李敏達(dá) 等

摘 要：在養(yǎng)殖池塘水域中設(shè)置一種生態(tài)環(huán)保型人工浮島，浮島布置設(shè)計(jì)成圓形，由多個(gè)浮島單體組裝而成，每個(gè)浮島單體又由多個(gè)多個(gè)懸掛式單體構(gòu)成。浮島單體選用木材、毛竹或PVC管作為浮島框架，取材易得，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，方便操作和推廣。選用吸附羥基鐵高效陶粒和多空陶瓷作為浮床床體兼基質(zhì)，比表面積大，吸附高效，能有效去除水中氨氮。同時(shí)可在浮島表面栽培具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物以增加農(nóng)民收入，如水雍菜。浮島設(shè)計(jì)遵循資源利用、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和高效處理的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括浮島的整體布置、床體和單體。該設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)浮島設(shè)計(jì)中浮床局限于水域表面，水處理效率低下，靜態(tài)凈水的局限，同時(shí)還能將養(yǎng)殖水域中的殘餌糞便和大顆粒污物向浮島中心集中，方便集中處理。

關(guān)鍵詞：生態(tài)浮島；陶粒-羥基鐵；生態(tài)環(huán)保；應(yīng)用

1 概述

人工浮島技術(shù)是一種原位水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，自1987年德國(guó)BESTMAN公司提出以來，在不到30年的時(shí)間里就已經(jīng)在中國(guó)、日本和歐洲許多國(guó)家和地區(qū)成功應(yīng)用于水體富營(yíng)養(yǎng)化的污染控制和生態(tài)修復(fù)方面。人工浮島具有構(gòu)建靈活、運(yùn)行費(fèi)用低、易維護(hù)等特點(diǎn)，受到了越來越廣泛的研究，其形態(tài)也由最初單純植物浮床發(fā)展為加入組合填料的立體浮島。其工作原理主要是通過植物攝取、微生物的代謝轉(zhuǎn)化以及填料的吸附共沉淀作用去除水中的、引入人工浮島技術(shù)進(jìn)入水產(chǎn)養(yǎng)殖的水體，能有效的幫助吸收養(yǎng)殖水體中的富營(yíng)養(yǎng)元素，減緩養(yǎng)殖水體的污染，改善養(yǎng)殖水體環(huán)境，同時(shí)能有效地推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的生態(tài)發(fā)展。正是在此背景下，本課題根據(jù)養(yǎng)殖池塘的具體情況，開展生態(tài)環(huán)保型人工浮島設(shè)計(jì)。

1.1 設(shè)計(jì)目的

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可以提高農(nóng)民收入， 改善人民群眾生活水平和提高人民生活質(zhì)量。但由于人類對(duì)水體的不合理的開發(fā)利用，產(chǎn)生了一系列環(huán)境污染問題，其中養(yǎng)殖水體水污染問題尤為突出。成為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。人工浮島技術(shù)是當(dāng)前廣泛采用的一項(xiàng)水體處理修復(fù)技術(shù)，與傳統(tǒng)污水處理方法相比，該技術(shù)是一種生態(tài)技術(shù)，效果良好，具有無二次污染，造價(jià)低廉且易于組裝等特性，故擬開展生態(tài)環(huán)保型人工浮島設(shè)計(jì)，幫助解決養(yǎng)殖環(huán)境污染問題和提高農(nóng)民收入。

1.2 設(shè)計(jì)要求

浮島設(shè)計(jì)要求具有創(chuàng)新性，浮島主體取材易得、制作工藝簡(jiǎn)潔、凈水效果高效和能增加經(jīng)濟(jì)收入。

2 設(shè)計(jì)原則與內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)原則

浮島整體設(shè)計(jì)需要考慮設(shè)計(jì)的社會(huì)性、生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性，考慮浮島和環(huán)境、生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益、去污效果與養(yǎng)殖功能等的平衡關(guān)系。所以設(shè)計(jì)遵循資源經(jīng)濟(jì)原則、處理高效原則和簡(jiǎn)潔易行原則。

①資源經(jīng)濟(jì)原則。以資源的節(jié)約為出發(fā)點(diǎn)選材，考慮原材料的資源再利用和盡量不造成二次污染，充分發(fā)揮資源的價(jià)值。立足在農(nóng)民可承受的經(jīng)濟(jì)投入是有限度的角度思考，設(shè)計(jì)中盡力減少如選材、資源易得等成本投入，降低經(jīng)濟(jì)要求，同時(shí)考慮在浮島上種植經(jīng)濟(jì)作物以增加收入。

②處理高效原則。設(shè)計(jì)中根據(jù)硝化細(xì)菌去氨氮的高效性選擇生物去污去氨氮的處理方法，在設(shè)計(jì)中選擇羥基鐵陶粒和多空陶瓷作為浮島床體兼基質(zhì)，依據(jù)硝化細(xì)菌的附著性特點(diǎn)，為硝化細(xì)菌提供充分的比表面積。同時(shí)輔以種植浮島植物輔助吸收富營(yíng)養(yǎng)元素。

③簡(jiǎn)潔易行原則。浮島在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮組裝、運(yùn)用和維護(hù)中會(huì)產(chǎn)生的困難，力求在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中就將之解決，減少運(yùn)營(yíng)和維護(hù)中不必要的工作。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

①浮島床體的設(shè)計(jì)。浮島床體設(shè)置為圓形，由多浮島單體組成，每個(gè)浮島單體呈四邊形，浮島安放在養(yǎng)殖水域中，通過連接固定的方式將浮島的單體連接起來，形成圓形的浮島，浮島單體間保持適宜距離，建議在0.3-0.5m之間為宜，為了方便浮島整體的鏈接，同時(shí)留夠足夠的空間方便養(yǎng)殖主體的洄游。

②浮島單體的設(shè)計(jì)。浮島單體設(shè)計(jì)呈四邊形，每個(gè)浮島單體又由多個(gè)懸掛式單體構(gòu)成。懸掛式單體是整個(gè)浮島中最為核心的部分，懸掛式單體設(shè)計(jì)的好壞影響著浮島的凈水效率和決定了浮島設(shè)計(jì)的成功或是失敗。懸掛式單體選取羥基鐵高效陶粒和多空陶瓷作為浮島單體兼基質(zhì)材料，其比表面積大，能有效提升硝化細(xì)菌的附著，吸附效率好，原材料獲取容易。同時(shí)在人工浮島表面可種植水雍菜等經(jīng)濟(jì)植物，提高農(nóng)民收益。

③浮島安置位置的選擇。浮島安裝位置選擇在池塘中間偏出水口位置，其位置設(shè)置的原因是考慮進(jìn)水口的水流力和池塘中魚類洄游的動(dòng)力，使得浮島周邊的力形成均衡，利于污物向浮島中心集中，以方便集中去污。

3 設(shè)計(jì)成果

3.1 工藝選擇

①外觀。浮島整體設(shè)計(jì)組裝成圓形，每個(gè)單體設(shè)計(jì)為四邊形，每個(gè)單體面積設(shè)計(jì)為1-1.5m2，一個(gè)浮島由8-10個(gè)單體組裝而成，浮島上面種植經(jīng)濟(jì)作物，整體呈現(xiàn)綠色，即生態(tài)經(jīng)濟(jì)又具有觀賞價(jià)值。

②框架。選用木材、毛竹或PVC管作為浮島的框架?？蚣苄枰紤]強(qiáng)度和耐受力度，木材、毛竹和PVC管都有較強(qiáng)的耐受力度和強(qiáng)度，池塘養(yǎng)殖的風(fēng)浪較小于大水面養(yǎng)殖且池塘水多為靜水，不需要高能力的抗風(fēng)浪能力，同時(shí)設(shè)計(jì)的浮島單體呈四邊形，單體間通過連接呈圓形，具有很強(qiáng)的平穩(wěn)性?？蚣茉谡麄€(gè)設(shè)計(jì)中除了具有固定的作用，還需要能夠承擔(dān)浮島的重力，使浮島浮于水面可隨水位的漲落上下移動(dòng)。

③填料。填料選擇高效吸附羥基鐵陶粒和多空陶瓷，將多孔陶瓷穿插固著在浮床上面，做成懸掛式單體，同時(shí)在浮床表面將羥基鐵陶粒作為浮島基質(zhì)，水域表面和水域中的同時(shí)吸收工作，保證了設(shè)計(jì)的高效性原則。

④植物。浮島的高效去污區(qū)域主要是浮島的基質(zhì)，浮島上種植植物起到了輔助去除表面污物，吸收水中氮磷的作用，如果考慮高效性當(dāng)選擇根系發(fā)達(dá)生長(zhǎng)快速的，考慮到經(jīng)濟(jì)效率等因素，所以側(cè)重選擇經(jīng)濟(jì)植物，既能吸收部分水中的氮磷，又能增加經(jīng)濟(jì)收入，如水雍菜。

3.2 主體設(shè)計(jì)

①浮島床體的布置設(shè)計(jì)。浮島由多浮島單體組成，整個(gè)浮島布置設(shè)置為圓形，每個(gè)浮島單體組裝成四邊形，浮島的上面安排種植經(jīng)濟(jì)作物，通過基質(zhì)和浮島植物來共同完成凈水。浮島安放在養(yǎng)殖水域中，通過連接固定的方式將浮島的單體連接起來，形成圓形的浮島，浮島單體間保持一定的適宜距離，建議在0.3-0.5m之間為宜，為方便浮島整體的鏈接，同時(shí)留夠足夠的空間方便養(yǎng)殖主體的洄游。浮島平面布置占水域面積的10%-20%（除去設(shè)計(jì)中的圓形面積）為宜，使得設(shè)計(jì)美觀，便于養(yǎng)殖操作。

②浮島單體的設(shè)計(jì)。浮島單體設(shè)計(jì)呈四邊形，每個(gè)浮島單體又由多個(gè)懸掛式單體構(gòu)成。懸掛式單體選取羥基鐵高效陶粒和多空陶瓷作為浮島單體兼基質(zhì)材料，其比表面積大，能有效提升硝化細(xì)菌的附著，吸附效率好。床體用PVC管材或竹子直徑約12厘米搭建，采用21股以上聚乙烯繩的網(wǎng)片上下覆蓋，下網(wǎng)片網(wǎng)眼為3-5cm，上網(wǎng)片網(wǎng)眼為10cm，目的是防止浮水浮島植物漂移。

3.3 成本估算

以竹木結(jié)構(gòu)為載體的人工浮島工程造價(jià)（見下表1），以每平方米為單位計(jì)算：

3.4 設(shè)計(jì)說明

①床體范圍的管理。浮床范圍是浮島設(shè)計(jì)的核心地帶，也是規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它關(guān)系到水域的安全、功能合理和凈水效率，具體管理涉及池塘水域、浮島床體、基質(zhì)和植物等各個(gè)方面。

②外圍銜接管理。浮島設(shè)計(jì)不僅要考慮設(shè)計(jì)紅線內(nèi)的相關(guān)情況，還必須兼顧周邊設(shè)施及日常管理的兼容性。日常管理和管理落實(shí)才是真正決定能否實(shí)現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖的關(guān)鍵。因此，浮島設(shè)計(jì)布置的外圍水域空間應(yīng)控制整體使用強(qiáng)度，并區(qū)別對(duì)待池塘水域的外圍、池塘主要養(yǎng)殖區(qū)和設(shè)計(jì)控制區(qū)，尤其注意控制危害水體的補(bǔ)水和水體凈化區(qū)域。

③浮島控制范圍在池塘養(yǎng)殖中，更應(yīng)當(dāng)做的是控制外來補(bǔ)充水的進(jìn)水，有針對(duì)性的進(jìn)行保護(hù)。實(shí)現(xiàn)外源水的保證，才能夠有效的發(fā)揮浮島設(shè)計(jì)的功能。

此外，在該設(shè)計(jì)中利用高效吸附羥基鐵陶粒和多空陶瓷是保證凈水效率的重點(diǎn)，充分利用了硝化細(xì)菌的附著性特點(diǎn)，有效的除去水中的氨氮，達(dá)到高效處理的目的。

4 展望

當(dāng)今，養(yǎng)殖水體污染情況十分嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了人類的健康。人工浮島作為一種新型的處理水污染的方法，具有凈化水質(zhì)、改善環(huán)境、增加經(jīng)濟(jì)收益等一系列綜合作用，它的作用價(jià)值可以運(yùn)用到很多方面，對(duì)于改善環(huán)境具有很大的作用。通過人工浮島的治理，能夠有效地解決水體有機(jī)污染物和水體富營(yíng)養(yǎng)化問題，提高養(yǎng)殖水環(huán)境質(zhì)量。并且人工浮島為水生生物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，能夠輔助凈化水質(zhì)，不需要占用土地，具有治理成本低、能耗低、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，相信人工浮島技術(shù)會(huì)得到很好的發(fā)展，其應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。

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作者簡(jiǎn)介：

李敏達(dá)（1992-），男，湖南長(zhǎng)沙人，從事水族科學(xué)與技術(shù)研究；黃正瀾懿（1994-），女，四川德陽人，從事水族科學(xué)與技術(shù)研究；王丹（1996-），女，湖南衡陽人，從事水族科學(xué)與技術(shù)研究；李楊（1997-），男，湖南衡陽人，從事水族科學(xué)與技術(shù)研究；