CN105565599B - 基于植生型生化吸附球的梯级净水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于包括梯级分流支撑单元、生化吸附曝气增氧单元、植物同化吸收单元依靠连接绳和覆盖固定网连接固定；系统实现了多级阶梯式曝气增氧，增加了水力停留时间以及污水与吸收材料的接触面积，充分发挥了微生物和水生植物的降解作用。本发明采用榫卯连接，结构简单稳定，易拆卸，适用于筑坝或者建闸控制的河流水体污染物的削减。

Description

基于植生型生化吸附球的梯级净水系统

技术领域

本发明属于富营养化城市河流生态修复领域。

背景技术

城市河流污染是当前备受关注的环境问题之一。城市河道在整治过程中被裁弯取直，河床被衬砌硬化，城市河流的出口和入口多被建闸控制。城市内河闸的主要功能是非汛期关闸蓄水，抬高城市内河水位，解决枯水期河水很低，甚至干涸的问题，同时形成亲水景观改善城市水环境和城市形象。这些工程的实施改变了河道的天然形态和自然走向，破坏了许多生物赖以生存的自然特征，加上废污水的排放及污水处理不达标，导致了城市河流的纳污能力远远超过了其自净能力，加剧了水体污染；另外，河床的硬化使河流的生态功能受限，生物生境受到破坏，生物多样性降低。

由于水体中污染物浓度大，溶解氧含量低，导致河水黑臭现象严重。目前我国七大江河流域都已经受到不同程度的污染，特别是在全国138个城市河段中，流经繁华区域的绝大部分也受到不同程度的污染，其中低于国家《地面水环境质量标准》中V类水体的占38％，多数城市河道常年处于黑臭状态。

针对以上问题，国内外已开展了相关的研究，特别是关于河道生态修复的研究正不断深化。中国专利申请201010565640.9提出了一种“一种用于污染河流水质净化的傍河联合塘工艺和系统”、中国专利申请201210217572.6提出了一种“梯级净化水系统”、中国专利申请201310007153.4提出了一种“生态河流”、中国专利申请201310685450.4提出了一种“一种利用橡胶坝辅助黑臭河道定点清淤的方法”、中国专利申请201520315567.8提出了一种“一种用于城市河流中可升降式拦水系统”，这些方案可以有效的解决城市河流的污染问题，改善城市环境。在不改变现有河道结构并保证河道防洪安全的前提下，如何削减筑坝或者建闸控制的河流水体污染物，解决城市河流的黑臭问题是城市环境工作的当务之急，也是本技术所解决的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的是削减筑坝或者建闸河流水体中的污染物，本发明通过构建基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，实现富营养化筑坝建闸河流系统的生态修复，具有外形美观、拆卸方便的优点，不会影响城市河流的行洪需要，适用于城市闸控河流污染物削减。

本发明所提出的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，它包括梯级分流支撑单元、生化吸附曝气增氧单元、植物同化吸收单元、连接绳和覆盖固定网；其中梯级支撑单元由分流板、过渡板、横撑、榫、卯、支墩组成；生化吸附曝气增氧单元由生化吸附球、弹性纤维丝、石英球、生物沸石组成；植物同化吸收单元由挺水植物、植物生长基组成。生化吸附球之间靠连接绳连接，生化吸附曝气增氧单元以及植物同化吸收单元依靠覆盖固定网连接在梯级分流支撑单元上，分流板、横撑、支墩之间以及过渡板、横撑、支墩之间通过榫卯连接。

本发明具体实现原理为：本发明的分流板使得生化吸附球介于水-气界面之间，水流从生化吸附球的上面冲过，带来充足的溶解氧；生化吸附球内部的弹性纤维丝、石英球、生物沸石可以寄生更多的硝化细菌，大大提高了生化吸附球去除污染物的能力；多级倾斜分流板的叠加，增加了污水的水力停留时间，增大了污水与吸附材料的接触面积，污水和吸附材料中的污染物经水生植物的同化吸收而削减，并通过水生植物的收割实现系统中污染物的移除。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是采用榫卯连接，结构简单稳定，易拆卸。

二是两个以上分流板的设置实现了系统的多级阶梯曝气增氧，并增加了水力停留时间以及污水与吸收材料的接触面积，分散了水流对闸体或坝体的冲击力。

三是生化吸附球表面上的凹孔与凸起的交替设置可以更有效的打散水分子团，更大程度的增加水体中的溶解氧。

四是生化吸附球中的弹性纤维丝、石英球、生物沸石为微生物提供了大量的附着空间，充分发挥了微生物的降解作用。

附图说明

图1为本发明提出的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统的侧视示意图。

图2为本发明提出的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统的俯视图。

图3为本发明提出的植生型生化吸附球结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于其由梯级分流支撑单元1、生化吸附曝气增氧单元2、植物同化吸收单元3依靠连接绳4和覆盖固定网5连接固定于梯级分流支撑单元1上；其中梯级分流支撑单元1由分流板6、过渡板7、横撑8、榫9、卯10、支墩11组成；生化吸附曝气增氧单元2由生化吸附球12、弹性纤维丝13、石英球14、生物沸石15组成；植物同化吸收单元3由挺水植物16、植物生长基17组成。

具体来说所述的梯级分流支撑单元1由两块及以上的分流板6和1块及以上的过渡板7经横撑8和支墩11共同撑起，分流板6的安置的坡度介于30°到60°之间，两块分流板6之间由过渡板7连接，过渡板7水平放置。系统中多块分流板6的叠加，实现了多级阶梯式增氧，增加了污水的水力停留时间，增大了污水与吸附材料的接触面积。分流板6和过渡板7的材质为PVC板、不锈钢板或水泥板，横撑8为直三棱柱体，材质为木质，支墩11为钢筋混凝土；横撑8、分流板6和支墩11之间以及横撑8、过渡板7和支墩11之间通过榫卯结构相连，支墩上设有榫9，分流板6、过渡板7和横撑8上设有卯10，由榫卯连接的结构牢固且易拆除。

所述的生化吸附曝气增氧单元2中的各个生化吸附球12之间由连接绳4交错连接排列，连接绳4的材质为尼龙绳。生化吸附球12的材质为塑料，上面设置凹孔和凸起，凹孔的尺寸小于1cm。当水流从生化吸附球12表面流过时，水流会沿着凹孔而改变方向，然后进入下一个生化吸附球的凹孔，水流方向再次变化；在水流方向改变的同时，大气中的氧更多地卷吸进入水体成为溶解氧，并在水体中合理地扩散、迁移，从而实现了水体的富氧。为保障曝气增氧效果，生化吸附球12有1/2～2/3的体积没入水中，其直径设置在10-30cm之间。生化吸附球中装填有经微生物挂膜的弹性纤维丝13、石英球14、生物沸石15，石英球14的直径为1-2cm，生物沸石15的尺寸为1-2cm；弹性纤维丝13、石英球14、生物沸石15为微生物提供了充足的附着空间，加上生化吸附球12凹孔与凸起的曝气增氧作用，促进了系统中硝化反应的进行。

所述的植物同化吸收单元3中的植物生长基17为装有生物陶粒的硬质网袋，植物生长基17的一部分位于生化吸附球12内，通过不锈钢丝固定在生化吸附球12上，挺水植物16种植在植物生长基17上；挺水植物16为空心菜、水芹菜和香根草中的一种或几种；在安装连接好支墩11、分流板6、过渡板7、横撑8、生化吸附球12和植物生长基17之后，用覆盖固定网5将生化吸附球牢牢固定在分流板上；覆盖固定网5为大孔径尼龙网，网孔为5-8cm。

以下结合图1、图2和图3，进一步说明本发明的具体操作步骤：

本发明提出的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，包括梯级分流支撑单元、生化吸附曝气增氧单元、植物同化吸收单元依靠连接绳和覆盖固定网连接固定。

步骤一：枯水期，采用围堰截水修筑平台，在平台内下放钢护筒至河床底部，然后打墩桩，浇筑混凝土基础，再在基础上修筑支墩，并在在支墩顶端设置榫。

步骤二：用厚度1cm左右的硬质PVC板制作分流板和过渡板，分流板、过渡板和横撑上设置卯，通过榫卯结构安装分流板、过渡板和横撑，每根横撑的下方设置两个以上支墩。

步骤三：将弹性纤维丝、石英球、生物沸石以及植物生长基在自制的微生物反应器中进行微生物挂膜，挂膜时间两周。微生物反应器的进水污染物浓度如下：COD为90±2.6mg/L，总氮为19±1.2mg/L，氨氮为10±0.6mg/L，总磷为2±0.3mg/L，pH值7-8。

步骤四：用硬质塑料构建生化吸附球的两个空心半球，球的直径为20cm，两个半球之间依靠螺旋连接，在每个半球上设置多个竖向的凹孔和凸起，凹孔和凸起的尺寸为0.5cm×0.5cm×1cm，并在其中一个半球的顶端挖4cm×4cm×4cm左右的孔用于装填植物生长基。

步骤五：将挂膜后的弹性纤维丝、石英球、生物沸石以及植物生长基装填在生化吸附内，其中石英球和生物沸石位于底层，弹性纤维丝和植物生长基共同位于顶层，其中，植物生长基有2/3以上的体积位于生化吸附球内。将装填好吸附材料的生化吸附球交错排列在分流板上，生化吸附球之间通过尼龙绳连接。

步骤六：将尺寸为4cm×4cm×4cm植物生长基装填在生化吸附球内，在植物生长基上种植6-9株驯化后的空心菜。

步骤七：将尼龙网作为覆盖固定网，网孔尺寸3cm×3cm，罩在生化吸附球上，网的边缘在分流板上固定。

将两个规格为长×宽×深＝131cm×83cm×63cm水箱分别作为出水箱和接水箱，两个水箱落差113cm，水平距离137cm；分流板和过渡板的尺寸为131cm×50cm×1cm，安装两块分流板和一块过渡板，分流板和过渡板靠毛竹竿支撑，分流板和过渡板的两侧焊接PVC板，制成梯级水槽。生化吸附球直径20cm，每个生化吸收球上种植9株空心菜，在出水箱和分流板之间设置高度为3cm的堰，模仿坝体溢流。出水箱的试验用水是在自来水中按一定比例加入复合肥、葡萄糖和营养液配成总氮、氨氮、总磷、化学需氧量浓度分别为12.5±0.6mg/l、4.8±0.3mg/l、1.6±0.1mg/l、82.7±3mg/l。

试验历时以出水箱的水全部转入接水箱为准。试验期间，空心菜已经生长良好，试验结束时，基于植生型生化吸附球的梯级净水系统的水体净化率见表1。试验结果表明：基于植生型生化吸附球的梯级净水系统可净化有落差水流处的污染物。

表1：基于植生型生化吸附球的梯级净水系统对污染水体的净化率(％)

以上具体实施方式及实施例是对应用本发明提出的可自由旋转的鱼鳃式携氧净化系统的技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的梯级净水系统由梯级分流支撑单元、生化吸附曝气增氧单元、植物同化吸收单元构成；其中梯级支撑单元由分流板、过渡板、横撑、榫、卯、支墩组成；生化吸附曝气增氧单元由生化吸附球、弹性纤维丝、石英球、生物沸石组成；植物同化吸收单元由挺水植物、植物生长基组成；上述三个单元依靠连接绳和覆盖固定网连接固定。

2.根据权利要求1所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的梯级分流支撑单元由两块及以上的分流板和1块及以上的过渡板由横撑和支墩共同撑起。

3.根据权利要求1或2所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的分流板和过渡板的材质为PVC板、不锈钢板或者是水泥板，横撑为直三棱柱体，材质为木质结构，支墩为钢筋混凝土结构。

4.根据权利要求1所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的横撑、分流板和支墩之间以及横撑、过渡板和支墩之间通过榫卯结构相连，支墩上为榫，分流板、过渡板和横撑上为卯。

5.根据权利要求1所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的生化吸附曝气增氧单元中的生化吸附球之间由连接绳交错连接排列，生化吸附球的材质为塑料，上面设置凹孔和凸起，凹孔的尺寸小于1cm，生化吸附球的直径介于10-30cm之间。

6.根据权利要求1所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的植物生长基为装有生物陶粒的硬质网袋，植物生长基的一部分位于生化吸附球内，通过不锈钢丝固定在生化吸附球上，挺水植物种植在植物生长基上。

7.根据权利要求1或6所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的挺水植物为空心菜、水芹菜和香根草中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的基于植生型生化吸附球的梯级净水系统，其特征在于所述的覆盖固定网为大孔径尼龙网，覆盖连接梯级分流支撑单元、生化吸附曝气增氧单元、植物同化吸收单元。