CN102105410A

CN102105410A - 带有浮动水生植物过滤器的浮动单元和岛

Info

Publication number: CN102105410A
Application number: CN2008801304789A
Authority: CN
Inventors: V·J·托雷斯洪科; J·里斯科普里托; P·里斯科普里托
Original assignee: Macrofitas SL
Current assignee: Macrofitas SL
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2011-06-22
Also published as: BRPI0822351A2; EP2295382A1; ECSP10010628A; NI201000201A; AR071893A1; EP2295382A4; MA32318B1; TN2010000537A1; US20120012516A1; MX2010012591A; AP2010005471A0; WO2009141463A1; US8641893B2

Abstract

一种带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，该过滤器能够被安装到包含有要过滤的流体容积的腔中。该单元具有：在岛的外围和中心之间带有浮动水生植物过滤器（1）的层；支撑装置，其带有用于限定外围的外围结构化装置；用于限定框架的内部结构化装置；中心节点（10C）；外围连接装置（30P）；内部连接装置（30I）；中心浮动装置以及外围浮动装置。

Description

带有浮动水生植物过滤器的浮动单元和岛

技术领域

本发明涉及带有浮动水生植物过滤器的浮动单元。本发明还涉及通过若干单元组合形成的岛。

背景技术

本发明涉及生产浮动岛，该浮动岛作为自然生态系统在水表面上工作。申请人并不知道与本发明有关的在先知识。

发明内容

相比于基于水生植物的其它处理技术，浮动岛最大程度地利用浮动水生植物过滤器（FMF）的其中一个显著优势，因为水生植物的浮力允许浮动表面积并且在翘曲是耐磨损（加固的内部）并且耐用的（随着时间不会退化）时，结果证明在多年内是稳定的。

考虑到所述织物（根和根茎）连续地自我置换和更新，这使得形成岛的植物块体保持漂浮并且存活，就像它们生长在自然地面上那样。

本发明还涉及通过形成与外部水隔离的浮动水生植物岛/池塘来处理由铵、硝酸盐、有机物、重金属或其它污染物污染的广阔水域的工艺。来自于富含铵并且缺氧（低氧O₂含量）的冷底部（深水层）的水可被取用以将水传输到池塘中，从而由浮动水生植物的根系分配，这提供必要的氧以产生硝化并且之后将水回引到发生去硝化的缺氧区域，降低（reduction）BOD（生物氧需要量）；降低COD（化学氧需要量）；降低重金属和其它污染物质。

还可从表面层（温水层）取用水，以将硝化水输送到底部以便对其进行脱氮作用。

该岛/池塘可具有在上述水位上方的特别制备的表面，其允许在水生植物、避难所、歇靠位置/苗圃之间培养受保护和装饰性的植物物种，用于需要筑巢和繁殖的水生动物以及鸟类。

本发明的一个方面涉及带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其能够安装到包含要过滤的流体容积的腔中。所述单元包括：

在岛的外围与中心之间带有浮动水生植物过滤器的层，其能够过滤流动滤液；

支撑装置，其包括：

外围结构化装置，其包括能够限定周界的多个外围主梁；

内部结构化装置，其包括能够限定框架的多个径向主梁和内部主梁；

限定中心腔的中心节点，该中心腔包括多个中心连接装置，其可将中心节点与径向主梁的第一端部区段连接；

外围连接装置，其能够在每端处将外围主梁连接在一起以及将外围主梁在一端与径向主梁的第二端部区段连接；

内部连接装置，其能够在每端处将内部主梁连接、将内部主梁在一端与外围主梁在中间点处连接、以及将内部主梁在一端与径向主梁在中间点处连接；

浮动装置，其包括：

中心浮动装置，其包括被封闭在中心腔内部的多个中心浮动件；

外围浮动装置，其包括连接到外围主梁的多个外围浮动件。

浮动单元还可包括：

容纳装置，以限制位于单元下面的流体容积，其包括：

连接到外围主梁的防水片材；

入口装置，其能够接收流入物，即要过滤的流体流；

出口装置，其能够排放流出物，即过滤后的流体流；

入口管道装置，其连接到入口装置以引导流入物到防水片材内部；

出口管道装置，其连接到出口装置以引导流出物到防水片材外部；

排出装置，以驱动流入物、流动滤液和流出物；

出口管道装置能够将流出物引导到腔中的深水平。

入口管道装置能够将流入物引导到在腔的深水平与腔的表面水平之间的选定水平。

排出装置可位于外围连接装置处。

外围浮动件可以是在两端密封的聚乙烯管件。

中心浮动件可以是在两端密封的鼓。

浮动单元还包括用于将单元锚定到固定点的锚定装置。

浮动单元还包括接入装置，其限定用于将周界连接到中心的通路。

本发明的另一方面涉及一种岛，其可包括带有浮动水生植物过滤器的多个浮动单元。该岛可包括连接装置，其通过外围连接装置一个单元连接到另一个相邻单元。

附图说明

在下文中非常简要地描述一组附图，该组附图有助于更好地理解本发明并且特别地涉及作为本发明非限制性示例示出的所述发明的实施例。

图1是本发明的单元的平面图。

图2是本发明的单元的截面。

具体实施方式

蓄水的表现被分层成三层或者非常稳定，水的不同区域可以如下方式总结：

1. 具有氧（由于大气交换以及浮游植物的光合活性）的较温第一层或表面水平（温水层）；

2. 过渡中间层（变温层）；

3. 较低层或深、冷、以及缺氧（深水层）水平，在那里，减少的物种（例如铵，NH₄ ⁺的情形）占优势。

这些层不会混合并且保持独立。

正常情形允许采用在进水口所位于的贮存器底部处的15 mg/l的铵，NH₄ ⁺作为初始数据。

· 在深水层中的浓度为15 mg/l的NH₄ ⁺（贮存器底部）。

· 流率：10 l/s。

· 每天输入到岛中的水容积，86.4 m³/天。

· 水生植物的硝化能力：120 g/m²/天。

· 岛内根系所达到的深度，0.7 m。

· 对于该浓度，需要108 m²的流量。

· 岛内所包含水的容积，108 * 0.7 = 75.6 m³。

· 停留时间：75.6/86.4 = 0.875 天；池塘中的保留时间取决于此而可变化，泵流量和后者取决于污染物的类型和希望从其消除的百分比。

它将仅取决于泵排出能力。

· 水温度：15 ℃。

在下文列出一些设计规格。

为了实现移除氨氮（amoniacal nitrogen）化物的前提，使用具有厚度等于1 mm、柔性并且易于处理的聚乙烯（PE）片材，以将贮存器水中的根茎系隔离并且仅底部水传送到FMF。

在需要的情况下，防水片材可由空气或产品充气，从而使得其用作充气垫。

如果有必要使用土工织物（geo-textile）来加固防水片材，防水片材将被紧固到夹紧螺母并且它们被紧固到岛的外周边支撑件和/或岛栅格的单元结构，使得片材被加固在单元栅格内（如果必要的话），以将组件的动态需求传输给抵抗结构。

防水片材定位或延伸到岛/池塘的抵抗支撑结构下面，使得其形成池塘容器（catchall）的封闭件，从而将其紧固到为此目的制备的支撑件，由于FMF容器所包含的水与外部水的水平之间的高度差，从而该连接不会将主要结构力传输给该片材。

通过泵在池塘内部产生的作用，当FMF容器中的水高于或者低于贮存器中的水时，该片材通过压缩工作，因为这将水泵送到岛/池塘内部或者从其移除或者通过防水片材不具有足够的间隙以及水生植物作用于其上的水下部分。取决于在岛/池塘内部的水的水平相对于岛/池塘浮动的自由表面上的水的水平，出现三种情形。

A）岛/池塘内部的水高度大于贮存器的水的高度

防水片材可充气、或者可歇靠在形成浮动表面的另一防水片材上，在防水片材可由于其必须承受的重量而施加压力到浮动表面上时该浮动表面可支撑该防水片材，该重量由池塘中水与贮存器中水之间的高度差异引起。该片材是可充气的，或者片材相对于岛/池塘的表面的间隙允许片材与根茎系之间的距离变化，以便实现岛/池塘内部的水的净化，使得水从水生植物根茎和根系获得益处。

表面之间的差异使得能够获得在岛/池塘内足够容积的水，使得在其中产生预期处理。由此，根据设计规格实现处理系统的连续操作：

其中：V = S × h

V = 容积

S = 岛/池塘表面积

h = 深度

h = （SI – S）/P

其中：

SI = 片材表面积

P = 岛/池塘周长

其中水生植物保持以一定距离与片材附接或从片材分离，使得水下系统可处理岛/池塘内部的水。

B）由于将水从岛/池塘内部抽吸的泵送作用，贮存器中的水高于岛/池塘中的水高度

由于贮存器中的水压力，岛/池塘的防水片材被迫升高到该表面，直到其达到水生植物的水下部分为止；该水生植物安置在防水片材上，并且防止由传输到其的重量引起的升高，从而形成净化过滤器。

当净化过滤器未接触防水片材时，撑杆帽被装配到达到期望深度的池塘的结构上、或固定到密度比水大的材料上，从而防止防水片材升高，并且其将由允许岛/筏表面之间的间隙或差异的容积限定，并且防水片材的材料被放置在防水片材的顶部上。

岛/池塘的容积或深度通过控制定位在浮动结构底部上的片材，改变片材的密度或者片材相对于岛/池塘的表面的间隙来实现，使得其允许水下水生植物系统将其定位在相对于片材的设计位置，使得经过净化过滤器的水从水生植物根茎和根系受益。

池塘的抵抗结构以及防水片材（可充气或不可充气）的抵抗结构允许在湖岸上、在水中、或在深度区域进行构造和组装。

C）岛/池塘内部水的水平与外部的水的水平相同：

岛/池塘不具有封闭的周界。水直接接触水生植物净化过滤器。岛结构上的悬浮区域可放置在过滤器下面，该过滤器具有配备用于鱼类繁殖的表面。岛的锚定系统允许其被水表面替代，从而清扫预定区域并且处理水的表面层。

单元/岛结构的部件将在下文描述。

- 浮动基体结构：

初始浮动结构通过使用封闭或密封PVC或PE管件、或通过使用浮动的其它材料（例如，木头、聚乙烯）而形成，从而形成三角形或四边形或六边形或多边形轭具，只要其浮动并且分配或吸收张力即可，进而允许安装防水片材，不管在其下面是否采用土工织物加固。

该浮动结构通过使用将弯头、十字架、T形型材或专用配件连接梁、板材以及管件来实现。所需要的型材是内部封闭的，使得在发生破裂时，仅损坏的区段不被使用而浮动结构的其余部分不受影响，从而不将洪水传送到该结构的其余部分，并且其总是承受其自重以及包含在其内部的水的重量，该内部的水高度高于岛/池塘外部水。

封闭周界能够在水的外面，足够高使得在正常状况下如果需要的话，其防止外部水传送到岛/池塘的内部。封闭周界必须使得由内部水与外部水之间的高度差引起的力偏移。封闭周界容纳特定区域，例如流量管道，流量管道允许将外部水从贮存器底部输送到其内部或者从内部输送到岛/池塘的外部。

防水片材被紧固到岛/池塘的浮动外围结构，从而将其与外部水隔离。

在岛/池塘的封闭完成之后，岛/池塘可填充有水和防水片材，该防水片材是岛的基体，由于岛/池塘周界内的液压高度增加的作用，在内部水与外部水的水平之间的高度差增大之后，该片材将下沉。在该片材下沉到设计深度之后，可进行在岛/池塘对水生植物的植入。

片材的外围表面相对于岛的外围表面的间隙在沿着整个封闭周界为1.25 m长，以便使得能够将水生植物的根茎和根系安置到岛上，而不会通过歇靠或安置到片材上从而将大重量负载传输到该片材上。

在几何的正方形或六边形等等的岛结构的间隙中，如果需要的话，包括圣安德鲁十字架以分配并吸收横向力，该横向力出现在岛内部或通过风吹动的水或者通过维护活动或者通过动物来传输。表面繁殖区域通过夹子、夹紧螺母或其它连接装置被连接到浮动结构或连接到在圣安德鲁十字架处的加固装置，使得从而形成适用于繁殖的稳定表面。

- 防水片材。

防水片材将优选地由高度防水的材料（例如，PE）制成，该防水片材具有足够的厚度，不会被在其内部和外部上的水生植物、水或人类或动物活动所传输的动态作用撕开或刺穿。

防水片材到池塘边缘的连接通过焊接到或扎紧到管件或封闭周界来实现，使得该连接在水外面的位置，例如在PE ? 250管件的上部，并且留有沿着整个封闭周界1.25 m长的表面间隙。

- 池塘的边缘

当用土工织物和防水片材组装池塘的浮动结构之后，如果需要的话，可进行到使用PE ? 250波纹管件对封闭周界的组装。PE片材以其上部露出部分焊接到? 250封闭管件，其中焊接弧跨越一半的直径。一旦整个结构浮动了，然后可进行到使用六股PE绳索将抵抗结构扎紧到封闭周界管件，该绳索以不超过60 cm的距离通过间隙或PE管件通道。

- 锚定件

该锚定件具有海上锚定件的技术特征，其确保在底部锚定并且在升高时从底部释放。

该锚定件连接到线缆、绳索或链条，并且通过转环部件连接到浮动结构以防止与池塘的结构或者锚定件“弯曲”扭打。

锚定件由不会通过氧化或稀释来污染水的材料制成。

- 植入FMF。该类植物将是广泛存在于该区域或邻近流域的水生植物，使得其生物多样性形成自然河畔生态环境。

用水填充池塘，可进行到使用螺旋件和ASS（组件支撑结构）部件的技术来进行相同的植入。

- 确定本发明的动机。

- 水生植物在植物物种之中具有最大生物数量产率，达到每m²：小麦 2 kg，玉米 3 kg；水生植物的宽叶香蒲或香蒲产率为6 kg/m²并且可以3.7 – 5.8 g/m²/天来从水吸收硝酸盐，以满足其生物需要。

水生植物具有从与其叶子接触的空气喷射或传输氧并且将氧从水下部分驱出到水中、尤其通过其根茎系驱出到水中的属性，以防止其富营养化。

传输到水中的氧的量与水中存在的富营养化程度成比例。

基于该属性，确认的是，由湖泊或池塘中的水生植物实现并对比大于10年的去除率是在运河中实施的FMF中的17 g NH₄ ⁺/m²。

在安装到延长通风常规过滤器系统反应器中的FMF中，去除率相当高，超过大于120 g/m²/天（水生植物氧化铵、将其硝化并且在进入污水处理厂（WWTP）的缺氧区域时脱氮、将氮以其气态形式传输、以及将其逸出或释放到空气中）。

为了增加去除能力，因此有必要将含有铵的水传输通过FMF并且之后将其引导到缺氧区域中。

在隔离浮动岛上的FMF中实施的该操作是非常简单的。

- FMF中水的流量。

来自于FMF系统的水的入口流量（流入物）和出口流量（流出物）不同，这取决于水中溶解的氮的形式：

A）浅层或表面水，其中溶解的氮以氨基的形式：水通过池塘的边缘或通过底部进入FMF，并且其流出物经由泵送系统、将其引导并返回至深层（缺氧）区域中的贮存器中来实现。

有必要的是，FMF系统位于岛/池塘上。

B）用硝酸盐处理的深层水：流入物从深层区域取用并且被直接引导到浮动池塘：通过使用泵，其通过将铵氧化（硝化）的FMF，且流出的水通过使用来自于贮存器中水与池塘中的水的水平之间的静水力学高度差被引导回到底部，从而形成流入物入口形式，该流出物被引导到深层区域用于脱氮。

有必要的是，FMF系统位于岛/池塘上。

C）在深层和浅层区域中具有铵的水：在该情形中，FMF直接水洗或浸入到来自于贮存器的水中，从而其不具有在隔离池塘上的FMF；由风或池塘运动而在其锚定系统周围产生的表面漂流是产生流入物和流出物效果的表面漂流。

该岛不必为池塘，其中其流入物和流出物的泵送和引导也不是必要的。

- 通过岛/池塘的处理过程是自我维持的。

- 仅水排出泵消耗能量并且这可将其自身从安装到实际岛/池塘或到其外围的太阳能面板输送。

该泵通过笼子被保护，以防止其被容易地移除。

泵及其保护装置是水下的并且由合适浮动件支撑，该浮动件以其自身被安装到岛/池塘的边缘上或安装到其内部。

使用柔性、水密封并且浮动的管件来实施电力线缆的引导。

电力线缆被加固“以对抗啮齿目动物”。

电力面板制备成处理洪水，具有断路器、热保护装置、发动机保护装置、电涌保护装置以及现场需要的保护装置的类型。

为了更好地便于实施，贮存器中存在的任何封闭壳体也能够被使用并且试图将FMF以与在池塘上所实施的相同方式植入到其上，即，不需要例如浮动分离岛的复杂浮动结构，但是利用壳体的天然封闭并且仅将FMF封闭在一侧以防止其离开封闭区域，从而使得要被处理的水从其通过。

由此，其植入有ASS螺旋结构以及侧向固定在开通到贮存器其余部分的区域中。这极大地简化了其实施方式，并且构造成本节约允许投资以m²计安装的更大预算，以便在硝化过程中实现更优的结果。对于3000 m²的估计表面积，并且采用在具有缺氧区域的处理工厂中延长通风获得的去除的数据，得到120 g/m²/天的下降，且通过使用传输大约10 l/s左右（36 m³/小时 – 864 m³/小时）的泵，期望硝化程度是：

- 864000 l/天×15 mg/l NH₄ ⁺ = 0.015×864000 = 12.960 g NH₄ ⁺ /天

- 消除率：3000 m²×120 g NH₄ ⁺/m² = 360000 g/天

本发明的一个实施例涉及一种带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，该过滤器能够安装在包含要过滤的流体容积的腔中。该单元包括：

在岛的周界与中心之间具有浮动水生植物过滤器1的层，其可过滤流动滤液（filtration）；

支撑装置，其包括：

外围结构化装置，其包括能够限定周界的多个外围主梁10P；

内部结构化装置，其包括能够限定框架的多个径向主梁10R和内部主梁10I；

限定中心腔的中心节点10C，该中心腔包括多个中心连接装置30C，其可将中心节点10C与径向主梁10R的第一端部区段连接；

外围连接装置30P，其可在每端处将外围主梁10P连接在一起以及将外围主梁10P在一端与径向主梁10R的第二区段连接；

内部连接装置30I，其能够在每端处将内部主梁10I连接在一起、将内部主梁10I在一端与外围主梁10P在中间点处连接、以及将内部主梁10I在一端与径向主梁10R在中间点处连接；浮动装置，其包括：

中心浮动装置，其包括被封闭在中心腔内部的多个中心浮动件20C；

外围浮动装置，其包括连接到外围主梁10P的多个外围浮动件20P。

浮动单元还包括：

容纳装置，以限制位于单元下面的流体容积，其包括：

连接到外围主梁10P的防水片材40；

入口装置40E，其能够接收流入物，即要过滤的流体流；

出口装置40S，其能够排放流出物，即过滤后的流体流Qs；

入口管道装置41E，其连接到入口装置40E以引导流入物Qe到防水层40内部；

出口管道装置41S，其连接到出口装置40S以引导流出物Qs到防水片材40外部；

排出装置42，以驱动流入物流Qe、流动滤液Qf和流出物Qs；

出口管道装置41S能够将流出物Qs引导到腔中的深水平。

入口管道装置41E能够将流入物Qe引导到在腔的深水平与腔的表面水平之间的选定水平。

排出装置42位于外围连接装置30P处。

外围浮动件20P是在两端密封的聚乙烯管件。

中心浮动件20C是在两端密封的鼓。浮动单元还包括用于将单元锚定到固定点的锚定装置110。

浮动单元还包括接入（access）装置110，其限定用于将周界连接到中心的通路。

本发明的另一实施例涉及一种岛，其包括具有浮动水生植物过滤器的多个浮动单元。该岛包括连接装置30X，其通过外围连接装置30P将一个单元连接到另一个相邻单元。

Claims

1. 一种带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，所述过滤器能够安装到包含要过滤的流体容积的腔中，其特征在于，所述浮动单元包括：

在岛的周界与中心之间具有浮动水生植物过滤器（1）的层，所述过滤器能够过滤流动滤液（Qf）；

支撑装置，其包括：

外围结构化装置，其包括能够限定周界的多个外围主梁（10P）；

内部结构化装置，其包括能够限定框架的多个径向主梁（10R）和内部主梁（10I）；

限定中心腔的中心节点（10C），所述中心腔包括多个中心连接装置（30C），其能够将中心节点（10C）与径向主梁（10R）的第一端部区段连接；

外围连接装置（30P），其能够在每端处将外围主梁（10P）连接在一起、将外围主梁（10P）在一端与径向主梁（10R）的第二端部区段连接；

内部连接装置（30I），其能够在每端处将内部主梁（10I）连接在一起、将内部主梁（10I）在一端与外围主梁（10P）在中间点连接、以及将内部主梁（10I）在一端与径向主梁（10R）在中间点连接；浮动装置，其包括：

中心浮动装置，其包括被封闭在中心腔内的多个中心浮动件（20C）；

外围浮动装置，其包括连接到外围主梁（10P）的多个外围浮动件（20P）。

2. 根据权利要求1所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，所述浮动单元还包括：

容纳装置，其限制位于所述单元下面的流体容积，包括：

连接到外围主梁（10P）的防水片材（40）；

入口装置（40E），其能够接收流入物，即要过滤的流体流（Qe）；出口装置（40S），其能够排放流出物，即过滤后的流体流（Qs）；

入口管道装置（41E），其连接到入口装置（40E）以引导流入物（Qe）到防水片材（40）内部；

出口管道装置（41S），其连接到出口装置（40S）以引导流出物体（Qs）到防水片材（40）外部；

排出装置（42），以驱动流入物（Qe）、流动滤液（Qf）和流出物（Qs）。

3. 根据权利要求2所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，出口管道装置（41S）可将流出物（Qs）引导到腔中的深水平。

4. 根据权利要求2-3中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，入口管道装置（41E）能够将流入物（Qe）引导到在腔的深水平与腔的表面水平之间的选定水平。

5. 根据权利要求2-4中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，排出装置（42）位于外围连接装置（30P）处。

6. 根据权利要求1-5中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，外围浮动件（20P）是在两端密封的聚乙烯管件。

7. 根据权利要求1-6中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，中心浮动件（20C）是在两端密封的鼓。

8. 根据权利要求1-7中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，所述浮动单元还包括用于将该单元锚定到固定点的锚定装置（110）。

9. 根据权利要求1-8中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，所述浮动单元还包括接入装置（110），其限定用于将外围连接到中心的通路。

10. 一种岛，其带有多个根据权利要求1-9中任一项所述的带有浮动水生植物过滤器的浮动单元，其特征在于，所述岛包括连接装置（30X），其通过外围连接装置（30P）将一个单元连接到另一个相邻单元。