本发明涉及一种抱枕式生物浮岛水质净化系统，属于环境工程、污染水体生物处理技术领域。
背景技术：
生物浮岛采用了轻质材料提供浮力使水生植物固定并浮于水面生长，植物在生长过程中吸收水中的氮磷元素，起到水质净化的目的，此外还能起到美化环境作用。大型水库上游区一般为山丘区，山区土地相对瘠薄，农药化肥施用量较大，加之区内整体坡度较大，降雨过后农药化肥随之进入地表水，产生了较强的农业面源污染，最终汇入水库，导致水库氮磷等污染，生物浮岛是净化水库水质的有效方式。传统生物浮岛由于设置欠合理，在应用于大型水库的水质净化过程中发现存在以下缺陷：(1)水质净化是将植被直接固定在浮床框架上，没有土壤使得植物移栽后长势较慢，且部分植物容易死亡，植物死亡后需要及时对其更换，工作量较大。(2)传统生物浮岛整体质量较轻，安装在风浪较大的水库水面时易被冲刷，且紧靠植被根系位置水质处理效果较差。(3)生物浮床通常体积较大，在工厂组装成成品后存在运输困难的问题，如果到现场组装则难以实现批量化生产，降低生产效率。(4)目前使用的刚性浮床结构消能性较差，在水中长时期受到风荷载、水荷载的条件下容易损坏。(5)目前的生物浮床浮体材料主要选用聚氯乙烯，聚氯乙烯对光和热的稳定性差，经过暴晒易分解，且有毒，容易对水体和环境造成二次污染，虽然部分生物浮床采用了高分子材料，但是由于强度低，移动、复植过程中容易碎裂。(6)现阶段生物浮床对水体污染物的去除主要通过水生植被的根系吸收，在北方地区冬季植被越冬时对水体污染物的吸收能力降低。
本发明旨在提供一种生物浮床水质提升系统以解决目前生物浮床稳定性差、植物死亡后不易更换，浮体材料对环境污染、寿命短、易碎，以及生物浮床冬季净水效率低、施工可操作性差等方面的不足。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术所存在的问题，提供了一种抱枕式生物浮岛水质净化系统，能够在较大水面上安装，同时防止风浪对生物浮岛的冲刷，冬季也可进行净水，提升了净水效率，并且易于组装，强度高，环保无污染。
本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：
一种抱枕式生物浮岛水质净化系统，包括自上而下设置的：
生物浮床；
根系保护网，所述根系保护网悬挂在所述生物浮床的下方，以与生物浮床的底部共同围出根系保护区；
水下净化系统，所述水下净化系统包括均布吊挂在根系保护网下方的挂式生物填料和/或净化袋；
固定装置，所述固定装置包括固定在河床上的若干个固定器，所述生物浮床的外围通过定位绳与固定器连接。
可选的，所述生物浮床包括：
浮框，所述浮框由顶部土工格栅、底部土工格栅和侧面土工格栅围成；
多个复合浮体，所述复合浮体置于浮框内部，各复合浮体相互连接围出多个植被种植区，所述植被种植区上方的顶部土工格栅开设有植被种植口；
所述种植抱枕内装填有栽培基质，所述种植抱枕选用植物根系可透过生长的土工布制成，所述种植抱枕的顶部开设有栽培口。
可选的，所述种植抱枕包括枕袋，所述枕袋内装填有栽培基质，所述枕袋选用植物根系可透过生长的土工布制成，所述枕袋的顶部开设有栽培口。
可选的，所述复合浮体包括由内向外依次包裹的内芯、保护网、加筋层、外保护层和土工格栅层，相邻的复合浮体通过卡扣将复合浮体表面的土工格栅进行连接。
可选的，所述内芯、保护网、加筋层用汽钉均匀连接固定，所述外保护层喷涂固化在所述加筋层的表面。
可选的，所述内芯选用发泡聚苯乙烯，保护网选用尼龙丝网，加筋层选用土工格栅，外保护层选用聚氨酯材料。
所述根系保护网悬挂在所述组合式生物浮床的下方，以与组合式生物浮床的底部共同围出根系保护区；所述水下净化系统包括均布吊挂在根系保护网下方的挂式生物填料和/或净化袋；所述固定装置包括固定在河床上的若干个固定器，所述生物浮床的外围通过定位绳与固定器连接。
可选的，所述挂式生物填料选用碳素纤维生态草，所述净化袋包括挂袋和填装在挂袋内的净化填料，所述挂袋选用半透膜或土工布制成。
所述生物浮床的数量为多个，相邻的生物浮床之间通过柔性连接件连接。
可选的，所述柔性连接件包括：
连接轴，所述连接轴竖向固定在所述浮框的外围；
连接件，所述连接轴上套装有连接件，所述连接件上设置连接孔，所述连接孔的轴线垂直于所述连接轴，相邻两个浮框上的连接件通过穿过连接孔的螺栓或绳体连接。
可选的，所述浮框的表面设置加强板，所述加强板固定在构成浮框的顶部土工格栅、底部土工格栅格栅或侧面土工格栅上，所述连接轴固定在所述加强板上。
本申请的有益效果包括但不限于：
本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统由生物浮床、根系保护网、水下净化系统和固定装置构成，其中，(1)使用种植抱枕作为水生植物栽培载体，增加了生物浮岛的重量，使得生物浮岛比较稳定，不易倾斜，能够在较大水面上安装，同时防止风浪对生物浮岛的冲刷。(2)种植抱枕内栽培基质容量大，为植物提供营养和根系生长空间，有利于植物根系迅速生长，减少植物移栽后的死亡率，并且出现植物死亡时方便将相应的种植抱枕取出更换。(3)水生植物生长过程中根系穿过种植抱枕伸入水中，吸收水中的污染物，还会延伸至相邻的种植抱枕中，使相邻种植抱枕内的水生植物根系交错串联，提高浮床的稳定性，营造生物栖息地，成为生物浮岛。(4)水下净化系统可吸附水体中的氮磷，同时为微生物提供寄生，提高水体自净能力，冬季也可进行净水，提升了净水效率；(5)生物浮床的的数量可以灵活搭配，使浮床规格可调，易于组装，适用于各种场景、不同环境要求生产，施工可操作性强；(6)相邻的生物浮床之间通过柔性连接件连接，在生物浮床随着波浪起伏时，浮床受到的扭矩通过柔性连接件抵消，使生物浮床与生物浮床之间的连接更加安全牢固；(7)生物浮床包括浮框、设置在浮框内的复合浮体和种植抱枕，复合浮体包括由内向外依次包裹的内芯、保护网、加筋层、外保护层和土工格栅层，构成复合浮体的各层结构相互配合，提高了复合浮体的强度，解决了单纯聚苯乙烯材料移动过程中易碎的问题，而且环保无污染；同时，浮框与复合浮体相组合，使浮床具有抗折、抗弯、吸能的特性，强度高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统的结构示意图；
图2为本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统中复合浮体围出的植被种植区内放置种植抱枕的结构示意图；
图3为本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统中复合浮体的结构示意图；
图4为多个生物浮床相互组装后的结构示意图；
图5为本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统中柔性连接件的结构示意图；
图中，100、生物浮床；111、浮框；1112、顶部土工格栅；1113、底部土工格栅；1114、侧面土工格栅；112、复合浮体；1121、内芯；1122、保护网；1123、加筋层；1124、外保护层；1125、土工格栅层；1126、汽钉；113、种植抱枕；114、栽培口；120、柔性连接件；121、连接轴；122、连接件；123、连接孔；124、加强板；200、根系保护网；300、水下净化系统；310、挂式生物填料；320、净化袋；410、固定器；420、定位绳；500、水生植物。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施。因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1中所示，本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统，包括自上而下设置的生物浮床100、根系保护网200、水下净化系统300和固定装置。
其中，生物浮床100上种植水生植物500，并且还提供整个系统的主要浮力；根系保护网200的作用是防止种植在生物浮床100上的水生植物500的根系生长超过浮床的保护空间后被水体中的鱼类撕咬；水下净化系统300的作用是通过吸附作用实现水质净化，同时为微生物提供寄生，提高水体自净能力，冬季也可进行净水；固定装置的作用是将组合生物浮床与河床连接，保证浮床位置不变。
如图1中所示，在优选的实施方式中，生物浮床110包括浮框111、设置在浮框111内的复合浮体112和种植抱枕113。如图2中所示，多个复合浮体112置于浮框111内部，各复合浮体112相互连接围出多个植被种植区，用于种植水生植物500。
具体的，如图3中所示，复合浮体112包括由内向外依次包裹的内芯1121、保护网1122、加筋层1123、外保护层1124和土工格栅层1125，相邻的复合浮体112通过卡扣将复合浮体112表面的土工格栅层1125进行连接，以使复合浮体112围出稳定的植被种植区。为了使各层稳定连接，在其中一具体实施方式中，内芯1121、保护网1122、加筋层1123用汽钉1126均匀连接固定，外保护层1124喷涂固化在加筋层1123的表面，土工格栅层1125是为了方便与浮框111固定。
优选的，内芯1121选用发泡聚苯乙烯，保护网1122选用80目尼龙丝网，加筋层1123的目的是提高复合浮体的强度优选用土工格栅，外保护层1124选用聚氨酯材料。发泡聚苯乙烯材料具有相对密度小、热导率低、吸水性小、耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振等优点，内芯1121采用聚苯乙烯材料制作可耐寒、防冻、防晒、耐老化，寿命长，有效避免了二次污染。构成复合浮体112的各层结构相互配合，提高了复合浮体112的强度，解决了单纯聚苯乙烯材料移动过程中易碎的问题，而且环保无污染。
具体的，再次参考图1，浮框111由顶部土工格栅1112、底部土工格栅1113和侧面土工格栅1114围成，围出生物浮床100的框架，可以是长方形、正方形、三角形或者其他形状。浮框111与复合浮体112相组合，使浮床具有抗折、抗弯、吸能的特性。
为了方便放置水生植物500，在每个植被种植区上方的顶部土工格栅1112上形成有植被种植口，每个植被种植区内挤压设置有多个种植抱枕113。进一步的，种植抱枕113内装填有栽培基质，种植抱枕113选用植物根系可透过生长的土工布制成，种植抱枕113的顶部开设有栽培口114。
实际应用时，根据工艺设计植被搭配层次及密度，在种植抱枕113上剪切出适合种植植物的栽培口114，植物从栽培口114载入种植抱枕113中，操作时注意栽培口114的收紧，防止栽培基质漏出。
栽培基质包裹在种植抱枕113内，用不锈钢钢丝封后形成抱枕体，防止栽培基质散落渗入水中。种植抱枕113内栽培基质容量大，为植物提供营养和根系生长空间，有利于植物根系迅速生长，减少植物移栽后的死亡率。种植抱枕113增加了生物浮岛的重量，使得生物浮岛比较稳定，不易倾斜，能够在较大水面上安装，同时安装在风浪较大的水库水面时能防止风浪对生物浮岛的冲刷。
水生植物为生物浮岛的水质净化体，由可越冬植被构成，水生种植在种植抱枕113中，水生植物生长过程中其根系穿过种植抱枕113伸入水中，吸收水中的污染物，还会延伸至相邻的种植抱枕113中，使相邻种植抱枕113内的水生植物根系交错串联，提高浮床的稳定性，营造生物栖息地，成为生物浮岛。
进一步的，根系保护网200悬挂在生物浮床100的下方，以与生物浮床100的底部共同围出根系保护区，保护水生植物500根系不被鱼咬。为了方便固定，防鱼网分成多个区域，每个区域的防鱼网用不锈钢c型卡固定在生物浮床100的底部。
进一步的，水下净化系统300包括均布吊挂在根系保护网200下方的挂式生物填料310和/或净化袋320，挂式生物填料310和净化袋320易于更换。
其中，生物填料包括用于污水处理的弹性填料、半软性填料或生物绳，在其中一具体实施方式中选用碳素纤维生态草作为挂式生物填料310长度为1-2m。
净化袋320包括挂袋和填装在挂袋内的净化填料，挂袋选用半透膜或土工布制成。净化袋320中装填的净化填料选用纳米反应器和球状碳素纤维的混合物，纳米反应器具有多孔结构，比表面积大、吸附能力强，能够提高净水效果。球状碳素纤维基质为纳米反应器提供载体，扩展其与水体的接触面积，有利于净水效率提升，吸附污染物，有利于微生物寄生。
挂式生物填料310安装在尼龙绳上，尼龙绳的顶端与防鱼网连接，尼龙绳的底端与净化挂袋连接，挂式生物填料310和净化袋320联合作用，提高水体自净能力，同时作为漂浮基质，浮力强，可以进一步提供系统所需的浮力。
更进一步的，固定装置包括固定在河床上的若干个固定器410，生物浮床100的外围通过定位绳420与固定器410连接。具体的，可将定位绳420的上端与生物浮床100外围侧面土工格栅1114上的连接件122连接。
进一步的，如图4中所示，本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统中生物浮床的数量为多个，相邻的生物浮床110之间通过柔性连接件120连接。柔性连接件120具有水平方向和竖直方向的运动自由度，使生物浮床110与生物浮床110之间可以在水平方向和竖直方向上产生一定的相对位移，在抱枕式生物浮岛水质净化系统100随着波浪起伏时，生物浮床受到的扭矩通过柔性连接件120抵消，使生物浮床110与生物浮床110之间的连接更加安全牢固。
如此设置，可以灵活搭配生物浮床110的数量，规格可调，易于组装，可根据不同场景、不同环境要求生产组装。
其中，复合浮体112提供浮床的浮力，浮框111限定复合浮体112的位置，使各复合浮体112组合在一起，保证整个系统的完整性。
进一步的，如图5中所示，在其中一实施方式中，实现生物浮床110与生物浮床110之间柔性连接的柔性连接件120包括连接轴121以及连接件122。具体的，连接轴121竖向固定在浮框111的外围；连接轴121上套装有连接件122，连接件122上设置连接孔123，连接孔123的轴线垂直于连接轴121，相邻两个浮框111上的连接件122通过穿过连接孔123的螺栓或绳体连接。
其中，竖向设置的连接轴121可以使相邻的两个生物浮床110之间在水平方向上绕着连接轴121相对运动，而垂直于连接轴121的连接孔123内插设的螺栓可以使相邻的生物浮床110之间在竖直方向上绕着螺栓产生相对运动。
为了提高连接轴121与浮框111连接的强度，防止浮框111局部受力集中出现损坏，在优选的实施方式中，浮框111的表面设置加强板124，加强板124固定在构成浮框111的顶部土工格栅1112、底部土工格栅1113格栅或侧面土工格栅1114上，连接轴121固定在加强板124上，分散浮框111的受力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
技术特征：
1.一种抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，包括自上而下设置的：
生物浮床；
根系保护网，所述根系保护网悬挂在所述生物浮床的下方，以与生物浮床的底部共同围出根系保护区；
水下净化系统，所述水下净化系统包括均布吊挂在根系保护网下方的挂式生物填料和/或净化袋；
固定装置，所述固定装置包括固定在河床上的若干个固定器，所述生物浮床的外围通过定位绳与固定器连接；
所述生物浮床包括：
浮框，所述浮框由顶部土工格栅、底部土工格栅和侧面土工格栅围成；
多个复合浮体，所述复合浮体置于浮框内部，各复合浮体相互连接围出多个植被种植区，所述植被种植区上方的顶部土工格栅开设有植被种植口；
种植抱枕，每个植被种植区内挤压设置有多个种植抱枕。
2.根据权利要求1所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述种植抱枕内装填有栽培基质，所述种植抱枕选用植物根系可透过生长的土工布制成，所述种植抱枕的顶部开设有栽培口。
3.根据权利要求1所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述复合浮体包括由内向外依次包裹的内芯、保护网、加筋层、外保护层和土工格栅层，相邻的复合浮体通过卡扣将复合浮体表面的土工格栅进行连接。
4.根据权利要求3所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述内芯、保护网、加筋层用汽钉均匀连接固定，所述外保护层喷涂固化在所述加筋层的表面。
5.根据权利要求3所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述内芯选用发泡聚苯乙烯，保护网选用尼龙丝网，加筋层选用土工格栅，外保护层选用聚氨酯材料。
6.根据权利要求1所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述根系保护网悬挂在所述组合式生物浮床的下方，以与组合式生物浮床的底部共同围出根系保护区；所述水下净化系统包括均布吊挂在根系保护网下方的挂式生物填料和/或净化袋；所述固定装置包括固定在河床上的若干个固定器，所述生物浮床的外围通过定位绳与固定器连接。
7.根据权利要求6所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述挂式生物填料选用碳素纤维生态草，所述净化袋包括挂袋和填装在挂袋内的净化填料，所述挂袋选用半透膜或土工布制成。
8.根据权利要求1所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述生物浮床的数量为多个，相邻的生物浮床之间通过柔性连接件连接。
9.根据权利要求8所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述柔性连接件包括：
连接轴，所述连接轴竖向固定在所述浮框的外围；
连接件，所述连接轴上套装有连接件，所述连接件上设置连接孔，所述连接孔的轴线垂直于所述连接轴，相邻两个浮框上的连接件通过穿过连接孔的螺栓或绳体连接。
10.根据权利要求9所述的抱枕式生物浮岛水质净化系统，其特征在于，所述浮框的表面设置加强板，所述加强板固定在构成浮框的顶部土工格栅、底部土工格栅格栅或侧面土工格栅上，所述连接轴固定在所述加强板上。
技术总结
本发明公开了一种抱枕式生物浮岛水质净化系统，属于环境工程、污染水体生物处理技术领域，其包括自上而下设置的生物浮床、根系保护网、水下净化系统和固定装置，生物浮床包括浮框、多个复合浮体和种植抱枕。本发明提供的抱枕式生物浮岛水质净化系统，使用种植抱枕作为水生植物栽培载体，增加了生物浮岛的重量，使得生物浮岛比较稳定，能够在较大水面上安装；浮床规格可调，易于组装，而且具有抗折、抗弯、吸能的特性，强度高；随着波浪起伏时，浮床受到的扭矩通过柔性连接件抵消；构成复合浮体的各层结构相互配合，提高了复合浮体的强度，解决了单纯聚苯乙烯材料移动过程中易碎的问题，而且环保无污染。
技术开发人、权利持有人：陈学群;田婵娟;刘彩虹;王爱芹;辛光明;常雅雯;李成光;刘丹
