CN105417849B - 一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征在于：包括生态浮岛、净化罐体、上盖、透水分隔盘、陶粒、紫外线灯管、潜水泵、上水管和喷淋管。所述生态浮岛包括水生植物和种植基体，种植基体漂浮于水面，水生植物均匀的种植于种植基体上；所述净化罐体为上开口中空圆柱形罐体，上端通过上盖密封，罐体内部水平设置有多层透水分隔盘，表面负载了纳米TiO2光催化膜的陶粒放置于透水分隔盘上，透水分隔盘上方还安装有紫外线灯管；所述潜水泵与净化罐体下部连接，上水管底部固定于上盖中部并与净化罐体连通，上端穿过生态浮岛与喷淋管连接；所述喷淋管为多分支结构，出水口位于生态浮岛上方。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，属于河湖水体生态修复与强化净化技术领域。
背景技术
静水湖泊指的是静止或流动性很差的封闭缓流水体，自然湖泊、水库、人工景观池塘等大多属于静水湖泊。随着经济的飞速发展，城市化进程不断加快，湖泊原有的供水、养殖、调蓄、灌溉等自然属性不断减弱，并逐渐演化成封闭或半封闭型的静水湖泊，因为静水湖泊水体流动性小或不流动导致其具有易污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点。近年来，大量的城市静水湖泊面临着严重的水体富营养化的危害，藻类的大量繁殖，水体透明度下降、鱼类的成群死亡、水生植物的消亡都极大的破坏了水生态系统。一些污染严重的静水湖泊，由于水体的自我修复功能破坏严重，甚至会出现水体发黑或水华等现象，给人民的生命健康和社会经济的和谐发展带来严重影响。因此，治理静水湖泊污染，保证水质的清洁无污染显得尤为重要。
由于静水湖泊水体流动性较小，其水体的上下层对流也较少，这就使得有大量污染物沉积在湖泊底部，这些污染物会源源不断的向周围水体释放可溶性的污染物，导致湖泊底部水体污染物浓度远远高于表层水体。目前人们针对静水湖泊的特点，也采用了一系列污染控制和修复技术，其中人工生态浮床具有处理效果明显、运行及维护成本低且具有较好的城市景观效果等优点，在城市静水湖泊的水污染控制及治理中得到了广泛的应用。然而人工生态浮床对水体的净化能力非常有限，而且对湖泊底部水体净化能力更是微不足道，其净化机理是通过水生植物在生长过程中对氮、磷等元素的吸收利用，以及植物根系吸附、富集和根系附着微生物的分解代谢作用，对水体中营养物质和污染物进行截留和固定。这种净化方式对于轻污染河流可能具有一定的净化效果，然而在污染较严重水体中净化效果就明显不够。
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。
本发明引入了光催化反应系统，利用纳米TiO2光催化作用降解水体中难降解的有机物，使其转化为H2O和CO2，然而由于纳米TiO2需要在紫外光条件下进行化学反应，在水体内部进行污染治理具有一定难度。因此开发一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛在静水湖泊水体治理的运用具有积极的意义。
发明内容
本发明提出了一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，旨在克服现有净化技术在静水水体中净化效率不高的缺点与不足，将生态净化技术与光催化净化技术有效的融合，形成双联净化，可有效的降解静水水体中的大多数污染物质，具有净化效果好、适应性强、环境友好等优点。
本发明的技术解决方案：一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其结构包括生态浮岛、净化罐体8、上盖6、透水分隔盘14、陶粒15、紫外线灯管16、潜水泵13、上水管5和喷淋管4；
其中多个透水分隔盘14水平固定于净化罐体8内部，陶粒15堆放于各层透水分隔盘14上，潜水泵13与净化罐体8下部连接，喷淋管4的出水口位于生态浮岛上的种植基体3上方1.5m~2m处，上水管5顶部从生态浮岛上的种植基体3中心穿过；上水管5底部固定于上盖6中部并与净化罐体8连通，紫外线灯管16设置于各层透水分隔盘14的上方。
本发明装置具有以下有益效果：
1）本发明将生物净化与光催化降解技术集成于一体，充分发挥生态净化和光催化反应两种净化技术对水中污染物去除的优势，形成互补型净化，可有效的降低水中的各类污染物浓度，提高水质净化效率，处理效率高；
2）本发明针对静水湖泊具有底部污染物含量较高的特点，将湖底的水强制循环至水面并进行两级净化处理，具有较高的净化效率，同时也增强了静水湖泊水体的对流；
3）水通过喷淋管喷洒至浮岛过程中，增大了水-气反应界面，可提高水中的含氧量，具有对水体进行曝气的作用；
4）光催化反应完全在密封罐体中进行，不会造成高强度紫外线泄露而影响周围生态环境；
5）本发明中水底的净化罐体与水面的生物浮岛采用柔性连接，生物浮岛被原位固定，但可随水面上下浮动，对水位变化具有良好的适应性；
6）本发明采中净化罐体设置于水下，水面仅可见生物浮岛，不影响美观，适合于在各种静水水体中使用；
7）本发明结构简单，维护方便，成本低，且易于对目前已有的浮岛或浮床进行改造升级。
附图说明
附图1是适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛的主视图；
附图2是适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛的俯视图；
附图3是图1的A-A视图；
附图4是透水分隔盘的示意图。
图中的1是水面、2是水生植物、3是种植基体、4是喷淋管、5是上水管、6是上盖、7是密封螺栓、8是净化罐体、9是底泥、10是湖底、11是支撑脚、12是支架、13是潜水泵、14是透水分隔盘、15是陶粒、16是紫外线灯管、17是根系、18是边框、19是衬网。
具体实施方式
如图1~图4所示，一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其结构包括生态浮岛、净化罐体8、上盖6、透水分隔盘14、陶粒15、紫外线灯管16、潜水泵13、上水管5和喷淋管4；
其中多个透水分隔盘14水平固定于净化罐体8内部，陶粒15堆放于各层透水分隔盘14上，潜水泵13与净化罐体8下部连接，喷淋管4的出水口位于生态浮岛上的种植基体3上方1.5m~2m处，上水管5顶部从生态浮岛上的种植基体3中心穿过；上水管5底部固定于上盖6中部并与净化罐体8连通，紫外线灯管16设置于各层透水分隔盘14的上方。
所述生态浮岛包括水生植物2和种植基体3，上述种植基体3为圆柱形密闭中空结构，其尺寸为直径×高=5m×0.3m，材料为工程塑料，能使浮岛漂浮于水面。种植基体3上均匀开设有若干个种植孔，水生植物2种植于种植孔中。
所述净化罐体8为上开口中空圆柱形罐体，直径为3m，材料为工程塑料，上边缘有法兰边，下方设置有支撑脚11；所述上盖6通过螺栓与净化罐体8上端法兰连接，使罐体密封。
所述透水分隔盘14为圆形多孔圆盘，包括边框18和衬网19，其结构如图4所述；所述衬网为尼龙网，网眼密度为20目；多个透水分隔盘14水平固定于净化罐体8内部，各层间距相同；
所述陶粒15堆放于各层透水分隔盘14上，粒径为10mm~20mm，陶粒表面负载有纳米晶TiO2光催化膜，可对水中的有机污染物进行氧化还原，使污染物得到降解。
所述紫外线灯管16设置于各层透水分隔盘的上方，为陶粒15表面的光催化膜的降解反应提供光源。
所述潜水泵13采用扬程为20米的污水潜水泵，功率为4KW；潜水泵13与净化罐体8下部连接。
所述支架12固定于湖底10，潜水泵13安装于支架12上，潜水泵13的进水口应高于底泥9表面40~50cm；
所述上水管5为管径为8cm的PVC管，管子底部固定于上盖6中部并与净化罐体8连通，管子顶部从种植基体3中心穿过；上水管5具有输水及固定种植基体3的作用。
所述喷淋管4为多分支管道结构，出水口位于种植基体3上方1.5m~2m位置，进水口与喷淋管4顶部连接，喷淋管4可将水分散喷洒在水生植物2上。
本发明的工作方法（过程）：
将本发明固定于湖泊水体中，开启潜水泵13和紫外线灯管16，潜水泵13将湖底部的水被抽入净化罐体8中，进入净化罐体8中的湖水将由下而上的逐层通过透水分隔盘14和陶粒15堆积层，湖水中的颗粒悬浮物将被陶粒15吸附和过滤，同时在紫外线的照射下，湖水与陶粒15表面涂覆的光催化膜发生催化氧化反应，进一步将污水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水，湖水经过光催化净化后通过上水管5和喷淋管4喷洒到水生植物2上，并通过种植基体3上的种植孔流到植物根系17区中，通过植物根系17的吸收作用及根系表面生物膜对污染物的降解作用，进一步对湖底的污水进行二次净化处理。同时水在喷洒过程中有效的增加增大了水-气反应界面，提高了水中的含氧量，有利于促进水中微生物对污染物的分解效率，起到了对水体曝气的作用。
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 (9)
1.一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是包括生态浮岛、净化罐体、上盖、透水分隔盘、陶粒、紫外线灯管、潜水泵、上水管和喷淋管；
其中多个透水分隔盘水平固定于净化罐体内部，陶粒堆放于各层透水分隔盘上，潜水泵与净化罐体下部连接，喷淋管的出水口位于生态浮岛上的种植基体上方1.5m~2m处，上水管顶部从生态浮岛上的种植基体中心穿过；上水管底部固定于上盖中部并与净化罐体连通，紫外线灯管设置于各层透水分隔盘的上方。
2.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述生态浮岛包括水生植物和种植基体，其中种植基体为圆柱形密闭中空结构，尺寸为直径×高=5m×0.3m，材料为工程塑料，能使浮岛漂浮于水面，种植基体上均匀开设有若干个种植孔，水生植物种植于种植孔中。
3.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述净化罐体为上开口中空圆柱形罐体，直径为3m，材料为工程塑料，上边缘有法兰边，下方设置有支撑脚；所述上盖通过螺栓与净化罐体上端法兰连接，使罐体密封。
4.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述透水分隔盘为圆形多孔圆盘，包括边框和衬网，其中衬网为尼龙网，网眼密度为20目；多个透水分隔盘各层间距相同。
5.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述的陶粒粒径为10mm~20mm，陶粒表面负载有纳米晶TiO2光催化膜，可对水中的有机污染物进行氧化还原，使污染物得到降解。
6.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述的潜水泵安装于支架上，支架固定于湖底，潜水泵的进水口高于底泥表面40~50cm。
7.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述的上水管为管径为8cm的PVC管，上水管输水及固定种植基体。
8.根据权利要求1所述的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛，其特征是所述的喷淋管为多分支管道结构，进水口与喷淋管顶部连接，喷淋管可将水分散喷洒在水生植物上。
9.如权利要求1的一种适用于静水湖泊的底置式光催化浮岛的工作方法，其特征是将底置式光催化浮岛固定于湖泊水体中，开启潜水泵和紫外线灯管，潜水泵将湖底部的水被抽入净化罐体中，进入净化罐体中的湖水将由下而上的逐层通过透水分隔盘和陶粒堆积层，湖水中的颗粒悬浮物将被陶粒吸附和过滤，同时在紫外线的照射下，湖水与陶粒表面涂覆的光催化膜发生催化氧化反应，进一步将污水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水，湖水经过光催化净化后通过上水管和喷淋管喷洒到水生植物上，并通过种植基体上的种植孔流到植物根系区中，通过植物根系的吸收作用及根系表面生物膜对污染物的降解作用，进一步对湖底的污水进行二次净化处理；同时水在喷洒过程中有效的增加增大了水-气反应界面，提高了水中的含氧量，有利于促进水中微生物对污染物的分解效率，起到了对水体曝气的作用。
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