一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，該裝置由太陽能電池板、支撐連接裝置、氣泵、曝氣管和布?xì)夤軜?gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)；強浮力載體與挺水植物構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)；填料系統(tǒng)提供給大量微生物菌群、浮游植物、原生動物、微型后生動物附著、寄居之地，共建形成具有高效快速凈化污染物的生物膜。本實用新型能夠高效地去除水中COD、氮、磷等有機物及其它污染物，凈化水體水質(zhì)，改善河道生態(tài)系統(tǒng)，幫助恢復(fù)水體自凈能力，并能夠起到一定的美化環(huán)境作用。
【專利說明】一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于城市河道水污染控制及環(huán)境修復(fù)方法的，特別涉及一種河道水體生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)保持的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]城市河道作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市的生存，制約著城市的發(fā)展，是城市的生命之源。城市河道可以改善城市的生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)氣候，塑造城市景觀，提供給居民更好的生活空間，并能促進(jìn)投資，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動城市的總體進(jìn)步?？梢?，城市河道在城市的發(fā)展、建設(shè)及生態(tài)環(huán)境中有著非常重要的作用。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市河道污染也在逐步加劇，并且由于長期疏于管理，河道臟、亂、黑、臭等現(xiàn)象普遍存在，這都嚴(yán)重束縛了城市的發(fā)展，破壞了城市環(huán)境，對水生動植物的生存也構(gòu)成了威脅。城市河道的生態(tài)治理已迫在眉睫。
[0003]目前，河道生態(tài)治理技術(shù)已有較多的組合形式，如胡孟春(CN 102491586 A)設(shè)計了一套包括漂浮式風(fēng)光電能供給設(shè)施、漂浮式曝氣生物濾池、絮凝劑噴灑劑在內(nèi)的黑臭河道水的凈化處理設(shè)施，該方法綜合利用絮凝、過濾、微生物處理等工藝，處理凈化黑臭河道的水質(zhì)。龐鵬遠(yuǎn)(CN 201099644 Y)的設(shè)計中涉及一種漂浮式太陽能曝氣系統(tǒng)，能方便的向水中充氧，解決了曝氣能耗高等問題，可用于較大面積的河湖等地方。王國祥等(CN101544424 A)設(shè)計了一種用于水質(zhì)凈化的組合式生態(tài)浮床裝置，該生態(tài)浮床有八個功能分區(qū)，可種植多重植物，不僅能較好的去除水中氮磷等污染物，還有一定的美化作用。但是這些方法存在著一定局限和不足:主要針對于含工業(yè)廢水的黑臭水體，應(yīng)用范圍窄；生物濾池工藝應(yīng)用于河道中不便于控制進(jìn)水流速、反洗等操作，有礙于河道行洪功能；簡單向河道內(nèi)曝氣充氧，效果不是很明顯，見效慢，也不利于河道美觀；植物根系上聚集的微生物種類不夠豐富，數(shù)量也不夠大，所以對污染較嚴(yán)重的河道處理效果不佳。
[0004]綜上所述，城市河道的生態(tài)處理方面缺乏一種治理效果全面、應(yīng)用范圍廣并且易于操作的處理裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于河道受污染水體的水質(zhì)凈化與恢復(fù)、改善水體水質(zhì)、逐步恢復(fù)水體自凈能力、治理效果全面、易于操作的用于城市河道生態(tài)治理的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置。
[0006]本實用新型通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007]—種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，包括太陽能電池板、氣泵、挺水植物、曝氣管和布?xì)夤?，其特征在于，該裝置的中間水平位置設(shè)置有強浮力載體(5)，強浮力載體(5)為圓形，浮于水面之上；太陽能電池板(I)設(shè)置在強浮力載體(5)上面的中央部位，并通過其下面的支撐連接裝置(3)與氣泵(4)相連接，氣泵(4)的出氣口與曝氣管(7)相連接，曝氣管(7)垂直穿過強浮力載體(5)并與水平設(shè)置在該裝置下面的布?xì)夤?8)相連通，用于均勻布?xì)?；在太陽能電池?I)、支撐連接裝置(3)與氣泵(4)的周圍設(shè)置有挺水植物
(2);在強浮力載體(5)的下面垂直設(shè)置有填料(6)，填料(6)連接成串，均勻懸掛于強浮力載體(5)的下面；強浮力載體(5)下面的中心位置還設(shè)置有錨定物(9)，以保證裝置的穩(wěn)定性；
[0008]所述填料(6)上培養(yǎng)好氧反硝化菌，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，有效降低水中總氮濃度。
[0009]所述填料(6)也可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大，以利于治理污染情況比較嚴(yán)重的河道。
[0010]所述填料(6)也可以選擇活性生物填料，此填料在高分子材料中融合了多種有利于微生物快速附著生長的微量元素，親水性好，掛?？?，氧利用效率高，比表面積大，以利于治理富營養(yǎng)化嚴(yán)重的河道。
[0011]所述太陽能電池板(I)為3~5塊，排布成折線形，方位朝南，并與水平方位夾角10~20度。
[0012]所述挺水植物為具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，如黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥、香蒲等。
[0013]所述挺水植物的栽種密度為2~10株/m2。
[0014]所述填料(6)的成串長度在充分考慮填料所受浮力的情況下，設(shè)定為河道水深的1/3~1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料間距離設(shè)定為5~8cm，填料串密度為40 ~60 串 /m2。
[0015]該裝置的直徑視河道斷面寬度而定，設(shè)置為河道斷面寬度的1/5~1/4，但一般最大不超過2米；在河道中相鄰兩裝置的間距為5~10米。
[0016]本實用新型在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，主要是增加了填料的使用，利用填料的高比表面積等優(yōu)點，聚集大量微生物、浮游動物等，極大地提高了生物量；同時，在曝氣充氧的條件下，增加了水中溶解氧濃度，對生物降解起到明顯的輔助作用。本實用新型能夠?qū)⑵貧獬溲鹾臀⑸锝到獾膬?yōu)勢結(jié)合在一起，有效降低污染負(fù)荷，高效地去除水中C0D、氮、磷等有機物及其它污染物，凈化水體水質(zhì)，逐步改善河道生態(tài)系統(tǒng)，能夠使受污染嚴(yán)重的河道水體水質(zhì)由劣V類逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閂類，甚至恢復(fù)到IV類水質(zhì)水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是太陽能曝氣增氧一植物床載帶生物膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1的俯視圖。
[0019]
1---太陽能電池板2---挺水植物
3---支撐連接裝置4---氣泵
5---強浮力載體6---填料
7---曝氣管8---布?xì)?管
9---錨定物?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0021]本實用新型的太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，如圖1所示，該裝置的中間水平位置設(shè)置有強浮力載體5，強浮力載體5為圓形，浮于水面之上，其直徑視河道斷面寬度而定，設(shè)置為河道斷面寬度的1/5?1/4，但一般最大不超過2米；太陽能電池板I設(shè)置在強浮力載體5上面的中央部位，并通過其下面的支撐連接裝置3與氣泵4相連接，太陽能電池板I為3?5塊,排布成折線形,方位朝南,并與水平方位夾角10?20度；氣泵4的出氣口與曝氣管7相連接，曝氣管7垂直穿過強浮力載體5并與水平設(shè)置在該裝置下面的布?xì)夤?相連通，用于均勻布?xì)狻?br> [0022]在太陽能電池板1、支撐連接裝置3與氣泵4的周圍設(shè)置有挺水植物2，參見圖2 ；所述挺水植物為具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，如黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥、香蒲等，挺水植物的栽種密度為2?10株/m2。
[0023]在強浮力載體5的下面垂直設(shè)置有填料6，填料6連接成串，均勻懸掛于強浮力載體(5)的下面，所述填料6的成串長度在充分考慮填料所受浮力的情況下，設(shè)定為河道水深的1/3?1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料間距離設(shè)定為5?8cm，填料串密度為40?60串/m2。
[0024]強浮力載體5下面的中心位置還設(shè)置有錨定物9，以保證裝置的穩(wěn)定性。
[0025]本實用新型將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)和生態(tài)浮床、填料結(jié)合在一起，組合成一體式裝置。針對于曝氣系統(tǒng)與生態(tài)浮床分開放置的方法來講，本實用新型簡化了工藝；將太陽能曝氣增氧系統(tǒng)與生物生態(tài)治理方法結(jié)合在一起，改善了水體微生態(tài)環(huán)境，不僅水體溶解氧濃度提高，植物、微生物等生態(tài)治理也起到很大的作用，一體式裝置提高了水體生態(tài)修復(fù)的效果，總體治理效果較兩種單獨工藝的效果好很多，氮的去除率能達(dá)到或高于30%?60%，COD去除率能達(dá)到或高于40%?60%。
[0026]太陽能電池板1、支撐連接裝置3、氣泵4、曝氣管7和布?xì)夤?構(gòu)成曝氣增氧系統(tǒng)。
[0027]太陽能電池板安裝在支撐連接裝置上，在天氣良好的情況下將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣。由于晴朗天氣時，太陽能電池板能將太陽能不斷轉(zhuǎn)化為電能，用于曝氣機曝氣增氧，所產(chǎn)生的氧氣已使水中的溶解氧含量足夠高，對于植物、微生物等的呼吸、降解作用所需的氧氣足夠。在陰雨天和晚上沒有太陽光的情況下，水中溶解氧的含量在短期內(nèi)并不會影響植物和微生物的生理活動?，F(xiàn)有的曝氣技術(shù)，無論是水下曝氣還是表面曝氣，均存在曝氣設(shè)備電耗高、維護(hù)管理難度大等問題，特別是要求有配套的電力系統(tǒng)供給電能，這些問題嚴(yán)重縮小了曝氣裝置的應(yīng)用范圍，束縛了曝氣增氧的應(yīng)用。本實用新型將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，首先省去了要求配套的電力系統(tǒng)，大大擴(kuò)大了應(yīng)用范圍、降低運行成本，降低了設(shè)備的操作管理難度；并且這種方法應(yīng)用清潔能源一太陽能，大大降低了能耗，且符合環(huán)境保護(hù)的理念；同時，太陽能電池板的數(shù)量既要能滿足曝氣的需求，又不會面積太大而形成浪費，本實用新型設(shè)置3?5塊太陽能電池板，太陽能電池板呈折線型排布，并傾斜一定角度，能夠高效轉(zhuǎn)化太陽能為電能，滿足曝氣充氧的電能需求，維持裝置的正常運行。氣泵和布?xì)夤艿倪x用與太陽能電池板相匹配即可，曝氣的目的在于恢復(fù)水中溶解氧水平，同時提高填料生物膜的降解活性，曝氣管長度設(shè)定比填料串長10?15cm，可以同時實現(xiàn)這兩種效果。
[0028]強浮力載體5與挺水植物2構(gòu)成生態(tài)浮床系統(tǒng)。[0029]在強浮力載體上栽種適宜的挺水植物，可以利用植物根系的篩濾、吸收和吸附等作用，去除水中的污染物質(zhì)，如氮、磷等營養(yǎng)元素，并富集和轉(zhuǎn)化重金屬等，同時，挺水植物的種植可以美化河道環(huán)境。水中氮素的去除需要好氧與厭氧環(huán)境交替發(fā)生，而太陽能曝氣增氧使水中溶解氧充足，抑制了反硝化菌的生長代謝，不能有效地去除氮素；微生物雖然可以在好氧條件下聚磷，但是若沒有及時將微生物導(dǎo)出水體，磷元素并未從水中根本去除，還會存在于水體中或在一定條件下被釋放到水體中。而只有通過植物根系的吸收作用，才能快速有效的去除河道中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，所以植物的設(shè)置必不可少?？梢愿鶕?jù)所要處理河道水體的水質(zhì)，有針對性的選擇挺水植物的種類。例如對于富營養(yǎng)化嚴(yán)重的河道，可以選擇黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物；黃花鳶尾可以抑制藻類爆發(fā)、去除水中溶解性氮、磷，改善水體透明度，抑制PH值增加等；美人蕉根系比較發(fā)達(dá)，對固體物質(zhì)、膠體物質(zhì)及NH4+-N等有一定的沉降、攔截和吸附作用；蘆葦、水蔥和香蒲對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)也具有較好的去除效果。植物的栽種密度要充分考慮到植物的生長空間、不發(fā)生倒伏等因素，栽種密度設(shè)定為2?10株/m2。
[0030]填料是本實用新型的重要組成部分，大量參與污染物凈化的微生物菌群、浮游植物、原生動物、微型后生動物附著、寄居在填料表面，共同構(gòu)建形成具有高效快速凈化污染物的生物膜，主要去除河道水體中的C0D。填料能夠提供較大的比表面積，使微生物的生存密度最高，同時能使浮游生物附著其上，牧食水中營養(yǎng)物質(zhì)。填料的使用，能在有限的空間內(nèi)富集巨大的生物量，使微生物高速降解污染物，能夠在相對短的時間內(nèi)達(dá)到較好的處理效果。并且，填料與植物結(jié)合使用，植物根系的分泌物能夠強化填料的生化降解作用，這樣就使填料的作用更加突出、處理效果更明顯。本方法中特別在填料上培養(yǎng)好氧反硝化菌，這類菌種生長速度快，產(chǎn)量高，環(huán)境適應(yīng)性強，反硝化速度快且徹底，大多具有同步異樣硝化及代謝難降解有機物的能力，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，快速有效的降低河道內(nèi)水中總氮濃度。可以根據(jù)所要處理河道水體的水質(zhì)，有針對性的選擇填料的種類。例如治理污染情況較嚴(yán)重的河道時，可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，具有質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大、與植物根系契合度較高等優(yōu)點。填料中絲狀纖維纏繞出細(xì)小的空隙，以便于保護(hù)附著其上的浮游生物，同時又提供了較高的比表面積，使浮游動物和微生物能以較高的密度生存。另外還可以選擇活性生物填料，這種填料在高分子材料中融合了多種類有利于微生物快速附著生長的微量元素，親水性好掛?？?，氧利用效率高，比表面積大，比重適當(dāng)、流化效果好，使用壽命長。
[0031]本實用新型應(yīng)用于河道水體凈化時，可以根據(jù)河道具體情況來確定整個裝置的大小。將裝置置于河道中心或靠近岸邊的位置，安置時既要不阻礙河道行洪等功能，又要起到凈化水質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境的作用。強浮力載體的面積可以根據(jù)河流斷面的長度、河道兩岸的生態(tài)環(huán)境、河流行洪等因素確定，強浮力載體設(shè)置為圓形，直徑視河道斷面寬度而定，設(shè)置為河道斷面寬度的1/5?1/4，但一般最大不超過2米。河道中相鄰兩裝置的間距設(shè)置為5?10米。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，包括太陽能電池板、氣泵、挺水植物、曝氣管和布?xì)夤?，其特征在于，該裝置的中間水平位置設(shè)置有強浮力載體(5)，強浮力載體(5)為圓形，浮于水面之上；太陽能電池板(I)設(shè)置在強浮力載體(5)上面的中央部位，并通過其下面的支撐連接裝置(3)與氣泵(4)相連接，氣泵(4)的出氣口與曝氣管(7)相連接，曝氣管(7)垂直穿過強浮力載體(5)并與水平設(shè)置在該裝置下面的布?xì)夤?8)相連通，用于均勻布?xì)?；在太陽能電池?I)、支撐連接裝置(3)與氣泵(4)的周圍設(shè)置有挺水植物(2);在強浮力載體(5)的下面垂直設(shè)置有填料(6)，填料(6)連接成串，均勻懸掛于強浮力載體(5)的下面；強浮力載體(5)下面的中心位置還設(shè)置有錨定物(9)，以保證裝置的穩(wěn)定性； 所述填料(6)上培養(yǎng)好氧反硝化菌，可在水體溶解氧較高的條件下完成脫氮過程，有效降低水中總氣濃度； 所述填料(6)也可以選擇組合填料，該填料是以硬質(zhì)的纖維絲為骨架，以絲狀纖維作為骨架中空部位的填充物，質(zhì)量輕、組裝方便、掛膜面積大，以利于治理污染情況比較嚴(yán)重的河道； 所述填料(6)也可以選擇活性生物填料，此填料在高分子材料中融合了多種有利于微生物快速附著生長的微量元素，親水性好，掛模快，氧利用效率高，比表面積大，以利于治理富營養(yǎng)化嚴(yán)重的河道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，其特征在于，所述太陽能電池板(I)為3?5塊，排布成折線形，方位朝南，并與水平方位夾角10?20度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，其特征在于，所述挺水植物選用具有良好水體凈化效果及景觀效果的挺水植物，為黃花鳶尾、美人蕉、蘆葦、水蔥或者香蒲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，其特征在于，所述挺水植物的栽種密度為2?10株/m2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，其特征在于，所述填料(6)的成串長度在充分考慮填料所受浮力的情況下，設(shè)定為河道水深的1/3?1/2，但一般不超過1.2米，填料串上相鄰填料間距離設(shè)定為5?8cm，填料串密度為40?60 串 /m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能曝氣增氧-植物床載帶生物膜裝置，其特征在于，該裝置的直徑視河道斷面寬度而定，設(shè)置為河道斷面寬度的1/5?1/4，但一般最大不超過2米；在河道中相鄰兩裝置的間距為5?10米。
【文檔編號】C02F3/34GK203668098SQ201320895917
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】楊曉杰, 李檬, 吳卿, 席兆勝, 孫井梅 申請人:天津大學(xué)