基于浮床技術的立體循環水處理系統的結構設計

劉俊豪，熊淋沛

（1.長安大學 環境工程學院，陜西 西安610018；2.成都理工大學地物學院，四川 成都610018）

1 引言

生態浮床技術是水環境治理與水生態修復相兼顧的實用技術，以高分子材料為載體和基質，將植物移植到水面上種植，通過植物根部的吸附、吸收作用，削減富營養化水體中的有機物質，從而達到水質凈化和水面美化的效果［1～3］。然而僅僅通過植物的去除作用，水處理效果緩慢，水處理范圍有限。至下層單元。每個浮體單元外盤有4個導流孔，等間距分布，根據不同需求，將無用孔用孔塞堵住，有用孔保持暢通。本裝置中頂層浮體單元4個導流孔全開，中間層只有2孔開放，底層只有最外邊一個孔開放。支撐構件的主要作用是承受各單元的重力，并將重力均勻分散至底層浮板，同時通過連接裝置將整個結構組合為一個整體。動力裝置的作用是為各單元供水，實現水的循環（圖2、3）。

2 立體循環生態系統的結構與設計

2.1 平面浮床結構

一般的浮床組成包括4個部分：浮床的框體、浮床床體、浮床基質及浮床植物［4］。整個浮床有多個浮床單體組裝而成。

2.2 沉水浮床結構

沉水浮床由浮框和中間的內網以及沉水植物組成。整體面積相對單個平面浮床較大。網內一般種植的是沉水植物，包括狐尾藻、睡蓮、荇菜等。沉水植物不僅可以吸收水中的污染物質，為水體里面的生物提供食物，還可以對流動水體起到截留雜質的作用。

2.3 立體浮床結構設計

2.3.1 整體式立體浮床

整體式立體浮床由浮體、噴水動力系統以及種植槽組成。浮床體采用輕質PVC材料，且上小下大，可以提供使整個裝置浮于水面的浮力并使其保持穩定。圓環槽分格，一方面可以搭配不同植物，另一方面可以避免水流的橫向重刷，有利于支撐植物。隔槽里面放置Al污泥。上下層之間利用孔洞引導水流方向，既能增加美觀效果，又能使水體充分流動飽含氧氣，同時具備過濾作用，達到處理水質的理想效果。采用噴泉形式的動力裝置將水從湖水面輸入到裝置頂部，由重力作用及導流孔流經裝置各處理單元（圖1）。

2.3.2 分布式立體浮床

立體浮體單元內盤底層鋪設鋁污泥，上次鋪設細砂礫，植物根系栽種在污泥層內。當流水進入內盤，植物和污泥可以協同處理水質，同時上層砂礫起到固定支撐植物的作用。外盤接納內盤溢流水，通過孔洞將水導流

圖2 分布式立體浮床浮體單元構成圖

圖3 分布式立體浮床圖

2.4 太陽能曝氣浮床

該技術是近年來一種廣泛使用的曝氣方式，是利用太陽能發電機發電，通過小型曝氣機進行曝氣的方式。

2.5 立體循環系統的建立

將平面浮床沉水浮床進行搭配使用，構建三維立體的水處理系統。一般情況將立體浮床放置在整個裝置中心，由內而外依次安放平面浮床以及沉水浮床，將太陽能浮床間插在各浮床之間。中間的立體浮床從水池四周進水，形成從四周到中間的連續循環。流動的水體通過立體浮床的過濾和平面浮床沉水浮床的截流沉降作用，使水體變得澄清。經過處理后的水能迅速與周圍未處理的水體進行交換，加快水處理的速度（圖4）。

圖4 整體安放布置圖

3 植物種類及選擇

3.1 水生濕地植物的種類

水生植物種類根據其生活方式和形態可分為4大類。

挺水型植物：即植物的根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面，可以種植在立體浮床以及平面浮床上。代表植物有香蒲、蘆葦、美人蕉等。

浮葉型植物：此類植物能平穩地漂浮于水面上，能在沉水浮床以及立體浮床上種植。代表植物有睡蓮、芡實等。

漂浮型植物：這類植物漂浮于水面上，可以種植在沉水浮床上部。代表植物有鳳眼蓮等。

沉水型植物：該類植物沉沒于水中，種植在沉水浮床下部。其莖、葉、表皮和根都具有吸收作用。代表植物有金魚草等。

但是需要注意的是，上述4類水生植物中，漂浮、浮葉植物生長速率比較快。沉水植物還處在實驗室階段，其主要的領域在于初級處理和二級處理的精處理。挺水植物種類繁多，由生長快、根系發達的植物組成，具有處理效果好，景觀效果明顯等優點，又與土壤微生物形成生物膜又促進了污染物的凈化。因此，目前挺水植物應用較為廣泛。

3.2 植物配比的原則

（1）觀賞性原則。根據各種植物的生長形態及花期等來考慮植物的配比情況。同時可根據植物形態，使植物高低錯落，整體看起來和諧。此外，不僅是顏色還是形態都應該與周圍的環境相得益彰。

（2）高效原則。不同植物對重金屬、有機物及氮磷的去除率不同。根據各種植物的去除率來配比，使最終配比處于處理高效范圍。并且將配比好的植物進行實驗，最終確定其準確的去除率。

（3）季節性原則。不同的水生植物的生長周期不同，可以根據其生長時期來配比，使浮床在每個季節都適用，并且處理效果比較好。

（4）生態原則。在配比的時候要多方查閱并進行實驗，確保所配比出的植物的生長和去除效果都達到最好。并且在建立的過程中充分考慮生態系統的特征，使其能夠在生態系統中運營下去。

4 生態系統的設計與建立

由于該系統由浮床體、污泥、植物構成。而浮床體又由平面浮床，沉水浮床，景觀立體浮床、太陽能浮床組成。固設計需按照一定的步驟進行。

（1）基于人工濕地原理的浮床系統的設計。應用美學設計，通過不同浮床體之間的拼接技術，構造不同適應各種環境的浮床景觀，制定不同的方案和造型結構。

（2）植物的選擇。根據一定的原則選擇植物的種類與數量，并計算使用污泥量。

（3）生態系統的整合。由建筑學專業人員設計水景造型，設計出若干套實施圖紙和組合方案。

5 結語

循環生態系統對水質的處理較一般的生態浮床機構更為科學，能充分利用各種不同類型的植物進行處理，處理效率更高，對水體的凈化能力較大。但缺點是施工較為復雜，建設成本較高，并且對使用區域條件較高，必須要能通電等。

循環生態系統在城市湖泊、水池，均能廣泛的應用，在水處理的同時，還能營造噴泉景觀，綠色環保。

［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］井艷文，胡秀琳，許志蘭，等.利用生物浮床技術進行水體修復研究與示范［J］.北京水利，2003（6）：20.

［3］吳建強，王 敏，吳 健，等.4種浮床植物吸收水體氮磷能力研究［J］.環境科學，2011，32（4）：95.

［4］曹 勇，孫從軍.生態浮床的結構設計［J］.環境科學與技術，2009，32（2）：122.