CN105417711A - 一种城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔 - Google Patents

Abstract

本发明是一种城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，包括透水托盘、光催化透水盆、陶粒、植物、中心支柱、水泵、上水管、雨淋管、旋转装置及太阳能装置；优点：集成了植物根系吸收、拦截过滤、光催化降解、曝气增氧四种水质净化方法于一体，充分发挥各种净化方法对水中污染物去除的优势，形成互补型净化技术，可有效的降低水中的有机污染物、重金属等污染物浓度，提高水质净化效率；多孔泡沫陶瓷作为透水盆材料，有利于提高光催化膜对污水的净化效率；多层塔式结构，污水由上至下的逐层进行过滤和净化，净化效率高，且光催化膜可直接获得自然光的照射，雨淋管为可旋转式结构，不但降低了流速，而且能使污水分散并能全面积覆盖下方的净化层。

Description

一种城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔

技术领域

本发明涉及的是一种污水净化装置，特别涉及一种城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着我国工业化的飞速发展和农业集约化程度的进一步提高，所产生的工业污水、农业污水及生活污水对水环境造成了严重的破坏。大量未经处理或处理不完全的污水直接排入河流、湖泊等水体中，导致河流湖泊水体水质的全面恶化。随着现代化建设进程的不断推进，建设人水和谐水环境成为了增强城市竞争力、提升城市品位、发展经济的一项重要举措。但由于污染物的形成方式及来源不同，水体中溶解或悬浮的污染种类众多、成分复杂、可生化性差，传统的水处理方法如生物降解法、物理吸附法、混凝沉淀法、电解法、一般氧化法等只能有针对性的去除某一类污染物质，而多方法、多道次的串联处理会大幅度提高污水处理成本。

生物净化技术是目前广泛使用的一种污染物原位拦截技术，生物填料表面形成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，并通过生物膜表面附着的微生物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。光催化技术在水环境保护与治理上的应用也日益被人们重视，其代表性的纳米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。

我国对各级城市水环境的治理与保护工作正在全面的展开，对于城市河道和湖泊水体的治理具有其特殊性，实施过程中必须考虑到城市人文景观和人居环境的统一规划，不宜采用一些大而笨重的净化装置及方法。因此，在城市水环境治理中亟需一批具有环境友好、净化效率高、无二次污染的景观式净化装置和方法，而结合生态净化与光催化净化技术于一体的耦合互补型净化装置和方法将具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明提出了一种城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，采用生物净化与光催化耦合技术对污水进行净化处理，可有效的降解污水中大多数的污染物质，具有净化效果好、占地面积小、维护方便和环境友好等优点。

本发明的技术方案：城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是包括透水托盘10、光催化透水盆9、陶粒23、植物8、中心支柱15、水泵11、上水管16、雨淋管1、旋转装置及太阳能装置；其中透水托盘10中部固定于中心支柱15上形成多层塔式结构，光催化透水盆9内的植物8种植于陶粒23中，光催化透水盆9呈蜂窝状均匀摆放于透水托盘10上，旋转装置固定于电机支架7上；电机支架7固定于中心支柱15的上部；太阳能装置中的太阳能板2通过支撑杆3固定于中心支柱15顶部，上水管16的下端通过旋转接头20与进水管12连接，上水管16的上端与雨淋管1连接，所述进水管12还与水泵11连接。

本发明具有以下有益效果：

1）集成了植物根系吸收、拦截过滤、光催化降解、曝气增氧四种水质净化方法于一体，充分发挥各种净化方法对水中污染物去除的优势，形成互补型净化技术，可有效的降低水中的有机污染物、重金属等污染物浓度，提高水质净化效率；

2）采用负载了纳米TiO₂光催化膜的多孔泡沫陶瓷作为透水盆材料，对水流具有一定的阻力，提高了污水在透水盆内的水力停留时间，有利于提高光催化膜对污水的净化效率，同时又能在盆内保持一定的水位，使得盆内的植物根系及生物膜可吸收水中的污染物，同时也保证了植物能获得足够的生长水分；

3）采用敞开的多层塔式结构，污水由上至下的逐层进行过滤和净化，净化效率高，且光催化膜可直接获得自然光的照射，不用另外提供紫外光源；

4）本发明中顶部的雨淋管为可旋转式结构，不但降低了流速，而且能使污水分散并能全面积覆盖下方的净化层，大幅度提高净化效率；

5）光催化透水盆为独立单元，维护方便，可根据使用条件不同更换植物，即能净化水质，又可美化环境，可广泛适用于城市、乡村等各种场合；

6）采用太阳能和外接电源交叉供电，降低了使用和维护成本，节约能源，且结构简单，建设成本低。

附图说明

附图1是城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔的外形示意图；

附图2是城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔的主视图；

附图3是光催化透水盆示意图；

附图4是图2的A-A向视图；

附图5是旋转接头示意图；

附图6是雨淋管示意图。

图中的1是雨淋管、2是太阳能板、3是支撑杆、4是驱动齿轮、5是减速器、6是电机、7是电机支架、8是植物、9是光催化透水盆、10是透水托盘、11是水泵、12是进水管、13是螺栓、14是法兰座、15是中心支柱、16是上水管、17从动齿轮、18是控制箱、19是地基、20是旋转接头、21是轴承、22是漏水孔、23是陶粒、24是雨淋出水孔、25是上接口、26是侧接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案作进一步详细描述：

如图1~图6所示，城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其结构包括透水托盘10、光催化透水盆9、陶粒23、植物8、中心支柱15、水泵11、上水管16、雨淋管1、旋转装置及太阳能装置；其中透水托盘10中部固定于中心支柱15上形成多层塔式结构，光催化透水盆9内的植物8种植于陶粒23中，光催化透水盆9呈蜂窝状均匀摆放于透水托盘10上，旋转装置固定于电机支架7上；电机支架7固定于中心支柱15的上部；太阳能装置中的太阳能板2通过支撑杆3固定于中心支柱15顶部，上水管16的下端通过旋转接头20与进水管12连接，上水管16的上端与雨淋管1连接，所述进水管12还与水泵11连接，

所述透水托盘10为多孔盘结构，材质为工程塑料，周围有护边，盘面直径为3m，漏水孔22均匀分布于盘面上，孔径为10~20mm。

所述中心支柱15为直径为200mm的空心钢管，底部设有法兰座14，法兰座14通过螺栓13与地基19连接，所述透水托盘10中部固定于中心支柱15上形成多层塔式结构。

所述光催化透水盆9为六边形上开口盆体，如图3所示，采用SiC陶瓷发泡成形，孔隙率为60%~70%，平均孔径为3~5mm，内外表面均负载了纳米TiO₂光催化膜；盆内放置有粒径为5~10mm的陶粒23，植物8种植于陶粒23中，陶粒23可滤除水中的悬浮颗粒，同时还能固定植物8的根系，所述光催化透水盆9呈蜂窝状均匀摆放于透水托盘10上，如图4所示。

所述上水管16为厚壁不锈钢水管，管径50mm，壁厚8mm，通过一对轴承21和旋转接头20固定于中心支柱15内部，可绕其轴线转动；上水管16的下端通过旋转接头20与进水管12连接，上水管16的上端与雨淋管1连接，所述进水管12还与水泵11连接，水可依次通过进水管12、旋转接头20、上水管16进入塔顶的雨淋管1中流出。

所述旋转接头20为圆柱形结构，如图5所示，接头固定于中心支柱15底部，其外径与中心支柱15内径相同；上接口25与上水管16底部连接，上水管16可在接头内部自由转动，侧接口26与进水管12连接；旋转接头20用于活动连接进水管12和上水管16，同时还对上水管16起到支撑作用。

所述雨淋管1为十字型多分支管道结构，如图6所示，管道侧壁均匀开设有若干雨淋出水孔24；雨淋管1与下方透水托盘10的距离为1.5m~2m，雨淋管1可将水分散喷洒在植物8上。

所述旋转装置包括电机6、减速器5、驱动齿轮4和从动齿轮17；所述电机6、减速器5和驱动齿轮4同轴安装，并固定于电机支架7上；电机6采用24V直流电机，减速器的减速比为60:1，所述电机支架7固定于中心支柱15的上部；

所述从动齿轮17固定于上水管16的上端，驱动齿轮4与从动齿轮17的传动比为4:1，驱动齿轮4在电机6和减速器5的带动下驱动从动齿轮17，从而使得上水管16和雨淋管1匀速旋转。

所述太阳能装置包括太阳能板2和控制箱18，通过支撑杆3固定于中心支柱15顶部，用于驱动电机6和水泵11工作。

所述控制箱18由稳压整流模块、电源自动切换模块和锂电池模块组成，可将太阳能板2转换的电能储存在锂电池模块中为电机6和水泵11供电，当锂电池模块电力不足时，电源自动切换模块可自动切换至外部电源供电。

本发明的工作过程：

水泵11开启状态下，污水通过水泵11、进水管12、上水管15进入到雨淋管1中，驱动齿轮4在电机6和减速器5的带动下驱动从动齿轮17，从而使得雨淋管1缓慢的匀速旋转，污水通过若干个雨淋出水孔24均匀的喷洒至下方的植物8上。污水流入到光催化透水盆9内的陶粒23中，陶粒23可过滤掉水中的颗粒悬浮物，从而去除了颗粒悬浮物表面吸附的污染物质。由于多孔透水盆对水流具有一定的阻力，可使盆内保持一定的水位，水中的氮、磷等富营养物质可被植物根系可吸收，根系及表面附着的生物膜也可对部分污染物进行降解，同时盆中的水也保证了植物获得足够的生长水分需求。污水通过光催化透水盆壁流出的过程中，污水中的部分难降解的污染物可被陶瓷孔内负载的TiO₂纳米光催化膜氧化还原，在紫外光的作用下降解为二氧化碳和水，起到净化作用。从盆中流出的水可通过透水托盘10上的漏水孔22继续流到下层托盘上重复上述净化过程，污水在逐层分散流动的过程中获得了较大的水-气反应界面，可提高水中的含氧量，起到了曝气的作用。经过多层净化后的水流回至水体中，达到循环净化的目的。

本发明采用太阳能和外部电源交叉供电，白天或天气好的日子可通过太阳能装置供电，节约能源，夜间或阴雨天可自动切换至外部电源供电，使得本发明可24小时不间断运行。

Claims (10)

1.城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是包括透水托盘、光催化透水盆、陶粒、植物、中心支柱、水泵、上水管、雨淋管、旋转装置及太阳能装置；其中透水托盘中部固定于中心支柱上形成多层塔式结构，光催化透水盆内的植物种植于陶粒中，光催化透水盆呈蜂窝状均匀摆放于透水托盘上，旋转装置固定于电机支架上；电机支架固定于中心支柱的上部；太阳能装置中的太阳能板通过支撑杆固定于中心支柱顶部，上水管的下端通过旋转接头与进水管连接，上水管的上端与雨淋管1连接，所述进水管还与水泵连接。

2.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的透水托盘为多孔盘结构，材质为工程塑料，周围有护边，盘面直径为3m，漏水孔均匀分布于盘面上，孔径为10~20mm。

3.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的中心支柱为直径为200mm的空心钢管，空心钢管底部设有法兰座，法兰座通过螺栓与地基连接。

4.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的光催化透水盆为六边形上开口盆体，采用SiC陶瓷发泡成形，孔隙率为60%~70%，平均孔径为3~5mm，内外表面均负载了纳米TiO₂光催化膜；盆内放置有粒径为5~10mm的陶粒，陶粒可滤除水中的悬浮颗粒，同时还能固定植物的根系。

5.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的上水管为厚壁不锈钢水管，管径50mm，壁厚8mm，通过一对轴承和旋转接头固定于中心支柱内部，可绕其轴线转动。

6.根据权利要求5所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的旋转接头为圆柱形结构，旋转接头固定于中心支柱底部，其外径与中心支柱内径相同；上水管底部与上接口与连接，上水管可在旋转接头内部自由转动，旋转接头的侧接口与进水管连接；旋转接头用于活动连接进水管和上水管，同时还对上水管起到支撑作用。

7.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的雨淋管为十字型多分支管道结构，管道侧壁均匀开设有若干雨淋出水孔；雨淋管与下方透水托盘的距离为1.5m~2m，雨淋管将水分散喷洒在植物上。

8.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的旋转装置包括电机、减速器、驱动齿轮和从动齿轮；所述电机、减速器和驱动齿轮同轴安装，电机采用24V直流电机，减速器的减速比为60:1；所述从动齿轮固定于上水管的上端，驱动齿轮与从动齿轮的传动比为4:1，驱动齿轮在电机和减速器的带动下驱动从动齿轮，从而使得上水管和雨淋管匀速旋转。

9.根据权利要求1所述的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔，其特征是所述的太阳能板接控制箱，控制箱由稳压整流模块、电源自动切换模块和锂电池模块组成，可将太阳能板转换的电能储存在锂电池模块中为电机和水泵供电，当锂电池模块电力不足时，电源自动切换模块可自动切换至外部电源供电。

10.如权利要求1的城市景观型旋转雨淋式多层光催化生态净化塔的工作过程：

水泵开启状态下，污水通过水泵、进水管、上水管进入到雨淋管中，驱动齿轮在电机和减速器的带动下驱动从动齿轮，从而使得雨淋管缓慢的匀速旋转，污水通过若干个雨淋出水孔均匀的喷洒至下方的植物上；污水流入到光催化透水盆内的陶粒中，陶粒过滤掉水中的颗粒悬浮物，从而去除了颗粒悬浮物表面吸附的污染物质；由于多孔透水盆对水流具有阻力，使盆内保持一定的水位，水中的氮、磷等富营养物质被植物根系可吸收，根系及表面附着的生物膜也对部分污染物进行降解，同时盆中的水也保证了植物获得足够的生长水分需求；污水通过光催化透水盆壁流出的过程中，污水中的部分难降解的污染物被陶瓷孔内负载的TiO₂纳米光催化膜氧化还原，在紫外光的作用下降解为二氧化碳和水，起到净化作用；从盆中流出的水通过透水托盘上的漏水孔继续流到下层托盘上重复上述净化过程，污水在逐层分散流动的过程中获得了较大的水-气反应界面，提高水中的含氧量，起到了曝气的作用；经过多层净化后的水流回至水体中，达到循环净化的目的。