CN105502670A - 一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置 - Google Patents

一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，包括强化型的生态浮床系统和生态沉床系统，所述生态浮床系统包括挺水植物、填料和河蚌，其中填料上培养有由异养硝化-好氧反硝化菌挂膜形成的生物膜；所述生态沉床系统包括由沉水植物、填料和陶粒，其中填料上有由腐殖酸还原菌挂膜形式的生物膜。本发明对水体中的COD的去除率能达60～80％，氮的去除率能达50～60％，磷的去除率能到达20～30％，腐殖酸等难降解大分子的去除率达50～60％；装置可借助浮筒实现在水中的上浮和下沉，立体型、可调式结构有利于深河床的水质净化，冬季时陶粒能持续发挥吸附作用净化水质。本发明对河道水体具有持续性作用效果，改善河道的生态系统，恢复水体的自净能力。

Description

一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置
技术领域
本发明是关于河道以及湖泊等富营养化水体治理的，更具体的说，是涉及一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置及其处理方法。
背景技术
近年来，由于人口的剧增和工业的飞速发展，大量的氮、磷元素输入到水环境中，造成水体富营养化，赤潮水华频繁爆发。水体生态环境恶化，水体的感官质量下降，藻类的大量繁殖会消耗大量水中溶解氧，导致鱼类等水生动物面临缺氧死亡的威胁。水中大量繁殖的藻类还会散发出腥味异臭，某些藻类会分泌、释放有害的藻毒素，危害水中的生物，使水体中生物的多样性和稳定性下降，造成富营养化水体的恶性循环。而且，富营养化水体对人体健康、渔业、工农业生产都存在负面影响。
针对富营养化水体治理已有较多的修复技术，可以分为物理修复、化学修复和生物修复。其中，生物修复法具有投资少、设施简单、易建造和美化环境等优点。生态浮床和沉床技术属于生物修复法，目前已成为富营养化水体综合治理领域的研究和应用热点。
目前，已有的生态浮床技术中，如王晓昌(CN104609562A)的设计中涉及一种悬挂弹性填料的多层次立体生态浮床，将生态浮岛技术与生物膜技术相结合，利用浮床载体层对氮磷等营养元素的吸附特性最大限度的满足植物生长需求，而载体层底部悬挂的立体填料表面存在的生物膜去除水中的有机污染物。陈伟群(CN104402119A)设计了一种组合型立体浮床，包括净水植物、竹填料以及水生动物，三种组分组合使用提高了生态浮床的水质净化能力。在生态沉床技术方面，如吴海龙(CN203513366U)设计的一种悬浮式沉水植物种植床，漂浮装置以绳索连接沉水植物种植床，水位升高或降低的情况下可维持床体所需的深度，有利于沉水植物的生长。尹传宝(CN203668116U)设计一种植物与微生物组合式生态沉床，将生物接触氧化和水生植物生态修复相结合，克服了现有单一人工沉床效率低下的问题。近年来，生态浮床与沉床结合技术具有良好的前景，迟杰(CN104743673A)设计的一种沉床-浮床耦合水质净化装置，丰富了植物种类，充分利用了水体的垂向空间，更有利于水质的净化。
现阶段，生态浮床和沉床组合装置的技术主体为植物。不同植物去除氮磷的能力已有所研究，但植物生物量、植物自身对氮磷需求量以及植物季节性生长等的限制性制约了净化效果的进一步提高。为了强化生态浮床和沉床组合技术的效果、突显浮床和沉床的优势，生态浮床和沉床组合技术在装置结构、生物量、强化措施等方面仍需进一步深入研究。
发明内容
现有技术中的生态浮床系统和生态沉床系统组合装置的主体为植物，但植物生物量、植物自身对氮磷需求量以及植物季节性生长等因素制约了净化效果的进一步提高。本发明的目的，是为了克服现有技术的缺点和不足，提供一种可以显著提高净化效果、兼具有美化环境功能的立体型浮床-沉床组合式河水净化装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，包括生态浮床系统和生态沉床系统，其特征在于，所述生态浮床系统11中设置有浮床浮块2，浮床浮块2内设置有栽植孔，栽植孔内种植挺水植物1；浮床浮块2四周设置有环状浮床浮筒13；浮床浮块2的下面设置有塑料网A3，塑料网A3内春夏季节放置河蚌，秋冬季节放置陶粒；塑料网A3的下面设置有组合填料A4，组合填料A4为丙纶丝将塑料盘片连接成串，垂直塑料盘片间的距离为5～10cm，利用异养硝化-好氧反硝化菌进行挂膜；所述组合填料A4的垂直长度为河道水深的1/3，最长不超过1.2m；所述浮床浮块2的宽度为河道断面宽度的1/5～1/4，最大不超过2米；
所述生态沉床系统12中设置有沉床浮块6，沉床浮块6内设置有栽植孔，栽植孔内种植沉水植物5；沉床浮块6四周设置有环状沉床浮筒16；沉床浮块6的下面设置有塑料网B7，塑料网B7内放置陶粒；塑料网B7的下面设置有组合填料B8，组合填料B8为丙纶丝将塑料盘片连接成串，垂直塑料盘片间的距离为5～10cm，利用腐殖酸还原菌进行挂膜，垂直长度为30～40cm，且填料底端距河底的距离大于30cm；所述沉床浮块6距离河道水平面的高度为0.3～2米；沉床浮块6向上的水平面上对应其四角的位置设置有4个浮球9，沉床浮块6通过连接绳10分别与浮于水面上的4个浮球9相连接，4个浮球9之间通过连接绳在水平面连接成与沉床浮块6形状相同的矩形；
浮床浮块2通过连接绳10与沉床浮块6上面临近的2浮球9相连接，组成立体型浮床-沉床组合单元；浮床浮块2和沉床浮块6之间的水平相距为25～35cm。
由2个以上的立体型浮床-沉床组合单元通过连接绳10连接成串，再分别固定于河道两岸的水体中，构成立体型浮床-沉床组合式河水净化装置。
所述浮床浮块2及沉床浮块6的规格为33cm×33cm×6cm。
所述浮床浮块2的栽植孔的直径为17cm，挺水植物的栽种密度为2～10株/m2。
所述沉床浮块6的栽植孔的直径为15cm，沉水植物的栽种密度为2～10株/m2。
所述塑料网A3与塑料网B7的孔径为1cm×1cm。
所述组合填料A4与组合填料B8的密度为40～60串/m2。
所述挺水植物1为菖蒲、美人蕉或者黄花鸢尾。
所述沉水植物5为金鱼藻、伊乐藻或者苦草。
所述浮床浮筒13为环状中空密闭结构，直径15cm，整体呈矩形；浮床浮筒13的对应两边的下部分别设置有浮床排水孔19，另外两边的上部之间设置有浮床充气管14，浮床充气管14上设置有阀门A15，阀门A15兼顾充气和排气；
将2个以上的浮床浮筒13中浮床充气管14的阀门A15相连接，并设置一总阀门。
所述沉床浮筒16为环状中空密闭结构，整体呈矩形；沉床浮筒16的对应两边的下部分别设置有沉床排水孔20，另外两边的上部之间设置有沉床充气管17，沉床充气管17上设置有阀门B18，阀门B18兼顾充气和排气；
将2个以上的沉床浮筒16中沉床充气管17的阀门B18相连接，并设置一总阀门。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
本发明将生态浮床和生态沉床相结合，充分利用了水体的纵向空间，有利于深层水体净化。挺水植物和沉水植物相结合，植物种类和组合得以丰富，有效提高对水体的净化效果，美化环境。浮床和沉床两者的主体在纵向上没有重叠，浮床不会遮挡阳光，保证了沉床中沉水植物对光照的需求，有利于沉水植物的生长。沉床中的沉水植物释放氧气有利于浮床填料上的生物膜的生长代谢。
本发明中的生态浮床和生态沉床充分利用了河床纵向空间上的好氧区和厌氧区，由于河道表层水体溶解氧含量高，深层水体溶解氧含量低，在生态浮床填料上培养异养硝化-好氧反硝化菌，好养反硝化菌在好氧区中能得到很好的生长和发挥良好的反硝化作用，促进水体中氮素的降解；在生态沉床填料上培养腐殖酸还原菌，培养腐殖酸还原菌在厌氧区中生长并维持正常的代谢活动，能有效降解河道水体中的腐殖酸。
本发明在生态浮床的基础上，春夏季节时引入水生动物河蚌作为强化措施，河蚌能提高有机物的生物可降解性和氮磷的植物可利用性；秋冬季节时填充陶粒作为强化措施，陶粒具有较大比表面积，能有效吸附水中氮、磷、有机物等污染物。
本发明在传统生态沉床的基础上，引入陶粒作为强化措施，能有效地吸附深层水体中的污染物，强化对深层水体水质的净化效果。
本发明对引入陶粒能有效地克服传统生态浮床和生态沉床受季节性制约的缺点，春夏季河水水质恶化，各项污染物浓度较大，本发明的装置中的植物、水生动物、生物膜以及陶粒协同作用能有效地降解水中污染物；秋冬季节的河水污染程度相对春夏季节有所改善，但仍需净化治理，生态浮床和生态沉床中的陶粒能持续发挥吸附作用，净化河水水质。
本发明借助浮床浮筒和沉床浮筒的抽气和充气，实现生态浮床和生态沉床在水中下沉和上浮，调节在水中的位置。根据水体透明度、阳光强度、植物种类等情况，生态沉床利用沉床浮筒在光补偿深度垂直空间调节床体，使水生植物处于最佳生长和光合作用生态位。秋冬季节时，河道水位较低且可能出现结冰现象，收获生态浮床中的挺水植物和河蚌、生态沉床中的沉水植物后，装置中剩余的床体、陶粒、填料仍留在水体中，生态浮床利用抽气使浮力减小而下沉至河道结冰线以下；生态沉床利用充气使浮力增加而上浮到一定位置，避免由于水位降低生态沉床组合填料接触到河道底泥，造成污染；将生态浮床和生态沉床留存在水体中，陶粒将继续发挥作用吸附污染物，生态浮床内的挺水植物根系、组合填料和生态沉床中的沉水植物根系、填料得以保存，有利于第二年春季装置的重新启动。
本发明将强化生态浮床系统和生态沉床系统组合，能加强对河道表层水体和深层水体的净化效果，而且异养硝化-好氧反硝化菌和腐殖酸还原菌的引入对氮素、腐殖酸的进一步降解能起到良好作用，植物种类丰富、种植量大能更好地起到对水体的增氧作用。因此本发明能有效地净化水体水质，恢复水体自身生态群落，改善水体微生态环境，还具有美化环境的作用。
附图说明
图1是本发明的立体型浮床-沉床组合单元的主视图；
图2是本发明的立体型浮床-沉床组合单元的俯视图；
图3是本发明的立体型浮床-沉床组合式河水净化装置在河道中排布的俯视图。
本发明附图标记如下：
1———挺水植物2———浮床浮块
3———塑料网A4———组合填料A
5———沉水植物6———沉床浮块
7———塑料网B8———组合填料B
9———浮球10———连接绳
11———生态浮床系统12———生态沉床系统
13———浮床浮筒14———浮床充气管
15———阀门A16———沉床浮筒
17———沉床充气管18———阀门B
19———浮床排水孔20———沉床排水孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，包括生态浮床系统11和生态沉床系统12。
如图1、图2所示，所述生态浮床系统11中设置有浮床浮块2，浮床浮块2的规格为33cm×33cm×6cm，浮床浮块2内设置有栽植孔，栽植孔内种植挺水植物1，栽植孔的直径为17cm，挺水植物的栽种密度为2～10株/m2；浮床浮块2四周设置有环状浮床浮筒13，浮床浮筒13为环状中空密闭结构，直径15cm，整体呈矩形，浮床浮筒13的对应两边的下部分别设置有浮床排水孔19，另外两边的上部之间设置有浮床充气管14，浮床充气管14上设置有阀门A15，阀门A15兼顾充气和排气；浮床浮块2的下面设置有塑料网A3，其孔径为1cm×1cm，塑料网A3内春夏季节放置河蚌，秋冬季节放置陶粒；塑料网A3的下面设置有组合填料A4，组合填料A4为丙纶丝将塑料盘片连接成串，垂直塑料盘片间距离5～10cm，相邻2个塑料盘片间使用4根丙纶丝连接，利用异养硝化-好氧反硝化菌进行挂膜，连接成串的密度为40～60串/m2，其上培养异样硝化-好氧反硝化菌；所述浮床浮块2的宽度为河道断面宽度的1/5～1/4，最大不超过2米；所述组合填料A4的垂直长度为河道水深的1/3，最长不超过1.2m；生态浮床系统11中的挺水植物1可以选用菖蒲、美人蕉、黄花鸢尾等，根据水质情况、地域的不同及景观需求来选择和搭配。
生态浮床系统11中的浮床浮筒13采用UPVC管材，直径15cm，用以调节生态浮床系统11的整体浮力，浮床浮筒13利用连接绳捆扎在浮床浮块2四周；浮床浮筒13的对应两边的下部设置有浮床排水孔19，另外两边的上部设置有浮床充气管14，材质为UPVC管材，直径为1.5～2cm；浮床充气管14上设置有阀门A15，阀门A15控制浮床充气管14抽气或充气的充气量；向浮床浮筒13内抽气，浮床浮筒13内气压降低，水体中的水由排水孔19被吸入浮床浮筒13内，生态浮床系统11由于浮力减小而整体下沉；向浮床浮筒13充气，浮床浮筒13内的水由排水孔19排出，生态浮床系统11由于浮力增加而整体上浮。装置在河道中运行时，多个浮床充气管14通过塑胶软管相串联，塑胶软管为利于随浮床浮块的沉浮而伸缩，串联后的塑胶软管上设置总阀门，以控制对浮床浮筒的抽气或充气。
所述生态沉床系统12中设置有沉床浮块6，沉床浮块6的规格也为33cm×33cm×6cm,，沉床浮块6内设置有栽植孔，栽植孔内种植沉水植物5，栽植孔的直径为15cm，沉水植物5的栽种密度为2～10株/m2；沉床浮块6四周设置有环状沉床浮筒16，沉床浮筒16为环状中空密闭结构，整体呈矩形；沉床浮筒16的对应两边的下部分别设置有沉床排水孔20，另外两边的上部之间设置有沉床充气管17，沉床充气管17上设置有阀门B18，阀门B18兼顾充气和抽气；沉床浮块6的下面设置有塑料网B7，其孔径为1cm×1cm，塑料网B7内放置陶粒；塑料网B7的下面设置有组合填料B8，组合填料B8为丙纶丝和塑料盘片组合填料，相邻塑料盘片间距离5～10cm，利用腐殖酸还原菌进行挂膜，垂直长度为30～40cm，连接成串的密度为40～60串/m2，其上培养腐殖酸还原菌；沉床浮块6距离河道水平面的深度为0.3～2米，填料底端距河底的垂直距离大于30cm，沉床浮块6通过连接绳10分别与浮于水面上的4个浮球9相连接，4个浮球9之间通过连接绳10在水平面连接成与沉床浮块6形状相同的矩形；生态沉床系统12中的沉水植物5可以选择金鱼藻、伊乐藻、苦草等，根据当地水质和地域特征选择植物种类，并根据沉水植物的种类和河道水质情况确定沉床的淹没深度。
生态沉床系统12中的沉床浮筒16采用UPVC管材，直径15cm，用以调节生态沉床系统12的整体浮力，沉床浮筒16利用连接绳捆扎在沉床床体浮块6四周；沉床浮筒16的对应两边的下部分别设置有沉床排水孔20，另外两边的上部之间设置有沉床充气管17，沉床充气管17为UPVC管材，直径为1.5～2cm；沉床充气管17上设置阀门18，用于控制沉床充气管17的抽气或充气。向沉床浮筒16内抽气，沉床浮筒16内气压降低，水体中的水由沉床排水孔20被吸入沉床浮筒16内，生态沉床系统12由于浮力减小而整体下沉；向沉床浮筒16充气，沉床浮筒16内的水由排水孔20排出，生态沉床系统12由于浮力增加而整体上浮。装置在河道中运行时，多个沉床充气管17通过塑胶软管相串联，塑胶软管为利于随沉床浮块的沉浮而伸缩，串联后的塑胶软管上设置总阀门，以控制对沉床浮筒的抽气或充气。
浮床浮块2通过连接绳10与沉床浮块6上面临近的2浮球9相连接，组成立体型浮床-沉床组合单元；浮床浮块2和沉床浮块6之间的水平相距为25～35cm；
如图3所示，由2个以上的立体型浮床-沉床组合单元通过连接绳10连接成串，再分别固定于河道两岸的水体中，排布在河道两侧，生态浮床系统11和生态沉床系统12交替连接，生态浮床系统11通过连接绳10与河岸固定装置相连接，构成立体型浮床-沉床组合式河水净化装置。
春夏季节时，由于气温较高，适宜植物、微生物生长，本发明结合挺水植物、沉水植物、填料、河蚌和陶粒的作用净化河道水体。秋季时收获挺水植物、沉水植物和河蚌，在浮床的塑料网3中填充陶粒，秋冬季节时浮床和沉床中的陶粒继续吸附水体中的污染物，净化水质。
本发明的立体型浮床-沉床组合式河水净化装置将生态浮床系统和生态沉床系统的优势相结合，生态浮床系统有利于河道表层水体的净化，生态沉床系统促进河道深层水体的净化，挺水植物和沉水植物丰富了植物种类，强化了景观美化效果，生态浮床系统和生态沉床系统均挂有填料，为微生物的附着和生长提供载体，有利于生物膜的形成，且生态浮床系统和生态沉床系统的填料上分别培养异养硝化-好氧反硝化菌、腐殖酸还原菌，充分利用河道水体的好氧区和厌氧区的特点。本发明改善了水体微生态环境，提高了对河道水体的净化效果。本发明与传统生态浮床系统和生态沉床系统组合装置相比较，对河道水体的净化效果显著提高，在春夏季时对氮的去除率能达到50～60％，对总磷的去除率能达到20～30％，对COD的去除率能达到60～80％，对腐殖酸等难降解大分子的去除率达到50～60％；在秋冬季时对氮、磷、COD及腐殖酸等难降解大分子的去除率均能达到10～15％。

Claims (10)

1.一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，包括生态浮床系统和生态沉床系统，其特征在于，所述生态浮床系统(11)中设置有浮床浮块(2)，浮床浮块(2)内设置有栽植孔，栽植孔内种植挺水植物(1)；浮床浮块(2)四周设置有环状浮床浮筒(13)；浮床浮块(2)的下面设置有塑料网A(3)，塑料网A(3)内春夏季节放置河蚌，秋冬季节放置陶粒；塑料网A(3)的下面设置有组合填料A(4)，组合填料A(4)为丙纶丝将塑料盘片连接成串，垂直塑料盘片间的距离为5～10cm，利用异养硝化-好氧反硝化菌进行挂膜；所述组合填料A(4)的垂直长度为河道水深的1/3，最长不超过1.2m；所述浮床浮块(2)的宽度为河道断面宽度的1/5～1/4，最大不超过2米；
所述生态沉床系统(12)中设置有沉床浮块(6)，沉床浮块(6)内设置有栽植孔，栽植孔内种植沉水植物(5)；沉床浮块(6)四周设置有环状沉床浮筒(16)；沉床浮块(6)的下面设置有塑料网B(7)，塑料网B(7)内放置陶粒；塑料网B(7)的下面设置有组合填料B(8)，组合填料B(8)为丙纶丝将塑料盘片连接成串，垂直塑料盘片间的距离为5～10cm，利用腐殖酸还原菌进行挂膜，垂直长度为30～40cm，且填料底端距河底的距离大于30cm；所述沉床浮块(6)距离河道水平面的高度为0.3～2米；沉床浮块(6)向上的水平面上对应其四角的位置设置有4个浮球(9)，沉床浮块(6)通过连接绳(10)分别与浮于水面上的4个浮球(9)相连接，4个浮球(9)之间通过连接绳在水平面连接成与沉床浮块(6)形状相同的矩形；
浮床浮块(2)通过连接绳(10)与沉床浮块(6)上面临近的2浮球(9)相连接，组成立体型浮床-沉床组合单元；浮床浮块(2)和沉床浮块(6)之间的水平相距为25～35cm；
由2个以上的立体型浮床-沉床组合单元通过连接绳(10)连接成串，再分别固定于河道两岸的水体中，构成立体型浮床-沉床组合式河水净化装置。
2.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述浮床浮块(2)及沉床浮块(6)的规格为33cm×33cm×6cm。
3.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述浮床浮块(2)的栽植孔的直径为17cm，挺水植物的栽种密度为2～10株/m2。
4.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述沉床浮块(6)的栽植孔的直径为15cm，沉水植物的栽种密度为2～10株/m2。
5.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述塑料网A(3)与塑料网B(7)的孔径为1cm×1cm。
6.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述组合填料A(4)与组合填料B(8)的密度为40～60串/m2。
7.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述挺水植物(1)为菖蒲、美人蕉或者黄花鸢尾。
8.根据权利要求1所述的一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述沉水植物(5)为金鱼藻、伊乐藻或者苦草。
9.根据权利要求1所述一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述浮床浮筒(13)为环状中空密闭结构，直径15cm，整体呈矩形；浮床浮筒(13)的对应两边的下部分别设置有浮床排水孔(19)，另外两边的上部之间设置有浮床充气管(14)，浮床充气管(14)上设置有阀门A(15)，阀门A(15)兼顾充气和排气；
将2个以上的浮床浮筒(13)中浮床充气管(14)的阀门A(15)相连接，并设置一总阀门。
10.根据权利要求1所述一种立体型浮床-沉床组合式河水净化装置，其特征在于，所述沉床浮筒(16)为环状中空密闭结构，整体呈矩形；沉床浮筒(16)的对应两边的下部分别设置有沉床排水孔(20)，另外两边的上部之间设置有沉床充气管(17)，沉床充气管(17)上设置有阀门B(18)，阀门B(18)兼顾充气和排气；
将2个以上的沉床浮筒(16)中沉床充气管(17)的阀门B(18)相连接，并设置一总阀门。
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