[发明专利]自驱动式固定化生物反应带复合生物浮床、矩阵系统及测控方法

说明书

本发明公开了自驱动式固定化生物反应带复合生物浮床、矩阵系统及测控方法，矩阵系统由多个复合生物浮床组成，所述复合生物浮床主要包括决策、动力、感知、行进和工作模块。决策模块分析参数并与阈值比对，若达到报警条件则发出警报并指示系统内浮床行进；动力模块通过太阳能电池板向蓄电池充电；感知模块采用水质、气象、位置传感器获得溶解氧、pH、氨氮、风向、风速、光强及角度、坐标参数；行进模块通过气囊、锚、安全绳卷轴决定浮床状态，螺旋桨、风帆电机改变浮床行进方向和速度；工作模块通过植物、固定化微生物反应带和复氧喷头改善水质；本发明可实现水质在线监测、污染事件远程警报、浮床智能部署，实现日常运营智能化。

技术领域

本发明属于水环境修复和治理领域，具体是涉及自驱动式固定化生物反应带复合生物浮床、矩阵系统及测控方法。

背景技术

在自然条件下，河流夹带的冲积物和不同水生生物残骸经过水流搬运后会不断沉降在水流速度缓慢的湖泊底部，进而使湖泊演变为沼泽和陆地。然而，湖泊富营养化正加速这一原本缓慢的衰退过程。

通常，浮游植物所需的大量元素有C、O、N、P，光合作用和呼吸作用是浮游植物获取C、O的主要途径，而N、P无法直接获取。因此水体中的含N、P营养盐成了控制富营养化的主要因素。生物浮床是常用的原位生物修复技术，通常采用轻质床体搭载水生植物，通过植物根部的吸收、吸附作用将水体中含N、P营养盐从水体中转入生物相，从而达到净化水质的目的。

生物浮床经济实用、治污效果明显，不但可以改善动植物生长环境，有助于再造自然生态平衡，而且能起到消波护岸作用，进一步保护水利设施，同时可用于鱼塘水体种植无公害蔬菜，在打造花园城市、美丽乡村等领域有着重要作用。目前，对于生物浮床的研究热点主要集中在水生植物先锋种筛选和浮床材料和结构两部分，聚焦的都是单个浮床的性能提升。但在微生物作用强化、融合以及水域多个浮床联动协调方面仍然欠缺。

现有研究表明，微生物是全球氮磷循环的主要贡献者，利用微生物强化生物浮床对氮磷营养盐的去除效率将大大提高水质净化效果。同时，现有生物浮床通常无法自行驱动，一般为定点投放或随水流或风向漂浮，无法实现水域的精确分区处理，从而无法保障大水域湖泊的水质要求，使得效率低下。此外，在强风及以上气象条件下，生物浮床多有倾覆风险。综合以上，现有生物浮床在处理效果、精确水域治理、防倾覆等方面仍有不足。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明的目的在于提供自驱动式固定化生物反应带复合生物浮床、矩阵系统及测控方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了自驱动式固定化生物反应带复合生物浮床，包括决策模块、动力模块、感知模块、行进模块和工作模块，所述的工作模块包括轻态浮床；

所述的浮床床体边缘包括固定桅杆一、固定桅杆二、固定桅杆三、固定桅杆四、固定桅杆五、固定桅杆六；

所述的感知模块，包括水质传感器、气象传感器和位置传感器，其中水质传感器透过轻态浮床插入水体中；气象传感器固定在固定桅杆二上，可360°绕固定桅杆二旋转；位置传感器固定在轻态浮床中央；

所述的行进模块，包括浮力气囊、高压空气软管、高压空气软管卷轴、空气压缩泵、安全绳、安全绳卷轴、浮床稳定锚、动力螺旋桨、风帆一、风帆二、风帆三、风帆四、风帆五、风帆六、其中安全绳卷轴位于轻态浮床中央，通过数据线与分析控制器相连；高压空气软管轴卷位于轻态浮床中央；浮床稳定锚位于轻态浮床底部，通过安全绳缠绕于轻态浮床上的安全绳卷轴上；浮力气囊固定在浮床稳定锚底部，通过高压空气软管缠绕于轻态浮床上的高压空气软管卷轴上；空气压缩泵位于轻态浮床中央，通过高压空气软管与浮力气囊相连；动力螺旋桨固定于固定桅杆底端伸入水中，可360°绕固定桅杆旋转；风帆一、风帆二、风帆三、风帆四、风帆五、风帆六固定在固定桅杆上，开启时风帆左右上角行至桅杆顶端，关闭时风帆左右上角行至桅杆底端；