CN100372786C - 水体原位修复生态反应器 - Google Patents

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Abstract

一种水体原位修复生态反应器，包括旋转植被基系统、旋转生物填料组件、风力驱动系统、水动生物膜旋转盘和基架。该发明利用风能、水能、太阳能和生物植物质能，在动态中对受损水体进行原位修复，不仅能够大幅度提高水体修复净化效率，而且还可以降低运行成本。

Description

水体原位修复生态反应器
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及受污染水体水质的修复，具体讲是提供一种水体原位修复生态反应器。
背景技术
随着我国工农业的迅速发展以及城市化进程的加快，工业废水、生活污水以及农业面源的排污量日益增加，大量的污染物随排放水体进入湖泊、河流和城镇用水水源，从而使我国地表水均受到了不同程度的污染，地表水体的富营养化问题日益严重，磷浓度的严重超标，已经对我国本来就已经贫乏的水资源造成了严重危害。一方面地表水体水质的不断下降或恶化，已经使城乡居民饮用水安全受到了威胁，工农业用水得不到保障；另一方面水生态环境功能不断下降，使水产养殖及水体景观旅游受到了严重的影响；第三方面是自然生态系统功能的严重失调造成了实难性的严重后果。泰晤士河一毛不拔，云南滇池的大规模治理等众多的国内外实例，均证明对地表水体的自然生态的肆意破坏其后果是极其严重的。为了尽量减轻污水排放对我国水资源水体造成的危害，自上世纪90年代以来，国家有关部门一方面开始限制污染源污水直接进入水体，尽量消减氮磷的排放量，另一方面采取多种措施对水资源水体进行修复。在近20年时间里我国已建成了数百座污水处理厂，这些污水处理厂在减轻污水对水环境的影响方面发挥了一定的积极作用，但对扼制水资源水体富营养化的进程并未收到预期的成效，分析其原因主要是污水处理厂处理工艺并不能有效控制氮磷的排放，其磷含量一般在0.8mg/L以上，根据有关实验研究表明，要想使水源水体脱离富营养化状态，就必须将外源磷负荷降低到0.1g/m2、a以下。为了达到这个目标，国内外有些专家建议在对污水进行一次处理基础上进行深度技术处理，进一步控制氮磷的排放量。这种建议尽管技术上是可行的，但对我国巨量污水全面进行深度技术处理，其工程设备投资及运行成本是发展中国家无力承担的。因此，采取多种措施对水资源水体进行修复显得更为切实可行。目前在国内外对水资源水体进行修复的技术主要有化学方法，物理处理方法和生物方法。三种方法相比较生物方法有着明显的优势，主要体现在污染物在原地被降解，修复时间短，投入及运行成本较少，不产生二次污染。生物修复技术被划分为原位微生物修复和异位生物修复两种，前者强调污染物存在的初始空间分布，后者则稍作迁移，处理过程中，后者有更多的人为调控和优化处理。生物修复的主要方法有：生物处理技术、生态处理法、人工湿地处理技术和土地处理技术等。这些技术方法虽然在改善水体水质方面都有一定的成效，但普遍存在着工程量大、生物量少，除去氮磷及有机物的能力低，单位面积修复效率低等问题。为了使水体修复技术有一个长足的发展，开发和研究新型水体修复技术具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对国内水体生物修复技术存在的问题，提出一种水体原位修复生态反应器，该反应器不仅可以利用风力、水能、太阳能和生物植物质能对受损水体进行原位修复，而且还可以大幅度提高水体修复净化效率，降低运行成本。
本发明的目的是这样实现的：在一个装置里，设置有旋转植被基系统、旋转生物填料组件、风力驱动系统、水动生物膜旋转盘和基架。旋转植被基系统是由植被基、水生植物和植被基框架所组成，其作用是培植水生植物，并通过光合作用和植物根系作用降解水中氮磷含量及有机物。旋转生物填料组件是由旋转平衡惯性轮、生物填料球和线绳所组成，其作用是培养繁殖微生物菌团，并通过微生物菌团降解水中的有机物。风力驱动系统是由风轮、风向调整器、齿轮所组成，其作用是利用风力使旋转植被基系统和旋转生物填料组件进行旋转，以便提高对水中氮磷及有机物的降解效率。水动生物膜旋转盘是由叶轮、生物膜圆环和旋转主轴所组成，其作用就是利用水流中的水能使生物膜圆环进行旋转曝气，并通过在生物膜圆环上大量繁殖的生物菌团对水中有机物进行降解。基架是由三角架、固定主轴和两个支柱所组成，其作用就是对旋转部件提供动态支撑，对各部件在水中的重力和浮力进行静平衡，以保证在各种情况下的正常工作。
本发明的工作原理是这样的：风力驱动系统在风力的作用下，使旋转植被基系统和旋转生物填料组件间断性的在水中旋转，目的是增加植物根系对水中氮磷的接触、捕获、吸收、降解的机率，提高生物菌团对水中有机物的接触、捕获降解的机率。水动生物膜旋转盘在水流的作用下，不断在水中旋转，使生物膜圆环不同位置交替周期地在空气中暴露，完成圆环上生物膜的曝气过程，使生物膜在不断繁殖中完成对水中有机物的降解。通过以上对水中氮磷和有机物的吸收降解，会使水中氮磷含量大幅度下降，从而达到修复水体的目的。
该发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。
该发明也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，在国内外，水体修复技术方法虽然在改善水体水质方面都有一定的成效，但由于在水中均为静态，普遍存在着工程量大、生物量少，除去氮磷及有机物的能力低，单位面积修复效率低等问题。该发明利用风能、水能、太阳能和生物植物质能，在动态中对受损水体进行原位修复，不仅能够大幅度提高水体修复净化效率，而且还可以降低运行成本。该发明和目前国内外普遍采用的水体修复技术方法相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。
该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：
(1)该发明应用生态学的基本原理，将富营养化水体作为营养液，采用水培技术栽培水生植物，通过太阳能光合作用，强化水生植物对营养液的吸收和转化，从而达到降解水中氮磷等含量的目的。
(2)该发明在修复水体富营化的同时，采用微生物对水中的有机物进行了高强度的降解清除，这对于水体的全面净化和修复具有十分重要的意义。
(3)该发明利用生物植物能、太阳能、风能和水能，在动态中完成对水体的修复净化，从而使单位面积的水体修复净化效率大幅提高。
(4)该发明对水体的修复和净化过程中，完全采用自然生态技术和方法，不会产生二次污染。
(5)该发明在改善水体水质的同时，也可以促进水域中生物多样性的恢复。
(6)该发明可以进行任意组合，可以配合水上园林艺术设计，形成美丽的水上景观。
(7)该发明可以广泛使用在受污染的水体中，对开放型水体如湖泊、水库、江河、鱼塘、喷泉和游泳池等水体水质改善具有显著的效果。
附图说明
图1是本发明一实施例立剖面图。
图2是图1中A向局部图。
图3是图1的俯视图。
图4是图3中B向局部放大图。
在图中，1.植被基框架2.植被基3.水生植物4.生物填料球5.线绳6.固定主轴7.固定主轴基础或立柱基础8.轴承9.轴承10.旋转平衡惯性轮11.空心轴12.风轮13.横杆14.帆板15.红旗16.水轮17.生物膜圆环18.轴19.轴承20.立柱21.下三角支架22.上三角支架23.立杆24.齿轮25.轴26.轴承27.轴承28.轴承29.轴30.轴承
具体实施方式
在图1中和图2中，植被基框架(1)是由玻璃钢制作而成，其作用就是对植被基(2)等部件起固定支撑作用。植被基(2)是由泥炭和纤维网组成，泥炭由纤维网包裹成圆柱状，用于栽培水生植物(3)。水生植物(3)为芦苇和香蒲等。生物填料球(4)由塑料制作而成，由多层球面嵌套在一起，各层球面均为蜂维状，目的是使大量的微生物团吸附在生物填料球(4)上。线绳(5)采用尼龙绳，将各生物填料球(4)串接在一起，并悬挂在旋转平衡惯性轮(10)下面平面上。固定主轴(6)是由钢管制作而成，固定在固定主基础(7)上。轴承(8)和轴承(9)分别安装布置在植被基框架(1)的端面处，其作用是使植被基框架(1)绕固定主轴(6)以较少摩擦力旋转。旋转平衡惯性轮(10)为圆形齿轮，和空心轴(11)连接在一起。空心轴(11)套装在固定主轴(6)外边，下端和植物基框架(1)连接固定在一起，当旋转平衡惯性轮(10)旋转时，通过空心轴(11)带动植物基框架(1)旋转。风轮(12)安装在轴(24)(见图3)的一端，当风轮(12)在风力的作用下旋转时，驱动轴(24)旋转。横杆(13)固定在风轮(12)的外壳上，在横杆(13)上，安装布置有2杆红旗(15)和2杆帆板(14)。红旗(15)和帆板(14)的作用是根据风向调整风轮(12)的位置，使风轮(12)进风面始终处在迎风位置。水轮(16)采用轴流水轮，和轴(18)通过平键连接固定在一起。水轮(16)和轴(18)在轴承(19)的动支撑下进行旋转。生物膜圆环(17)粘接固定在水轮(16)外壳上，可随水轮(16)一起旋转，生物膜圆环(17)为蜂窝孔状结构。立柱(20)由钢管制作而成，为两根，其底部通过立柱基础(7)固定在河床基础上。下三角架(21)是由角钢制作而成，分别和固定主轴(6)与两个立柱(20)连接固定在一起，从而形成一个由三个支点支撑的基座。上三角架(22)是由角钢制作而成，分别和两个立柱(20)、立杆(23)连接固定在一起。立杆(23)由钢管制作而成，上端和上三角架(22)连接固定在一起，下端和轴承(26)(见图4)连接作一起。
在图3和图4中，齿轮(24)通过平键和轴(25)连接固定在一起，当风轮(12)在风力的作用下旋转时，通过轴(25)带动齿轮(24)旋转。轴(25)由轴承(27)进行支撑，轴承(26)安装设置在轴承(27)的上部，立杆(23)由轴承(26)进行支撑。轴承(27)安装设置在轴承(28)的上部，轴承(28)外壳和轴承(27)外壳连接固定在一起。轴(29)在轴承(28)的支撑下旋转。轴(29)和旋转平衡惯性轮(10)固定连接在一起。轴承(30)安装布置在固定主轴(6)上，其外壳和空心轴(11)及旋转平衡惯性轮(10)连接固定在一起。当平衡惯性轮(10)在轴承(30)的支撑下绕固定主轴(6)旋转时，通过空心轴(11)驱动植被基框架(1)旋转。
在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种水体原位修复生态反应器，其特征在于该装置设置有：由植被基、植被基框架和水生植物所组成的旋转植被基系统，由旋转平衡惯性轮、生物填料球和线绳所组成的旋转生物填料组件，由风轮、风向调整器和齿轮所组成的风力驱动系统，由水轮、生物膜圆环和旋转主轴所组成的水动生物膜旋转盘，由三角架、固定主轴和两个立柱所组成的基架；风力驱动系统通过空心轴和旋转植被基系统连接在一起，旋转生物填料组件安装布置在旋转植被基系统上部，水动生物膜转盘和旋转植被基系统均通过轴承固定在基架上。
2.根据权利要求1所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于旋转植被基系统中的植被基由植被基框架固定支撑，植被基是由泥炭和纤维网所组成，泥炭由纤维网包裹成圆柱状，水生植物栽培在植被基中。
3.根据权利要求1所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于旋转生物填料组件中的生物填料球由线绳串联在一起，悬挂在旋转平衡惯性轮的下面。
4.根据权利要求1所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于风力驱动系统中的风向调整器和风轮外壳连接固定在一起，风轮和齿轮分别安装固定在同一轴的两端。
5.根据权利要求1所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于水动生物膜旋转盘中的水轮通过平键安装在旋转主轴上，生物膜圆环为蜂窝孔状结构，粘接固定在水轮的外壳上。
6.根据权利要求1所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于基架中的三角架分别和固定主轴及两个立杆连接固定在一起。
7.根据权利要求3所述的一种水体原位修复生态反应器，其特征在于生物填料球是由塑料制作而成，由多层球面嵌套在一起，各层球面均为蜂窝状。
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