CN101175699A - 小河流水质净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小河流水质净化装置,其由坑型槽和曝气单元构成,上述坑型槽设置在河流的流道上,并且宽度在河流流水的有效宽度的1/2以上,深度为使得在河床处具有2m以上的水深,长度为使河流水的平均滞留时间在10分钟以上;上述曝气单元安装在上述槽中,该曝气单元在对流入到该槽中的河流水进行曝气的同时使该河流水形成漩涡。本发明的河流水质净化装置中,除了安装在坑型槽中的曝气装置和向该曝气装置提供加压空气的配管之外,几乎没有工作机械机构,除了生成加压空气的鼓风机之外,几乎不耗费公用工程费用和药品费用,并且由于利用鼓风机形成漩涡,完全不会在坑底堆积沙土,而且只要定期在洪水之后除去岩石的堆积即可等,维修维护费用低廉。
Description
技术领域
本发明涉及小河流水质净化装置,特别涉及在流道上处理都市小河流的水质的装置。
背景技术
由于人口集中与城市化进程,城市河流因污染的加重,不但无法作为饮用水水源发挥作用,连服务于其他用途也不可能,而沦为城市的污染排出口。下水通过下水管道的配备而分流向截水管,与河流水分开地被转移到下水终端处理厂,在经过处理后放出。因而虽然看上去河流水不会暴露于另一种大规模污染源,但由于下水管道的错误连接而导致的下水的流入、生活下水的流入和被污染的地表水的流入,污染物的肆意抛弃以及由地表面的混凝土化造成的雨水集中排水所导致的河流的干涸等,城市河流会引发水质变差从而丧失其自净化功能。引发城市河流的水质恶化,是因为流量的减少、河流维护导致的岸边地带减少、流道减少和污染的加重,而超过了自净化作用的极限。由于城市河流作为数万或者数十万人口所接触的环境,因而为了满足市民对于舒适环境的需求、有效地利用水资源,要继续努力将水质改善为较高的水平。
河流的水质还能够以DO(Dissolved Oxygen:溶解氧)、BOD(Biochemical Oxygen Demand:生化需氧量)、COD(Chemical OxygenDemand:化学需氧量)等生物化学方法为基准进行判定,也可以通过栖息的生物(指标生物)来判定水质等级。河流水中BOD和COD越增加,耗氧量越急剧增加,因而溶解氧(DO)的量急剧减少,从而使河流丧失了自净化能力。丧失了自净化能力的河流不仅会弥漫臭味,还会限制生物的栖息。城市河流丧失了自净化能力,不仅变成4、5等级以上,而且有时还达到等级制之外的BOD、COD为几十ppm。如果这种河流不在防止污染源流入的同时进行特别的处理,其水质就不会恢复。
对于河流、特别是城市河流的水质改善,具有如下几个必须考虑的要点。
第一,必须是能够通过水质改善的目的来兼顾生物生态环境的方法。如果妨碍了栖息于河流中的生物、例如鱼类的栖息、逆流而上和顺流而下这样的栖息条件,则会导致目的与手段颠倒的结果,因而不可取。
第二,基于通过使设施密集来有效利用空间的目的,城市河流通过河岸修筑等河流修缮而极度限制了能够设置水质净化设备的闲置空间。
第三,必须是具有这样的耐久形的结构:即使在降雨导致水量激增进而出现洪水等状况下,也能保全设备,能够容易地进行修复。
第四,由于河流的水质改善可以直接计算出的经济效果少,因而如果设置费用和维护费用耗费较多则难以为之。
第五,必须是最小限度地改变河流的流道,设备不会较大程度地破坏自然河流的外观,而且同时要有效果。
现有的河流水质改善方法中,挑选现有的污水处理方式来进行应用的方法成为主流。在日本专利公开第7000983A2号中公开了这样的方法:通过河流的水处理方法排列各种容器,以与一般的污水处理工序相同的方法处理被污染了的河流水。这种处理方法需要建造独立的大规模水处理厂,设施费用和运转费用昂贵,且直接存在大规模处理厂所具有的问题点。在日本专利公开第61230787A2号中公开了这样的方法:形成改变河流的水流的结构物,通过封闭在结构物中的陶瓷微粒来处理河流水。并且在日本专利公开第7016586A2号中公开了通过多孔性微粒性物质来净化河流水等的方法。根据这种技术,当水量急剧增加时,装置和装备等流失的可能性极大,并没有针对于此的根本性对策。作为使用最广泛的方法具有这样的技术:使用曝气或者非曝气方式的固定床接触介质的例如沙砾接触氧化法。但这种方法的流道阻力较大,为了获得充分的接触,必须设置挡板或者使设置槽很长。在暴雨时,由于沙土会堵塞沙砾间的孔隙,并且曝气也由于介质的阻力而并不顺畅。关于包含使用其他接触介质的方法在内的污水处理引用方式不过是在实验室内尝试应用于河流水试样,而在此基础上没有可实质应用的手段。不仅如此,鱼类无法通过包含这种固定床接触介质的处理设施。究其原因,这是接触氧化方式是以处理水与接触介质之间的不存在间隙的接触为必要条件所致。
在现有的河流水质改善方法中此外还具有这样的方法:在可能的范围内尽量使河流维持为接近自然状态,利用其自净化功能来改善水质。例如调整河床的高低来形成急流或者小瀑布等来增加溶解氧量,以提高河流的自净化作用。虽然可以通过瀑布那样的漩涡的形成来促进河流水的溶解氧的增加,但由于河流的河床的倾斜程度已经确定,所以若要在一个区间内形成急流或者瀑布,则其周围区间的流速会变缓,会产生水量增加的区域,急流或者瀑布区间不过是在长几秒至几分钟的期间里通过形成漩涡来增加与空气的接触,所以并非很有效果。另外,虽然接近自然状态,但由于暴雨所致的堆积和流失,容易被破坏,损毁的可能性大。或者是这样的方式:通过在水生植物和岸边植物地带进行建造,利用植物的呼吸作用增加河流的溶解氧,提高自净化作用的方式。但这种方法为了获得能应用于河流的维护事业的足够效果,不能确保该效果所需的较宽广的用地,由于暴雨等导致流失的可能性较大。
之外的技术还具有集水井方式。其结构为在河流底部的地下配置筛管,将河流地下水集中到集水井中,并通过泵将其放出到河流中。除了利用河流地下水之外,是一种将河床的土层用作过滤床的概念,但是被切断了空气供给和光的土层无法持续地用作过滤床是显而易见的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种河流水质净化装置,其在有效的同时,不会妨碍鱼类的栖息、逆流而上和顺流而下这样的生物的栖息条件,既不需要较多另外的用地,工作部位也较少,结构简单,而且在严酷的自然环境下也具有耐久性,设置费用和维护费用较少,并且不会较大程度地破坏自然河流的外观。
本发明的另一目的在于提供一种能够把低级水的河流水质改善为较高的3级水以上的水质的河流水质净化装置。
本发明提供一种小河流水质净化装置,该小河流水质净化装置由坑型槽和曝气单元构成,上述坑型槽设置在河流的流道上,上述曝气单元安装在上述槽中,该曝气单元在对流入到该槽中的河流水进行曝气的同时使该河流水形成漩涡。
本发明提供一种小河流水质净化装置,优选的是:该小河流水质净化装置由坑型槽和曝气单元构成,上述坑型槽设置在河流的流道上,上述坑形槽的宽度在河流流水的有效宽度的1/2以上,深度为使得在河床处具有2m以上的水深,长度为使河流水的平均滞留时间在10分钟以上,上述曝气单元安装在上述槽中,该曝气单元在对流入到该槽中的河流水进行曝气的同时使该河流水形成漩涡。
上述曝气单元优选的是:由曝气机、配管和加压空气供给源构成,上述曝气机配置在上述坑型槽的底部附近,上述配管与上述曝气机连接在一起,上述加压空气供给源通过上述配管对上述曝气机提供加压空气。
本发明的小河流水质净化装置优选应用于城市河流,但也能直接应用于丧失了自净化能力的一般河流。本发明的坑型槽最优选的是:宽度在河流流水的有效宽度的2/3以上,深度为在河床处具有3~5m的水深,长度为使河流水的平均滞留时间在30分钟以上。典型的城市河流例如水深为几十厘米、流速为每分钟数米、河流宽度为几十米。如果假定河流的平均水深为20cm、流速为每分钟5m、河流宽度为30m,若使平均滞留时间为1小时、设槽的水深为4m,则上述坑型槽的大小为30m*15m*4m的大小。
上述坑型槽一般由前壁、后壁、侧壁与底部构成。河流水在上述坑型槽中的流入和流出是通过河流的流水来进行的,而不是使用抽吸单元进行。上述坑型槽如果调节前壁与后壁的高度使它们与河床的倾斜程度相同,则通过河床的倾斜,流入部和流出部能够形成小的瀑布,或与河床的高度相同。上述坑型槽优选的是设置在河床倾斜较缓的地带,减小了现有河床与前壁和后壁的高低差,使得流入部和流出部的水流变缓从而允许水生生物的逆流而上以及顺流而下。
将曝气机配置成上述坑型槽中的曝气使得流入的河流水形成上下方向的漩涡,使流入水不会马上流出。优选的是:上述曝气机在上述坑型槽的底部在河流的流动方向上配置有多列,从而形成多个上下方向的漩涡。曝气单元把鼓风机或者压缩机那样的空气产生源直接供给、或者填充到罐内然后通过配管供给至设置于坑型槽底部附近的曝气装置。曝气装置可以构成为多孔性板或者盘式等那样的气体扩散管或喷气嘴的形式。其形式没有特别的限制。在曝气装置是形成在设置于上述坑型槽中的配管上的单纯的孔、或者配管是卷线而形成的筛管的情况下,有时是网筛。
为了使堆积在上述坑型槽的后壁的附近部分或者后壁倾斜部分的微粒分散到漩涡地带,可以安装喷射器或喷气嘴或者喷水管,并使它们间歇性地工作。虽然河流水在上述坑型槽中的流入或者流出基本上不使用泵,但为了在维护时进行排水,可以设置与泵连接的配管。
本发明中没有对上述坑型槽进行特别的限制,但是在施工方面以及耐久性方面,优选包括上述前壁和后壁在内特别是壁由混凝土槽制造。虽然底部一般也是不透性混凝土,但也可以是具有透水性的底部结构,使河流地下水能够流入。为了防止岩石和石头等具有较大重量的物质流入,可以在上述坑型槽的前壁上部在不会较大程度地妨碍流道的程度下设置网筛,但并不特别推荐这样做。上述坑型槽可以形成为后壁从垂直倾斜60度以下、优选倾斜15度到45度。在上述坑型槽的后壁附近不在槽的底部配置曝气槽,降低曝气强度,或者通过后壁的倾斜使得漩涡在后壁倾斜部变缓,通过漩涡而悬浮的微粒沉淀并沿着壁面混入到漩涡部中,可以把坑型槽内的浮游微粒(主要是沙子)维持为一定水准。可以在上述坑型槽的后壁附近的底部具有使微粒能够集中的沉淀槽。在该沉淀槽中设置泵配管,通过泵或者喷射器间歇地吸入沉淀微粒将其送出到漩涡地带,或者可以通过泵吸入微粒进行分离。在其他的方法中,可在上述坑型槽的下游设置微粒沉淀用的独立的斗型坑,使用泵通过连接配管将所沉淀的微粒返还到上述坑型槽中,或定期地进行疏浚。上述泵优选沿着在坑型槽的后壁上部建造的桥的导向件移动,并吸入堆积在沉淀槽中的微粒以进行分离。回收到的微粒可以临时堆积在河流边上进行其他处理,或者返还到上述坑型槽的前半部分作为流动性介质使用。
还可以把流动状的接触介质装到本发明的坑型槽中。上述流动状的接触介质优选是可以在漩涡区域悬浮、在漩涡缓和区域沉淀的微粒型接触介质。该接触介质可以使用多孔性天然或人造型的陶瓷微粒、或者是矿物微粒例如素瓷球、或者沸石微粒。本发明所用的流动状的接触介质优选为非消耗性且不会流失的程度的具有较高比重的介质。另外,本发明中还可以使用沙子那样的重量大的微粒。由于这种重量大的微粒可以在漩涡缓和地带沉淀而进行回收,所以只要提供损失的量即可。
本发明的小河流水质净化装置的效果如下:
i由于设置在小河流的河床上,所以无需附加的大规模的空间。
ii除了安装在坑型槽中的曝气装置和向该曝气装置提供加压空气的配管之外,几乎没有工作机械机构,除了生成加压空气的鼓风机之外,几乎不耗费公用工程费用和药品费用,并且由于利用鼓风机形成漩涡,完全不会在坑底堆积沙土,只要定期在洪水之后除去岩石的堆积即可等等,维修维护费用十分低廉。
iii不会较大程度地改变河流外观,不会危害包括鱼类在内的河流栖息生物的栖息、逆流而上和顺流而下以及栖息环境,具有自然亲和力。
附图说明
图1是概括说明本发明的一个实施方式的侧视剖面图。
图2是概括说明本发明的另一实施方式的侧视剖面图。
图3是概括说明本发明的又一实施方式的侧视剖面图。
图4是概括说明本发明的再一实施方式的侧视剖面图。
图5是概括说明本发明的其他实施方式的侧视剖面图。
标号说明
1:河床的倾斜面;2:水面;10:坑型槽;20:曝气单元;21:鼓风机;22:曝气装置。
具体实施方式
根据下面的附图补充说明本发明的实施方式。
图1是概括说明本发明的一个实施方式的侧视剖面图,上述坑型槽(10)如果调节前壁与后壁的高度使它们与河床(1)的倾斜程度相同,则通过河床(1)的倾斜,能够在流入部形成小的瀑布,在流出部为与河床的高度相同的高度。将曝气机(22)配置成上述坑型槽中的曝气使得流入河流水形成上下方向的漩涡,使流入水不会马上流出。优选的是:上述曝气机在上述坑型槽的底部在河流的宽度方向上配置有多列,从而形成多个上下方向的漩涡。曝气单元(20)把鼓风机或者压缩机那样的空气产生源(21)直接供给、或者填充到罐内然后通过配管供给至设置于坑型槽底部附近的曝气装置(22)。曝气装置可以构成为多孔性板或者盘式等那样的气体扩散管或喷气嘴的形式。
图2是概括说明本发明的另一实施方式的侧视剖面图,上述坑型槽(10)的后壁的壁部从垂直向流道方向倾斜。在上述坑型槽的后壁附近,不在槽的底部配置曝气槽,降低曝气强度,使得漩涡变缓,通过漩涡悬浮的微粒沉淀,并沿着壁面混入到漩涡部中,从而能够把坑型槽内的浮游微粒(主要是沙子)维持为一定的水准。图3表示这样的坑型槽(10):具有使所堆积的微粒分散的单元。为了将堆积在上述坑型槽的后半部分的微粒分散到漩涡地带,可以把喷射器或喷气嘴(25)或者喷水管安装成朝下或者朝前方,并使它们间歇性地工作。
图4和图5表示在坑型槽(10)的临近后壁处的底部设置了沉淀槽(15)的结构。在图4中,在沉淀槽(15)中设置喷射器(27),把所集中的微粒送出到坑型槽的前半部分。在图5中,通过泵(30)经由吸管(31)吸入集中于沉淀槽(15)的微粒,并使经过过滤的水通过排出管(32)流出,上述泵(30)沿着建造于坑型槽的后壁上部的桥(40)的导轨(42)移动。可以把回收到的微粒临时堆积在河流边上,或将其返还到坑型槽(10)的前半部分。
Claims (16)
1.一种小河流水质净化装置,其特征在于,
该小河流水质净化装置由坑型槽和曝气单元构成,上述坑型槽设置在河流的流道上,上述曝气单元安装在上述槽中,该曝气单元在对流入到该槽中的河流水进行曝气的同时使该河流水形成漩涡。
2.根据权利要求1所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽的宽度在河流流水的有效宽度的1/2以上,深度为使得在河床处具有2m以上的水深,长度为使河流水的平均滞留时间在10分钟以上。
3.根据权利要求2所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽的长度为使河流水的平均滞留时间在30分钟以上。
4.根据权利要求3所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述曝气单元由曝气机、配管和加压空气供给源构成,上述曝气机配置在上述坑型槽的底部附近,上述配管与上述曝气机连接在一起,上述加压空气供给源通过上述配管对上述曝气机提供加压空气。
5.根据权利要求4所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
河流水在上述坑型槽中的流入和流出是通过河流的流水来进行的,而不是使用抽吸单元来进行。
6.根据权利要求5所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
该小河流水质净化装置允许水生生物通过上述坑型槽逆流而上或者顺流而下。
7.根据权利要求6所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽的前壁和后壁减小与现有河床的高低差,使得上述坑型槽的流入部和流出部为使水的流动顺畅的程度,或者为形成小瀑布的程度。
8.根据权利要求7所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽设置在河床倾斜较缓的地带。
9.根据权利要求8所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述曝气机以多列配置在河流的流动方向上,从而形成多个漩涡。
10.根据权利要求9所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述后壁的全部或者一部分从垂直向流道方向倾斜。
11.根据权利要求10所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽的后壁从垂直向流道方向倾斜60度以下。
12.根据权利要求11所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述坑型槽的后壁从垂直向流道方向倾斜15度~45度。
13.根据权利要求12所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
该小河流水质净化装置在上述坑型槽的后壁附近的底部形成有沉淀槽,该沉淀槽收集所沉淀的微粒。
14.根据权利要求13所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
通过泵、喷气嘴或者喷射器吸入收集在上述沉淀槽中的微粒。
15.根据权利要求14所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述泵沿着设置在上述坑型槽的后壁上的导轨移动,并且吸入收集在沉淀槽中的微粒以将其除去。
16.根据权利要求15所述的小河流水质净化装置,其特征在于,
上述通过吸入而除去的微粒被投放到上述坑型槽的前半部分中。
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