基本信息
- 项目名称：
- 基于太阳能无线操控的多层人工浮岛技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 针对目前水体富营养化问题日益严重，深层曝气、化学药剂杀藻等物理化学方法存在工程量大，有毒副作用的缺点以及普通人工浮岛结构单一无夜间景观作用的不足，本项目组设计制作了能够有效修复景观水质、装有LED景观灯饰、可遥控拼接式的设有水面、水下双层人工浮岛新型技术，此技术具有良好的氮、磷吸收效果，同时兼备无线遥控移动与可夜间观赏的功能。
- 详细介绍：
- 凭借本新型人工浮岛处理富营养化景观水体，可提高水体自净能力，改善水质，提升和丰富景观效果，创造更好的生活居住环境。同时丰富了治理景观水体富营养化的技术。由于人工浮岛是原位修复水体，无需建造额外的构筑物，故节约有限的土地资源，可以促进人与自然和谐，生态平衡可持续发展。 设计思路是选择两种及以上对水中氮、磷等物质吸收能力强的植物，设计成高低错落的人工浮岛结构，通过植物的生长过程将景观水体中不同深度的氮、磷等污染成分有效去除，改善景观水水质，从而实现对富营养化景观水体的原位修复。 本项目的人工浮岛创新点在于除具有多层结构，兼有挺水植物（美人蕉、黑麦草）、浮水植物（香菇草、聚草）与沉水植物（金鱼藻、菹草））提高净化效果之外，还在装置内部增加了动力装置，可通过无线遥控移动人工浮岛在水中的位置，同时巧妙地将LED灯设置在人工浮岛中，是一种处理效率高、可遥控可拼接、在夜晚也具有观赏性的新型人工浮岛技术。 本新型人工浮岛的技术关键在于①浮岛的结构设计，若设计不合理会使浮岛在恶劣环境下如降雪天倾覆，或产生整体的制作成本上升的弊端。②所选植物的品种种类以及根系诱导的方法。，若选择不当，对后期的氮磷去除率有负面影响。 主要技术指标如下 ①装置能在10℃～40℃正常工作，可承受10℃以下及40℃的冻害及高温。 ②通过与对照池的比较，当水面覆盖率高于30%时，其对TN的去除率可达60%，对TP的去除率可达40%。 ③单个装置（不包含动力装置）成本控制在30元/平方米以下。动力装置的成本控制在400元以下 图一 人工浮岛各单元 图二 太阳能照明等部分 图三 整体效果图 本项目主要是在普通人工浮岛技术的基础上进一步深入、发展、补充或修正，提高人工浮岛净化效果，降低运行管理劳动强度，增加景观效应，具有一定的创新性，使得人工浮岛技术在水体原位修复的应用功能有所突破和提高。 具体的先进性如下几点： ①整合并应用太阳能、夜间景观照明、移动功能于一体。 国内的人工浮岛大多以净化水质为主要目标。但夜间由于缺少能源提供，大多没有独立的景观照明设备，从而导致夜间丧失了美学功能。此外，目前大多使用绳子来牵引固定浮岛，这种方式虽然简单，但在广阔的水域上，有线移动的方式存在阻碍游船划行、不够灵活的缺陷。 针对上述问题，本新型人工浮岛集成整合太阳能、LDE照明、无线遥控技术于其中，实现能源自给自足，夜间保持美感，无线遥控移动，倡导绿色、低碳理念。 ②强化单元（曝气、生物球单元）的应用 由于我国大多数地区四季温度相差较大，当气温低于10℃，高于40℃时会对植株造成生理上的损伤，对水质处理效果产生一定影响。这也是人工浮岛技术难点之一，国内同行大多采用更换植物等措施。 本项目组这是采用曝气单元、生物球单元，强化微生物的水质净化功能，弥补植物修复作用减弱造成的影响。。此外，在对植物的根系诱导上，不仅利用植物水培技术还尝试使用植物组织培养技术，以获得抗性更强的植株。 ③稳定的处理效果 在2010年9月至2010年12月期间，新型人工浮岛的总氮TN平均去除率约为60 %，总磷TP的平均去除率约为40%，部分详细试验数据见表一。 表一 新型人工浮岛的修复处理效果（2010年9月-10月上旬） 项目 试验时间（天） 0 6 14 19 26 35 42 总氮 TN（mg/L） 试验围隔 7.79 5.66 3.17 2.70 1.68 1.10 2.03 对比围隔 7.93 7.22 6.4 7.47 7.15 7.07 7.13 总磷 TP（mg/L） 试验围隔 0.46 0.35 0.27 0.23 0.17 0.19 0.20 对比围隔 0.45 0.39 0.37 0.41 0.39 0.37 0.40 溶解氧DO（mg/L） 试验围隔 4.67 4.78 4.76 5.89 5.31 4.85 3.36 对比围隔 4.56 4.43 4.16 6.63 4.39 4.25 4.02 悬浮物 SS（mg/L） 试验围隔 36.56 38.43 27.33 24.15 16.27 12.69 18.77 对比围隔 38.47 40.60 31.79 29.54 25.81 29.99 20.51 化学需氧量COD（mg/L） 试验围隔 48.96 43.69 56.31 30.89 26.77 27.75 33.59 对比围隔 46.77 50.26 41.23 48.26 38.99 50.86 46.93 如上表所示，新型人工浮岛对水质有良好的净化效果。净化效果受到生物因素的影响也受到降水、气温等非生物因素影响。如在试验中后期有间断的降水，各项指标出现一定程度的波动。到后期由于植物逐渐衰老，旧根系在水中腐烂分解，导致氮磷等指标的回升。相关指标回升的时间可以为浮岛单体的运行周期提供参考价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计思路是选择两种及以上对水中氮、磷等物质吸收能力强的植物，设计成高低错落的人工浮岛结构，通过植物的生长过程将景观水体中不同深度的氮、磷等污染成分有效去除，改善景观水水质，从而实现对富营养化景观水体的原位修复。 本项目的人工浮岛创新点在于除具有多层结构，兼有挺水植物（美人蕉、黑麦草）、浮水植物（香菇草、聚草）与沉水植物（金鱼藻、菹草））提高净化效果之外，还在装置内部增加了动力装置，可通过无线遥控移动人工浮岛在水中的位置，同时巧妙地将LED灯设置在人工浮岛中，是一种处理效率高、可遥控可拼接、在夜晚也具有观赏性的新型人工浮岛技术。 本新型人工浮岛的技术关键在于①浮岛的结构设计，若设计不合理会使浮岛在恶劣环境下如降雪天倾覆，或产生整体的制作成本上升的弊端。②所选植物的品种种类以及根系诱导的方法。，若选择不当，对后期的氮磷去除率有负面影响。 主要技术指标如下 ①装置能在10℃～40℃正常工作，可承受10℃以下及40℃的冻害及高温。 ②通过与对照池的比较，当水面覆盖率高于30%时，其对TN的去除率可达60%，对TP的去除率可达40%。 ③单个装置（不包含动力装置）成本控制在30元/平方米以下。动力装置的成本控制在400元以下
科学性、先进性
- 本项目主要是在普通人工浮岛技术的基础上进一步深入、发展、补充或修正，提高人工浮岛净化效果，降低运行管理劳动强度，增加景观效应，具有一定的创新性，使得人工浮岛技术在水体原位修复的应用功能有所突破和提高。 具体的先进性如下几点： ①整合并应用太阳能、夜间景观照明、移动功能于一体。 ②强化单元（曝气、生物球单元）的应用 ③稳定的处理效果
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、模型、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着经济的快速发展，各大城市陆续建设了大量带有景观水体设施的公园、居民小区等建筑。但由于管理不善及水体自身的局限性，景观水体较易受到污染，大多数均有不同程度的富营养化问题。 目前市场上治理景观水体富营养化的产品有限，类似的产品大同小异，功能单一，并且完全依靠人来控制，缺少灵活性。 本项目的产品通过增加无线遥控系统，可以在一定范围内遥控装置的移动，免去工作人员需下水或坐船调整浮岛的不便。此外，增加LED灯系统可以让人工浮岛无论在白天还是黑夜都有观赏价值，把大众对景观的审美感受的影响降到最低。 本产品的成本控制在30元/平方米以下，与市面上普通的人工浮岛相比，其价格接近或更低，但功能丰富。与别国的人工浮岛相比，在价格上相当有优势，相差3～10倍。 总之，利用合理的价格和多样化的功能，产品拥有相当大的竞争力并可以较快的进入景观水处理市场，市场前景一片光明。
同类课题研究水平概述
- 国内人工浮岛技术相较于日本及欧美起步较晚，处于研发及示范性工程阶段，如上海世博园区后滩公园。浮岛的材料多为PVC、竹子等，其中中国科学院南京土壤研究所研发出一种可生物降解的防水人工浮岛材料（ZL 200610038452.4），该材料以麦秸秆、稻草为主要原料，减少了由于洪水或其它因素使人工浮岛脱离固定装置而引发的二次污染的可能性，但其使用年限将对PVC材料较短，也变相增加了成本。浮岛的植物 除了浮岛材料外，所选植物也是研究的热点之一。普遍认同的是植物组合搭配的效果优于单一植物的处理效果。如李英杰、金相灿等人在太湖五里湖湖滨生态工程区及其附近的河口进行研究采用的人工浮岛单元长约1.5m宽1m，移植水芹、美人蕉、黑麦草和水竹，采用绳子柔性连接。河口段工程的实验表明：该人工浮岛工程能有效去除营养物质，其中总氮在浮岛边和开阔水道去除率分别为39.64%、31.53%；总磷在浮岛边和开阔水道去除率分别为51.85%、41.51%。 目前国内外主要集中精力于提高人工浮岛的水体净化效果，就拓展人工浮岛功能，提升附加值方面研究较少。
