基于浮床技术的立体循环水处理系统的结构设计

刘俊豪，熊淋沛

（1.长安大学 环境工程学院，陕西 西安610018；2.成都理工大学地物学院，四川 成都610018）

1 引言

生态浮床技术是水环境治理与水生态修复相兼顾的实用技术，以高分子材料为载体和基质，将植物移植到水面上种植，通过植物根部的吸附、吸收作用，削减富营养化水体中的有机物质，从而达到水质净化和水面美化的效果［1～3］。然而仅仅通过植物的去除作用，水处理效果缓慢，水处理范围有限。至下层单元。每个浮体单元外盘有4个导流孔，等间距分布，根据不同需求，将无用孔用孔塞堵住，有用孔保持畅通。本装置中顶层浮体单元4个导流孔全开，中间层只有2孔开放，底层只有最外边一个孔开放。支撑构件的主要作用是承受各单元的重力，并将重力均匀分散至底层浮板，同时通过连接装置将整个结构组合为一个整体。动力装置的作用是为各单元供水，实现水的循环（图2、3）。

2 立体循环生态系统的结构与设计

2.1 平面浮床结构

一般的浮床组成包括4个部分：浮床的框体、浮床床体、浮床基质及浮床植物［4］。整个浮床有多个浮床单体组装而成。

2.2 沉水浮床结构

沉水浮床由浮框和中间的内网以及沉水植物组成。整体面积相对单个平面浮床较大。网内一般种植的是沉水植物，包括狐尾藻、睡莲、荇菜等。沉水植物不仅可以吸收水中的污染物质，为水体里面的生物提供食物，还可以对流动水体起到截留杂质的作用。

2.3 立体浮床结构设计

2.3.1 整体式立体浮床

整体式立体浮床由浮体、喷水动力系统以及种植槽组成。浮床体采用轻质PVC材料，且上小下大，可以提供使整个装置浮于水面的浮力并使其保持稳定。圆环槽分格，一方面可以搭配不同植物，另一方面可以避免水流的横向重刷，有利于支撑植物。隔槽里面放置Al污泥。上下层之间利用孔洞引导水流方向，既能增加美观效果，又能使水体充分流动饱含氧气，同时具备过滤作用，达到处理水质的理想效果。采用喷泉形式的动力装置将水从湖水面输入到装置顶部，由重力作用及导流孔流经装置各处理单元（图1）。

2.3.2 分布式立体浮床

立体浮体单元内盘底层铺设铝污泥，上次铺设细砂砾，植物根系栽种在污泥层内。当流水进入内盘，植物和污泥可以协同处理水质，同时上层砂砾起到固定支撑植物的作用。外盘接纳内盘溢流水，通过孔洞将水导流

图2 分布式立体浮床浮体单元构成图

图3 分布式立体浮床图

2.4 太阳能曝气浮床

该技术是近年来一种广泛使用的曝气方式，是利用太阳能发电机发电，通过小型曝气机进行曝气的方式。

2.5 立体循环系统的建立

将平面浮床沉水浮床进行搭配使用，构建三维立体的水处理系统。一般情况将立体浮床放置在整个装置中心，由内而外依次安放平面浮床以及沉水浮床，将太阳能浮床间插在各浮床之间。中间的立体浮床从水池四周进水，形成从四周到中间的连续循环。流动的水体通过立体浮床的过滤和平面浮床沉水浮床的截流沉降作用，使水体变得澄清。经过处理后的水能迅速与周围未处理的水体进行交换，加快水处理的速度（图4）。

图4 整体安放布置图

3 植物种类及选择

3.1 水生湿地植物的种类

水生植物种类根据其生活方式和形态可分为4大类。

挺水型植物：即植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面，可以种植在立体浮床以及平面浮床上。代表植物有香蒲、芦苇、美人蕉等。

浮叶型植物：此类植物能平稳地漂浮于水面上，能在沉水浮床以及立体浮床上种植。代表植物有睡莲、芡实等。

漂浮型植物：这类植物漂浮于水面上，可以种植在沉水浮床上部。代表植物有凤眼莲等。

沉水型植物：该类植物沉没于水中，种植在沉水浮床下部。其茎、叶、表皮和根都具有吸收作用。代表植物有金鱼草等。

但是需要注意的是，上述4类水生植物中，漂浮、浮叶植物生长速率比较快。沉水植物还处在实验室阶段，其主要的领域在于初级处理和二级处理的精处理。挺水植物种类繁多，由生长快、根系发达的植物组成，具有处理效果好，景观效果明显等优点，又与土壤微生物形成生物膜又促进了污染物的净化。因此，目前挺水植物应用较为广泛。

3.2 植物配比的原则

（1）观赏性原则。根据各种植物的生长形态及花期等来考虑植物的配比情况。同时可根据植物形态，使植物高低错落，整体看起来和谐。此外，不仅是颜色还是形态都应该与周围的环境相得益彰。

（2）高效原则。不同植物对重金属、有机物及氮磷的去除率不同。根据各种植物的去除率来配比，使最终配比处于处理高效范围。并且将配比好的植物进行实验，最终确定其准确的去除率。

（3）季节性原则。不同的水生植物的生长周期不同，可以根据其生长时期来配比，使浮床在每个季节都适用，并且处理效果比较好。

（4）生态原则。在配比的时候要多方查阅并进行实验，确保所配比出的植物的生长和去除效果都达到最好。并且在建立的过程中充分考虑生态系统的特征，使其能够在生态系统中运营下去。

4 生态系统的设计与建立

由于该系统由浮床体、污泥、植物构成。而浮床体又由平面浮床，沉水浮床，景观立体浮床、太阳能浮床组成。固设计需按照一定的步骤进行。

（1）基于人工湿地原理的浮床系统的设计。应用美学设计，通过不同浮床体之间的拼接技术，构造不同适应各种环境的浮床景观，制定不同的方案和造型结构。

（2）植物的选择。根据一定的原则选择植物的种类与数量，并计算使用污泥量。

（3）生态系统的整合。由建筑学专业人员设计水景造型，设计出若干套实施图纸和组合方案。

5 结语

循环生态系统对水质的处理较一般的生态浮床机构更为科学，能充分利用各种不同类型的植物进行处理，处理效率更高，对水体的净化能力较大。但缺点是施工较为复杂，建设成本较高，并且对使用区域条件较高，必须要能通电等。

循环生态系统在城市湖泊、水池，均能广泛的应用，在水处理的同时，还能营造喷泉景观，绿色环保。

［1］Batty L c，Atkin L，Manning D A，Assessment of theecological potential of mine～water treatment wetlandsusing a baseline survey of macroinverrtebrate communities［J］.Enviromental P ollution，2005，138：412.

［2］井艳文，胡秀琳，许志兰，等.利用生物浮床技术进行水体修复研究与示范［J］.北京水利，2003（6）：20.

［3］吴建强，王 敏，吴 健，等.4种浮床植物吸收水体氮磷能力研究［J］.环境科学，2011，32（4）：95.

［4］曹 勇，孙从军.生态浮床的结构设计［J］.环境科学与技术，2009，32（2）：122.