置自然生物膜反應(yīng)器和增氧曝氣-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器。水下固定裝置采用水下固定方式。制作完成后，將彈性填料和浮床同時放入污染水體。

（2）自然生物膜的固定。

1）自然生物膜反應(yīng)器

本實用新型采用的自然生物膜反應(yīng)器，為常用的彈性填料采用比表面積大、帶正電荷的聚丙烯編織而成，具有較大的比表面積，能夠更好的富集自然生物膜，其成膜重量69 kg/m³，比表面積310 m²/m³，絲直徑0.45 mm。

如圖3（a）所示，自然生物膜反應(yīng)器利用水體氧氣，在載體表面由里面至外面分別形成厭氧層、兼氧層、好氧層，其掛膜周期15天左右。

2）增氧曝氣-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器

增氧曝氣-強化耦合自然生物膜反應(yīng)器通過中空纖維膜為附著生長在其表面的自然生物膜供氧。

如圖3（b）所示，自然生物膜在膜表面由里至外，分別形成好氧層、兼氧層、厭氧層，其掛膜周期15天左右。

3）自然生物膜的形成

自然生物膜能夠自然的附著生長在載體表面，形成一層薄膜。自然生物膜能夠吸附水中的有機物，并迅速將其降解，逐漸形成更厚的膜，在污水處理過程中自然生物膜呈現(xiàn)一個自我更替的過程，主要有“生長、更新、脫落”等階段，脫落的生物膜沉積在水底，從而去除水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。自然生物膜作為水生生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分有其特有的作用。從水體生產(chǎn)力角度來看，脫落的自然生物膜可作為經(jīng)濟動物如螺、蚌、蝦、魚等的餌料，承接著上下游食物鏈。

（3）植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)凈化上覆水體。

1）植物凈化

植物能夠直接吸收污水中的氮磷等供其生長發(fā)育和繁殖，并自然生物膜提供營養(yǎng)物，誘導(dǎo)自然生物膜降解某些難降解的有毒物質(zhì) 植物根系可以充當(dāng)載體功能，富集自然生物膜 植物根系的某些分泌物不但可以促進某些嗜磷嗜氮細菌的生長，促進氮磷的釋放和轉(zhuǎn)化，而且其中的某些抗生物質(zhì)還可以抑制部分藻類的生長 此外沉水植物有利于在河底形成屏障，可以降低底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的溶出速度再加上植物浮床系統(tǒng)能夠阻擋陽光直接照射在水面上，降低藻類進行光合作用的光照強度，從而有效抑制藻類的生長繁殖。

2）自然生物膜反應(yīng)器凈化

自然生物膜的不斷生長，增強了對污染物的降解，使植物有更加優(yōu)越的生長空間，同時，彌補了在深水條件下植物生長受到光照限制而不能較好的發(fā)揮作用的缺陷，使污染物得到有效的去除。自然生物膜能夠固持和吸附水體中的磷，分解和轉(zhuǎn)化有機氮為無機氮被植物直接攝取，抑制部分藻類的生長，從而降低水華發(fā)生的風(fēng)險。同時，對于水體較淺的湖泊或河道，自然生物膜能夠改變沉積物和水交界面的氧化還原電位和溶解氧水平，將沉積物中其他形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為固定態(tài)或吸附態(tài)磷，降低溶解性磷進入上層水，抑制沉積物再懸浮及內(nèi)源磷的釋放，提高浮床的水質(zhì)凈化效果。自然生物膜的引入起到了食物鏈的加環(huán)作用，引入自然生物膜的復(fù)合生態(tài)浮床作為一個完整的微生態(tài)系統(tǒng)，對水質(zhì)凈化效果和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有顯著提高。

3）聯(lián)合修復(fù)

在時空尺度上，自然生物膜和植物之間慢慢形成一個復(fù)合的交互生態(tài)系統(tǒng)，其間不斷進行物種遷移能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán) 在植物自然生物膜的聯(lián)合修復(fù)作用下，植物自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)大大提高了對污染物的去除效果，促進了污染物的快速降解轉(zhuǎn)化與其他水處理方式相比，植物自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床更接近自然，所栽種的植物不僅美化環(huán)境，同時其建設(shè)運行成本較低，維護方便，經(jīng)濟效益好，應(yīng)用前景廣闊。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其改進構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。