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摘 要：在养殖池塘水域中设置一种生态环保型人工浮岛，浮岛布置设计成圆形，由多个浮岛单体组装而成，每个浮岛单体又由多个多个悬挂式单体构成。浮岛单体选用木材、毛竹或PVC管作为浮岛框架，取材易得，结构简洁，方便操作和推广。选用吸附羟基铁高效陶粒和多空陶瓷作为浮床床体兼基质，比表面积大，吸附高效，能有效去除水中氨氮。同时可在浮岛表面栽培具有一定经济价值的植物以增加农民收入，如水雍菜。浮岛设计遵循资源利用、经济价值和高效处理的设计原则，设计内容包括浮岛的整体布置、床体和单体。该设计突破了传统浮岛设计中浮床局限于水域表面，水处理效率低下，静态净水的局限，同时还能将养殖水域中的残饵粪便和大颗粒污物向浮岛中心集中，方便集中处理。
关键词：生态浮岛；陶粒-羟基铁；生态环保；应用
1 概述
人工浮岛技术是一种原位水体生态修复技术，自1987年德国BESTMAN公司提出以来，在不到30年的时间里就已经在中国、日本和欧洲许多国家和地区成功应用于水体富营养化的污染控制和生态修复方面。人工浮岛具有构建灵活、运行费用低、易维护等特点，受到了越来越广泛的研究，其形态也由最初单纯植物浮床发展为加入组合填料的立体浮岛。其工作原理主要是通过植物摄取、微生物的代谢转化以及填料的吸附共沉淀作用去除水中的、引入人工浮岛技术进入水产养殖的水体，能有效的帮助吸收养殖水体中的富营养元素，减缓养殖水体的污染，改善养殖水体环境，同时能有效地推进水产养殖的生态发展。正是在此背景下，本课题根据养殖池塘的具体情况，开展生态环保型人工浮岛设计。
1.1 设计目的
水产养殖业是国民经济发展的支柱产业之一，发展水产养殖业可以提高农民收入， 改善人民群众生活水平和提高人民生活质量。但由于人类对水体的不合理的开发利用，产生了一系列环境污染问题，其中养殖水体水污染问题尤为突出。成为制约水产养殖业可持续发展的主要因素之一。人工浮岛技术是当前广泛采用的一项水体处理修复技术，与传统污水处理方法相比，该技术是一种生态技术，效果良好，具有无二次污染，造价低廉且易于组装等特性，故拟开展生态环保型人工浮岛设计，帮助解决养殖环境污染问题和提高农民收入。
1.2 设计要求
浮岛设计要求具有创新性，浮岛主体取材易得、制作工艺简洁、净水效果高效和能增加经济收入。
2 设计原则与内容
2.1 设计原则
浮岛整体设计需要考虑设计的社会性、生态性和经济性，考虑浮岛和环境、生态效益与经济效益、去污效果与养殖功能等的平衡关系。所以设计遵循资源经济原则、处理高效原则和简洁易行原则。
①资源经济原则。以资源的节约为出发点选材，考虑原材料的资源再利用和尽量不造成二次污染，充分发挥资源的价值。立足在农民可承受的经济投入是有限度的角度思考，设计中尽力减少如选材、资源易得等成本投入，降低经济要求，同时考虑在浮岛上种植经济作物以增加收入。
②处理高效原则。设计中根据硝化细菌去氨氮的高效性选择生物去污去氨氮的处理方法，在设计中选择羟基铁陶粒和多空陶瓷作为浮岛床体兼基质，依据硝化细菌的附着性特点，为硝化细菌提供充分的比表面积。同时辅以种植浮岛植物辅助吸收富营养元素。
③简洁易行原则。浮岛在设计时充分考虑组装、运用和维护中会产生的困难，力求在设计和生产中就将之解决，减少运营和维护中不必要的工作。
2.2 设计内容
①浮岛床体的设计。浮岛床体设置为圆形，由多浮岛单体组成，每个浮岛单体呈四边形，浮岛安放在养殖水域中，通过连接固定的方式将浮岛的单体连接起来，形成圆形的浮岛，浮岛单体间保持适宜距离，建议在0.3-0.5m之间为宜，为了方便浮岛整体的链接，同时留够足够的空间方便养殖主体的洄游。
②浮岛单体的设计。浮岛单体设计呈四边形，每个浮岛单体又由多个悬挂式单体构成。悬挂式单体是整个浮岛中最为核心的部分，悬挂式单体设计的好坏影响着浮岛的净水效率和决定了浮岛设计的成功或是失败。悬挂式单体选取羟基铁高效陶粒和多空陶瓷作为浮岛单体兼基质材料，其比表面积大，能有效提升硝化细菌的附着，吸附效率好，原材料获取容易。同时在人工浮岛表面可种植水雍菜等经济植物，提高农民收益。
③浮岛安置位置的选择。浮岛安装位置选择在池塘中间偏出水口位置，其位置设置的原因是考虑进水口的水流力和池塘中鱼类洄游的动力，使得浮岛周边的力形成均衡，利于污物向浮岛中心集中，以方便集中去污。
3 设计成果
3.1 工艺选择
①外观。浮岛整体设计组装成圆形，每个单体设计为四边形，每个单体面积设计为1-1.5m2，一个浮岛由8-10个单体组装而成，浮岛上面种植经济作物，整体呈现绿色，即生态经济又具有观赏价值。
②框架。选用木材、毛竹或PVC管作为浮岛的框架。框架需要考虑强度和耐受力度，木材、毛竹和PVC管都有较强的耐受力度和强度，池塘养殖的风浪较小于大水面养殖且池塘水多为静水，不需要高能力的抗风浪能力，同时设计的浮岛单体呈四边形，单体间通过连接呈圆形，具有很强的平稳性。框架在整个设计中除了具有固定的作用，还需要能够承担浮岛的重力，使浮岛浮于水面可随水位的涨落上下移动。
③填料。填料选择高效吸附羟基铁陶粒和多空陶瓷，将多孔陶瓷穿插固着在浮床上面，做成悬挂式单体，同时在浮床表面将羟基铁陶粒作为浮岛基质，水域表面和水域中的同时吸收工作，保证了设计的高效性原则。
④植物。浮岛的高效去污区域主要是浮岛的基质，浮岛上种植植物起到了辅助去除表面污物，吸收水中氮磷的作用，如果考虑高效性当选择根系发达生长快速的，考虑到经济效率等因素，所以侧重选择经济植物，既能吸收部分水中的氮磷，又能增加经济收入，如水雍菜。
3.2 主体设计 ①浮岛床体的布置设计。浮岛由多浮岛单体组成，整个浮岛布置设置为圆形，每个浮岛单体组装成四边形，浮岛的上面安排种植经济作物，通过基质和浮岛植物来共同完成净水。浮岛安放在养殖水域中，通过连接固定的方式将浮岛的单体连接起来，形成圆形的浮岛，浮岛单体间保持一定的适宜距离，建议在0.3-0.5m之间为宜，为方便浮岛整体的链接，同时留够足够的空间方便养殖主体的洄游。浮岛平面布置占水域面积的10%-20%（除去设计中的圆形面积）为宜，使得设计美观，便于养殖操作。
②浮岛单体的设计。浮岛单体设计呈四边形，每个浮岛单体又由多个悬挂式单体构成。悬挂式单体选取羟基铁高效陶粒和多空陶瓷作为浮岛单体兼基质材料，其比表面积大，能有效提升硝化细菌的附着，吸附效率好。床体用PVC管材或竹子直径约12厘米搭建，采用21股以上聚乙烯绳的网片上下覆盖，下网片网眼为3-5cm，上网片网眼为10cm，目的是防止浮水浮岛植物漂移。
3.3 成本估算
以竹木结构为载体的人工浮岛工程造价（见下表1），以每平方米为单位计算：
3.4 设计说明
①床体范围的管理。浮床范围是浮岛设计的核心地带，也是规划和设计的重点，它关系到水域的安全、功能合理和净水效率，具体管理涉及池塘水域、浮岛床体、基质和植物等各个方面。
②外围衔接管理。浮岛设计不仅要考虑设计红线内的相关情况，还必须兼顾周边设施及日常管理的兼容性。日常管理和管理落实才是真正决定能否实现生态养殖的关键。因此，浮岛设计布置的外围水域空间应控制整体使用强度，并区别对待池塘水域的外围、池塘主要养殖区和设计控制区，尤其注意控制危害水体的补水和水体净化区域。
③浮岛控制范围在池塘养殖中，更应当做的是控制外来补充水的进水，有针对性的进行保护。实现外源水的保证，才能够有效的发挥浮岛设计的功能。
此外，在该设计中利用高效吸附羟基铁陶粒和多空陶瓷是保证净水效率的重点，充分利用了硝化细菌的附着性特点，有效的除去水中的氨氮，达到高效处理的目的。
4 展望
当今，养殖水体污染情况十分严重，已经严重威胁到了人类的健康。人工浮岛作为一种新型的处理水污染的方法，具有净化水质、改善环境、增加经济收益等一系列综合作用，它的作用价值可以运用到很多方面，对于改善环境具有很大的作用。通过人工浮岛的治理，能够有效地解决水体有机污染物和水体富营养化问题，提高养殖水环境质量。并且人工浮岛为水生生物提供适宜的生长环境，能够辅助净化水质，不需要占用土地，具有治理成本低、能耗低、处理效果好、工艺简单等优点。结合其优点，相信人工浮岛技术会得到很好的发展，其应用也会越来越广泛。
参考文献：
[1]HoegerS.Germany’s artificial floating island[J].Journal of Soil and Water Conservation，1988， 43（4）：25-27.
[2]阿连帅，李佳佳，沈思，等.2种水蕹菜植生型人工浮岛对克氏原螯虾高密度养殖水体的净化作用[J].江苏农业科学，2011，39（4）：287-289.
[3]白少元，王明玉.新型人工浮岛流场数值模拟与结构优化分析[J].环境工程学报，2009，3（12）：2208-2214.
[4]白少元，张华，解庆林.复合留人工浮岛系统植物与基质在污染水体修复中的作用[J].净水技术，2010，29（1）：9-15.
[5]李志鸿，王明玉.复合介质人工浮岛对含铜废水净化效果试验研究[J].环境科学与技术，2011，34（2）：129-135.
作者简介：
李敏达（1992-），男，湖南长沙人，从事水族科学与技术研究；黄正澜懿（1994-），女，四川德阳人，从事水族科学与技术研究；王丹（1996-），女，湖南衡阳人，从事水族科学与技术研究；李杨（1997-），男，湖南衡阳人，从事水族科学与技术研究；
关键词：生态浮岛；陶粒-羟基铁；生态环保；应用
1 概述
人工浮岛技术是一种原位水体生态修复技术，自1987年德国BESTMAN公司提出以来，在不到30年的时间里就已经在中国、日本和欧洲许多国家和地区成功应用于水体富营养化的污染控制和生态修复方面。人工浮岛具有构建灵活、运行费用低、易维护等特点，受到了越来越广泛的研究，其形态也由最初单纯植物浮床发展为加入组合填料的立体浮岛。其工作原理主要是通过植物摄取、微生物的代谢转化以及填料的吸附共沉淀作用去除水中的、引入人工浮岛技术进入水产养殖的水体，能有效的帮助吸收养殖水体中的富营养元素，减缓养殖水体的污染，改善养殖水体环境，同时能有效地推进水产养殖的生态发展。正是在此背景下，本课题根据养殖池塘的具体情况，开展生态环保型人工浮岛设计。
1.1 设计目的
水产养殖业是国民经济发展的支柱产业之一，发展水产养殖业可以提高农民收入， 改善人民群众生活水平和提高人民生活质量。但由于人类对水体的不合理的开发利用，产生了一系列环境污染问题，其中养殖水体水污染问题尤为突出。成为制约水产养殖业可持续发展的主要因素之一。人工浮岛技术是当前广泛采用的一项水体处理修复技术，与传统污水处理方法相比，该技术是一种生态技术，效果良好，具有无二次污染，造价低廉且易于组装等特性，故拟开展生态环保型人工浮岛设计，帮助解决养殖环境污染问题和提高农民收入。
1.2 设计要求
浮岛设计要求具有创新性，浮岛主体取材易得、制作工艺简洁、净水效果高效和能增加经济收入。
2 设计原则与内容
2.1 设计原则
浮岛整体设计需要考虑设计的社会性、生态性和经济性，考虑浮岛和环境、生态效益与经济效益、去污效果与养殖功能等的平衡关系。所以设计遵循资源经济原则、处理高效原则和简洁易行原则。
①资源经济原则。以资源的节约为出发点选材，考虑原材料的资源再利用和尽量不造成二次污染，充分发挥资源的价值。立足在农民可承受的经济投入是有限度的角度思考，设计中尽力减少如选材、资源易得等成本投入，降低经济要求，同时考虑在浮岛上种植经济作物以增加收入。
②处理高效原则。设计中根据硝化细菌去氨氮的高效性选择生物去污去氨氮的处理方法，在设计中选择羟基铁陶粒和多空陶瓷作为浮岛床体兼基质，依据硝化细菌的附着性特点，为硝化细菌提供充分的比表面积。同时辅以种植浮岛植物辅助吸收富营养元素。
③简洁易行原则。浮岛在设计时充分考虑组装、运用和维护中会产生的困难，力求在设计和生产中就将之解决，减少运营和维护中不必要的工作。
2.2 设计内容
①浮岛床体的设计。浮岛床体设置为圆形，由多浮岛单体组成，每个浮岛单体呈四边形，浮岛安放在养殖水域中，通过连接固定的方式将浮岛的单体连接起来，形成圆形的浮岛，浮岛单体间保持适宜距离，建议在0.3-0.5m之间为宜，为了方便浮岛整体的链接，同时留够足够的空间方便养殖主体的洄游。
②浮岛单体的设计。浮岛单体设计呈四边形，每个浮岛单体又由多个悬挂式单体构成。悬挂式单体是整个浮岛中最为核心的部分，悬挂式单体设计的好坏影响着浮岛的净水效率和决定了浮岛设计的成功或是失败。悬挂式单体选取羟基铁高效陶粒和多空陶瓷作为浮岛单体兼基质材料，其比表面积大，能有效提升硝化细菌的附着，吸附效率好，原材料获取容易。同时在人工浮岛表面可种植水雍菜等经济植物，提高农民收益。
③浮岛安置位置的选择。浮岛安装位置选择在池塘中间偏出水口位置，其位置设置的原因是考虑进水口的水流力和池塘中鱼类洄游的动力，使得浮岛周边的力形成均衡，利于污物向浮岛中心集中，以方便集中去污。
3 设计成果
3.1 工艺选择
①外观。浮岛整体设计组装成圆形，每个单体设计为四边形，每个单体面积设计为1-1.5m2，一个浮岛由8-10个单体组装而成，浮岛上面种植经济作物，整体呈现绿色，即生态经济又具有观赏价值。
②框架。选用木材、毛竹或PVC管作为浮岛的框架。框架需要考虑强度和耐受力度，木材、毛竹和PVC管都有较强的耐受力度和强度，池塘养殖的风浪较小于大水面养殖且池塘水多为静水，不需要高能力的抗风浪能力，同时设计的浮岛单体呈四边形，单体间通过连接呈圆形，具有很强的平稳性。框架在整个设计中除了具有固定的作用，还需要能够承担浮岛的重力，使浮岛浮于水面可随水位的涨落上下移动。
③填料。填料选择高效吸附羟基铁陶粒和多空陶瓷，将多孔陶瓷穿插固着在浮床上面，做成悬挂式单体，同时在浮床表面将羟基铁陶粒作为浮岛基质，水域表面和水域中的同时吸收工作，保证了设计的高效性原则。
④植物。浮岛的高效去污区域主要是浮岛的基质，浮岛上种植植物起到了辅助去除表面污物，吸收水中氮磷的作用，如果考虑高效性当选择根系发达生长快速的，考虑到经济效率等因素，所以侧重选择经济植物，既能吸收部分水中的氮磷，又能增加经济收入，如水雍菜。
3.2 主体设计 ①浮岛床体的布置设计。浮岛由多浮岛单体组成，整个浮岛布置设置为圆形，每个浮岛单体组装成四边形，浮岛的上面安排种植经济作物，通过基质和浮岛植物来共同完成净水。浮岛安放在养殖水域中，通过连接固定的方式将浮岛的单体连接起来，形成圆形的浮岛，浮岛单体间保持一定的适宜距离，建议在0.3-0.5m之间为宜，为方便浮岛整体的链接，同时留够足够的空间方便养殖主体的洄游。浮岛平面布置占水域面积的10%-20%（除去设计中的圆形面积）为宜，使得设计美观，便于养殖操作。
②浮岛单体的设计。浮岛单体设计呈四边形，每个浮岛单体又由多个悬挂式单体构成。悬挂式单体选取羟基铁高效陶粒和多空陶瓷作为浮岛单体兼基质材料，其比表面积大，能有效提升硝化细菌的附着，吸附效率好。床体用PVC管材或竹子直径约12厘米搭建，采用21股以上聚乙烯绳的网片上下覆盖，下网片网眼为3-5cm，上网片网眼为10cm，目的是防止浮水浮岛植物漂移。
3.3 成本估算
以竹木结构为载体的人工浮岛工程造价（见下表1），以每平方米为单位计算：
3.4 设计说明
①床体范围的管理。浮床范围是浮岛设计的核心地带，也是规划和设计的重点，它关系到水域的安全、功能合理和净水效率，具体管理涉及池塘水域、浮岛床体、基质和植物等各个方面。
②外围衔接管理。浮岛设计不仅要考虑设计红线内的相关情况，还必须兼顾周边设施及日常管理的兼容性。日常管理和管理落实才是真正决定能否实现生态养殖的关键。因此，浮岛设计布置的外围水域空间应控制整体使用强度，并区别对待池塘水域的外围、池塘主要养殖区和设计控制区，尤其注意控制危害水体的补水和水体净化区域。
③浮岛控制范围在池塘养殖中，更应当做的是控制外来补充水的进水，有针对性的进行保护。实现外源水的保证，才能够有效的发挥浮岛设计的功能。
此外，在该设计中利用高效吸附羟基铁陶粒和多空陶瓷是保证净水效率的重点，充分利用了硝化细菌的附着性特点，有效的除去水中的氨氮，达到高效处理的目的。
4 展望
当今，养殖水体污染情况十分严重，已经严重威胁到了人类的健康。人工浮岛作为一种新型的处理水污染的方法，具有净化水质、改善环境、增加经济收益等一系列综合作用，它的作用价值可以运用到很多方面，对于改善环境具有很大的作用。通过人工浮岛的治理，能够有效地解决水体有机污染物和水体富营养化问题，提高养殖水环境质量。并且人工浮岛为水生生物提供适宜的生长环境，能够辅助净化水质，不需要占用土地，具有治理成本低、能耗低、处理效果好、工艺简单等优点。结合其优点，相信人工浮岛技术会得到很好的发展，其应用也会越来越广泛。
参考文献：
[1]HoegerS.Germany’s artificial floating island[J].Journal of Soil and Water Conservation，1988， 43（4）：25-27.
[2]阿连帅，李佳佳，沈思，等.2种水蕹菜植生型人工浮岛对克氏原螯虾高密度养殖水体的净化作用[J].江苏农业科学，2011，39（4）：287-289.
[3]白少元，王明玉.新型人工浮岛流场数值模拟与结构优化分析[J].环境工程学报，2009，3（12）：2208-2214.
[4]白少元，张华，解庆林.复合留人工浮岛系统植物与基质在污染水体修复中的作用[J].净水技术，2010，29（1）：9-15.
[5]李志鸿，王明玉.复合介质人工浮岛对含铜废水净化效果试验研究[J].环境科学与技术，2011，34（2）：129-135.
作者简介：
李敏达（1992-），男，湖南长沙人，从事水族科学与技术研究；黄正澜懿（1994-），女，四川德阳人，从事水族科学与技术研究；王丹（1996-），女，湖南衡阳人，从事水族科学与技术研究；李杨（1997-），男，湖南衡阳人，从事水族科学与技术研究；