本發(fā)明涉及水生植物廢棄物資源化利用和生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種填料帶中負(fù)載水生植物生物炭的生態(tài)浮床裝置。

背景技術(shù)：

我國在快速發(fā)展城市經(jīng)濟和推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的同時，河道、湖泊等水體受到了不同程度的污染。近年來，國家層面大力推崇生態(tài)文明建設(shè)，受污染的河道、湖泊等水體亟待綜合整治。由于河道兩岸的截污納管工程推進速度緩慢等因素的限制，雨水、生活污水和工業(yè)廢水漏排的現(xiàn)象時有發(fā)生，水體中氮、磷及重金屬等污染物的負(fù)荷依舊很高，水體富營養(yǎng)化的趨勢并沒有得到有效遏制。生態(tài)浮床是一種利用浮床體中的水生植物和浮床下部填料帶表面附著的生物膜共同作用，達(dá)到吸收、降解污染物目的的生態(tài)技術(shù)。生態(tài)浮床具有占地面積小，運營維護成本低，污染物去除效果良好等諸多優(yōu)點；而且種植在生態(tài)浮床中的水生植物本身具有良好的景觀效應(yīng)，因此該技術(shù)在河道、湖泊等水體原位修復(fù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，生態(tài)浮床也有一定的缺點。比如，（1）對于污染物濃度較高的黑臭水體，浮床中的水生植物生長受到很大的抑制；（2）在冬季，大量枯萎、凋零的水生植物殘體漂浮于水面，容易造成次生污染等環(huán)境問題，影響水環(huán)境質(zhì)量。近年來，生物質(zhì)缺氧熱解技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境保護領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用。生物炭是植物生物質(zhì)在缺氧的條件下，通過緩慢升溫、熱解（300~700°C）制備的一種新型材料。植物生物質(zhì)制備得到的生物炭具有以下特點：1）呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)；2）有較大的比表面積；（3）Zeta電位較低，有較強的電負(fù)性。目前，已經(jīng)有較多學(xué)者對生物炭在土壤中的固碳增匯、增加作物產(chǎn)量、減少溫室氣體排放等作用做了深入的研究，但對生物炭在生態(tài)浮床原位修復(fù)中的應(yīng)用報道不多。選用枯萎的水生植物作為生物炭原材料，一方面解決了河道、湖泊等水體中大量植物體殘骸的問題。另一方面，將制備的生物炭封裝在浮床水面下的填料帶中，可以直接有效地吸附黑臭水體中的氨氮和重金屬等多種污染物；同時，添加生物炭對沖刷填料帶的水流有一定的阻滯效應(yīng)，可以為水體中的優(yōu)勢菌群提供棲息的場所，能起到強化生物膜上的微生物進行硝化、反硝化的作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種填料帶中負(fù)載水生植物生物炭的生態(tài)浮床裝置。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種生態(tài)浮床裝置，包括浮床體和水下填料裝置，所述浮床體包括相互鏈接形成整體的浮板基體，浮床體與河道兩岸平行的兩邊設(shè)有浮床固定裝置，所述浮板基體內(nèi)設(shè)有可種植水生植物的種植盆；所述水下填料裝置內(nèi)封裝填充有熱解制備的水生植物生物炭。

在采用上述技術(shù)方案的同時，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進一步的技術(shù)方案：

所述浮板基體為塑料浮板基體或其他密度很小的材質(zhì)的浮板基體，所述浮板基體為中空結(jié)構(gòu)，其中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置種植盆，所述浮板基體的邊角處設(shè)置鏈接孔，所述浮板基體的底部設(shè)有用于連接水下填料裝置的掛鉤。

所述浮床固定裝置包括牽引繩和固定螺母；牽引繩的一端與鏈接孔相連，另一端與固定螺母相連；固定螺母固定在岸邊或水下堅硬底泥處。

所述牽引繩為尼龍雙股繩。

所述水下填料裝置包括導(dǎo)流碳纖維棒和分段樹脂填料帶，所述導(dǎo)流碳纖維棒和分段樹脂填料帶的長度根據(jù)具體水深選擇，分段樹脂填料帶中封裝熱解制備的水生植物生物炭，并套設(shè)在導(dǎo)流碳纖維棒外部以防止填料帶隨水流擾動相互打結(jié)，所述導(dǎo)流碳纖維棒和分段樹脂填料帶均與掛鉤相連從而掛在浮板基體底部。

所述導(dǎo)流碳纖維棒通過連接鉤吊掛在所述掛鉤上。

所述分段樹脂填料帶包括填料帶單體，所述填料帶單體的截面呈環(huán)狀，其環(huán)狀截面內(nèi)封裝填充熱解制備的水生植物生物炭，填料帶單體兩兩相互粘結(jié)在一起形成分段樹脂填料帶，分段樹脂填料帶的上端設(shè)有連接繩，通過連接繩掛設(shè)在掛鉤上。

所述水生植物生物炭制備方法如下：

（1）取自河道或湖泊中的水生植物殘體，清洗、去雜、烘干、粉碎；

（2）將粉末狀植物生物質(zhì)封裝壓實；

（3）將壓實后的物質(zhì)放置于馬弗爐中，通氮排氧；

（4）加熱一段時間后冷卻至室溫制備得到熱解后的生物炭。

步驟（4）中的加熱冷卻具體是指：控制馬弗爐的升溫以5~10 °C/min的速度升溫至500 °C，保持該峰值溫度2小時后逐漸冷卻至室溫。

將制得的生物炭磨細(xì)，過1 mm篩，儲存?zhèn)溆谩?/p>

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的生態(tài)浮床裝置構(gòu)思新穎，設(shè)計合理，使用方便，巧妙地將枯萎的水生植物制備成生物炭負(fù)載在生態(tài)浮床的填料帶中，特別適合靜水湖泊、河道等水體的原位修復(fù)，具有較強的實用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的的生態(tài)浮床裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的浮板基體的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的碳纖維導(dǎo)流棒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的分段樹脂填料帶的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號：浮床體1、水下填料裝置2、塑料浮板基體3、浮床固定裝置4、連接孔5、種植盆6、底部掛鉤7、水生植物8、牽引繩9、固定螺母10、導(dǎo)流碳纖維棒11、分段樹脂填料帶12。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明為一種填料帶中負(fù)載水生植物生物炭的生態(tài)浮床裝置，包括浮床主體、位于浮床體下部的水下填料裝置和牽引浮床的浮床固定裝置。其中，浮床主體中種植的水生植物可以吸收富營養(yǎng)化水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，以供自身生長利用；負(fù)載了水生植物生物炭的水下填料裝置，可以強化生態(tài)浮床對水體中氨氮和重金屬污染物的吸附，同時也可以為水中土著微生物強勢菌群提供棲息庇護的載體，保護其不被水中原生動物捕食。

如圖1和圖2所示，浮床體由獨立的塑料浮板基體組成，塑料浮板基體邊長為40cm、厚度5cm，四個角有直徑2cm的圓形連接孔5，可以用鐵絲或綁扎帶相互連接。使用時，根據(jù)河道或湖面的具體水面寬度選擇塑料浮板基體的數(shù)量。每塊塑料浮板基體的中央有直徑為15cm的水生植物種植區(qū)，放置一個種植盆，深度為10~15cm，可以選擇香蒲、菖蒲、常綠鳶尾等挺水植物或濕生植物。主要依據(jù)需要生態(tài)修復(fù)的水體主要污染物類型和污染物濃度，選擇合適的水生植物。根據(jù)種植的水生植物習(xí)性選擇是否使用少量土壤培育。

如圖1和圖2所示，位于浮床體四個角上的連接孔各用一根牽引繩9牽拉，兩端綁定后再用固定螺母10將其固定于堅固的岸邊，達(dá)到固定浮床體、防止其被水流沖毀的效果。

如圖1和圖2所示，每個塑料浮板基體的底部四條邊上安裝有掛鉤7，位于兩個連接孔5中間。底部掛鉤7可以掛上浸沒在水中的水下填料裝置2。水下填料裝置2由4根導(dǎo)流碳纖維棒11組成，每根導(dǎo)流碳纖維棒套有分段樹脂填料帶12。根據(jù)河道和湖泊水深，選擇合適長度的碳纖維棒和填料帶。

如圖3和4所示，分段樹脂填料帶12呈中空圓柱狀，每段長為20cm，外徑8cm，內(nèi)徑6mm，一端有系緊帶，用于連接掛鉤7，各段之間可以通過膠粘物兩兩粘黏在一起形成填料帶，樹脂填料帶中填充了水生植物生物炭，水生植物生物炭制備方法如下：水生植物取自河道或湖泊中枯萎的植物殘體，將采集的水生植株殘體用清水沖洗三遍，洗凈表面的雜質(zhì)，放置晾干5~7天，在60~80 °C下烘干24小時，再用粉碎機將植株粉碎至2mm以下。將粉末狀植物生物質(zhì)封裝在密閉的坩堝中，壓實以排出縫隙中的空氣。將坩堝放置于馬弗爐中，通氮氣10 min，排出馬弗爐中的含氧空氣?？刂岂R弗爐的升溫以5~10 °C/min的速度升溫至500 °C，保持該峰值溫度2小時后逐漸冷卻至室溫。取出熱解后的生物炭，磨細(xì)，過1 mm篩。將制得的水生植物生物炭均勻、分段地填充到樹脂填料帶12中，每段填充的水生植物生物炭量根據(jù)水體污染程度和目標(biāo)水質(zhì)來確定，每段填充質(zhì)量為10~20 g。將負(fù)載了水生植物生物炭的分段樹脂填料帶12套在導(dǎo)流碳纖維棒11外，系緊。導(dǎo)流碳纖維棒11頂部設(shè)有掛鉤，與塑料浮板基體3底部的掛鉤7相連接，作為水下填料裝置。