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水生植被修复装置和方法

阅读：1016发布：2020-05-15

专利汇可以提供水生植被修复装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种水生植被修复装置，包括主体；所述主体包括至少一株植物或至少一个植物再生部分，或者包括在使用时用于连接至少一株植物或至少一个植物再生部分的连接点；所述水生植被修复装置还包括与所述主体相连的至少一个光源。，下面是水生植被修复装置和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水生植被修复装置，其特征在于其包括主体；
所述主体包括至少一株植物或至少一个植物再生部分，或者包括用于在使用时连接至少一株植物或至少一个植物再生部分的连接点；
所述水生植被修复装置还包括与所述主体可操作地连接的至少一个光源。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体包括选自于金属、聚合物材料、陶瓷材料、塑料材料和复合材料中的至少一种材料。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体包括颗粒，所述颗粒包括黏土、沙和土壤中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主体包括压实、压缩和/或烧结的颗粒。
5.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述主体包括框架，所述框架包括多个框架构件。
6.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述主体包括一个或多个孔或空腔。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，再生部分位于所述主体的孔或空腔中。
8.根据权利要求3～7任一项所述的装置，其特征在于，所述颗粒的平均粒径为20μm～
20mm。
9.根据权利要求3～8任一项所述的装置，其特征在于，所述土壤包括经有机聚合物改性的土壤颗粒。
10.根据权利要求3～9任一项所述的装置，其特征在于，所述颗粒包括黏土与沙和土壤之一或其二者的混合物。
11.根据权利要求3～10任一项所述的装置，其特征在于，所述主体为水可崩解主体。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述水可崩解主体与水接触后，在至少
15天的时间内，会崩解成其组成颗粒。
13.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述植物再生部分包括种子、芽或根。
14.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述光源与电源连接，所述电源选自于电池、太阳能电池板、市电、燃料电池和沉积型微生物燃料电池。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，其包括沉积型微生物燃料电池，在使用时，所述沉积型微生物燃料电池包括设置成位于所述至少一株植物或至少一个植物再生部分周围的水中的电极、以及设置成位于所述至少一株植物或至少一个植物再生部分下方的沉积物内或沉积物上的阳极。
16.根据权利要求15所述的装置，所述燃料电池为所述光源提供基本上可再生的电力，其特征在于，所述至少一株植物或至少一个植物再生部分吸收在阳极产生的二氧化碳的至少一部分，并通过光合作用产生氧气，产生的氧气的至少一部分在阴极被用掉。
17.根据权利要求1～13任一项所述的装置，其特征在于，所述光源是化学发光光源。
18.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述光源与使得能够在所述装置使用完成后移除所述光源的装置相连，该装置例如是绳索、金属线或线缆。
19.一种设备，所述设备包括多个权利要求1～18任一项所述的装置。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，每个光源都是化学发光光源。
21.一种在水体中种植或修复一种或多种植物的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供至少一个权利要求1～18任一项所述的装置或者权利要求19～20任一项所述的设备，所述装置或设备包括与其相连的植物或植物再生部分；
b)将所述装置或设备的主体浸入所述水体中；
c)对所述植物或植物再生部分进行光照；及
d)使所述植物或植物再生部分再生或生长，以提供植物生长。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述装置或设备的主体包括水可崩解主体，所述方法包括：在步骤b)中将所述装置浸没之后，使所述主体随着时间的推移而崩解。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述主体的崩解至少进行15天。
24.根据权利要求21～23任一项所述的方法，其特征在于，其还包括将藻类絮凝材料添加到所述水中的步骤。

说明书全文

水生植被修复装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于启动、辅助和维持水生植被生长和修复的装置，本发明还涉及用于减少/防止沉积物再悬浮的装置及其实现方法。

背景技术

[0002] 湖泊和其他水域中水生植被的破坏已成为全球主要的环境问题。水生植被通过直接接触污染物、清淤作业或水体富营养化而遭到破坏。当植被因水体富营养化遭到破坏时，
有害藻华(HABs)往往会导致生态功能破坏、水体缺氧等严重问题，不利于植物的生长。

[0003] 人为地向水生生态系统中投放营养物质，进而引起蓝藻水华的问题蔓延至全球，严重威胁着饮用水供应、公共卫生、食物链的完整性以及淡水生态系统的生态和经济可持
续性。因此，减少外部营养投放被认为是控制富营养化生态系统中蓝藻水华的首要步骤。然
而，由于富营养化沉积物中营养物质的内部循环严重推迟了水体的修复，使得减少外部营
养物质投放对一些浅富营养化湖泊影响不大。因此，有效的湖内技术以及适当的管理策略
对于加快湖泊修复至关重要。在湖内技术中，与以藻类为主的混浊水相比，沉水植被的修复
对于沉积物的修复、防止沉积物的再悬浮、增加养分的吸收、形成健康的食物链以及保持水
的清澈度至关重要。然而，在富营养化严重的水体中，由于藻类的大量繁殖会阻挡沉水植被
生长所需的阳光，使得植物的种子或根系往往无法正常生长。到目前为止，只有在光能够穿
透水体到达沉积物的相对清澈的水中，沉水植被能够得以修复。先前开发的利用颗粒改性
当地土壤(MLS)的技术通过去除重度富营养化水体中的藻类并提高水体清澈度在沉水植被
再生方面取得了部分成功。但是，在强风或强流条件下，该技术仍会受到沉积物再悬浮和藻
类絮凝物的影响。

[0004] 另一个与湖泊和其它水域有关的非常困难的环境/生态问题是：防止入侵性杂草。由于本地植物物种通常比外来入侵物种脆弱得多，并且本地植物物种在弱光和水污染条件
下生存的可能性较小，因此修复天然水域中的本地植物物种是一个非常困难的挑战。迄今
为止，在入侵性杂草占主导地位的较大规模天然水系统中，很少有技术能够选择性地为水
中本土物种提供有利的生长条件。

[0005] 由于湖泊修复项目是由政府机构和园林/企业界广泛赞助的，因此迫切需要提出修复富营养化水中沉水植被的新方法。

[0006] 目前，修复对湖泊造成的破坏以及修复生态环境的主要方法包括：物理方法、化学方法和生态方法。物理方法包括切断源污染、建造贮留池、稀释和改善漏水、循环湖泊水、疏
浚沉积物及去除藻类。化学方法包括污水脱磷和固磷。生态方法包括修复植物群落。然而，
上述方法都相当昂贵，并且其中一些需要耗费大量的能源。此外，许多上述方法都无法保证
是否能够为正在修复的植物群落提供足够的光照，从而导致生长失败，在某些情况下，甚至
会导致重新富营养化。对于天然水域，在遭受HABs污染的湖泊中，塞齐盘透明度为1.30m～
73m、0.73m～40m和低于0.4m时，分别代表富营养化、中度富营养化和超富营养化。有一些方
法可以有效去除HABs，例如US7,758,752B中所述的方法，该方法描述了利用改性当地土壤
(MLS)粉末或颗粒，使大量藻类絮凝，有效了改善湖水透明度。

[0007] 另一方面，专利US 7,758,752B中描述的技术会导致湖水周期性地或定期受到用于移除HABs的沉积物(MLS)的再悬浮。这种再悬浮会严重阻碍沉水植物的生长和修复。

[0008] 用于富营养化湖泊的公知的植物群落修复技术包括，例如：种植先锋水生植物和投放浮游动物以提高水体透明度、种植沉水植物和挺水植物以改善当地的水环境、添加氧
化剂(例如，除藻剂)以改善水质等。这些技术都具有一些缺点。例如，对于种植先锋水生植
物来说，很难长期维持植物的生长，尤其是当湖泊表面有藻华且湖泊底部的光照水平较低
时。另外，沉水植物的输送较为困难，并且可能导致湖床上沉积有大量不需要的输送媒介，
例如花盆等，对湖水的环境造成了不利影响。

[0009] 无论水体浑浊是由藻花还是由悬浮沉积物造成的，提供一种浑浊水体中沉水植物的有效修复方法(如启动、辅助和/或维持生长)是有利的。此外，提供一种去除藻类、改善水
质的方法，能够缓解使用MLS或其它沉积物产生材料产生的沉积物再悬浮也是有利的。

[0010] 能够在受污染的水域中选择性地修复一些脆弱的本土植物群落也是有利的，否则这些植物将因入侵物种和/或不利的水环境而难以生存。

[0011] 因此，本发明的实施例的目的是克服和缓解上述现有技术的至少一个问题。

发明内容

[0012] 根据本发明的第一方面，提供一种水生植被修复装置，包括主体；所述主体包括至少一株植物或至少一个植物再生部分，或具有在使用时用于连接至少一株植物或至少一个
植物再生部分的连接点；所述装置还包括至少一个与所述主体相连的光源。

[0013] 所述主体可以是实心体。

[0014] 所述主体可以是刚性体。

[0015] 所述主体可包括一体式主体；或可包括两个或更多个部分，其连接起来形成所述本体。

[0016] 所述主体可包括选自于金属、聚合物材料、陶瓷材料、塑料材料和复合材料中的至少一种材料。所述主体可包括铁。

[0017] 所述主体可包括基本不溶于水的任何材料。

[0018] 在一些实施例中，所述主体包括压实的或压缩的颗粒。在一些实施例中，所述颗粒是烧结的颗粒，因此所述颗粒可在颗粒边界处与相邻颗粒轻微地粘合。

[0019] 所述主体可包括黏土、沙和土壤中的至少一种颗粒。

[0020] 所述主体可包括任何合适的三维形状的主体。形状示例包括长方体、立方体、四面体、圆柱体和球形。

[0021] 在一些实施例中，所述主体包括框架，所述框架包括多个框架构件，所述框架构件被设置成形成框架的边缘，所述框架可以是多面体框架，例如，长方体、立方体、四面体等。
框架形式的主体特别有用，因为框架使得水能够通过主体进行充分循环，从而确保水可以
一直与主体中较大的表面接触，并确保水在主体(框架)中的循环较为顺畅。

[0022] 在所述装置包括框架的实施例中，所述框架构件围成将所述至少一株植物或者至少一个植物再生部分基本上限定在其内的空间，以将其固定在所述装置中。

[0023] 在一些实施例中，所述主体包括四面体框架。

[0024] 在一些实施例中，所述框架包括许多可连接的框架构件，所述框架构件包括多个与基座相连的支柱。在这些实施例中，每个单独的支柱和基座可以作为单独的物品被制造/
生产，并组装成所述主体。可连接的支柱可通过插入基座上的槽中而连接到基座上；在一些
实施例中，所述可连接的支柱可延伸穿过所述槽并超出基座的底部。在这些实施例中，每个
支柱在基座下方的突出部分可以用作支撑装置的“腿”，从而允许水在基座下方流动。在所
述装置是水可崩解的实施例中，这使得装置甚至可在基座的下方更均匀地崩解。在一些实
施例中，每个支柱在基座下方的突出部分可以用作锚固件，所述锚固件在使用时可深入土
壤、沉积物和/或装置下方的任何其它材料中，这有助于使用时将装置固定在适当的位置。
至少一个支柱可包括至少一个光源。

[0025] 所述颗粒的平均粒径可至少为，例如，1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、17.5μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、75μm、
100μm、200μm、250μm或500μm，或至少为1mm。

[0026] 所述颗粒的平均粒径可不超过，例如，10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4.5mm、4mm、3.5mm、3mm、2.5mm或2mm。

[0027] 所述颗粒的平均粒径可以为，例如，1μm～5mm、2μm～4.5mm、5μm～4mm、10μm～3mm或20μm～2mm，特别是20μm～2mm。

[0028] 所述颗粒可包括待处理水体当地的材料或者从待处理水体获取的材料。

[0029] 所述土壤可包括改性当地土壤。所述改性当地土壤可包括用至少一种有机聚合物或明矾或镧改性的黏土、沉积物、沙和土壤颗粒中的一种或多种。合适的有机聚合物包括选
自于例如壳聚糖、几丁质、纤维素、海藻酸盐、丝心蛋白、胶原蛋白及其衍生物的天然有机聚
合物。在一些实施例中，所述改性当地土壤包括用壳聚糖或几丁质改性的黏土、沙和土壤中
的至少一种。

[0030] 在一些实施例中，所述颗粒包括黏土颗粒，还包括沙颗粒或土壤颗粒。在一些实施例中，所述颗粒包括沙颗粒和土壤颗粒。在其它实施例中，所述颗粒包括黏土、沙和土壤颗
粒。

[0031] 在一些实施例中，所述颗粒包括黏土和沙颗粒的混合物。所述黏土和沙颗粒的比例优选为100:1～1:100，例如，为50:1～1:50、25:1～1:25或10:1～1:10。在优选实施例中，
所述黏土和沙颗粒的比例为1:9～1:2，例如，1:3～1:5。在特别优选的实施例中，所述黏土
和沙颗粒的比例为1:4。

[0032] 在一些实施例中，所述主体包括赤陶(terracotta)，优选压实的赤陶颗粒。

[0033] 所述主体还可包括释氧化合物。所述释氧化合物可将氧气释放到使用时所述装置所浸没的水中，以使水中富含氧气。所述释氧化合物可选自于过氧化物、过碳酸盐、过氧化
物和过碳酸盐的组合物或表面氧纳米微泡。所述释氧化合物可包括包括过氧化物和/或过
碳酸盐、或氧纳米微泡的沸石，并且可包括沸石与过氧化钙、过氧化镁、过碳酸钙和过碳酸
钠中的一种或多种的混合物。所述主体中所述释氧化合物与颗粒总量的比例可为，例如，1:
1～1:1000。

[0034] 所述主体可进一步包括固磷化合物。所述固磷化合物可包括镧化合物，例如，氯化镧或明矾。所述固磷化合物与颗粒的比例可为，例如，1:100～1:100,000。

[0035] 所述植物的再生部分可包括，例如，种子、根、芽、块茎、根茎、茎或其任意组合。在一些实施例中，所述主体包括植物的种子、根和芽中的至少一种，优选同时包括种子、根和
芽这三种。

[0036] 所述植物或植物再生部分可以是选自于苦草(Vallisnerria spiralisL)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)、狐尾草(Myriophyllum Linn sp.)、黑藻(Hydrilla
VerticillataRoyle)、菹草(Potamogeton crispusL)、Valliant exLinn、马来眼子菜
(PotamogetonMalainus)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum Linn)、长叶水毛茛
(Ranunculus Kauffmannii)、大茨藻(Naias marina)、伊乐藻(Elodea crispa、Ranunculus
aquatilis)、Anagallis tenella、杉叶藻(Hippurus vulgaris)、垂头藨草(Scirpus
cernuus)、Scirpus isolepsis、狐尾草(Myriophyllum Brasiliensis)以及其它能适应水
质、沉积物环境、温度和深度的适宜物种中的植物或植物再生部分。本发明的任何特定装置
中使用的特定物种可以根据植物与其将生长的水体的相容性进行选择，优选为水体的当地
物种，或者是具有相同水生环境、地区或生物群系中的水体的当地物种。

[0037] 在包括用于连接植物或植物再生部分的连接点的实施例中，所述连接点包括架子、孔、凸起、凹口、井状体或其它任何合适的点。在所述主体包括框架的实施例中，所述连
接点可以包括一个或多个框架构件本身，所述框架构件可使再生部分(例如，根部)缠绕在
框架构件上。

[0038] 所述植物或植物再生部分可以与所述主体连接，也可以在形成主体前，与形成主体的颗粒混合。

[0039] 在优选实施例中，所述主体包括与主体相连的植物再生部分。

[0040] 所述光源可以不通电和/或所述光源可以不包括电源。所述光源可包括化学光源。所述光源可以通过光源内组件的化学反应来辐射光，因此所述光源可以不包括与其连接的
外部电源。在优选实施例中，所述光源包括化学发光光源，例如，荧光光源或磷光光源。合适
的化学发光光源包括荧光发光棒或磷光发光棒，例如，商标名称LUMICA(RTM)下市售的那
些。用于光源的合适的荧光团可包括9,10-双(苯乙炔基)蒽、1-氯-9,10-双(苯乙炔基)蒽、
2,4-二叔丁基苯基-1,4,5,8-四羧基萘二酰胺(2,4-di-tert-butylphenyl-1,4,5,8-
tetracarboxynaphthalenediamide)和9,10-二苯基蒽。

[0041] 替代地或额外地，所述光源可以与外部电源连接。所述外部电源可以是电池、太阳能电池板等。所述外部电源可以通过诸如导电线或电缆等连接装置与所述光源连接。在使
用时，所述外部电源可以设置在本发明装置所置入或浸入的水体的外部。每个光源可以与
其自身的外部电源连接装置连接，或者两个或更多个光源可以连接到相同的连接装置上，
例如，两个或更多个光源可以沿着一条导电线或电缆连起来。

[0042] 在其它实施例中，所述光源可以包括内部电源。

[0043] 所述光源可包括LED或OLED等。可有一个以上光源与所述主体相连。在一些实施例中，所述光源提供一种或多种波长的光透射，与装置所在水体中藻类或特定藻类的生长相
比，所述波长更有利于所述植物的生长。在一些实施例中，可以有多个LED或O LED灯，包括红
光、绿光和蓝光LED或OLED灯的混合。LED和OLED灯的混合可以设置成发射植物再生部分生
长所需的合适波长的光。例如，所述LED或OLED可以包括一小部分蓝光LED或OLED(透射光的
波长为400～475nm)。

[0044] 所述光源可以与任意合适的电源连接，例如，电池。

[0045] 所述电源可以包括燃料电池，例如，沉积型微生物燃料电池(SMFC)。在电源是SMFC的实施例中，所述SMFC可向所述光源提供可再生能源。所述SMFC可包括阳极，使用时，所述
阳极放置在所述至少一株植物或至少一个植物再生部分下方的沉积物中(所述沉积物源自
于将装置放置于水体中之前最初存在于水体中的沉积物，和/或源自于含有可崩解主体的
装置)，所述阳极通过外部电路与阴极电连接，所述阴极在使用时优选放置在沉积物上方的
水中。由此，SMFC在阳极和阴极之间产生电流，为光源提供电力。在阳极，沉积物中的有机物
质(例如，乙酸盐/乙酸)可以被氧化，同时伴随着潜在的副反应，副反应包括硫和/或硫化合
物的氧化。因此，在阳极可发生以下反应：

[0046] 主要反应：

[0047] C2H4O2+2H2O→2CO2+8H++8e-

[0048] 其它反应：

[0049] S0→SO42-+6e-

[0050] S2-→S+2e-

[0051] 在阴极，电子与氧和H+结合形成水，同时伴随着潜在的副反应，副反应包括锰、硫和铁和/或其化合物的还原。因此，在阴极可发生以下反应：

[0052] 主反应：

[0053] 2O2+8H++8e-→2H2O

[0054] 其它反应：

[0055] MnO2+2e-→Mn2+

[0056] SO42-+6e-→S2-

[0057] Fe2O3+e-→Fe2+

[0058] 因此，由SMFC提供给光源的电力基本上是可以再生的，这是因为在阳极产生的二氧化碳可以被所述至少一株植物或至少一个植物再生部分吸收(光源促进其生长/可持续
性)，其利用二氧化碳进行光合作用产生氧气，产生的氧气可在阴极被使用。因此，植物补充
了燃料电池的“燃料”氧气，同时去除了二氧化碳产物。因此，光源和植物与SMFC的组合提供
了一种用于水生植被修复的基本自持的系统/装置，该系统/装置无需诸如太阳能电池板或
电池等其它电源即可运行，但是，应当理解，也可以提供第二电源，特别是在所述至少一株
植物或至少一个植物再生部分至少在开始时太小以至于不能以足够的量/以足够的速率吸
收二氧化碳和/或释放氧气以供SMFC基本上可再生运行的实施例中。当至少一株植物或至
少一个植物再生部分发育成能够以足够的量/以足够的速率吸收二氧化碳和/或释放氧气
以使SMFC基本上可再生运行时，就可以移除所述第二电源。还可以提供辅助/外部电源以促
进燃料电池的启动。所述SMFC可以包括与电网连接的连接器或使用时用于连接电网的连接
点，以允许SMFC产生的多余电力被传送到电网。

[0059] 在一些实施例中，所述阴极包括铁、钢和/或碳。

[0060] 在一些实施例中，在使用后，SMFC的至少一部分可以留在水体中和/或可不必移出SMFC的至少一部分。例如，在一些实施例中，使用后，所述阴极可以留在水中(不被移出)。在
这些实施例中，所述阴极可包括铁、钢和/或碳。

[0061] 所述SMFC的阳极可以包括所述装置的主体，并且所述至少一株植物或其再生部分可连接到所述阳极上和/或放置在所述阳极上。

[0062] 在其它实施例中，所述SMFC电源可以与本发明第一方面所述的主体结合使用，例如，水可崩解的主体，或者包括框架(比如，包括多个可连接的框架件/构件)的主体。在包括
SMFC的一些实施例中，本发明第一方面所述的主体可围绕和/或支撑所述至少一株植物或
植物再生部分、和/或光源、和/或所述电池本身的至少一部分。

[0063] 光源由SMFC供电的实施例还具有从水体底部移除沉积物的优点，这可以帮助减少富营养化。这样的实施例也有助于沉积物的修复。

[0064] 在包括两个或更多个光源(例如，红光、绿光和蓝光LED或OLED的混合)的实施例中，所述光源可以例如通过电线连接在一起。

[0065] 所述水生植被修复装置可与定位装置相连，使用时，所述定位装置使得能够实现在装置使用期间或使用后水生植被修复装置或其部件的定位和移除。所述定位装置可以与
所述光源连接。所述定位装置可以包括浮动装置。所述浮动装置可以包括外部电源。所述浮
动装置可以是浮标或水上运输工具，例如，船、筏或小划艇。替代地，所述定位装置可包括结
构部件，在装置使用期间，所述结构部件可以固定在期望的位置。合适的结构部件可以包括
杆，其尺寸适于从使用该装置的水体中突出。所述光源可以通过金属线、线缆或绳索等细长
构件连接到所述定位装置上。对于光源不需要外部电源的实施例，所述细长构件可以不导
电。每个光源可以通过其外部电源连接装置(如果存在)连接到所述定位装置上。

[0066] 与定位装置相连的无需供电的光源，例如，化学发光光源，不含易发生故障的机械或电气组件，并且能够在使用后，通过将光源连接至所述定位装置的装置将光源移除，这样
能够避免进一步污染本发明装置所在的水体。

[0067] 在其它实施例中，本发明的所述水生植被修复装置可以包括细长构件，例如，金属线、线缆或绳索，所述细长构件在使用时用于连接至与所述装置所在水体邻近的固定结构
上。所述细长构件可附接在其上的固定结构包括，例如，码头、系泊环、码头周围结构等。

[0068] 所述主体可以包括用于附接至少一个光源的附接点。所述连接点可包括例如凸起、钩、凹口等。在其它实施例中，所述光源可以通过单独的连接方式或装置与所述主体相
连接，例如胶黏剂，或者可通过绳索、金属线、细绳等束缚到所述主体上。在一些实施例中，
提供一种包括两个或更多个与所述主体相连的光源，每个光源与相邻光源联接。例如，每个
光源可以位于同一金属线、细绳或绳索上。

[0069] 所述主体可以是水可崩解的主体。

[0070] 因此，所述装置的所述主体可以配置成在与水接触后随着时间的推移分解成小碎片。在一些实施例中，所述主体可配置成随时间的推移分解成其组成颗粒。以这种方式，当
所述主体浸入水中后，所述主体会分解、崩解或碎裂，以提供可在水床上形成层(或覆盖材
料)的颗粒状或微粒状材料。碎片、颗粒或微粒层形成有助于植物生长并有助于藻类絮凝的
沉积物。

[0071] 所述主体可以被设置为在一段时间内分解成优选其组成颗粒，该段时间为至少1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、14天、21天、28天、30天、60天或至少90天，优选在14天～150天之间，并且在一些实施例中，可以在21天～120天之间。

[0072] 因此，在与水接触后，随着时间的流逝，所述主体可从实心体转变为微粒、颗粒或碎片。因此，所述主体可以是水可崩解的主体。

[0073] 所述主体的尺寸取决于具体的使用要求。本发明所述装置的一些应用可能需要相对较小的装置，而其它的应用可能需要相对较大的装置。通常情况下，所述主体的长度可独
立地为至少2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm，所述主体的宽度可独立地为至少
2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm，所述主体的高度可独立地为至少2cm、3cm、
4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm。在一些实施例中，所述长度、宽度和高度可以独立地为
至少25cm、50cm、100cm、250cm、500cm或1000cm。

[0074] 所述装置的所述主体的重量和形状使得将所述装置放置在水体底部或床体上的沉积物上时，可防止装置下方的沉积物重新悬浮。在所述主体为水可崩解的实施例中，在一
定的时间段(几天、几周或几个月)之后，所述主体将与沉积物融合，因此对环境友好。在一
些实施例中，崩解后的主体可能会留下基本未崩解的固体部分，在这样的实施例中，所述固
体部分可随后被去除。然而，在其它实施例中，所述固体部分可以留在水床上(即随后不去
除)，并且可辅助植物和/或周围环境的再生，例如，辅助栖息地的再生。在包括附接的光源
的实施例中，所述光源可以在白天或水中的光照条件良好时(例如，藻华消失时)吸收光，而
在天黑或光照条件较差时(例如，本地环境中存在藻华时)发射光。从统计学上讲，本发明所
述装置将减少沉积物的再悬浮，并增加装置周围的局部光照条件，进而能够为沉水植被提
供修复环境。所述水生植被修复装置可包括多个主体，每个装置都与支撑结构连接。

[0075] 可具有一个支撑结构，所有主体都与该单个支撑结构相连。每个主体可以沿着所述支撑结构与相邻的主体间隔开。例如，每个主体与任一相邻主体之间的距离可至少为
5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、45cm、60cm、75cm或至少100cm。

[0076] 在其它实施例中，所述支撑结构可以包括网或其它开孔基体(open matrix)，并且，例如，在所述网的每个节点处可以存在至少一个主体。

[0077] 另外，每个支撑结构可以包括至少一个与其连接的光源，并且在一些实施例中，所述支撑结构可以包括所述光源的外部电源连接装置，并且可以连接到外部电源，如上文中
所述。每个光源可以如本发明第一方面所述，并且，可以包括LED或OLED光源。多个光源之间
可以由金属线、绳索、细绳等彼此连接。因此，所述支撑结构可用于将主体输送到任何水体
的床体上，并为植物再生部分提供光源。每个主体可以包括至少一个光源和/或所述支撑结
构可以包括多个光源(例如，在网的每个节点处都有一个光源)

[0078] 在所述主体随时间而崩解的实施例中，所述支撑结构最终会与主体分开，并且可以与连接的光源一起移除，以重复使用。

[0079] 在其它实施例中，所述支撑结构可随时间生物降解，并且可在与水接触后随时间降解。因此，所述支撑结构可例如配置成以与所述主体崩解相同的速率降解。

[0080] 根据本发明的第二方面，提供了一种包括多个本发明第一方面所述装置的设备。

[0081] 在一些实施例中，所述多个装置直接或间接地连接在一起。

[0082] 本发明第二方面的所述设备可以包括至少5、10、15、20、25、30、35，40、45、50、60、70、80、90或至少100个装置。

[0083] 所述设备可以包括多个与浮动结构相连的装置，所述浮动结构例如是船、筏、小艇或浮标。

[0084] 在优选实施例中，每个装置通过细长构件与所述浮动结构相连。所述细长构件例如可以是金属线、线缆或绳索，并且优选是导电的。每个细长支撑结构可以一端与装置主体
连接，另一端与浮动结构连接。可以将一个浮动结构连接所有装置，或者可以含有多个浮动
结构，每个浮动结构都连接一个或多个装置。浮动结构可以包括电源，并且每个光源可以连
接到该电源。在一些实施例中，所述至少一个光源与细长构件连接，所述细长构件有助于移
除所述至少一个光源。所有光源可以连接到细长构件。当至少一个光源连接至细长构件时，
这可有助于在使用后移除所述光源。

[0085] 至少一些装置包括与其连接的光源，并且所有装置可以包括光源。

[0086] 在本发明第二方面所述设备的一些实施例中，所述设备中的每个装置包括多个水可崩解的主体，所述主体由黏土、沙和土壤中的至少一种固体颗粒形成，所述主体与至少一
个光源和至少一个植物再生部分连接，其中，每个光源可选地连接到浮动结构。

[0087] 在使用一个或多个支撑结构和多个主体的本发明第一方面的实施例中，或者在使用本发明第二方面的设备的实施例中，较大面积的水床，例如湖床，可以包含在一个应用
中。

[0088] 在本发明第一方面所述的装置和第二方面所述的设备的主体崩解并提供沉积物的实施例中，植物再生部分将在这些主体提供的沉积物上生长，其根系将在沉积物中散布。
同时，主体的剩余部分将提供结构附件、植被和防止或减轻沉淀物再悬浮的手段，以防止水
体进一步混浊。

[0089] 所述主体可以包括SMFC。在其它实施例中，所述设备包括一个或多个SMFC，所述SMFC与至少一个主体和/或支撑结构和/或细长构件附接/关联/由其支撑。在一些实施例
中，所述设备中的至少一个装置包括SMFC；并且，在一些实施例中，SMFC阳极包括所述设备
中的至少一个装置的主体。

[0090] 根据本发明的第三方面，提供了一种将植物再生部分输送到水体的床体或水体底部的方法，该方法包括以下步骤：将本发明第一方面所述装置或本发明第二方面所述设备
的所述主体定位在所述水体的床体或水体底部上，并使所述植物或其再生植物部分生长。

[0091] 所述方法可包括使所述主体或每个装置的主体与水接触后随时间崩解。

[0092] 根据本发明的第四方面，提供了一种在水体的床体或水体底部上种植或修复植物的方法，所述方法包括以下步骤：

[0093] a)提供至少一个本发明第一方面所述的装置，或本发明第二方面所述的设备，所述装置或设备包括植物或植物再生部分；

[0094] b)将所述装置的主体浸入所述水体中；

[0095] c)对所述植物或植物再生部分进行光照；及

[0096] d)使所述植物或植物再生部分再生或生长以提供植物生长。

[0097] 所述方法可包括在步骤d)之后和/或在一个或多个装置的主体崩解成其组成颗粒之后，从水中移除所述光源。

[0098] 所述装置的主体可以包括水可崩解的主体，并且所述方法可以包括在浸入水中之后，随着时间的推移，使基本实心的主体崩解。这个步骤可以与步骤d)同时进行。上述方法
可以包括在至少15天、30天、45天、60天、75天、90天或更长的时间内使主体崩解。崩解一个
或多个主体所花费的时间可适于确保在一段时间内由主体崩解的颗粒提供沉淀物，这使得
步骤d)中的植物能够有效生长。

[0099] 所述方法可包括将多个间隔开的本发明第一方面所述的装置或者所述装置的主体、或者本发明第二方面所述设备的多个装置或装置的主体浸没。所述多个装置或主体可
以以限定的图案(例如，网格)布置在水体底部或水体的床体上，并且每个主体可以如上所
述间隔开。该方法可包括浸没至少5个、10个、15个、20个、25个、30个、35个、40个、45个、50个、60个、70个、80个、90个或至少100个装置或装置的主体。间隔开的主体覆盖的水体底部
或水体的床体的面积至少为，例如，50m2、100m2、200m2、500m2、750m2或者1000m2。

[0100] 所述方法可进一步包括将粉末或颗粒状藻类絮凝材料添加到水中的步骤。所述粉末或颗粒状藻类絮凝材料可以包括与本发明所述装置中相同的黏土、沙和/或土壤颗粒，或
不同的材料。所述絮凝材料可以在步骤a)、步骤b)、步骤c)或步骤d)之前添加到水中，或者
可以在步骤d)之后添加到水中。

[0101] 当根据水体的水力和沉积状况在水底或水床上按一定的方式放置多个装置时，所述用于修复沉水植被和沉积物的方法特别有效，使得可以改善该区域的再悬浮和局部光照
条件。可以调节每个单元之间的距离，从而可以最大程度地减少沉积物的重悬和/或增加工
程区的光照条件。这种方法能够选择性地修复脆弱的本土植物，否则由于入侵物种的生长
或恶劣的水环境，本土植物将难以生存。

[0102] 根据本发明的第五方面，提供了一种制造本发明第一方面所述的水可崩解装置的方法，所述装置包括包含黏土、沙和土壤中的至少一种的颗粒，所述方法包括以下步骤：

[0103] a)将包含黏土、沙和土壤中的至少一种的颗粒基本混合地均匀；

[0104] b)形成主体；

[0105] c)将光源和所述主体连接；及

[0106] d)任选地，将至少一株植物或至少一个植物再生部分定位在所述主体上和/或所述主体内和/或所述主体附近。

[0107] 所述方法可以进一步包括：在步骤b)之前，将包含黏土、沙和土壤中至少一种的颗粒混合物与水混合的步骤。

[0108] 所述颗粒的组成/比率可以如本发明的第一方面所述。

[0109] 步骤b)可包括将混合物置于至少一个模具中的步骤和/或使混合物经受至少一个包括至少一个阶段的温度循环的步骤，以形成所述主体。步骤b)可包括使混合物经历较低
的第一温度阶段，例如，热处理阶段，包括使混合物经历第一温度，随后是较高的第二温度
阶段，例如，烘烤阶段。较低的第一温度阶段可以在20℃～200℃的温度下进行，例如，30℃
～150℃或40℃～120℃。在优选实施例中，所述较低的第一温度阶段在50℃～100℃的温度
下进行，例如，50℃～90℃。较高的第二温度阶段可以在600℃～1500℃的温度下进行，例
如，700℃～1200℃。在优选的实施方案中，较高的第二温度阶段在800℃～1000℃的温度下
进行。

[0110] 较低的第一温度阶段可以进行30min～12h，或者可以进行大于12h，例如，至少12h、13h、14h、15h、20h、25h、30h、40h或至少50h。较高的第二温度阶段可以进行3h～20h，例如，4h～16h，或5h～14h。在优选实施例中，较高的第二温度阶段可以进行6h～12h。较高的
第二温度阶段可以进行20h以上，例如，至少20h、21h、22h、23h、24h、25h、30h或至少40h。

[0111] 在所述主体包括赤陶的实施例中，所述至少一个温度循环可以包括一个阶段，所述单个阶段可包括使赤陶在单个较低温度的阶段中干燥。在这样的实施例中，所述赤陶可
以在环境温度如室温下进行干燥。所述赤陶可以干燥至少6h、至少8h、至少10h、至少15h、至
少20h、至少24h或至少26h。

[0112] 在所述方法还包括在步骤b)之前将混合物与水混合的步骤的实施例中，可以采用较低的第一温度阶段来基本干燥所述混合物，随后在较高的第二温度阶段形成所述主体。

[0113] 根据本发明的第六方面，提供了一种自我维持的沉积物修复和/或沉积物去除系统，其包括沉积型微生物燃料电池和光源，所述光源电连接至所述沉积型微生物燃料电池，
所述系统还包括至少一株植物或至少一个植物再生部分、或具有在使用中用于连接至少一
株植物或至少一个植物再生部分的连接点。

[0114] 所述沉积型微生物燃料电池如本发明第一方面所述。

[0115] 根据本发明的第七方面，提供了一种水生植被修复装置，其包括沉积型微生物燃料电池和电连接至所述沉积型微生物燃料电池的光源。

[0116] 根据本发明的第八方面，提供了一种使用本发明第七方面所述装置来修复水生植被的方法，包括以下步骤：

[0117] a)将SMFC的阳极置于水体的沉积物层中；

[0118] b)将SMFC的阴极置于水体的所述沉积物层上方的水中；

[0119] c)提供至少一株植物或至少一个植物再生部分，其被设置为在使用时被SMFC的光源照亮；

[0120] d)运行所述SMFC，其特征在于，所述SMFC为所述光源供电，其中，所述光源照亮所述至少一株植物或至少一个植物再生部分。

[0121] 所述至少一株植物或至少一个植物再生部分可定位于阳极的顶部和/或连接至阳极和/或紧邻阳极。所述至少一株植物或至少一个植物再生部分可以包含在本发明第一方
面所述的主体内和/或与主体连接/由主体支撑。

具体实施方式

[0122] 下面将通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，附图中：

[0123] 图1为本发明第一方面一实施例中的水生植被修复装置的立体图；

[0124] 图2为附接有光源的图1所示实施例中的装置的立体图；

[0125] 图3示出了本发明一实施例中的设备(其包括多个本发明第一方面所述的装置)；

[0126] 图4示出了本发明第一方面第二实施例中的装置在浸入水中后随时间的崩解；

[0127] 图5为本发明第二方面另一实施例中的设备在湖中使用时的侧视图(其包括多个本发明第一方面所述的装置)；

[0128] 图6为本发明第一方面另一实施例中的水生植被修复装置的立体图，其中，该装置包括多个可连接的框架构件；

[0129] 图7为当水受到扰动时，直接种植与使用本发明第一方面的装置进行种植的沉积物所受扰动的比较照片；

[0130] 图8为本发明的至少第一和第七方面的沉积型微生物燃料电池装置的示意图，其包括相关联的植物。

[0131] 首先参考图1，图1示出了一实施例中的水生植被修复装置2。装置2包括呈四面体框架4形式的主体，所述主体包括三个细长的支柱6、6’和6”，这三个细长的支柱6、6’和6”的一端与基座8连接，支柱6、6’和6”的另一端连接在一起。基座8是实心三角形基座，支柱6、6’和6”从基座8的三个角延伸。基座8包括上表面10。种子14、14’形式的植物再生部分位于基
座8的上表面10上。装置2还包括用于照亮种子14、14’的光源(未示出)。光源可以如本发明
第一方面所描述的，例如LED或OLED。在图1所示实施例中，种子14、14’被轻轻地粘附于基座
8的上表面10上。在替代实施例中，植物的种子14、14’或其他再生植物部分(例如，芽、根等)
被限域于基座8与支柱6、6’和6”之间形成的腔内，例如，通过减小支柱的长度或基座8的尺
寸，使种子14、14’不能离开。在另外的实施例中，植物再生部分可以被包围在装置2的主体4
中的孔或腔内。应当理解，有许多不同的方法来确保植物再生部分牢固地连接至装置2。

[0132] 主体4包括凝聚和压实的黏土和沙颗粒。黏土和沙的比例为10:1，平均粒径为180目。

[0133] 主体4使用以下方法形成：

[0134] 首先，将黏土和沙颗粒均匀混合。

[0135] 第二步，将颗粒混合物与水混合约5h。

[0136] 第三步，使用50～90℃之间的低温处理将湿的颗粒混合物热处理12h。

[0137] 最后，将处理过的颗粒混合物在四面体形式(如图1所示)的成型模具中于1000℃的高温下烘烤约12h。

[0138] 所得到的基本实心的主体4包括经烘烤和压实的黏土和沙颗粒，其中，所述颗粒的平均粒度为180目。

[0139] 在替代实施例中，可以用例如改性当地土壤(MLS)代替或增强黏土和沙的混合物。这样的MLS可以包含从需要植物再生的湖床收集的固体颗粒。可以通过将MLS与有机聚合物
混合来对MLS改性，所述聚合物例如为壳聚糖、几丁质等，所述MLS与聚合物的比例优选为5:
1～100:1。

[0140] 再次参考图1，在所示装置2的替代实施例中，可以在低温或高温处理之前将补氧剂添加到黏土和土壤的混合物中。合适的补氧剂包括与过碳酸盐或过氧化物如过碳酸钠混
合的沸石粉。也可以将固磷剂添加到黏土和沙的混合物中。合适的固磷剂包括镧化合物，例
如，氯化镧。

[0141] 种子14、14’可以是来自任何合适的植物物种的种子，包括例如苦草(Vallisneria SpiralisL)种子和菹草(Potamogeton CrispusL)种子。种子可以在添加到装置2中之前进
行发芽预处理。在其它实施例中，整个植物可以代替种子14、14’。

[0142] 种子与黏土和沙颗粒的体积比可以在例如1:10至1:2之间。装置2的基本实心的本体4被设计成在与水长时间接触时崩解。构成主体4的经烘烤和压实的黏土和沙颗粒浸没在
水中时，会缓慢崩解成其组成颗粒，这些颗粒可在主体4浸入的水中形成粉末或颗粒状沉积
物。因此，主体4是水可崩解的。

[0143] 在使用时，将装置2浸入需要植物再生修复的水体中。装置2浸入到水体的底部或床体上。在优选的用途中，水体将是湖泊，并且装置2将被浸没直到其置于湖床上。安置好
后，装置开始以两种方式工作。种子14、14’将在来自光源(未示出)的光的帮助下开始长成
植物(如果在装置2中还使用了补氧剂，则补氧剂将开始释放，给种子14、14’周围的水充氧，
有助于植物的生长和再生)。然后，主体4开始崩解成其组成颗粒，使得释放出黏土和沙的颗
粒状沉积物。由于释放的沉积物位于水体底部(例如，湖床)，因此它很快就会沉降，从而在
湖床上方形成覆盖层。该覆盖层可以有效覆盖湖床上的污染物。另外，沉积物的覆盖层为再
生种子14、14’的根生长提供了固定点。另外，当根由这些种子14、14’生长时，它们可以围绕
主体4的基座8或支柱6、6’、6”生长，因此，它们为根提供了牢固的生长点，直到它们在水体
的床体或底部上更加牢固地定植。

[0144] 随着时间的流逝，主体4将完全崩解成其组成颗粒，从而在湖床上提供沉积物覆盖层。可以调整构成主体4的颗粒的组成，以对崩解进行控制，进而与主体4上植物再生部分的
生长概况相匹配。例如，如果希望主体4在30天至120天之间的时间段内崩解，则可以使沙与
黏土的比例适于提供这种产品。另外，来自湖床的本地土壤可以与主体4的黏土和沙混合，
以提供所需的受控崩解时间。

[0145] 因此，图1所示实施例中的本发明的装置2提供了一种使用装置2改善水质并提高富营养化湖泊生态修复的物理化学生态综合方法。在修复水体或湖泊的过程中，再生植物
将迅速有效地改善水质，并防止藻类进一步积聚(在容易富营养化的湖泊中)。

[0146] 图2示出了本发明第二实施例中的水生植被修复装置。该装置与图1所示的装置2非常相似，并且相同的附图标记表示相同的组件。

[0147] 图2的装置2和图1的装置2之间的唯一区别是：图2的装置2具体包括一对附接到主体4上的光源，该对光源为LED灯12、12’形式，其与主体4的支柱6、6”连接。

[0148] LED灯12、12’通过插入支柱6、6”的销(未示出)连接至支柱6、6”。LED灯12、12’包括电池形式的内置电源。另外，LED灯12、12’包括多个不同颜色的LED灯泡，并且可以被编程为提供的光的波长有利于种子14、14’的植物在装置2所浸入的水中的生长，而不利于任何藻
类的生长。LED灯12、12’可以在装置2浸入水体中之前被打开，或者可以包括电子装置以允
许在将装置2浸入水中之后远程激活LED灯12、12’。远程激活还可以包括远程停用，从而可
以在需要时打开和关闭灯12、12’。图2所示实施例中的装置2的使用与图1所示装置2相同，
只是LED灯12、12’将在装置2浸入水体中之前或期间被打开。LED灯12、12’提供有利于种子
14、14’植物优化生长的光源。当主体4崩解成其组成颗粒时，LED灯12、12’将落到水体的底
部或床体上，或者在一些实施例中可适于漂浮到水体的表面。然后可以相应地将它们回收。
在其它实施例中，LED灯12、12’可以连接到锚定在水体外部的电线、电缆等。当期望取回LED
灯12、12’时，用户然后可以通过卷收电线或电缆以获得LED灯12、12’。在一些实施例中，LED
灯12、12’可以连接至替代或附加电源，例如，沉积型微生物燃料电池或太阳能电池板。

[0149] 图3示出了本发明的水生植被修复设备18。设备18包括电缆20，导电线(未示出)位于电缆20中。电缆20包括多个本发明第一方面所述的水生植被修复装置2，如上文参照图1
所述。这些装置2经由分支电缆23从电缆20延伸。单个装置2与上文图1中描述的相同，并且
包括种子14、14’形式的再生植物材料(未示出)。

[0150] 另外，电缆20具有多个LED灯22、22a、22b、22c、22d形式的光源，这些光源直接与电缆附接并与其电连接。

[0151] 在使用时，各个装置2以与图1的装置2相同的方式起作用。电缆20下降到水体中，并且可以布置在水体的底部或床体(例如，湖床)上，或者可以在水中拖曳(例如，可以通过
浮动装置拖曳电缆20来实现)。如上文参考图1所示的实施方案所述，装置2将随着时间而崩
解，并且同时，再生植物部分将再生并生长，从而提供植物生长。LED灯22、22a、22b、22c、22d提供适于增强或加速植物生长的波长的光，同时该光相对不利于藻类生长。图3的设备18包
括以下优点：每个装置2经由它们各自的分支电缆23附接到电缆20，由此，多个装置2可同时
浸没，并位于水体的特定区域内，使得可用多个装置2以单个步骤覆盖高优先级区域。电缆
20还提供了锚固点，从而使装置2在水体中不会随水流移动，由此被保持在湖泊或水体内的
特定位置区域中。在图3所示实施例的替代实施例中，电缆20可以用电缆网或电线网(在一
些实施例中包括导电部件)代替。所述网(mesh或net)包括节点，并且每个节点可以具有与
其连接的水生植被恢修装置2。另外，光源可以与这些节点或电缆/电线部分连接。网具有额
外的优点：它可以覆盖大范围的湖床，并且每个装置2的分解将使得覆盖材料/沉积物相对
均匀地覆盖大范围的湖床，以控制污染并促进植物的生长。

[0152] 图1～3的装置2和设备18可以单独使用；或者可将它们与藻类絮凝剂一起使用。藻类絮凝剂可以包括改性当地土壤的粉末或颗粒，可将其分散在装置2和设备18所浸入的水
体中。藻类絮凝剂可以在装置2或设备18浸没之前、同时或之后施用。藻类絮凝剂的使用有
助于确保在将装置2或设备18浸入水中之前、之中或之后清除或减轻其中至少部分由藻华
引起的混浊，以便促进连接到装置2或设备18的植物再生部分的生长。然而，装置2或设备18
可以在没有藻类絮凝剂的情况下使用，特别是当装置2或设备18包括连接到其上的光源时，
这确保了植物生长需要的光源，从而确保了植物的快速生长。而在浑水条件和缺乏阳光的
条件下，植物无法快速生长。

[0153] 现在参照图4，其以测试实验的方式示出了本发明第一方面的第三实施例中的水生植被修复装置，在该实验中，将该装置浸没于盛于烧杯的水中。该装置是圆盘形式的主
体，并且包括与图1和图2所示装置相同的压实和烘焙的沙和黏土颗粒。图4示出了在30天的
时间内装置的崩解，照片显示了在第1天、第15天和第30天的崩解程度。从图4可以看出，该
装置在第1天相对完好无损，并保持其圆盘状形状，但是在30天的过程中，该装置开始崩解
成黏土和沙的组成颗粒，直到第30天，该装置已大部分崩解，留下了黏土和沙沉淀物及散布
的较大的装置碎片。最终，如果将该装置在水中再放置一段时间，则甚至分散的装置碎片也
将崩解成组成颗粒。

[0154] 图5示出了使用中的本发明第二方面第二实施例中的水生植被修复设备30。水生植被修复设备30包括两个本发明第一方面的装置2，并且与装置2相同的组件使用与图2中
装置相同的附图标记。因此，装置2包括主体4，所述主体4与光源12、12’和种子14连接，并且
种子14装入每个主体4的空腔中。水生植被修复设备30还包括多个组合的支撑结构和呈导
电电缆24形式的外部电源连接装置，其连接至光源12、12’。每个光源12、12’均附接到其自
己的单独电缆24a、24b，并且电缆24的另一端连接到船26形式的浮动支撑装置。船26包括外
部电源(未示出)，该外部电源通过电缆24将电力传输给光源12、12’。

[0155] 使用时，在需要部署设备30之前，设备30放置在停留在水体表面28上的船26上。设备30的部署包括将装置2浸入被污染的水体(和/或具有重悬沉积物和/或藻华的水)，直到
装置2的主体4停留在水底或水体的床体29上。主体4将捕获任何位于其下方的沉积物，从而
防止其重新悬浮。随着装置2被浸没，电缆24从船26延伸到水中。电缆24既与主体4上的光源
12、12’连接，又与船26上的电源连接。然后可以将电力从电源发送到光源12、12’，以照亮装
置2周围的区域，以选择性地促进装入主体4中的种子14的生长。光源可在水暗或水浑浊的
时段提供照明，如，夜间、或有明显的沉积物再悬浮、污染或藻华时；并可在白天和/或水清
澈的时段关闭。或者，光源可在主体4位于水底或水体的床体29上时的整个持续时间内打
开。

[0156] 装置2的主体4是水可崩解的，会随着时间的流逝缓慢地崩解成它们的组成颗粒，从而使种子14发芽并使所得沉水植物生根并生长。光源12、12’与主体4材料中的补氧剂以
及主体4材料本身一起有助于使沉水植物有效生长。随着主体4的缓慢崩解，沉积物的重悬
减少，并且新生植物的根部结构通过与崩解产生的颗粒物质结合，有助于进一步防止沉积
物重悬。

[0157] 一旦主体4完全崩解并且再生植物已生根定植，则可以通过将电缆24卷回到船26上对光源12、12’进行回收，并将附接的光源12、12’储存起来，以供再次使用。

[0158] 在图5的设备30的替代实施例中，光源可以是不供电的光源，例如，化学发光光源，并且电缆24可以是不导电的金属线、线缆或绳索。在这样的实施例中，船26不需要任何电
源。

[0159] 图6是本发明第一方面另一实施例中的水生植被修复装置100的立体图，其包括多个可连接的框架构件。所述装置100包括主体107，所述主体107为多个支柱101形式的可连
接框架构件(仅示出其中一个支柱101a)，所述支柱101的一端插入三角形基座102的狭槽
103中。支柱101被配置为支柱下部足够小以适合穿过狭槽103。支柱101不通过狭槽103穿过
基座102的底面，但是在其它实施例中，支柱101可以延伸通过狭槽103并超出底座102的底
面，并且可以在使用中用作支撑“腿”、或作为在装置下方的沉积物和/或藻类层上的固定
点。全部插好的三个支柱101在其顶端汇合在一起，以形成形状与图1中装置的四面体框架
基本相似的框架。植物的包括根和茎106的多个部分的形式的植物再生部分定位于底座102
上表面上的井部104中，位于形成在底座102和三个支柱101之间的空间内。当三个支柱101
都插入后，植物部分106被限定在形成在三个支柱之间的腔中，进而将植物部分106固定在
主体107内。荧光棒105形式的光源位于支柱101a上，并在使用时照亮植物部分106，在其它
至少一个支柱101上，也可以有荧光棒和/或其它光源。

[0160] 图7示出了两个容器在水扰动下沉积物扰动的比较，其中一个容器含有直接种植在沉积物上的植物，而另一个容器含有采用本发明图6的装置置于沉积物顶部的植物。从图
7中可以看出，当直接种植的植物周围的水产生扰动时，悬浮固体的量会大大增加(从扰动
前的11±4mg/L到扰动后的364±25mg/L)，而采用本发明第一方面所述装置将植物置于沉
积物顶部的容器中，悬浮固体的增加明显较少，从扰动前的12±3mg/L到扰动后的42±9mg/
L。

[0161] 图8是本发明第一和第七方面水生植被修复装置的示意图，其包括与植物201相关联的沉积型微生物燃料电池(SMFC)装置200。由图8可以看出，植物201在水体202底部的沉
积物层203中生长。在其它实施例中，植物201可以被植物的至少一个再生部分例如根和/或
茎替代。植物201(或其它实施例中的再生部分)位于SMFC装置200的阳极205上，所述阳极位
于沉积物层203中，并被认为是SMFC装置200的主体的一部分。阳极205通过电线与位于沉积
物层203上方的水202中的阴极204电连接。阳极205和阴极204之间的电路包括光源206。光
源可以是任何电光源，例如，LED或OLED。SMFC装置200还包括用于连接至电网的连接器207，
所述连接器207在使用时被布置成允许来自SMFC装置200的多余电力被传输至电网。在使用
时，存在于沉积物层203中的有机物质(例如，乙酸盐/乙酸)在水中阳极205处被氧化形成二
+
氧化碳和H离子，主要反应如以下所示(包括可能进行的副反应)：

[0162] 主要反应：

[0163] C2H4O2+2H2O→2CO2+8H++8e-

[0164] 其它反应：

[0165] S0→SO42-+6e-

[0166] S2-→S+2e-

[0167] 在阳极205产生的电子沿着电路传输至阴极204，从而为光源206供电，该光源为植物201提供光照，有助于进行光合作用。在阳极205产生的H+离子通过沉积物203和水202扩
散到阴极204。在阳极205产生的二氧化碳被植物201吸收并用于光合作用，从而释放出氧
气。氧气被还原并与H+离子在阴极204结合形成水。主要反应如以下所示(包括可能进行的
副反应)：

[0168] 主要反应：

[0169] 2O2+8H++8e-→2H2O

[0170] 其它反应：

[0171] MnO2+2e-→Mn2+

[0172] SO42-+6e-→S2-

[0173] Fe2O3+e-→Fe2+

[0174] 因此，所述SMFC装置200提供了一种能够产生基本上可再生的能源来为光源206供电并由此帮助植物201修复和生长的系统。即；

[0175] ·阳极205由有机物质产生二氧化碳(过程中消耗了水)；

[0176] ·产生的电子为光源206供电，这促进了植物201的光合作用，从而将二氧化碳转化为氧气；

[0177] ·然后氧气被还原并与H+在阴极204处结合产生水。

[0178] SMFC装置200能够在没有辅助/外部电源的情况下运行，否则将需要辅助/外部电源来给光源206供电。在本发明中，所述SMFC装置200用于为连接到本发明第一方面的装置
的主体上的至少一个光源供电(或本发明第二方面所述设备中的多个装置，其可包括多个
SMFC)。所述系统还具有能够移除沉积物的功能，这也是所期望的特点。上文所示副反应可
有利于修复沉积物。

[0179] 在包括SMFC的替代实施例中，主体可以包括水可崩解主体，或者包括框架(例如，包括多个可连接框架件/构件的框架)的主体，或者如本发明第一方面所述的任何其它主
体。在这些实施例中，所述主体可以围绕和/或支撑至少一个植物或再生部分和/或光源和/
或电池本身的至少一部分，并且SMFC可以与主体一体成形或与主体连接或关联。

[0180] 仅以示例的方式描述了上述实施例。在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，任何变化都是可能的。

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水生植被修复装置和方法

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