Ｑ：！ 研究报告 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 寒地景观生态浮岛的创新性研究① 商瑜白雪巨雪薇 （东北林业大学园林学院黑龙江哈尔滨１５００００） 摘 要：生态浮岛技术是一种新型生态污水处理技术，多应用于南方地区，在寒冷地区应用却鲜有的研究。斌文简要概述应用于寒地的新型生 态浮岛设计原理以及具体设计方法。 关键词：寒地生态浮岛设计 中图分类号：Ｆ２０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８ｘ（２０１４）ｏ６（ｃ）一００２５—０２ 近年来，随着我国社会经济的快速发 终，不适合大片应用。展，环境问题也日益突出，其中水污染问题尤 深入广泛，而在寒冷地区由于应用生态浮 岛具有很大的难度，所以相关研究也较少。 （４）：是当前国内应用最多的主力 为严重。为解决水污染问题，国内许多学者 产品。产品设计考虑周全，成本更低，维护 ２．１寒地景观生态浮岛应用的特点 开始研究运用生态浮岛技术来对城市水体 更方便，应用植物范围广＇净化能力较强。是 进行修复，但大多应用于温暖的南方地区， 而在寒冷地区应用此技术难度很大。因此， 引用最广泛的浮岛。 由于寒地地域环境的影响，寒地在景 观建设上具有一定的景观特色。落叶植物 （５）第五代：使用新材料，浮岛材料与植 岁岁荣枯、降水形式多变等很大程度上给 寒地景观营造提供了最基本的变量。而且 外生态浮岛应用现状，以及寒地景观生态浮 循环。但此类产品有专利，且此类浮岛 寒地的造景方法也较其他地区更为特别。 我们在大学生创新训练项目中通过对国内 物根系相结合，可以进行良好的水体微动力 岛应用特点和难点的分析探究，并在浮岛设 价格昂贵，故在国内无应用。 在寒地造景的过程中需要拥有可以对抗寒 冷天气的方法，设计要更注意避免寒冷气 计之中重点解决了浮岛的升降问题。在传统 １．３生态浮岛国内外研究现状 生态浮岛产生干２０世纪５０年代，最初 候给人、建筑、景观带来不利影响。并因地 浮岛基础上创新研究出符合寒地气候和地 域特点的沉浮式浮岛设计方案。以下简要 被作为鱼类的产卵场所。２０世纪７０年代后， 原理以及具体设计方法。 制宜地营造出让人感到舒适、愉悦的视觉 概述应用于寒地的沉浮式生态浮岛的设计 国外开始用水生高等植物净水，净化效果 环境。不甚理想。８Ｏ年代后，西方国家对新型生态 ２．２寒地景观生态浮岛应用的难点 浮岛技术进行了深入研究，在很多关键因素 寒地气候原因使生态浮岛的应用具有 一１生态浮岛技术综述 上取得突破，获得了非常好的治理效果。目 定的难点。首先在浮岛材料选择上就具 生态浮岛技术作为一种新型生态污水 前在国外，生态浮岛技术已经成为解决水 有难度。由于寒地较“寒”，因此材料需要 处理技术，是改善水体富营养化、减少水体 体生态问题的重要手段。具有防冻裂、耐久性强等特点，如果单一材 污染，创造优美景观的新型生态治理措施 之一。 就国内而言，我国水体富营养化问题比 料不具备此功能，则可以通过多个材料实 较严重。调查表明，我国典型湖泊中，中富 现，比如把胶皮包在外侧防冻等。同时，由 营养化占５６％，轻富营养化占ｌ５％，重富营 于生态浮岛所处环境的独特性，材料还要 １．１生态浮岛概念及原理 生态浮岛是一种使用生态学原理，对水 养化达９％。因此，生态浮岛便开始被引入 具有防水的功能，质地要轻，最好拥有促进 中富营养化物质进行合理的人工浮岛 应用。国内从２０世纪８Ｏ年代起开始对生态 循环的功能，以便水流动起来。而且最好能 够使用无污染材料。在植物选择上也是十 技术。生态浮岛上的植物不仅在水下进行 浮岛进行研究，在一系列污水治理工程中，着污水处理，且根据光合作用原理以及蒸 生态浮岛都显现出良好的效果。自２０世纪 分挑剔的 所选植物必须能够净水，并且拥 腾作用原理，生态浮岛可以调节水面的微环 ９Ｏ年代以来，我国利用生态浮岛在不同种类 有较耐寒、易于种植、景观效果良好、造价 Ｏ余公顷， 境，从而创造出一种良好的环境，而这种环 的水域种植陆生植物，总面积达１境也是很适宜于鸟类栖息的场所。此外它也 植物种类超过１００多种。近年来国内许多学 能为鱼类生存创造出良好的环境。 １．２生态浮岛分类 浮岛分类如下。 １．２．１干式浮岛 较低等特点。 综上，北方重工业地区发展迅速，污染 者开始运用生态浮岛技术来进行对城市水 严重，是最需要生态浮岛但又最难实施的 体修复的研究，很多地区都有相关的研究 地域。 经过多年的研究，国内外生态浮岛技术 ３寒地景观生态浮岛的设计 得到很大提升，但仍有不足之处。比如，目 由于寒地的自然地理条件，本次生 生态浮岛是一个广泛的概念，其中人工 应用报道。 干式浮岛指的是植物或根系不接触 前国内生态浮岛的研究集中于温暖湿润的 态浮岛的研究主要围绕浮岛基座的防寒回 水。此类型浮岛，可以栽植木本。 １．２．２湿式浮岛 南方，寒地生态浮岛的研究几乎处于空白阶 收再利用进行创新性设计，改进浮岛的设 段，如何将生态浮岛技术引入到温度低冰 计方案，力争使浮岛能够更加持续经济地 （１）第一代：由于以竹子为主要材料，因 冻期长的寒地，如何选择适应哈尔滨地域 应用于寒地景观生态修复当中。同时，考虑 此造价很低，但有效果差、寿命短、不好维 的浮岛材料，如何配置植物来构建浮岛等问 到经济成本及防止二次污染等问题，在进行 护等劣势。 题仍然有待探索。此外，国内现有的生态浮 浮岛设计之中也要对浮岛材料进行合适的 岛对浮岛的景观效果关注较少，如何体现 选择。 在此，将本次设计的新型生态浮岛命 （２）第二代：以泡沫或金属等材料为主， 染。 它造价低、制造简单，但易分离，属白色污 生态浮岛的多重效益也有待考虑。 名为沉浮式浮岛，以区别其他普通浮岛。 一、（３）第三代：主要为ＰＥ产品，基本克服了 ２寒地景观中生态浮岛的应用 ３．１沉浮式浮岛的设计原理 二两代浮岛的缺点，但有些偏离生态浮 根据中国气候特色，在华东、华南等相 在沉浮式浮岛设计之中，主要创新点是 岛生产初衷，没有将浮岛净化的原理贯彻始 对温暖地区，生态浮岛的研究及应用较为 解决了浮岛的升降问题。设计核心是用浮岛 ①基金项目：东北林业大学，大学生创新训练项目（项目２０１２１０２２５０９８）。 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ２５ ！ ！ Ｑ：塑 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖｅｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 研究报告 基座来控制浮岛的升降，并通过浮岛的升 物相结合，可以尝试创造植物景观群落。如 块，将两层铁丝网叠加，中间放入泡沫并用 降来解决北方寒冷的冬季浮岛不能越冬及 菰＋水生美人蕉群落，芦苇＋千屈菜＋野慈 细铁丝将上下固定紧。 回收储存成本较高的难题。在解冻期，浮岛 姑群落，荻＋凤眼莲群落，荷花＋香蒲＋萍 ②将铁皮筒固定在铁丝网四角，铁皮桶 在水面发挥净水功能，而在冰封期，浮岛会 蓬草群落等。 上方用铁丝网密封。 沉入水底，不必担心被冻裂。冰封期过后， ３．３沉浮式浮岛的总体设计方案 ③将气囊放入四角的筒中，充气嘴朝 给充气装置充气，使浮岛回升到水面，并且 （１）沉浮式浮岛制作的主要材料：闭水 下，并用橡胶管连接。 添加基质和植物继续工作。这样，节约了成 气囊、橡胶管、铁丝网、纱网、透水膜、泡 ④连接浮球和橡胶管。 本，防止了冻裂，而且发挥了浮岛最大的净 沫塑料、铁丝、充气嘴、浮球、铁皮筒、锚链 ⑤将锚链与铁丝网固定。 水功能。 等。 ３．２沉浮式浮岛的分类 （２）沉浮式浮岛设计的功能要求： ４结语 沉浮式浮岛设计方案的类型：无基质 ①铁丝网构成浮岛的框架，而泡沫塑 此生态浮岛设计填补了国内寒地生态 型、有基质型及混合型。 料，用来承托基质和植物材料。泡沫的选用 浮岛研究的空白，针对寒地气候特点和普通 （１）无基质型：浮岛中基本没有或仅有少 可以减少重量并且增加浮力。 材料耐性差、易冻裂的特点，在传统浮岛基 量基质成分。核心部位是浮岛的框架，作用 ②铁皮简固定干四角，一方面起到平衡 础上，创新研究出符合寒地气候和地域特点 是为水体修复使用的植物提供一个固定装 重心的作用，另一方面为气囊的安装定位， 的生态浮岛。 置，而植物生长所需要的营养成分主要来自 确保气囊不会阻碍水流进入浮岛。 新型浮岛为沉浮式浮岛，用创新的升降 富营养化水体，以此来达到生态修复的功 ③气囊是主要的升降工具，通过向气囊 方式解决了设计难题，用基座来控制升降 能。主要结合水生浮水植物来运用，如凤眼 中充气和放气，将浮岛升起或沉入水底。这 的方式解决了浮岛越冬及回收储存成本高 莲、萍蓬草、浮萍等单独种植或群落组合。 是沉浮式浮岛设计的核心部分。 的难题，具有推广价值和进一步研究改进 （２）有基质型：浮岛中有基质成分。在这 ④用橡胶管连接充气口与气囊。必须保 的潜力。 种类型浮岛中，浮岛不仅起到框架作用，其 证足够长。 未来，通过将沉浮式浮岛投入实验，进 中的基质可以起到固定植物的功能，在一定 ⑤浮球用来使橡胶管在浮岛沉入水底 行进一步的测试和改良，投入使用，并利用 情况下还可以提供部分营养成分。基质主 时依然漂浮在水面，以备充气之用，而且为 地带性的植物资源，设计出多种植物组合， 要采用陶粒等吸水性能较好的材料。植物 浮岛在沉水时定位。 达到改善寒地水域生态环境，美化水域景 主要结合普通水生、湿生植物来运用，如睡 ⑥锚链用来固定浮岛的位置，通过固 观的作用。最终完成产业化，为创造优美的 莲类挺水植物等。 定在岸边或水底的锚链，使浮岛不被水冲 城市滨水景观服务。 （３）混合型：浮岛中有基质成分，基质主 走。 要采用陶粒等吸水性能较好的材料。浮岛 （３）沉浮式浮岛制作的主要步骤： 面积相对较大。植物方面将挺水与浮水植 ①将铁丝网裁切成８０×６０ Ｃｍ的长方 （上接２４页） 脱离布片，阻碍了包围油污的阳离子基团的 均有改善趋势，但电压再增加反而有下降 力约为４７．８ ｍＮ・ｍ （２５℃），有较好的 离去。（见图２） 趋势。 配位能力。以Ｎ，Ｎ一二烷基咪唑为阳离子， ２．３电场强度对洗涤效果的影响 致谢： ＰＦ６一为阴离子的离子液体对水稳定，有弱的 ｌＯ％［Ｃ ｍｉｍ］［ＯＡｃ］和１０％［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６ 特别感谢亓夫军老师和侯世林老师对 配位能力。液体的一个表面分子中每一部 随着电场强度变化稍有波动，但总体控制 该项目的支持和指导。 分都有定域的表面自由能 ，因此表面张力 在１．５％之内，是较好的清洗效果。整体来 与处于液体表面的分子微结构有关．ＤＲＳ 说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效 参考文献 测试结果 发现，离子液体表面分子子单元 果均有改善趋势，但电压再增加反而有下 【１］袁立永，彭静，翟茂林．咪唑离子液体及 阴阳离子均暴露于表面，故离子液体的表 降趋势，这是因为电压达到一定程度后，电 其萃取体系的辐射效应研究…．化学进 面张力跟液体表面分子的阴阳离子结构均 场分布不均匀，包裹油污的离子向各个方 展，２０１ｌ，２３（７）：１４６９—１４７７． 有关。阳离子相同，表面张力则由阴离子的 向运动，而此时离心力相对较小，无法使纤 ［２］易封萍，李积宗，陈斌．离子液体型 表面结构导向决定，所以小体积的［Ｂｍｉｍ】 维素周围的油污离子及时离开，从而造成 表面活性剂［Ｊ］．高等学校化学学 ＰＦ 较［Ｃ ｍｉｍ】【ＯＡｃ】具有较小的表面张 反污染 报，２００８，５（６）：２３９－２４４． 力。实验中观察到【ＢＩｎｉｒｔｌ】ＰＦ 水溶液在 ［３］孙宁，张锁江，张香平，等．离子液体物理 机械力搅拌下分散成小颗粒，且［Ｃ ｍｉｍ】 ３结语 化学性质数据库及ＱｓＰＲ分析［Ｊ】．过程 ［ＯＡｃ】水溶液有一定的发泡作用，这也验证 以油污面积百分比作为评价指标， 工程学报，２００５，５（６）：６９８－７０２． ［Ｃ ４ｍｉｍ］［ＯＡｃ］与［Ｂｍｉｍ］ＰＦ 表面活性剂的 ［Ｃ ４ｍｉｍ］［ＯＡｃ］和［Ｂｍｉｍ］ＰＦ 在离子液体体 ［４］Ｌａｗ，Ｇ．Ｗａｔｓｏｎ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ． 潜力。 积浓度为３０％表现出评价浓度中最好的清 Ｌｅｔｔ．２００１，３４５，１． 低浓度时，【Ｃ ｍｉｍ］［ＯＡｃ】与纤维素的 洗效果。在低浓度区域，［Ｃ ｍｉｍ］【ＯＡｃ］与 ［５］王建英，赵风云，刘玉敏，等．１一烷 配位键少，裹带油污离开布片的阻力小，高 【Ｂｍｉｍ］ＰＦ６￣Ｈ比表现出较好的洗涤效果， 基一３一甲基咪唑系列室温离子液体 浓度时，［Ｃ ｍｉｍ儿ＯＡｃ］与纤维素的配位键 在高浓度时，效果相反。但在最优洗涤效果 表面张力的研究【Ｊ】．高等学校化学学 增多，粘度的阻滞效果增大，故洗涤效果下 点１０％与３０％（污染百分比均小于０．５％）， 报，２００７，６５（１５）：１４４３—１４４８． 降。在１０％、３０％浓度时（污染百分比均小于 ［Ｃ ｍｉｍ】【ＯＡｃ】的洗涤效果均优于［Ｂｍｉｍ］ ０．５％），［Ｃ ４ｍｉｍｌ［ＯＡｃ］优于【Ｂｍｉｍ】ＰＦ 。 ＰＦ６。１０％［Ｃ ４ｍｉｍ］［ＯＡｃ］￣Ｈ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６随 因为磷酸盐的阴离子与包围油污的阳离子 着电场强度变化稍有波动，但总体控制在 基团有更强的作用力，故使油污能够更好地 １．５％之内，是较好的清洗效果。整体来说， 离开。醋酸盐与纤维素的配位作用使之不易 电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果 ２６ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
