一种物理肺式增氧生物礁及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种物理肺式增氧生物礁及其使用方法，固定在水体中，其特征在于：所述的物理肺式增氧生物礁采用高强度薄膜材料制作而成，在水下固定的大型开口气囊，气囊开口向下，气囊底部与水底有一定距离；气囊顶部安装有连接管直通水面，且连接管上安装有单向阀门，同时在气囊外壁连接大量亲水的纤维或绳；向连接管内充气后的气体被保留在气囊内的上部，并直接与气囊下部水面接触，形成物理肺式增氧生物礁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
通常水体饱和溶解氧在10mg/l左右，当水体溶解氧低于％ig/l时会影响大部分鱼虾，水生植物和好氧菌落的生存。一般认为天然溶解氧2成来自水面空气接触，8成来自水体藻类和大型植物光合产氧。一般晴天水面和透光度好的上层水体由于风浪增氧和水生植物光合产氧的原因不会缺氧，但在夜晚，养殖鱼塘水体中下部，低透光率湖泊河道底部，富营养化水体深水区 (通常基本无光线透入，且生物量大)等因植物产氧不足，又缺乏水面溶解氧补充，溶解氧往往仅为o-aiig/i，这种缺氧环境适合厌氧菌大量繁殖，往往导致大量硫化氢，甲烷，氨气等有害代谢气体的产生，这些气体上升到水层上部会污染水体，同时厌氧菌分泌的有机酸导致结合态磷络合分解转化为溶解磷释放到水体造成水体富营养化。此外，很大一部分高经济价值的水产养殖对象如虾蟹鲍鱼等主要栖息于水底，因此水底增氧意义远大于现有常见的水面增氧。常规使用方法是利用增加水与空气接触面积来达到增氧效果的，常见方法有化学法在水中投放过氧化钙，过碳酸钠，缓释过氧化氢等。这些药剂可以下沉到水底产氧，因成本高一般用于应急增氧，在江河湖泊修复和水产养殖常规维护中基本未见。生物法使用人工光照使生物产氧，因成本过高无使用价值；使用水生植物增氧， 因受到夜晚水生植物耗氧呼吸问题和水体透光率问题而效果受限。物理增氧主要有三类机械增氧，跌水增氧，流水增氧。1.机械增氧目前最高效率的为溶气增氧，效率较好的有微孔管盘曝气增氧和气石曝气增氧；效率低的传统水车式增氧，射流增氧；这些方法均需大量电力。处于试验发展阶段的还有常规免电力的风力，太阳能搅拌增氧。由于曝气增氧可对水底有效增氧因此目前应用较多。机械增氧主要缺陷是能耗很高，空气中氧气利用率相当低(一般在6%以下，其原因在于气泡在水中停留时间短，来不及形成气/液平衡即脱离水面，如使用微米气泡和纳米气泡虽可提高氧气利用率，但因输气管道阻力或溶气压缩机机械能耗剧烈增大，除污水处理厂气浮用途外成本上很难接受)，对设备数量和电力需求要求严格，在水产养殖区使用价值很大，但在无法大量供电，且对处理成本要求苛刻的大型河道湖泊浅海不能使用。太阳能和风能单位能量低，设备过贵，增氧效果差，目前尚难与机械曝气竞争。2.跌水增氧。通过流水在跌落过程中与空气接触而增氧。该技术可进行整个水体的增氧，效果较好，在有落差的河道水渠实施增氧无需能量，是一种值得大力发展方法。但在大型河流湖海使用则需要巨大电力泵水，从而失去其应用价值。3.日本在琵琶湖治理中采用了一种低成本新技术——耕水机。是利用太阳能，风能，小功率电机带动桨叶，将耕水机附近水体底部的水提升到水面与空气自然接触增氧，在整个水体形成缓慢环流。该技术可减轻水体底部溶解氧不足问题，但在阴雨天和夜间由于水体整体溶解氧量不足，依然需要依靠现有传统水面叶轮，射流增氧泵，或者曝气管补充增氧，因此仍然受到电力供应和设备的制约，另外，耕水机由于设置在水面，易为大风浪所破坏也是一个难以解决的问题。水体净化生态体系是利用水中微生物，漂浮植物，固定的大型藻类和水生高等植物，浮游动物，鱼虾螺蛘等的生态行为，来达到水体净化和形成生态循环目的的。基于景观，健康和经济利用目的，人类一般不易接受水体微藻和漂浮植物(这些对水质要求低)的过度成长，往往企图使用微生物床，生物浮岛，生物湿地来进行水体净化，并利用鱼虾螺蛘来控制这些特定生物群落的数量。这些生态修复需要的两个关键因素是光照和溶解氧。微生物床最初应用于污水处理厂，在美国首先发展成立体的垂直流生态床，用于景观水和小径流河道处理收效良好，存在主要问题为1.沉积物易堵塞过滤层，2.未形成生态循环体系，因此不易清理过量微生物。其原理为跌水增氧+兼氧微生物群落+过滤层，其核心技术在于利用跌水增氧来建立大量微生物群落。另外。大型水体湿地，底泥部分微生物均具备微生物床的功能，但因受到溶解氧限制，净化效率高的好氧，兼氧微生物群落不发达，导致净水效果不足。生物浮岛和浮床日本首创，为解决深水处透光和溶解氧不足难以种植沉水植物而发展起来，由种植在水面板筏上或绳围内的植物+水下加挂的生物膜组成，具备良好景观作用和较弱的净水功能。因成本高(常规在200元/平方米左右，简易型约20元/平方米)抗风浪能力差，生物量增长慢，植物释放的氧难以成为水体溶解氧，一般只能作为景观水体辅助净化用。因未形成稳定生态体系，当水质和水文状况发生明显变化时生物浮岛容易崩溃。生物湿地为浅水区利用充足光照和岸边水体高溶解氧基础上形成的包含微生物， 植物，动物的生态体系，有良好的水体净化效果。因已形成生态体系而具备较生物浮岛高的稳定性，缺陷在于目前只能建设或形成在水体岸边，或者是水很浅的河床湖泊内，水体浑浊时生物湿地因光照不足和水草气孔堵塞容易崩溃，抗风浪能力差。此外，各国经常在近海投放大量轮胎等物形成人造礁，以供海洋藻类和浮游生物附着，从而形成鱼类聚集繁殖区。理论上人造礁稳定性要高于上述3种方法，且同时具备一定的净水能力。但存在的缺点是附着的产氧植物少，且无外来增氧功能，难以作为水体净化装置使用。综上所述，单纯增氧不易对水体中污染物进行净化，单纯生物治理又收到光照和溶解氧的限制难以大规模发展，因此近十年各国学术界逐渐注意到二者复合的研究，生物栅，生物网箱，曝气生物床，曝气浮岛，曝气湿地等模式被提出并发现效果明显优于单独实施。其中，形成较稳定生态结构的曝气生物网箱和曝气生物栅成为最受到关注的方向。但这二者均利用微孔曝气技术，因增氧气泡的剧烈搅动或跌水时剧烈水流不利于生态体系的构建，因此目前只能采取低功率的增氧。此外因电力设备限制这些技术理论上难以推广到大水体净化中。因此急需一种适合在电力供应难，水文环境复杂的大型水域使用的增氧——水体净化综合技术，要求同时具备运作成本远低于现有各种增氧技术且可对各水层进行增氧；具备水体净化能力和促进生态环境的形成；基本不受风浪影响；维护简便使用寿命长的设备和方法显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了。本专利技术交叉结合了增氧和水体净化双重功能，一方面，物理肺式增氧生物礁在有光条件下增添了生物增氧功能。另一方面，充气增氧也为生物礁生态体系的稳定提供了保障。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是首先在大自然中，有一种可生活在水中的动物-水蜘蛛。水蜘蛛善于在水生植物之间吐丝结网。由于在网下储存气泡，使原本开展的蛛网成了钟罩形，如同一个小型沉箱， 它们便在沉箱里安营扎寨，雌蛛还在其中产卵孵化。水蜘蛛所拥有的气泡群不仅是储氧器， 还是一种制氧器——能不断地从周围的水中吸取氧。这就是人们称之为“物理肺”的供氧装置。水蜘蛛在呼吸过程中使气泡中的氧浓度逐渐下降，一旦氧含量低于16% (二类水质时)，溶于水中的氧便会自行补充进气泡内来。通常蜘蛛处于休息状态时，物理肺足以保证供氧；当耗氧量过大，水中含氧的气泡补充就会供不应求，而气泡内的其他气体的比例就会随之上升，直至大大超过在空气中的比例为止。结果是氮开始向水中扩散，而气泡的容积也会相应变小(由于氧被耗尽)，最终，蜘蛛不得不再次抛头露面于水上、重新为储氧器充氧。本专利技术就是利用了上述原理，专利技术了一种物理肺式增氧生物礁，固定在水体中，所述的物理肺式增氧生物礁采用高强度薄膜材料制作而成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种物理肺式增氧生物礁，固定在水体中，其特征在于：所述的物理肺式增氧生物礁采用高强度薄膜材料制作而成，在水下固定的大型开口气囊；气囊开口向下，气囊底部与水底有一定距离；气囊顶部安装有连接管直通水面，且连接管上安装有单向阀门，同时在气囊外壁连接大量亲水的纤维或绳；向连接管内充气后的气体被保留在气囊内的上部，并直接与气囊下部水面接触，形成物理肺式增氧生物礁。

【技术特征摘要】
1.一种物理肺式增氧生物礁，固定在水体中，其特征在于所述的物理肺式增氧生物礁采用高强度薄膜材料制作而成，在水下固定的大型开口气囊；气囊开口向下，气囊底部与水底有一定距离；气囊顶部安装有连接管直通水面，且连接管上安装有单向阀门，同时在气囊外壁连接大量亲水的纤维或绳；向连接管内充气后的气体被保留在气囊内的上部，并直接与气囊下部水面接触，形成物理肺式增氧生物礁。2.如权利要求1所述的一种物理肺式增氧生物礁，其特征在于所述的物理肺式增氧生物礁，当为复杂水文状况下时，采用钢、塑或水泥材质的整体沉箱式气囊；所述的高强度薄膜材料采用亲水，不易漏气且难降解的致密编制材料。3.如权利要求2所述的一种物理肺式增氧生物礁，其特征在于所述的亲水，不易漏气且难降解的致密编制材料为经加强的玻璃缎纹布且在气囊内侧刷涂少量疏水材料堵孔制成。4.如权利要求3所述的一种物理肺式增氧生物礁，其特征在于所述的疏水材料采用蜡类，聚氟树脂，聚硅树脂中的一种或多种混合物，或使用各种偶联剂中的一种。5.如权利要求4所述的一种物理肺式增氧生物礁，其特征在于所述的疏水材料采用蜂蜡乳液或硅烷偶联剂。6.如权利要求1所述的一种物理肺式增氧生物礁，其特征在于所述的气囊底部与水底的距离为要增氧的水体层距离水底的高度；所述的气囊大小为使单个气囊容纳气体体积为0. 1-100立方米；所述的气囊采用重物锚固或桩柱固定方式固定在水中。7.—种如权利要求1所述的物理肺式增氧生物礁的使用方法，其特征在于包括如下工...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楷翰，陈昱霖，戴聪杰，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：35