CN104418427A - 一种水环境生态治理及修复系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水环境生态治理及修复系统，其包括太阳能水质检测控制器、气泵、纳米微孔陶瓷曝气器、水力推流器和生物格栅，所述太阳能水质检测控制器分别与气泵、纳米微孔陶瓷曝气器和生物格栅连接，气泵与纳米陶瓷曝气器连接，水力推流器设于纳米陶瓷曝气器上方，生物格栅设于水力推流器上方，生物格栅上方设有漂浮于水面的漂浮式生态浮床，纳米陶瓷曝气器分别与水力推流器、生物格栅和漂浮式生态浮床连接。本发明的水环境生态治理及修复系统实现智能化制动控制，安装及使用、管理均很方便，成本低、无噪音、治理高效。本发明采用的生物格栅和生态浮床上附着有高效无副作用的益生微生物菌群和辅酶，可分解水体中的富营养有机、无机污染源。

Description

一种水环境生态治理及修复系统及其应用

技术领域

 本发明涉及水体污染治理领域，尤其涉及一种水环境生态治理及修复系统及其应用。

背景技术

由于现阶段国内处于工业化、农业化、城镇化高速发展进程中，一般生活、生产及农牧种养殖业污染废水使用简易净化设施或没有通过净化直接排入处于地势最低处的河流、溪水、水库、湖泊，因此造成流域性水体富营养化面源性污染。      

目前国内城镇和新农村生活、生产污水收集管网与污水处理设施，暂时无法达到100%集中收集与集中处理。居民、集体、企业、社区没有可靠有效的生活、生产污水处理设施，因此从污染源头开始没有很好阻截生活、生产污水问题，从而无法解决污水排放问题，造成流经城镇的河流富营养化污染问题。如果长期河流污水问题得不到有效治理，必然严重危害地表水系、地下水系和自然环境及人体健康。

目前，为了治理修复河流、溪流、水库水源污染，采用截留和排干河床的方法。通过人工机械在河床、溪流、水库四周开挖过滤净化系统﹙长长的管网和处理设备机房﹚造成人力、物力资源浪费。由于维护运行成本高昂从而间接导致处理系统荒废；以及人为管理因素造成无法做到可靠、及时、有效、安全维护水环境。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可修复水体溶氧，增加水体循环及流动性，且采用生态化治理的水环境生态治理及修复系统及其应用。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：一种水环境生态治理及修复系统，其特征在于：其包括太阳能水质检测控制器、气泵、纳米微孔陶瓷曝气器、水力推流器和生物格栅，所述太阳能水质检测控制器分别与气泵、纳米微孔陶瓷曝气器和生物格栅连接，气泵通过输送管路与纳米陶瓷曝气器连接，纳米陶瓷曝气器设置于生物格栅基座底部，水力推流器设于纳米陶瓷曝气器上方，生物格栅设于水力推流器上方，生物格栅上方设有漂浮于水面的漂浮式生态浮床，纳米陶瓷曝气器分别与水力推流器、生物格栅和漂浮式生态浮床连接。

本发明的水环境生态治理及修复系统可应用于污染水体四周不具备构筑生态驳岸和人工湿地条件的景观水体环境中，具体的，可应用于城镇内河水体生态治理与修复净化。

本发明所述太阳能水质检测控制器由太阳能供电，同时为水力推流器提供电源。

本发明采用以上的系统，可提高水体溶氧，因富营养化水体一般都存在水体溶氧不足或处于缺氧状态，恢复缺氧水体溶氧量和增加水体流动性是解决富营养水体最根本的手段；本发明采用高效气泵输出高压空气，高压空气中的氧气经过纳米微孔陶瓷曝气器的隔水透气微孔产生一定量的细微高溶性泡沫，从而达到比传统曝气溶氧设备提高5-7倍效率﹙普通潜流曝气机只能提供8-12%溶氧效率﹚，本发明的纳米微孔陶瓷曝气器可以达到43-62%水体溶氧复氧效率；同时纳米微孔陶瓷曝气器上方的水力推流器可提高水体流动性，并对水体进行混合搅拌，扩大纳米微孔陶瓷曝气器的作业范围，从而提高本发明系统的作用效能，大大促进系统净化效率。水力推流器上方的生物格栅可实现生态化纵深式解决富营养化深层次污染治理与恢复，并且可从根本上提高生物格栅中的微生物菌群生化反应硝化分解水体内污染物5-7倍效能，彻底改善污染水体环境质量。最后在生物格栅上方即水体表面设置漂浮式生态浮床，解决部分表层水体和浅层水体富营养化污染及水面景观问题。

本发明的系统具有强力修复水体溶氧和封闭水体长期流动不足的问题，通过效仿自然‘流水不腐’生态湿地效应，达到水体循环自我净化的目的；通过生物格栅的吸附、过滤、沉淀作用分解水体富营养污染源；经过对系统各设备的有效组合与科学分布，通过吸收、阻截、过滤、沉淀、硝解、消减、消除并解决城市内河、人工湖、市政水源水库、溪流、景观水体各污染源排放口的污染源头治理与修复问题。对水环境生态治理及修复净化效率可以达到市场现有的15倍以上，同等治理与修复效果条件下运营成本可比传统的节约85-90%以上。

本发明所述生物格栅包括反应床，反应床两侧分别设有人工水草格栅，反应床和人工水草格栅上分别附着有益生微生物菌群和辅酶，益生微生物菌群与辅酶的硝化与反硝化作用实现短程硝化与反硝化，可分解水体富营养污染源，实现生态化纵深式解决富营养化深层次污染的治理与修复。

所述反应床由弹性填料、软性填料和生态棉制作的人工水草组成。

所述人工水草格栅由复合填料和生态棉制作的人工水草组成。

益生微生物菌群分别附着于反应床和工水草格栅形成生物菌膜，益生微生物菌群的根部吸收营养物质、减少底泥，进行微生物硝化降解。

所述辅酶包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维复合酶，从而可从水体底泥依次向上，到水中，甚至到水面生态分解富营养有机、无机污染源，实现生态化治理与修复水环境污染问题。

本发明所述漂浮式生态浮床上种植有挺水植物，挺水植物的根系附着有益生微生物菌群和辅酶。挺水植物不仅可解决水面景观问题，而且挺水植物的叶面通过光合作用，将产生的氧气通过根系输送到水体中，进一步提高水体的溶氧量，浸没于水体中的挺水植物根系可吸收部分水体富营养源，而吸附于挺水植物根系的益生微生物菌群可促进挺水植物根系吸收水体富营养源，同时，通过益生微生物菌群硝化分解等作用解决水体富营养污染问题，从而构成纵深式生态净化城市内河水体污染问题的解决。

所述纳米陶瓷曝气器输出端连接的输送管路上设有自动控制阀门，太阳能水质检测控制器根据检测缺氧水体的溶氧情况，控制自动控制阀门的开启与关闭，使该区域的缺氧水体得以溶氧活化。

所述太阳能水质检测控制器通过气源阀与生物格栅连接。活化区域的水体通过太阳能水质检测控制器对气源阀的控制，实现生物格栅上的益生微生物菌群成倍硝解水体富营养有机、无机污染源。

所述气泵为罗茨气泵，其工作效率高。

本发明所述的水环境生态治理及修复系统的应用，所述系统的应用包括以下步骤：

1）太阳能水质检测控制器实时检测水体中的溶氧量，当溶氧量不足时，控制气泵开启工作，气泵通过输送管路给纳米微孔陶瓷曝气器输送压力为0.05-0.12MPa的空气；

2）气泵输送的空气中的氧气进入纳米微孔陶瓷曝气器，并通过纳米微孔陶瓷曝气器的微孔挤出形成细微高溶性泡沫，纳米陶瓷曝气器将产生的细微高溶性泡沫分别输送至水力推流器、生物格栅和漂浮式生态浮床，细微高溶性泡沫分别作用于生物格栅和漂浮式生态浮床周围的水体，对水体进行高效接触溶氧和激活附着于生物格栅上的益生微生物菌群，增加水体的溶氧量和水体微生态平衡；

3）水力推流器通过混合搅拌力，使进入其内的细微高溶性泡沫进一步扩散于水力推流器周围的水体中，提高水体溶氧范围，增加水体溶氧量； 

4）经步骤3）增加溶氧量处理的水体进入设置在水力推流器上方的生物格栅，且形成阻截效应，延长细微高溶性泡沫与水体接触的时间；同时，进一步激活生物格栅上的益生微生物菌群，促进生化反应分解硝化水体污染物，附着于人工生物格栅上的辅酶辅助益生微生物菌群分解水体污染源；

5）设置于生物格栅上方的漂浮于水面的漂浮式生态浮床对水体进行进一步的吸收、硝化分解富营养物质。

本发明水环境生态治理及修复系统的有益效果为：

1、相对现有水环境的治理和修复过程需要开挖过滤净化系统及高昂维护运行成本，本发明的水环境生态治理及修复系统安装及使用、管理均很方便，成本低。

2、由于本发明采用太阳能水质检测控制器，实现智能化制动控制，当夜间或阴天，太阳能不足时，系统自动停止主动式治理与修复工况，进入被动式自净化治理与修复工况（附着于生物格栅上的菌群和附着于挺水植物根系的菌群自发进行净化治理），无需人工控制系统的开启及关闭，大大简化了系统的管理；同时，太阳能水质检测控制器的在线自动监测控制系统杜绝人为因素影响治理与修复效果。

3、由于本发明的纳米微孔陶瓷曝气器、水力推流器、生物格栅等均设置在水体内，因此没有噪音污染，同时也不会影响水体两岸的空间美观，只需安装气泵的空间即可，既便于系统维护又便于系统安装，既节约系统建设费用又节省系统建设时间。

4、由于本发明采用系统内再生循环生态净化技术并的设置高效的水力推流器，因此系统可以在高效运行的同时，比常规治理修复装置节约75-85%能耗，在同等治理效果下只需原来的10%费用即可，因此本发明的系统更可靠、更节能、更环保。

5、由于本发明采用太阳能为太阳能水质检测控制器提供电源，因此即使在水体异常情况下，太阳能水质检测控制器还能正常运行，正常检测水体水质情况和其他设备运行情况。

6、本发明采用的生物格栅上设有高效无副作用的益生微生物菌群和辅酶，可全方位分解水体中的富营养有机、无机污染源，实现生态化纵深式解决富营养化深层次污染的治理与恢复。

附图说明    下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明水环境生态治理及修复系统的结构示意图。

具体实施方式   下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，本发明一种水环境生态治理及修复系统，其包括太阳能水质检测控制器1、气泵2、纳米微孔陶瓷曝气器3、水力推流器4和生物格栅5，所述太阳能水质检测控制器1分别与气泵2、纳米微孔陶瓷曝气器3和生物格栅5连接，气泵2通过输送管路21与纳米陶瓷曝气器3连接，纳米陶瓷曝气器3设置于生物格栅5基座底部，水力推流器4设于纳米陶瓷曝气器3上方，生物格栅5设于水力推流器4上方生物格栅5上方设有漂浮于水面的漂浮式生态浮床6，纳米陶瓷曝气器3分别与水力推流器4、生物格栅5、漂浮式生态浮床6连接。

本发明的水环境生态治理及修复系统可应用于污染水体四周不具备构筑生态驳岸和人工湿地条件的景观水体环境中，具体的，可应用于城市内河水体生态治理与修复净化。

本发明将水力推流器4设置于纳米陶瓷曝气器3上方，经纳米陶瓷曝气器3产生的细微高溶性泡沫进行溶氧处理的水体进入水力推流器4，在水力推流器4中的主推流41与感应流42作用下，使高溶解氧的水体与周围水体进一步混合，从而促进周围水体流动循环和饱和溶氧达成自然界流水不腐自净效能目的。高溶氧水流作用上升，作用与设置在水力推流器4上方的生物格栅5，使附着于生物格栅5的益生菌群与辅酶生化分解效能得以迅速提高，使益生菌群活力提高5到7倍。

所述太阳能水质检测控制器1为水力推流器4提供电源。

本发明所述生物格栅5包括反应床51，反应床51两侧分别设有人工水草格栅52，反应床51和人工水草格栅52上分别附着有益生微生物菌群和辅酶，益生微生物菌群与辅酶的硝化与反硝化作用实现短程硝化与反硝化，可分解水体富营养污染源，实现生态化纵深式解决富营养化深层次污染的治理与恢复。

所述反应床51由弹性填料、软性填料和生态棉制作的人工水草组成。

所述人工水草格栅52由复合填料和生态棉制作的人工水草组成。

益生微生物菌群附着于反应床51和工水草格栅52形成生物菌膜，益生微生物菌群的根部吸收营养物质、减少底泥，进行微生物硝化降解。

所述辅酶即生物催化酶制剂包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维复合酶，从而可从底泥依次向上，到水中，甚至到水面生态分解富营养有机、无机污染源，实现生态化治理与修复水环境污染问题。

本发明所述漂浮式生态浮床6上种植有挺水植物7，挺水植物7的根系71附着有益生微生物菌群和辅酶。挺水植物7不仅可解决水面景观问题，而且挺水植物7的叶面通过光合作用，将产生的氧气通过根系71输送到水体中，进一步提高水体的溶氧量，浸没于水体中的挺水植物根系71也可吸收部分水体富营养源，而吸附于挺水植物根系71的益生微生物菌群可促进挺水植物根系71吸收水体富营养源，同时，经过益生微生物菌群硝化分解水体污染源从而构成纵深式生态净化城市内河水体。

所述纳米陶瓷曝气器3输出端连接的输送管路上设有自动控制阀门（图中未标出），太阳能水质检测控制器1根据检测缺氧水体的溶氧情况，控制自动控制阀门的开启与关闭，使该区域的缺氧水体得以溶氧活化。

所述太阳能水质检测控制器1通过气源阀（图中未标出）与生物格栅5连接。活化区域的水体通过太阳能水质检测控制器1对气源阀的控制，实现生物格栅5上的益生微生物菌群成倍硝解水体富营养有机、无机污染源。

所述气泵2为罗茨气泵，其工作效率高。

本发明太阳能水质检测控制器1检测水体中的溶氧与缺氧情况，控制纳米微孔陶瓷曝气器3连接的输送管路上的阀门的开启与关闭。

太阳能水质检测控制器1通过气源阀控制生物格栅5有氧、无氧生化反应。

本发明所述的水环境生态治理及修复系统的应用，所述系统的应用包括以下步骤：

1）太阳能水质检测控制器1实时检测水体中的溶氧量，当溶氧量不足时，控制气泵2开启工作，气泵2通过输送管路21给纳米微孔陶瓷曝气器3输送压力为0.05-0.12MPa的空气；

2）气泵输送的空气中的氧气进入纳米微孔陶瓷曝气器3，并通过纳米微孔陶瓷曝气器3的微孔挤出形成细微高溶性泡沫，该细微高溶性泡沫的溶氧量达到43-62%，相对普通曝气器提高5-7倍的效率（普通曝气器只能提供8-12%的溶氧效率）；纳米陶瓷曝气器3将产生的细微高溶性泡沫分别输送至水力推流器4、生物格栅5和漂浮式生态浮床6，细微高溶性泡沫分别作用于生物格栅5和漂浮式生态浮床6周围的水体，对水体进行高效接触溶氧和激活附着于生物格栅5上的益生微生物菌群，增加水体的溶氧量和水体微生态平衡；

3）水力推流器4通过混合搅拌力，使进入其内的细微高溶性泡沫进一步扩散于水力推流器4周围的水体中，因水力推流器4提高水体流动性和混合搅拌力，扩大了纳米微孔陶瓷曝气器3的作业范围，延长了细微高溶性泡沫与水体接触的时间，增加水力推流器4周围的水体溶氧量，进一步提高了水体的接触溶氧效能，从而提高系统作用面积效能，大大促进系统净化效率；

4）经步骤3）增加溶氧量处理的水体进入设置在水力推流器4上方的生物格栅5，且形成阻截效应，延长了细微高溶性泡沫与水体接触的时间；同时，激活生物格栅5上的益生微生物菌群，促进生化反应分解硝化水体污染物，附着于生物格栅5上的辅酶辅助分解水体污染源；

生态格栅5主体部分为反应床51，反应床51上附着的益生微生物菌群进行有氧硝化与缺氧反硝化生化分解水体富营养有机、无机污染物，进行高效的分解反应，实现生态化纵深式解决富营养化深层次污染水体的治理与恢复，并且可以根本上提高益生微生物菌群生化分解水体内污染物5-7倍效率，是彻底改善污染水体环境质量的重要手段之一；具生化效力的益生微生物菌群的反应床51与反应床51两侧具有吸附、截留、过滤、沉淀效能的人工水草格栅52交互作用，可以从根本上消解水体底部污泥、水体中悬浮、水面漂浮的富营养污染源；

5）设置于生物格栅5上方的漂浮于水面的漂浮式生态浮床6对水体进行进一步的吸收、硝化分解富营养物质。漂浮式生态浮床6上种植的挺水植物7不仅可解决水面景观问题，而且挺水植物7的叶面通过光合作用，将产生的氧气通过根系71输送到水体中，进一步提高水体的溶氧量，浸没于水体中的挺水植物根系71也可吸收部分水体富营养源，而吸附于挺水植物根系71的益生微生物菌群可促进挺水植物根系71吸收水体富营养源，同时，经过益生微生物菌群硝化分解水体污染源从而构成纵深式生态净化城市内河水体。

本发明在饱和溶氧水体初期上升区域设置有超高效的水力推流器4，在水力推流器4中的主推流41与感应流42作用下，使高溶解氧水体与周围水体进一步混合，从而促进周围水体流动循环和饱和溶氧达成自然界流水不腐自净效能目的。高溶氧水流作用上升，作用与设置在水力推流器4上方的生物格栅5，使附着于生物格栅5的益生菌群与辅酶生化分解效能得以迅速提高，使益生菌群活力提高5到7倍。

本发明中的纳米微孔陶瓷曝气器3模拟自然界叠泉曝气溶氧；通过浸没安装于生物格栅底部的纳米微孔陶瓷曝气器3，从而实现水体获取最高的溶氧效率，设置于纳米微孔陶瓷曝气器3上部的水力推流器4的运行可以进一步提升曝气溶氧效率并且扩展曝气溶氧范围；通过高效曝气溶氧的纳米微孔陶瓷曝气器3和水力推流器4的潜流推力作用于水体，从而促进作用范围水体循环对流，达成自然界流水不腐目标；通过曝气推流溶氧作用的高溶氧的水体激活生物格栅5上的益生微生物菌群，益生微生物菌群有氧硝化与缺氧反硝化生化分解水体富营养有机、无机污染物，具有生化效力的益生微生物菌群与辅酶与吸附、截留、过滤、沉淀效能的人工水草格栅52交互作用可以根本上消解水体底部污泥、水体中悬浮、水面漂浮富营养污染源；在生物格栅5上部水面设置漂浮式生态浮床6，生态浮床6上种植的挺水植物7的叶面光合作用，将产生的氧气通过根系71输送到水体中，进一步提高水体的溶氧量，浸没于水体中的挺水植物根系71也可吸收部分水体富营养源，而吸附于挺水植物根系71的益生微生物菌群可促进挺水植物根系71吸收水体富营养源，同时，经过益生微生物菌群硝化分解水体污染源从而构成纵深式生态净化城市内河水体。本发明系统的使用，可以高效、节能、环保地实现对水环境生态治理及修复，不用添加任何对水环境造成二次污染的絮凝剂、消毒等化学制剂。

Claims (10)

1.一种水环境生态治理及修复系统，其特征在于：其包括太阳能水质检测控制器、气泵、纳米微孔陶瓷曝气器、水力推流器和生物格栅，所述太阳能水质检测控制器分别与气泵、纳米微孔陶瓷曝气器和生物格栅连接，气泵通过输送管路与纳米陶瓷曝气器连接，纳米陶瓷曝气器设置于生物格栅基座底部，水力推流器设于纳米陶瓷曝气器上方，生物格栅设于水力推流器上方，生物格栅上方设有漂浮于水面的漂浮式生态浮床，纳米陶瓷曝气器分别与水力推流器、生物格栅和漂浮式生态浮床连接。

2.根据权利要求1所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述生物格栅包括反应床，反应床两侧分别设有人工水草格栅，反应床和人工水草格栅上分别附着有益生微生物菌群和辅酶。

3.根据权利要求2所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述反应床由弹性填料、软性填料和生态棉制作的人工水草组成。

4.根据权利要求2所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述人工水草格栅由复合填料和生态棉制作的人工水草组成。

5.根据权利要求2所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述辅酶包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维复合酶。

6.根据权利要求1所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述漂浮式生态浮床上种植有挺水植物，挺水植物的根系附着有益生微生物菌群和辅酶。

7.根据权利要求1所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述纳米陶瓷曝气器输出端连接的输送管路上设有自动控制阀门。

8.根据权利要求1所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述太阳能水质检测控制器通过气源阀与生物格栅连接。

9.根据权利要求1所述的水环境生态治理及修复系统，其特征在于：所述气泵为罗茨气泵。

10.根据权利要求1-9之一所述的水环境生态治理及修复系统的应用，其特征在于：所述系统的应用包括以下步骤：

1）太阳能水质检测控制器实时检测水体中的溶氧量，当溶氧量不足时，控制气泵开启工作，气泵通过输送管路给纳米微孔陶瓷曝气器输送压力为0.05-0.12MPa的空气；

2）气泵输送的空气中的氧气进入纳米微孔陶瓷曝气器，并通过纳米微孔陶瓷曝气器的微孔挤出形成细微高溶性泡沫，纳米陶瓷曝气器将产生的细微高溶性泡沫分别输送至水力推流器、生物格栅和漂浮式生态浮床，细微高溶性泡沫分别作用于生物格栅和漂浮式生态浮床周围的水体，对水体进行高效接触溶氧，增加水体的溶氧量；

3）水力推流器通过混合搅拌力，使进入其内的细微高溶性泡沫进一步扩散于水力推流器周围的水体中，提高水体溶氧范围； 

4）经步骤3）增加溶氧量处理的水体进入设置在水力推流器上方的生物格栅，且形成阻截效应，延长细微高溶性泡沫与水体接触的时间；同时，激活生物格栅上的益生微生物菌群，促进生化反应分解硝化水体污染物，附着于生物格栅上的辅酶辅助分解水体污染源；

5）设置于生物格栅上方的漂浮于水面的漂浮式生态浮床对水体进行进一步的吸收、硝化分解富营养物质。