CN105130004B - 一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：包括硬质防渗层、天沟、光催化透水墙、净化沟、水生植物、紫外光装置和抽水装置。所述硬质防渗层铺设于护岸表层，呈台阶形，顶部设置有天沟，每一级台阶上均设置有光催化透水墙和净化沟；所述光催化透水墙为中空多孔结构，内外表面均涂覆有光催化膜，透水墙内部插有若干根侧光光纤，侧光光纤还与紫外线灯箱连接；所述水生植物种植于净化沟内，净化沟与光催化透水墙之间还设置有缓冲槽；所述上水管的上端开口于天沟内，下端与抽水泵连接，抽水泵安装于渠床上。本发明优点：采用生物净化和光催化降解耦合互补型净化方式，可有效的降低水体中的各类污染物浓度，提高水质净化效率。

Description

一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸

技术领域

本发明涉及一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，属于水环境治理与保护技术领域。

背景技术

生态护岸是一种综合了工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科，由护岸工程和植物组成的综合护岸系统。通过在边坡上种植植物，利用植物根系及其表面的活性生物膜对水体中的氮、磷等营养物质进行截留和固定，并将污染物进行分解代谢成为无害物质重新释放到水中，从而实现水质净化的目的。

随着世界工业化的飞速发展和农业集约化程度的进一步提高，污染物的形成方式及来源越来越多，水体中溶解或悬浮的污染物种类也日趋多样化和复杂化。传统的生物净化技术中植物具有选择性吸收的特点，同时微生物可分解代谢的污染物种类也非常有限，对污染物的适应性差，尤其对于一些工业污水中的难降解物质和生物毒性较强的物质，不但难以去除，而且还会危害到植物及微生物的生存，因此其应用场合及净化效率受到了极大的限制。

光催化技术从上世纪七十年代被研究发现以来被人们广泛关注，并制备出了以TiO₂为代表的一系列光催化材料。纳米TiO₂粉末具有化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶于水和无毒性等优点，水体中一些难以降解的化合物在光辐射条件下，可以通过TiO₂的光催化作用降解为H₂O和CO₂，尤其是对水中难降解的有机污染物具有很好的去除效力，因此 TiO₂纳米光催化降解法是一种极具应用前景的水处理新技术。

因此，充分利用生物净化技术和光催化净化技术在水处理中良好的互补性，开发一种适用于各类污染物的、具有广谱适应性的新型复合水质净化护岸，以适应现代水体中污染物日益多样化及复杂化的趋势，对我国水环境治理具有积极的意义。

发明内容

本发明提出了一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，采用生物净化与光催化耦合技术对沟渠内污水进行净化处理，可有效的降低污水中大多数污染物质的浓度，具有净化效果好、适应性强、外形美观、维护方便等优点。

本发明的技术解决方案：多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：包括硬质防渗层10、天沟1、光催化透水墙2、净化沟6、水生植物3、抽水装置；其中硬质防渗层10铺设于护坡11表层，呈台阶形，每一级台阶上均设置有光催化透水墙2和净化沟6；天沟1设置在护岸顶部，天沟1由硬质防渗层10和光催化透水墙2围合构成，天沟1内的水可通过光催化透水墙2向下级流动，所述光催化透水墙2为中空多孔结构，光催化透水墙2的内外表面均涂覆有光催化膜，光催化透水墙2内部插有若干根侧光光纤14，侧光光纤14还与紫外线灯箱连接；所述水生植物3通过种植基体漂浮于净化沟6内的水面上，其根系浸没于水中进行污染物的吸附与分解；净化沟6与光催化透水墙2之间设有缓冲槽4，用于缓冲从净化沟6溢流出的水流；所述抽水装置中的上水管的上端开口于天沟1内，上水管的下端与抽水泵连接，抽水泵安装于渠床上。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明集成了生物净化与光催化降解技术于一体，充分发挥了生物净化和光催化降解两种水质净化技术的优势，形成互补型净化方式，可有效的降低水体中的各类污染物浓度，提高水质净化效率，适应性强；

2）污水由上至下间隔的流经各级光催化透水墙和净化沟，水流平稳，水力停留时间长，反应进行的充分，有利于提高净化效率；

3）光催化透水墙为中空多孔结构，墙内水流速度小，与污水接触面积大，有利于提高光催化反应效率；

4）紫外光通过侧光光纤引入光催化透水墙内部，直接辐射光催化膜表面，光源利用率高，同时封闭式的光催化透水墙可有效的避免高强度紫外光在环境中的暴露，消除了人工紫外线对周边生态环境的危害；

5）净化沟中的水生植物不但能吸收污水中的N、P等富营养物质，同时还能过滤水中的悬浮颗粒物，有利于提高净化效率；

6）本发明结构简单、集成度高、外形美观、维护方便，适于在城市河道、农村沟渠等各类场合推广应用。

附图说明

附图1是多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸的横断面示意图；

附图2是图1的右视图；

附图3是光催化透水墙组装示意图；

附图4是光催化透水砖外形图。

图中的1是天沟、2是光催化透水墙、3是水生植物、4是缓冲槽、5是挡水墙、6是净化沟、7是水面、8是沟渠、9是渠床、10是硬质防渗层、11是护坡、12是普通护岸、13是紫外线灯箱、14是侧光光纤、15是上水管、16是抽水泵、17是光催化透水砖、18是连接扣、19是透水孔、20是光纤槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述：

如图1~图4所示，一种多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征是包括硬质防渗层10、天沟1、光催化透水墙2、净化沟6、水生植物3、紫外光装置和抽水装置。

所述硬质防渗层10铺设于护坡11表层，呈台阶形，厚度为20cm~30cm，材质为砖石混凝土，用于保持水分不向护坡11内部渗透。

所述天沟1开设于护岸顶部，由硬质防渗层10和光催化透水墙2围合构成，天沟1内的水可通过光催化透水墙2向下级流动。

所述光催化透水墙2采用光催化透水砖17连接而成，设置于每级台阶的边缘部位，与各级硬质防渗层10构成半封闭的沟槽结构。

如图3、4所示，所述光催化透水砖17为两侧凹进的多孔结构，由粘土、煤矸石、石英砂烧结而成，表面及透水孔19内涂覆了具有光催化性能的纳米晶体二氧化钛膜，在紫外线照射下可与污水中的有机污染物进行催化降解反应；光催化透水砖17两侧的上下边缘还设置有连接扣18，可相互扣接组合成光催化透水墙2；光催化透水砖17两侧的左右边缘还设置有光纤槽20，侧光光纤14通过光纤槽20插入光催化透水墙2内部。

所述净化沟6设置于各级台阶的内侧，由硬质防渗层10和挡水墙5围合而成，净化沟6内的水可通过挡水墙5顶部溢流出并进入缓冲槽4内；

所述缓冲槽4位于挡水墙5和光催化透水墙2之间，用于缓冲从净化沟6溢流出的水流。

所述水生植物3通过种植基体漂浮于净化沟6内的水面上，其根系浸没于水中进行污染物的吸附与分解。

所述紫外光装置包括多个紫外光灯箱13和若干条侧光光纤14；紫外光灯箱13安装于各级光催化透水墙2的一端，用于提供高强度的紫外光源；侧光光纤14直径为10mm，具有导光、散射光和防水的特点，其端部与紫外光灯箱13连接，可将紫外光均匀的引入到光催化透水墙2的内部，促进光催化降解反应的进行。

所述抽水装置中的上水管15设置于光催化透水墙2的另一侧，采用内径为15mm的PVC管，上水管15上端开口于天沟1的一侧，上水管15的下端与抽水泵16连接，抽水泵16安装于渠床上。

本发明的工作过程：

开启紫外线灯箱13，启动抽水泵16将沟渠内的污水由上水管15引入到天沟1内，天沟1内的污水透过光催化透水墙2流入到下一级的净化沟6内，净化沟6内种植的水生植物3的根系不但可直接吸收污水中部分的N、P等富营养物质，而且根系表面的生物膜及细菌也可对污水中的部分有机污染物质进行生物降解，同时植物根系还可有效的降低净化池6内的水流速度，有利于污水中的悬浮颗粒物在净化池6中沉积。净化池6内的水以溢流方式流过挡水墙5并进入到缓冲槽4中，缓冲槽4可降低水流速度，使得污水平稳的通过光催化透水墙2。由于光催化透水墙2所具有的多孔和中空结构，污水与墙体内壁有较大的接触面积，同时墙内大量的孔洞有利于降低水流通量，延长污水在墙体内的水力停留时间。紫外光通过侧光光纤14传导并直接照射在墙体内表面上，有利于提高光催化反应效率，污水中的难降解有机污染物可被催化降解，最终成为H₂O和CO₂。污水在自身重力的作用下逐级通过净化池6和光催化透水墙2，反复的进行生物净化及光催化降解处理，水中大部分污染物浓度可得到有效的降低。

每个护岸单元长度为20m~30m，在沟渠中可连续设置，也可与普通护岸12间隔设置。净化池6内的水生植物3可根据实际水体污染物种类进行选择种植，同时还可兼顾其美观性，以使本发明达到最好的水质净化及环境美化的效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：包括硬质防渗层、天沟、光催化透水墙、净化沟、水生植物、抽水装置；其中硬质防渗层铺设于护坡表层，呈台阶形，每一级台阶上均设置有光催化透水墙和净化沟；天沟设置在护岸顶部，天沟由硬质防渗层和光催化透水墙围合构成，天沟内的水可通过光催化透水墙向下级流动，所述光催化透水墙为中空多孔结构，光催化透水墙的内外表面均涂覆有光催化膜，光催化透水墙内部插有若干根侧光光纤，侧光光纤还与紫外线灯箱连接；所述水生植物通过种植基体漂浮于净化沟内的水面上，其根系浸没于水中进行污染物的吸附与分解；净化沟与光催化透水墙之间设有缓冲槽，用于缓冲从净化沟溢流出的水流；所述抽水装置中的上水管的上端开口于天沟内，上水管的下端与抽水泵连接，抽水泵安装于渠床上。

2.根据权利要求1所述的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：所述硬质防渗层的厚度为20cm~30cm，材质为砖石混凝土，用于保持水分不向护坡内部渗透。

3.根据权利要求1所述的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：所述光催化透水墙采用光催化透水砖砌接而成，设置于每级台阶的边缘部位，与各级硬质防渗层构成半封闭的沟槽结构。

4.根据权利要求1所述的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：所述净化沟设置于各级台阶的内侧，由硬质防渗层和挡水墙围合而成，净化沟内的水可通过挡水墙顶部溢流出并进入缓冲槽内。

5.根据权利要求3所述的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于：所述光催化透水砖为两侧凹进的多孔结构，由粘土、煤矸石、石英砂烧结而成，表面及透水孔内涂覆了具有光催化性能的纳米晶体二氧化钛膜，在紫外线照射下可与污水中的有机污染物进行催化降解反应。

6.根据权利要求5所述的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸，其特征在于： 所述光催化透水砖两侧的上下边缘还设置有连接扣，可相互扣接组合成光催化透水墙；光催化透水砖两侧的左右边缘还设置有光纤槽，光纤槽将侧光光纤插入光催化透水墙内部，光催化透水墙的一端安装多个紫外光灯箱，若干条侧光光纤的端部与紫外光灯箱连接，可将紫外光均匀的引入到光催化透水墙的内部，促进光催化降解反应的进行，每根侧光光纤直径为10mm。

7.如权利要求1的多层渗流式光催化与生态净化耦合型护岸的工作过程：其特征在于，开启紫外线灯箱，启动抽水泵将沟渠内的污水由上水管引入到天沟内，天沟内的污水透过光催化透水墙流入到下一级的净化沟内，净化沟内种植的水生植物的根系不但可直接吸收污水中部分的N、P富营养物质，而且根系表面的生物膜及细菌也可对污水中的部分有机污染物质进行生物降解，同时植物根系还可有效的降低净化池内的水流速度，有利于污水中的悬浮颗粒物在净化池中沉积；净化池内的水以溢流方式流过挡水墙并进入到缓冲槽中，缓冲槽可降低水流速度，使得污水平稳的通过光催化透水墙；由于光催化透水墙所具有的多孔和中空结构，污水与墙体内壁有较大的接触面积，同时墙内大量的孔洞有利于降低水流通量，延长污水在墙体内的水力停留时间；紫外光通过侧光光纤传导并直接照射在墙体内表面上，有利于提高光催化反应效率，污水中的难降解有机污染物可被催化降解，最终成为H₂O和CO₂；污水在自身重力的作用下逐级通过净化池和光催化透水墙，反复的进行生物净化及光催化降解处理，水中大部分污染物浓度可得到有效的降低；每个护岸单元长度为20m~30m，在沟渠中可连续设置，也可与普通护岸间隔设置；净化池内的水生植物可根据实际水体污染物种类进行选择种植。