專利名稱：利用各種植物、微生物的水質凈化機能，綜合改善富營養化污染水域的水質凈化系統的制作方法
技術領域：
該項發明是組合并且綜合利用存在于自然界的各種有用的植物和 微生物等，完全無負面環境影響的、對生活廢水污染源為主造成氮磷 富營養化污染水域進行凈化的新型水質凈化系統。
背景技術：
緬甸、越南、南美等世界各地湖泊，特別是缺少耕地的高原湖泊， 周圍居民出于栽培蔬菜的目的，利用傳統方法在湖上制作獨特的浮島， 早已為人所知。那些浮島以樹枝、椰子殼、草、泥等為材料，栽培的 植物的根須伸入水中，通過根部吸收水中的氮磷，又將光合作用產生 的部分氧氣送入水中，由此水質得到凈化。由于這樣的凈化作用，有 效地減少了居住在水域周圍人們的生活廢水和家畜等排泄物對湖泊水 域的水質污染。這一現象曰益受到各界關注。
即，不以栽培蔬菜為目的，而以利用植物凈化水質為目的，在湖 泊河川制作浮島，作為凈化水質處理方法的提案。
即，作為用于水質凈化的浮島，制作工業性的浮島單元與植物配 套。浮島單元以基本浮力構造體和網狀構造體組合，目前所用材料大
抵有以下2種。
(1) 浮力構造部分裝入塑料管、尼龍管、合成樹脂等發泡材料。
(2) 網狀構造體部分椰子殼纖維、天然或合成橡膠、塑料材料網等。
此外，還有EIN抹式會社利用EIN木材作為浮島單元浮力構造部 分的新型浮力材料。EIN木材是由55%木材粉末和45%PP、 PE等廢 材原料合成的新型材料。中空部分填入發泡材料。利用合成樹脂材料制作網狀構造體。二者結合為浮島單元。
另一方面，還有不用工業制品制造浮力構造部分，采用具有充分 浮力、加工后又無化學材料環境激素污染隱患的成本低廉的廢發泡材 料和廢輪胎以及廢內胎制作浮力構造部分，其他部分也采用安全的自 然材料，組合構成水質凈化的浮島，實現對適用水域全面改善水質的 提案。
更進一步，如以下文獻所示的提案。
專利文獻l:特開2004-237141號公報
發明內容
發明所要解決的課題
首先，以上述傳統手法制作浮島，樹枝和椰子殼纖維、草、泥等 材料本身會逐步腐敗，形成惡性循環。同時，為對大面積湖泊全面凈 化必須制作大型浮島時，也受到技術材料方面的限制。
再者，利用上述工業材料制作浮島單元時，尼龍管、塑料材料等 不僅易老化，而且還有環境激素溶于水中，與椰子殼纖維等腐敗一樣， 容易形成2次污染。另外，成本相對很高，例如2m x 1.9m的浮島制 作成本大約10萬日元，因此，工程設置面積受到纟艮大限制，無法實現 湖泊河流水質凈化工程化。
而且，就采用EIN株式會社的EIN木材的浮島而言，EIN木材的 確具有強度而不易腐敗，不過，若要將此材料用于帶有實效性的水質 凈化用的浮島的話，則還需要數億日元的設備投資。并且，據估算， 用來制造lmx lm大小的浮島基礎的成本就大約需要花費10 20萬日 元。
還有，特開2004-237141號公報所公開的技術雖然具有各種優勢， 但實際上低成本大規模工程化還存在一些未解決課題。
無論如^f可，上述2種方法實際施工纟支術復雜，人力、經濟成本相 當高，因此，可以認為，難以實現在大面積湖面上以此進行水質凈化 的現實工程。
6上述傳統工藝制作的浮島，從制作成本等現實問題角度，工程設 置面積受到很大局限，并由此發生下列問題。
例如，小面積浮島在大型湖泊上抗風浪性、穩定性都難以保障， 即使具有良好水質凈化能力但是植抹較高的植物在栽培時會因安定性 而受到限制。樹脂材料強度有限，受到陽光照射老化迅速，導致浮島
自身成為水質2次污染源的原因。
最終工程預算受到高成本的限制，在一定水域內，為凈化水質必 須達到的浮島設置面積不能得到保障，至今為止這類技術只能限于池 塘等小面積水域或實驗性水域，不可能達到凈化大面積湖泊等實際效 果。
還有，根據各種研究數據，植物水質凈化能力各不相同， 一般來 說至少按照水面總面積的5.6%設置植物浮島，才能獲得顯著效果。所 以，為了凈化大型湖泊，必需要設置大規模的浮島。
目前，隨著全世界經濟和人口急速增長，以生活廢水造成水域水 質惡化的現象日益加深。
特別是，作為居民生活與生產水源的大型湖泊、河川的污染尤其 嚴重，為了防止這種現象進一步惡化，極其有必要將改善水質作為地 球規模的重要課題來對待。
此外，以汽車廢輪胎作為浮力構造部件等的提案，已被確認為資 源再生、廢物利用的有效手段，以低成本在相當廣泛水域已經得到實 證效果。可是同時，即使是在因生活廢水為污染源的水域，也會因場 所、時期不同而異，另外，綜合有效凈化水體和水底的污染、恢復污 染水域的水體生態也極為必要。
對于由生活排水為起因的水質污染，其污染成分、程度、性質都 各不相同，所以，必須認識到實施凈化措施一定要根據實施場所、時 期等綜合條件，活用各種植物、微生物，才能得到最佳效果。
解決課題之手段
本項發明是為解決上述傳統技術的各種未能解決的課題，積累了研究、實驗、思考等結果創造而成的方案，為達到高效率、低成本， 一邊活用廢舊輪胎等再生資源， 一邊推敲避免帶來實施場所環境負面 作用的材料，甚至根據工程實施場所的具體條件，設計與有機組合成 最為合適的具有水質凈化、經濟收益、景觀效果等等綜合效益的水體 水質改善系統。具體內容如下。
(1) 由于排入含有大量氮磷等富營養化成分的生活污水導致湖 泊、池塘、河流等污染，在這些水面上設置植物浮島，栽培具有從根 部吸收富營養成分、凈化水質功能的植物，設置在水底為固定植物浮 島的錨，調整植物浮島浮力的重錘，以及由連接材料連接植物浮島、 錨、重錘并構成的系統構造，還有在植物浮島本體下部、錨、重錘、 連接部分選擇并附著具有吸收富營養化成分能力的水生植物與適合水 域環境的嗜氧厭氧微生物、由此在水域表面、水體中間、水域底部同 時可進行并且獲得改善水質效果，成為一套利用各種植物、微生物的 水質凈化機能，綜合改善富營養化水域水質的具有上述各項特征的系 統。
(2) 以利用廢輪胎和內胎、廢棄發泡樹脂材料作為植物浮島的浮 力構造部件為特征的、利用上述第1項記載的利用各種植物、微生物 的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。
(3) 利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料的構 造，增大浮島整體的浮力，以此為特征的利用上述第1項記載的利用 各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水 質改善系統。
(4) 作為利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料 的構造，以使用不銹鋼等金屬網材料為特征的上述第3項記載的利用 各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水 質改善系統。
(5) 將不銹鋼等金屬網材料按照廢"胎中心中空部形狀形成凹狀 為特征的上述第1~第4項的任何一項記載的利用各種植物、微生物 的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。(6) 不銹鋼等金屬網狀材料和廢輪胎表面之間用緩沖材料形成 2 5cm左右空間配置間隔作為特征的上述第4或第5記載的利用各種 植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改 善系統。
(7) 作為利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料 的構造，用螺釘和螺帽等固定手段將裝在中空部浮力材料上下的金屬 網材牢固固定，以此為特征的上述第4~第6項的任何一項記載的利 用各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的 水質改善系統。
(8) 將廢棄發泡樹脂等浮力材料裝入具有通氣性和伸縮性的袋子 里之后再用不透水的天然橡膠材料袋包裝，然后將其填充于廢輪胎內 部，以此為特征的上述第1~第7項的任何一項記載的利用各種植物、 微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。
(9) 所有的植物浮島本體下部、錨、重錘、連接材料都由盡可能 大面積接觸水面材料構成，因此，得以最大限度地發揮各種植物和微 生物的水質凈化功能，以此為特征的上述第1~第8項的任何一項記 載的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染 水域的水質改善系統。
(10) 錨采用表面多孔質石材，為了易于固定于水底，采用鉤狀或 銳角狀，以此為特征的上述第1~第9項的任何一項記載的利用各種 植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改 善系統。
(11) 重錘為表面多孔質石材，以此為特征的上述第1~第10項的 任何一項記載的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富 營養化污染水域的水質改善系統。
(12) 截取一部分污水水域或者頂端部分作為多階段凈化水槽， 在污水處理入口處，將處理原水按照各個凈化水槽順序有效進行
逐步水質凈化，利用凈化水槽階梯落差設計瀑布狀接觸型增氧曝氣設 備，說明書第6/18頁
凈化水槽底部鋪設適合種植植物和附著繁殖微生物的表面多孔質 材料，
選擇適合處理原水特征的具有水質凈化功能的各種植物和微生
物，
設置避免原水和處理水混合的水域，而且， 整個水質凈化處理過程設計上完全不使用人工能源， 以此為特征的上述第1~第11項的任何一項記載的利用各種植
物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。
(13) 作為具有水質凈化功能的植物，選擇適合水培、吸收氮磷能 力高、易于管理、具有收獲價值以及對周圍生態環境不產生負面影響， 適合景觀與氣候風土的植物品種，以此為特征的上述第1~第12項的 任何一項記載的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富 營養化污染水域的水質改善系統。
(14) 作為具有水質凈化功能的植物，選擇玫瑰類、食用蔬菜的香 椿、彩葉草、紅麻等，以此為特征的上述第13項記載的利用各種植物、 微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。
(15) 作為具有水質凈化機能的微生物，選擇分解蛋白質和脂肪的 菌類、分解植物性纖維的菌類、固化空氣和水中氮素的菌類、嗜鹽菌 類等，根據水域水質情況，以l種或多種組合配方，以此為特征的上 述第1~第14項的任何一項記載的利用各種植物、微生物的水質凈化 機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統。
(16) 作為分解蛋白質和脂肪類的菌類，采用曲霉菌(Aspergillus)、 毛霉菌(Mucor)、枯草芽孢桿菌(Bac.subtlis)，作為分解植物性纖維的 菌類，采用含有豐富纖維素酶的產甲烷菌(Bac.methanogenes)和熱解 纖芽孢桿菌(Bac.thermofibrincolus)，作為固化空氣和水中氮素的菌 類，采用星孢芽孢桿菌(Bac.asterosporus)和巴斯德梭菌(Clostridium pasteurianum)，作為嗜鹽菌采用好鹽性酵母類菌Torulaarten和卡爾 斯伯酵母(Saccharomyces carlsbergensis),以此為特征的上述第1 ~第
1015項記載的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、綜合改善富營養 化污染水域的水質改善系統。
效果
① 由于排入含有大量氮磷等富營養化成分的生活污水導致湖泊、 池塘、河流等污染，在這些水面上設置植物浮島，栽培具有從根部吸 收富營養成分、凈化水質功能的植物，設置在水底為固定植物浮島的 錨，調整植物浮島浮力的重錘，以及由連接材料連接植物浮島、錨、 重錘并構成的系統構造，還有在植物浮島本體下部、錨、重錘、連接 部分選擇并附著具有吸收富營養化成分能力的水生植物與適合水域環 境的嗜氧厭氧微生物、由此在水域表面、水體中間、水域底部同時可 進行并且獲得改善水質效果，并以此在水域上中下部同時改善以生活 污水為主污染了的富營養化水域的氮磷和其他環境惡化狀態，可以期 待迅速產生綜合性水質改善效果。
② 利用廢輪胎和內胎、廢棄發泡樹脂材料作為植物浮島的浮力構 造部件，能夠在適用水域大量利用不產生環境激素等有害化學物質的 再生材料并降低成本，以此實現在廣泛適用水域迅速得到有效的水質 改善效果。
③ 利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料的構 造，增大浮島整體的浮力，在這樣結構的浮力構造部件上可以長時間 承載相當重量的東西而浮于水面。就是說，也可以安全地承載人。具 體地說，例如利用轎車輪胎的情況下，由于在輪胎中心的中空部分填 入廢發泡樹脂等浮力材料，提高浮力30%，若使用數個浮力構造部件 完全可以讓工作人員承載在上面。
④ 作為利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料 的構造，由于使用不銹鋼等金屬網材料，可以在工廠大量制作規格化 的金屬網材料，以此高效率并且相對容易地得以實現大規模的工程施 工。
⑤ 將不銹鋼等金屬網材料按照廢輪胎中心中空部形狀形成凹狀，在凹狀部分裝入陶粒等顆粒材料，利用設置水域的水分培育植物，其 結果，可以通過植物從根部吸收水分的同時有效去除水域的氮磷污等 染成分。
不銹鋼等金屬網狀材料和廢輪胎表面之間用緩沖材料形成
2 5cm左右空間配置間隙，由此，種植在輪胎浮力載體表面上的金屬 網材上面的植物也可以從間隙部分伸展根須直至水中，可以期待像這 樣通過根部吸收水分而達到去除污染的目的。
⑦ 作為利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料 的構造，用螺釘和螺帽等固定手段將裝在中空部浮力材料上下的金屬 網材牢固固定，由此，得以簡單并確實地得到提高構造體浮力效果， 容易地實現能夠乘載相當重量的浮力構造體。
⑧ 將廢棄發泡樹脂等浮力材料裝入具有通氣性和伸縮性的袋子 里之后，再用不透水的天然橡膠材料袋包裝，然后將其填充于廢輪胎 內部，因為用了細碎發泡材料來裝填，可以解決廢輪胎內部裝填過程 中容易留下空隙影響浮力的問題。
就是說，由于細碎發泡材料難以裝填，操作中難以充分填滿，采 用類似尼龍絲襪等具有透氣性和彈力性的材料袋裝后，再用天然橡膠 袋密封后填充進廢輪胎內。
采用這樣的裝填法后的浮力部件，長期置于水中也能保持充分浮 力，保持安定狀態。
⑨ 所有的植物浮島本體下部、錨、重錘、連接材料都由盡可能大 面積接觸水面的材料構成，因此，得以最大限度地發揮各種植物和微 生物的水質凈化功能，從而實現最高效率活用植物、微生物的自然凈 化能力，在以生活污水為主的污染水域取得水質改善效果。
⑩ 錨采用表面多孔質石材，為了易于固定于水底，采用鉤狀或銳 角狀，由此得以在有效進行水底水質凈化同時，用錨的固定效果在貼 切的地點固定植物浮島，可以在希望改善水質的水域實現水質改善效 果。
重錘為表面多孔質石材，可以利用附著的微生物，取得改善重錘所在水域水質的切實效果。
截取一部分污水水域或者頂端部分作為多級凈化水槽，在污水 處理入口處將處理原水按照各個凈化水槽順序有效進行逐步水質凈 化，利用凈化水槽階梯落差設計瀑布狀接觸型增氧曝氣設備，凈化水 槽底部鋪設適合種植植物和附著繁殖微生物的表面多孔質材料，選擇 適合處理原水特征的具有水質凈化功能的各種植物和微生物，設置避 免原水和處理水混合的水域，而且，整個水質凈化處理過程設計上完 全不使用人工能源，最大限度利用地形落差，設置人工瀑布等曝氣裝 置，增加水中氧氣濃度，有利于微生物活動繁殖，在幾乎不耗能源的 情況下，將處理生活污水排水的水質改善系統與提供協調的自然景觀 有機結合，得以長期有效發揮最佳功能。
@作為具有水質凈化功能的植物，選擇適合水培、吸收氮磷能力 高、易于管理、具有收獲價值以及對周圍生態環境不產生負面影響， 適合景觀與氣候風土的植物品種，在產生勝于或至少不低于物理機械 等人工水質凈化系統的環境凈化效益的同時，把生物水質凈化系統作 最合適的設計安排，利用自然環境和自然材料，還可以收到具有經濟 性的生態環境效益。
@作為具有水質凈化功能的植物，選擇玫瑰類、食用蔬菜的香椿、 彩葉草、紅麻等，不但具有很高的吸收氮磷的能力，還有美化景觀作 用，同時，培育采收各種觀賞、食用和有其他經濟價值的植物，可以 在水質凈化同時獲得經濟收益。
作為具有水質凈化機能的微生物，選擇分解蛋白質和脂肪的菌 類、分解植物性纖維的菌類、固化空氣和水中氮素的菌類、嗜鹽菌類 等，根據水域水質情況，以l種或多種組合配方，由此可以根據需要 凈化的水域污染情況進行適當調整，從而達到最佳效果。即，分別對 污染成分中蛋白質、脂肪、纖維質、以及鹽分濃度高的各個不同水域 使用具有針對性的微生物。
像這樣用已知的一部分具有分解特定物質的微生物，根據實際污 染水域的環境條件進行選擇，并且還可針對復合污染成分水域水質進
13行相應組合配方，以期達到最佳水質改善效果。
本發明的系統能夠分別在水面、水中、水底等希望配置的位置使 多種植物、微生物等成長、繁殖，并且在這個過程中實現對多樣復雜 的環境條件下的污染水域進行最合適的水質凈化，甚至達到修復水體 生態系統的長久綜合環境效益。
作為分解蛋白質和脂肪類的菌類，采用曲霉菌(Aspergillus )、 毛霉菌(Mucor)、枯草芽孢桿菌(Bac.subtlis),作為分解植物性纖維 的菌類，采用含有豐富纖維素酶的產甲烷菌(Bac.methanogenes)和熱 解纖芽孢桿菌(Bac.thermofibrincolus),作為固化空氣和水中氮素的菌 類，采用星孑包芽孢桿菌(Bac.asterosporus)和巴斯德梭菌(Clostridium pasteurianum)，作為嗜鹽菌采用好鹽性酵母類菌Torulaarten和卡爾 斯伯酵母(Saccharomyces carlsbergensis)，這些孩史生物參與浮島總體作 用，與植物相輔相成，可以收到和植物相乘的更高的水質凈化效果。
即，這些菌類和微生物類具有對上述各種特定污染成分的優秀的 分解能力，通過發明者的對照試驗已經得到明確結論，相對于適用水 域污染狀況實現迅速有效的水質凈化效果也正在得到確認。
圖l是以模式圖說明本發明的植物浮島基本單位的構造，圖2是 表示連接若干個基本構造體設置于適用水域的一例示意說明圖。在這 些圖上，l為植物浮島、2為浮力構造體、3為廢輪胎、4為發泡樹脂 材料碎片、5為具有通氣性和伸縮性的袋子、6為天然橡膠密封袋、7 為廢輪胎中心的中空部分、8為凹入筐部分、9為水面、IO為金屬網 材部分、ll為空間、12為緩沖材料、13為連接材料、14為浮路。
實施發明的最佳實施方式
如上所記關于由本項發明實施的水質凈化系統具體若干實例，以 發明者等實際進行的各種試驗作以下說明。
本發明系統以生活污水引起的氮磷富營養化污染水域的水質凈化為目的，在大面積污染水域，采用低成本、廢物再生利用構造材料， 極力避免使用對自然環境會造成副作用的人工合成材料，并且活用具 有水質凈化機能的植物、微生物等的分解吸收能力。
而且為了使這些植物、微生物能夠在大面積污染水域發揮良好的 水質凈化機能，產生實效，并且以低成本和重視水域整體環境生態為 目的，提出了再生利用廢輪胎和廢棄發泡樹脂材料制作植物等生長基 盤的浮力構造體，甚至還為了廢物再生利用反復研究出簡易迅速的加 工方法，完成并大大提高了本項發明實現的可能性。
關于本項發明的浮力構造體制作方面，再生利用廢輪胎和廢發泡 樹脂材料制作浮力構造體的具體方法是非常重要的一部分，以下簡單 說明。
廢輪胎的大小，以收集得到必須要的數量為前提，從一般汽車到
大型車輛的都可使用。輪胎直徑從數十cm到lm左右都可，已經得 到確認，在這些廢輪胎內部空間不留空隙地填滿具有與空氣相近浮力 的發泡樹脂材料后，通常一般汽車的一個輪胎可以產生30 40kg左右 的浮力。
作為浮力材料，發泡樹脂材料是理想的選擇，而且只要使用廢棄 材料便可以了。如上所記為了把輪胎內部空間不留空隙地填滿，必須 在使用時將大塊粉碎到若千cm，最好是在直徑lcm以下的顆粒狀態。
可是，如此碎顆粒不可能直接放入輪胎內部，漂流在水面上反而 會成為破壞環境的因素。因此，需要用天然橡膠制作的袋子進行包裝 后填充在輪胎內部，這樣既能長期安定使用，而且不會產生化學合成 物質溶于水中后導致的環境激素二次污染。
可是，要把細碎輕飄的發泡樹脂材料不留空隙地充分地填入天然 橡膠口袋，實際操作上是非常困難的事情。這里，本發明采用的方法 是，先將小顆粒的細碎輕飄的發泡樹脂材料裝入透氣性、伸縮性良好 的材料制作而成的袋子，然后，整袋裝入天然橡膠袋進行密封，這樣， 可以在廢輪胎內部高效率而且確實填充密封所需要的充分量的發泡樹 脂材料，這是本發明所采用的加工法之一。以上是本發明所使用的浮力材料的基本制作方法。
如此由廢輪胎和廢發泡樹脂材料為基本材料制作而成的浮力構造 體，幾乎具有等同于普通空氣填充的輪胎的良好浮力而浮于水面，甚 至經歷若干年也不會因為泄漏空氣而導致浮力下降，也不會因為化學 合成物質溶解導致環境激素二次污染水域。
本項發明所使用的培育植物浮島，以廢輪胎和廢發泡樹脂材料為 基本材料的浮力構造體的復數組合，構成我子般狀態，得以形成極其
充分的整體浮力。可以根據適用水域狀況，相當大范圍自由選擇適合 培植的植物種類，只要按照其高度和重量進行考慮設計便不會發生問 題。如前所記因為利用廢輪胎制造的本發明的浮力構造體單個能夠產
生20 30kg左右的浮力，負載一年生植物浮于水面完全沒有問題。至 于栽培多年生重量大的植物，以供管理人員水上通行的浮路連接若干 個由復數浮力構造體組合而成的模塊，產生分散負載的作用，可以達 到單元承重100kg左右，經過試驗已經證實了這一結構構造足以維持 安定而且安全的狀態。
關于本項發明所開發的提高浮力構造體浮力方法的說明。由于廢 輪胎中心呈現中空形成面包圏狀態，已經知道在中空部分填充發泡樹 脂材料可以產生浮力，在此，對于承載一定重量以上、特別是作為管 理人員行走的浮路，需要進一步提高單位浮力構造體。為此，本發明 在以上利用袋裝發泡樹脂材料填充廢輪胎中空部分產生浮,力，提出加 大浮力的方案。即，同時在完成上述填充工序之后，在廢輪胎中心圓 的空間兩側用不銹鋼等金屬網材夾住，中間不留間隙地填滿袋裝發泡 樹脂材料，并活用眾所周知的固定方法，以螺栓、螺帽固定兩側的金 屬網。已經通過試驗確認到，經過這樣加工，本發明的浮力構造體總 體浮力可以提高30%以上。
提高浮力加工后的構造體，可以承載更大的重量，在實施本發明 過程中被采納用于浮路構造部分，收到明顯效果。
接下去，舉例說明本發明植物浮島的具體構成。對如上所述由廢 輪胎和廢發泡樹脂材料為基本材料構成的浮力構造體，在其承載重量范圍內，裝置栽培植物的構造物。本發明必須栽培植物并通過植物根 須吸收水中氮磷，所以結構上也必須提供能夠讓植物根部伸入水中吸 收養分的構造部件。為此，將植物種植在網篋內，植物根須穿過網眼
直接伸入水中。如果在網筐內采用土壤固定植物，土壤會從網眼中漏 出溶于水中，反而造成污染，失去土壤固定的植物自然也無法栽培。
針對這個問題，本發明采用既能固定植物又能同時向植物根部提 供水分與空氣的新型土壤代用材料。即，使用顆粒直徑大于金屬網筐 網眼的表面多微孔結構的陶粒。由于該材料大多利用廢陶等作為原料， 所以，可以廉價大量采用。由于多微孔狀態的陶粒同時具有透氣保濕 的功能，可以給植物提供吸收水分與呼吸空氣、幾乎與在陸地土壤中 相同的生存條件，由此，浮島上不僅可以栽種通常根部完全浸泡在水 中的水生植物，也可以成功地栽種根部既需水分又需呼吸空氣的陸生 植物。從吸收以生活廢水為主要污染源中的氮磷成分觀點來看，陸生
植物與水生植物相比，吸收氮磷的能力通常在10~20倍以上，本項發 明在利用陸生植物進行水質凈化方面的優勢是非常明顯的。
還有，由于陶粒的微孔含有大量空氣，與水的比重相對要小許多， 甚至輕于水，實際上根據特定環境，也可以不用植物浮島而直接浸泡 在水中用于栽培植物。
甚至根據多微孔陶粒材料比重變化，也可以在水底使用，將各種 具有分解污染物質成分的微生物等菌種附著于陶粒微孔，可以在水底 降解底泥。本項發明中，綜合利用各種微生物等進行水質凈化的系統 里，多孔質陶粒發揮著4艮大作用。
上述本發明的植物浮島1的最基本構造模式圖的 一例以圖1表示。 浮力構造體2、廢輪胎3和填充在其內部的廢發泡樹脂材料碎片4被 裝填在具有伸縮性和透氣性的袋子5之后，再用天然橡膠袋6密封， 然后，在這樣的狀態下填充到廢輪胎3的內部。這樣操作，顆粒狀的 廢發泡樹脂材料可以很容易并且充足地在密封狀態下長期維持，也不 用擔心會破碎散出進入水里。
隨著廢輪胎3的中心中空部分7的形狀嵌入不銹鋼等材料制作的
17金屬網材筐凹部8。這里裝入代替土壤的多孔質陶粒，然后，栽培針 對各不同水域水質凈化污染物的相應的各種陸生植物。凹入部分8的
一半浸在水面9之下，水分還會順著微孔濡濕上面一半，這樣隨著植 物生長，氮磷等富營養化成分便很快被吸收。此外，用竹編制作凹狀 筐8也可收到同樣效果。
浮力構造體的廢輪胎3和上面不銹鋼等金屬網材10制作的上記凹 狀筐8成為一體，另外，也可以裝載不嵌入圓形中心的其他形狀的種 植植物的筐，在其中栽培相適宜的植物。凹部上面外沿部分由于植物 根須直接通過網眼進入水中吸收氮磷，可以采用與水生植物相近的種 類。另外，為了讓植物根須順利無阻地伸展到水中，在廢輪胎3的表 面和金屬網材IO之間墊入緩沖材料12,形成若干空間11。這個緩沖 材料應選擇對廢輪胎3和金屬材料10都具有緩沖作用的為好。
把復數的植物浮島1的基本構造體組合成若干筏，適用水域非常 廣泛，本發明的實際使用情況的復數組合的若干實例如圖2所示。即， 用連接材料13結合復數的基本構造體,全體形成若干大型植物浮島1。 連接材料選擇輕量高強度材料，并且符合本發明精神絕不使用會給適 用水域環境帶來負面影響的材料。同時，還應該考慮到低成本和盡可 能利用再生資源材料。
組合復數基本構成體成為植物浮島1的全體形狀，實際使用時根 據污染水域地形等綜合考慮自由設計。只是在大面積水域實現有實效 的水質改善效果，有必要在相當范圍使用植物浮島1，就這一點而言， 因為廢物再生利用而實現降低成本的本項發明，已經獲得了超出實驗 室實施內容的具有實效性的效果。浮島工作用的浮路14如前所述采用 組合了提高浮力的基本構造體，照此設計，工作人員可以毫無問題地 通行。
本項發明不僅利用在浮島1上栽培的各種植物改善水質，而且對 于為固定浮島1的錨、重錘等其他部件也有效地活用多孔質陶粒等材 料，根據適用條件選擇組合各種水草等水生植物、微生物和菌類，由 此可以分別收到在水域表面、中部和水底的水質改善效果，其結果得以實現綜合水域環境凈化的目的。
進而本項發明還提出了在利用植物浮島的同時，利用適用水域一 部分地形條件進一步有效地改善水質的系統方案。即，當污染水域具
有若干高低差水流地形時，將該水域區分為2段以上的多階段，隨著 由上至下水徐徐流淌而進行水質凈化。
也就是說，根據以生活廢水污染了的河川湖泊等污水水源流入途 徑的地形，在這個污水水源入口附近把自然地形作為多階段凈化設備， 在污染水源流入湖泊大河之前完成水質凈化，阻止污染水域的擴大化。
具體做法是，根據各個階段污染狀態準備好適用的植物群和微生 物群，然后，在各個階段配備適合這些植物群和微生物群生存繁殖的 環境條件。即在利用上述植物浮島的同時，在適用水域底部鋪設多孔 質陶質等破碎材料，營造成有利于具有水質凈化特定機能的植物、微 生物成長繁殖的環境，并且確保水流通過階段落差時進行曝氣增加含 氧量有利于好氧性微生物成長繁殖。
這種多級污水凈化系統，原則上可最大限度地被利用在適用水域 的自然地形狀態，由此，不用采用因大規模的挖掘工程、或是混凝土 施工而對地形的變形工程等環境引起較大影響的裝備。盡可能地，通 過來源于自然物的材料，在河川向湖泊等流向的流入區域內進行最低 限度的加工，明確高低差異，由此做成瀑氣設備，在水底鋪設多孔的 陶瓷材料，根據需要一并使用本發明的植物浮島，并根據各自的污染 狀況而繁育適當的植物、微生物、細菌類，從而凈化水質。但是，在 設計中，要避免經過分階段凈化處理的處理水與處理前的污染水相互 混合的情況，還需要充分考慮，而避免由于生活廢水的緣故而使受到 氮或是磷污染的河川等的水流流入湖泊等之中，從而形成大面積的污 染水域。
這個系統不僅不需要過多的人工工程，而且運行中不需要消耗能 源，并且在不損害周圍自然景觀環境的條件下，只以最低限的維護管 理便可實現良好的水質改善效果。
以下各實施例，證明了本項發明根據特定污染水域水質使用針對性植物種類取得的水質凈化效果。 實施例1
適用植物月季
適用于中國云南省漆池的水質凈化實驗。這是只要把莖插入水中 很容易地得以繁殖，并且具有很強的吸收氮磷能力的植物。在本項發 明的植物浮島栽培了抹高30cm的月季。
其結果，平均單抹年平均吸收氮236.5g，磷1.225g。即若1 m'栽 種4抹月季，平均1年可吸收氮0.946kg，磷0.0049kg。 3000 itf的生 活廢水污染水域設置總面積的2%，即60 itf浮島，1年可吸收氮 56.76kg，磷0.294kg。已經確認到了對整個污染水域的明顯水質凈化 效果。
實施例2
適用植物香椿(學名Toona sinensis (A.Juss) Roem 英文名China Toona落葉喬木)
在中國云南省溪池的水質凈化實驗中使用。嫩芽可作蔬菜食用。 嫩芽lOOg中含磷120mg，約是西紅柿29mg的4倍，黃瓜37mg的3.2 倍，芽菜61mg的2倍，胡蘿卜30mg的4倍。這一現象明顯說明了 香椿的吸收磷的量高于一般植物，也就是說，可以理解為，吸收磷而 產生的凈化效果當然高于一般植物。
實施例3
適用植物彩葉草(學名Coleus blumei)
在中國云南省澳池的水質凈化實驗中使用。水質凈化栽培時所有 根須長度總計2.04m/林，實驗開始后第80天達到120.29m/抹，成長 了約50倍。植林總重量由29g/抹成長到206g/抹、176g/抹不等。總氮 (NT)的凈化率約70%。實施例4
適用植物紅麻(學名Hibiscus cannabinus原產非洲西部錦葵科芙 蓉屬的一年生草本植物)
在中國云南省滇池的水質凈化實驗中使用。春播后至秋收期可以 成長為抹高4 5m高、下部直徑可達10cm粗，因為單位面積產量相 當于木材，具有造紙原料的利用價值。同時具有非常良好的吸收氮磷 效果，可以實現有效的水質凈化機能。
實施例5
適用植物香椿、月季、茉莉、豌豆、,薈、勛章菊等等
在中國云南省澳池，2004年8月至2005年1月進行了實驗。在 約3000 m2的含有高濃度氮磷的富營養化水域設置2%面積的本項發明 的植物浮島，種植培育了上述植物。實驗開始后經過5個月時間，適
用水域的水質凈化達到以下效果
原水 處理水 去除率
總磷 1.815 0.177 90.2%
總氮 12.65 1.45 88.5%
COD 223.8 60.7 72.8%
BOD 28.7 1.2 95.8%
SS 105 19 82%
除了氮磷以外，COD、 BOD、 SS的去除率也很高，可以看到水 質凈化效果非常顯著。
在工業上利用的可能性
實施根據以上說明的本項發明，在年平均水溫0。C以上、具備本 項發明采用的各種植物等生存、生長環境條件的、由于生活廢水造成 富營養化污染的湖泊以及流速緩慢的河川、公園水池、水庫等等可以 進行有效的水質凈化，甚至因為釆用廢物再生利用制作基本構造部件， 有效地達到目前其他水質凈化系統幾十分之一的實施成本。還有，因為采用陸生植物作為植物群，與水生植物相比凈化效果提高了幾十倍， 而且選擇植物的幅度也更加廣闊了。就是說，可以選擇具有經濟效果 和收獲價值的植物，也可以選擇具有吸收重金屬等特殊污染成分能力 的植物。從而可以期待在水質凈化設施上收獲經濟效益。
另外，本項發明的植物浮島具有很強的抗風浪性，可以設置在風 大浪高的湖面上，還可以鋪設浮路便于操作維護管理。
從而，可以在適用水域制作水上農莊、水上公園等，也可制作過 濾兼綠化水循環裝置，可以充分認識到這是一 項具有優越產業利用可 能性的發明。
權利要求
1.利用各種植物、微生物的水質凈化機能，綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，該系統包括在由于排入含有大量氮磷等富營養化成分的生活污水導致湖泊、池塘、河流等污染的水面上設置的植物浮島，其中栽培和繁殖具有從根部吸收富營養成分、凈化水質功能的植物；用于將植物浮島固定在水底的錨；用于調整植物浮島在水面上浮力的重錘；以及連接植物浮島、錨、重錘的連接材料，在植物浮島本體下部、錨、重錘、和連接材料中選擇至少一個并附著具有吸收富營養化成分能力的水生植物與適合水域環境的嗜氧/厭氧微生物，由此在水域表面、水體中間、水域底部同時進行并且獲得改善水質效果。
2. 如權利要求1所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、 綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，利用廢輪 胎和內胎、廢棄發泡樹脂材料作為植物浮島的浮力構造部。
3. 如權利要求1所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、 綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，利用廢輪 胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料的構造，增大浮島整體 的浮力。
4. 如權利要求3所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、 綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，利用廢輪 胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料的構造，并且使用不銹 鋼等金屬網材料。
5. 如權利要求l-4其中之一所述的利用各種植物、微生物的水質 凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于， 將不銹鋼等金屬網材料按照廢輪胎中心的中空部形狀形成凹狀。
6. 如權利要求4或5所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機 能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，不銹 鋼等金屬網狀材料和廢輪胎表面之間用緩沖材料形成2~5cm左右空間配置緩沖材料。
7. 如權利要求4-6其中之一所述的利用各種植物、微生物的水質 凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于， 作為利用廢輪胎中心的中空部分填入廢發泡樹脂等浮力材料的構造， 用螺釘和螺帽等固定手段將裝在中空部浮力材料上下的金屬網材牢固 固定。
8. 如權利要求l-7其中之一所述的利用各種植物、微生物的水質 凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于， 將廢棄發泡樹脂等浮力材料裝入具有通氣性和伸縮性的袋子里之后， 再用不透水的天然橡膠材料袋包裝，然后將其填充于廢輪胎內部。
9. 如權利要求l-8其中之一所述的利用各種植物、微生物的水質 凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于， 所有的植物浮島本體下部、錨、重錘、連接材料都由盡可能大面積接 觸水面的材料構成，因此得以最大限度地發揮各種植物和微生物的水 質凈化功能。
10. 如權利要求1-9其中之一所述的利用各種植物、微生物的水 質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在 于，錨采用表面多孔質石材，為了易于固定于水底，采用鉤狀或銳角 狀。
11. 如權利要求l-10其中之一所述的利用各種植物、微生物的水 質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在 于，重錘為表面多孔質石材。
12. 如權利要求1-11其中之一所述的利用各種植物、微生物的水 質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在 于，截取一部分污水水域或者頂端部分作為多階段凈化水槽， 在污水處理入口處將處理原水按照各個凈化水槽順序有效進行逐 步水質凈化，利用凈化水槽階梯落差設計瀑布狀接觸型增氧曝氣設備， 凈化水槽底部鋪設適合種植植物和附著繁殖微生物的表面多孔質材料，選擇適合處理原水特征的具有水質凈化功能的各種植物和微生物，設置避免原水和處理水混合的水域，以及 整個水質凈化處理過程設計上完全不使用人工能源。
13. 如權利要求l-12其中之一所述的利用各種植物、微生物的水 質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在 于，作為具有水質凈化功能的植物，選》適合水培、吸收氮磷能力高、 易于管理、具有收獲價值以及對周圍生態環境不產生負面影響，適合 景觀與氣候風土的植物品種。
14. 如權利要求13所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、 綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，作為具有 水質凈化功能的植物，選擇玫瑰類、食用蔬菜的香椿、彩葉草、紅麻 等。
15. 如權利要求l-14其中之一所述的利用各種植物、微生物的水 質凈化機能、綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在 于，作為具有水質凈化機能的微生物，選擇分解蛋白質和脂肪的菌類、 分解植物性纖維的菌類、固化空氣和水中氮素的菌類、嗜鹽菌類等， 根據水域水質情況，以l種或多種組合配方。
16. 如權利要求15所述的利用各種植物、微生物的水質凈化機能、 綜合改善富營養化污染水域的水質改善系統，其特征在于，作為分解 蛋白質和脂肪類的菌類，采用曲霉菌、毛霉菌、枯草芽孢桿菌；作為 分解植物性纖維的菌類，采用含有豐富纖維素酶的產甲烷菌和熱解纖 芽孢桿菌；作為固化空氣和水中氮素的菌類，采用星孢芽孢桿菌和巴 斯德梭菌；作為嗜鹽菌，采用好鹽性酵母類菌Torulaarteii和卡爾斯 伯酵母。
全文摘要
一種利用各種植物和微生物的水質凈化機能來綜合改善富營養化污染水域水質的系統，其特征在于，包括一個浮島，有植物漂浮在富營養化的(即，富磷、氮等)被污染并有生活廢水流入其中的湖泊、瀉湖、河流等的水面上，其中種植生長有具有從根部吸收富營養成分從而凈化水體功能的植物；一個錨，用于將浮島同植物固定到底部；一個重物，用于控制植物浮島的漂浮狀態；以及一個連接件，用于連接植物浮島、錨和重物，其中，以適合其中設置有本系統的水域的環境條件之方式，在植物浮島的下部、錨、重物和連接件的至少任意一個部分附著具有能夠吸收富營養化成分的水生植物或嗜氧/厭氧微生物，從而在水域表面、水體中間、水域底部同時都實現改善水質效果。
文檔編號C02F7/00GK101610985SQ200680056888
公開日2009年12月23日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者出云諭明 申請人:有限會社奧羅拉文化交流社