基本信息
- 項目名稱：
- 基于太陽能無線操控的多層人工浮島技術(shù)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對目前水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重，深層曝氣、化學(xué)藥劑殺藻等物理化學(xué)方法存在工程量大，有毒副作用的缺點以及普通人工浮島結(jié)構(gòu)單一無夜間景觀作用的不足，本項目組設(shè)計制作了能夠有效修復(fù)景觀水質(zhì)、裝有LED景觀燈飾、可遙控拼接式的設(shè)有水面、水下雙層人工浮島新型技術(shù)，此技術(shù)具有良好的氮、磷吸收效果，同時兼?zhèn)錈o線遙控移動與可夜間觀賞的功能。
- 詳細介紹：
- 憑借本新型人工浮島處理富營養(yǎng)化景觀水體，可提高水體自凈能力，改善水質(zhì)，提升和豐富景觀效果，創(chuàng)造更好的生活居住環(huán)境。同時豐富了治理景觀水體富營養(yǎng)化的技術(shù)。由于人工浮島是原位修復(fù)水體，無需建造額外的構(gòu)筑物，故節(jié)約有限的土地資源，可以促進人與自然和諧，生態(tài)平衡可持續(xù)發(fā)展。 設(shè)計思路是選擇兩種及以上對水中氮、磷等物質(zhì)吸收能力強的植物，設(shè)計成高低錯落的人工浮島結(jié)構(gòu)，通過植物的生長過程將景觀水體中不同深度的氮、磷等污染成分有效去除，改善景觀水水質(zhì)，從而實現(xiàn)對富營養(yǎng)化景觀水體的原位修復(fù)。 本項目的人工浮島創(chuàng)新點在于除具有多層結(jié)構(gòu)，兼有挺水植物（美人蕉、黑麥草）、浮水植物（香菇草、聚草）與沉水植物（金魚藻、菹草））提高凈化效果之外，還在裝置內(nèi)部增加了動力裝置，可通過無線遙控移動人工浮島在水中的位置，同時巧妙地將LED燈設(shè)置在人工浮島中，是一種處理效率高、可遙控可拼接、在夜晚也具有觀賞性的新型人工浮島技術(shù)。 本新型人工浮島的技術(shù)關(guān)鍵在于①浮島的結(jié)構(gòu)設(shè)計，若設(shè)計不合理會使浮島在惡劣環(huán)境下如降雪天傾覆，或產(chǎn)生整體的制作成本上升的弊端。②所選植物的品種種類以及根系誘導(dǎo)的方法。，若選擇不當，對后期的氮磷去除率有負面影響。 主要技術(shù)指標如下 ①裝置能在10℃～40℃正常工作，可承受10℃以下及40℃的凍害及高溫。 ②通過與對照池的比較，當水面覆蓋率高于30%時，其對TN的去除率可達60%，對TP的去除率可達40%。 ③單個裝置（不包含動力裝置）成本控制在30元/平方米以下。動力裝置的成本控制在400元以下 圖一 人工浮島各單元 圖二 太陽能照明等部分 圖三 整體效果圖 本項目主要是在普通人工浮島技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步深入、發(fā)展、補充或修正，提高人工浮島凈化效果，降低運行管理勞動強度，增加景觀效應(yīng)，具有一定的創(chuàng)新性，使得人工浮島技術(shù)在水體原位修復(fù)的應(yīng)用功能有所突破和提高。 具體的先進性如下幾點： ①整合并應(yīng)用太陽能、夜間景觀照明、移動功能于一體。 國內(nèi)的人工浮島大多以凈化水質(zhì)為主要目標。但夜間由于缺少能源提供，大多沒有獨立的景觀照明設(shè)備，從而導(dǎo)致夜間喪失了美學(xué)功能。此外，目前大多使用繩子來牽引固定浮島，這種方式雖然簡單，但在廣闊的水域上，有線移動的方式存在阻礙游船劃行、不夠靈活的缺陷。 針對上述問題，本新型人工浮島集成整合太陽能、LDE照明、無線遙控技術(shù)于其中，實現(xiàn)能源自給自足，夜間保持美感，無線遙控移動，倡導(dǎo)綠色、低碳理念。 ②強化單元（曝氣、生物球單元）的應(yīng)用 由于我國大多數(shù)地區(qū)四季溫度相差較大，當氣溫低于10℃，高于40℃時會對植株造成生理上的損傷，對水質(zhì)處理效果產(chǎn)生一定影響。這也是人工浮島技術(shù)難點之一，國內(nèi)同行大多采用更換植物等措施。 本項目組這是采用曝氣單元、生物球單元，強化微生物的水質(zhì)凈化功能，彌補植物修復(fù)作用減弱造成的影響。。此外，在對植物的根系誘導(dǎo)上，不僅利用植物水培技術(shù)還嘗試使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，以獲得抗性更強的植株。 ③穩(wěn)定的處理效果 在2010年9月至2010年12月期間，新型人工浮島的總氮TN平均去除率約為60 %，總磷TP的平均去除率約為40%，部分詳細試驗數(shù)據(jù)見表一。 表一 新型人工浮島的修復(fù)處理效果（2010年9月-10月上旬） 項目 試驗時間（天） 0 6 14 19 26 35 42 總氮 TN（mg/L） 試驗圍隔 7.79 5.66 3.17 2.70 1.68 1.10 2.03 對比圍隔 7.93 7.22 6.4 7.47 7.15 7.07 7.13 總磷 TP（mg/L） 試驗圍隔 0.46 0.35 0.27 0.23 0.17 0.19 0.20 對比圍隔 0.45 0.39 0.37 0.41 0.39 0.37 0.40 溶解氧DO（mg/L） 試驗圍隔 4.67 4.78 4.76 5.89 5.31 4.85 3.36 對比圍隔 4.56 4.43 4.16 6.63 4.39 4.25 4.02 懸浮物 SS（mg/L） 試驗圍隔 36.56 38.43 27.33 24.15 16.27 12.69 18.77 對比圍隔 38.47 40.60 31.79 29.54 25.81 29.99 20.51 化學(xué)需氧量COD（mg/L） 試驗圍隔 48.96 43.69 56.31 30.89 26.77 27.75 33.59 對比圍隔 46.77 50.26 41.23 48.26 38.99 50.86 46.93 如上表所示，新型人工浮島對水質(zhì)有良好的凈化效果。凈化效果受到生物因素的影響也受到降水、氣溫等非生物因素影響。如在試驗中后期有間斷的降水，各項指標出現(xiàn)一定程度的波動。到后期由于植物逐漸衰老，舊根系在水中腐爛分解，導(dǎo)致氮磷等指標的回升。相關(guān)指標回升的時間可以為浮島單體的運行周期提供參考價值。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計思路是選擇兩種及以上對水中氮、磷等物質(zhì)吸收能力強的植物，設(shè)計成高低錯落的人工浮島結(jié)構(gòu)，通過植物的生長過程將景觀水體中不同深度的氮、磷等污染成分有效去除，改善景觀水水質(zhì)，從而實現(xiàn)對富營養(yǎng)化景觀水體的原位修復(fù)。 本項目的人工浮島創(chuàng)新點在于除具有多層結(jié)構(gòu)，兼有挺水植物（美人蕉、黑麥草）、浮水植物（香菇草、聚草）與沉水植物（金魚藻、菹草））提高凈化效果之外，還在裝置內(nèi)部增加了動力裝置，可通過無線遙控移動人工浮島在水中的位置，同時巧妙地將LED燈設(shè)置在人工浮島中，是一種處理效率高、可遙控可拼接、在夜晚也具有觀賞性的新型人工浮島技術(shù)。 本新型人工浮島的技術(shù)關(guān)鍵在于①浮島的結(jié)構(gòu)設(shè)計，若設(shè)計不合理會使浮島在惡劣環(huán)境下如降雪天傾覆，或產(chǎn)生整體的制作成本上升的弊端。②所選植物的品種種類以及根系誘導(dǎo)的方法。，若選擇不當，對后期的氮磷去除率有負面影響。 主要技術(shù)指標如下 ①裝置能在10℃～40℃正常工作，可承受10℃以下及40℃的凍害及高溫。 ②通過與對照池的比較，當水面覆蓋率高于30%時，其對TN的去除率可達60%，對TP的去除率可達40%。 ③單個裝置（不包含動力裝置）成本控制在30元/平方米以下。動力裝置的成本控制在400元以下
科學(xué)性、先進性
- 本項目主要是在普通人工浮島技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步深入、發(fā)展、補充或修正，提高人工浮島凈化效果，降低運行管理勞動強度，增加景觀效應(yīng)，具有一定的創(chuàng)新性，使得人工浮島技術(shù)在水體原位修復(fù)的應(yīng)用功能有所突破和提高。 具體的先進性如下幾點： ①整合并應(yīng)用太陽能、夜間景觀照明、移動功能于一體。 ②強化單元（曝氣、生物球單元）的應(yīng)用 ③穩(wěn)定的處理效果
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、模型、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各大城市陸續(xù)建設(shè)了大量帶有景觀水體設(shè)施的公園、居民小區(qū)等建筑。但由于管理不善及水體自身的局限性，景觀水體較易受到污染，大多數(shù)均有不同程度的富營養(yǎng)化問題。 目前市場上治理景觀水體富營養(yǎng)化的產(chǎn)品有限，類似的產(chǎn)品大同小異，功能單一，并且完全依靠人來控制，缺少靈活性。 本項目的產(chǎn)品通過增加無線遙控系統(tǒng)，可以在一定范圍內(nèi)遙控裝置的移動，免去工作人員需下水或坐船調(diào)整浮島的不便。此外，增加LED燈系統(tǒng)可以讓人工浮島無論在白天還是黑夜都有觀賞價值，把大眾對景觀的審美感受的影響降到最低。 本產(chǎn)品的成本控制在30元/平方米以下，與市面上普通的人工浮島相比，其價格接近或更低，但功能豐富。與別國的人工浮島相比，在價格上相當有優(yōu)勢，相差3～10倍。 總之，利用合理的價格和多樣化的功能，產(chǎn)品擁有相當大的競爭力并可以較快的進入景觀水處理市場，市場前景一片光明。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)人工浮島技術(shù)相較于日本及歐美起步較晚，處于研發(fā)及示范性工程階段，如上海世博園區(qū)后灘公園。浮島的材料多為PVC、竹子等，其中中國科學(xué)院南京土壤研究所研發(fā)出一種可生物降解的防水人工浮島材料（ZL 200610038452.4），該材料以麥秸稈、稻草為主要原料，減少了由于洪水或其它因素使人工浮島脫離固定裝置而引發(fā)的二次污染的可能性，但其使用年限將對PVC材料較短，也變相增加了成本。浮島的植物 除了浮島材料外，所選植物也是研究的熱點之一。普遍認同的是植物組合搭配的效果優(yōu)于單一植物的處理效果。如李英杰、金相燦等人在太湖五里湖湖濱生態(tài)工程區(qū)及其附近的河口進行研究采用的人工浮島單元長約1.5m寬1m，移植水芹、美人蕉、黑麥草和水竹，采用繩子柔性連接。河口段工程的實驗表明：該人工浮島工程能有效去除營養(yǎng)物質(zhì)，其中總氮在浮島邊和開闊水道去除率分別為39.64%、31.53%；總磷在浮島邊和開闊水道去除率分別為51.85%、41.51%。 目前國內(nèi)外主要集中精力于提高人工浮島的水體凈化效果，就拓展人工浮島功能，提升附加值方面研究較少。
