CN106006984A - 基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水体修复领域，具体涉及基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，包括太阳能模块、水生植物模块、亚表层降解模块、光电催化模块和智能检测模块。本系统基于水体三维空间特性及浮岛各单元的优化布置特点进行高度集成，通过光电催化和生物协同的方式有效克服了传统生态浮岛处理效果受季节、温度等影响大的缺点。与此同时，本系统选用高强度浮岛材料进行制作，有效增强了浮岛抗风浪性能。此外，为便于系统后期运行管理和维修更换，各单元均采用模块化的方式进行组装。

Description

基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统
技术领域
本发明涉及水体修复领域，具体涉及基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统。
背景技术
由农业面源、工业点源及生活源排放的富含氮、磷污水已严重污染了我国的地表水环境，同时随着富营养化水域的日渐增多，许多江湖河池等水体生态系统均遭到严重破坏。复合立体式生态浮岛因具有浮岛系统和接触氧化系统双重优点，近年来在景观水体、重污染河道、饮用水源等水体修复中得到广泛应用。
而传统复合立体式生态浮岛的去污机理往往依赖于植物吸收和无外界干扰的微生物降解，因此去污周期长、效率低，且整个系统受季节和温度影响较大，去污效果不稳定；与此同时，传统复合立体式生态浮岛由于载重量大，浮体及框体材料偏向于廉价的PE塑料，因此难抵较大风浪，后期维护成本较高。此外，其制作成型常以整体框架为支撑系统，未能有效形成模块化，不利于后期维修和更换。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，包括太阳能模块1、水生植物模块2、亚表层降解模块3、光电催化模块4和智能检测模块5，所述太阳能模块1的电源信号输出端分别与亚表层降解模块3、光电催化模块4和智能检测模块5的电源信号输入端相连，水生植物模块2和光电催化模块4并联，其下部均为亚表层降解模块3，分别与水生植物模块2和光电催化模块4交互连接，智能检测模块5的控制信号输出端还分别与亚表层降解模块3、光电催化模块4的控制信号输入端相连。
本发明所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，所述太阳能模块1主要由单晶硅太阳能电池板、蓄电池、逆变器、支撑架、景观亮化材料、浮体及框体材料组成。
本发明所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，所述水生植物模块2主要由选育的水生植物、种植块、浮体及框体材料组成。
本发明所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，所述亚表层降解模块3主要由包裹纳米铁及钙化物的活性氧化铝球、水下阿科蔓生物膜、硝化菌种包、微孔释放器及曝气机、浮体及框体材料组成。
本发明所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，所述光电催化模块4主要由光电催化阴阳电极板、导线、浮体及框体材料组成。
本发明所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，所述智能检测模块5主要由溶解氧、总磷及氨氮检测模块、GPRS无线数传模块、浮体及框体材料组成。
本发明的有益效果在于：
本系统基于水体三维空间特性及浮岛各单元的优化布置特点进行高度集成，通过光电催化和生物协同的方式有效克服了传统生态浮岛处理效果受季节、温度等影响大的缺点。与此同时，本系统选用高强度浮岛材料进行制作，有效增强了浮岛抗风浪性能。此外，为便于系统后期运行管理和维修更换，各单元均采用模块化的方式进行组装。
附图说明
图1为本发明基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统的示意图。
附图标记：1，太阳能模块；2，水生植物模块；3，亚表层降解模块；4，光电催化模块；5，智能检测模块。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
如图1所示，基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，包括太阳能模块1、水生植物模块2、亚表层降解模块3、光电催化模块4和智能检测模块5，所述太阳能模块1的电源信号输出端分别与亚表层降解模块3、光电催化模块4和智能检测模块5的电源信号输入端相连，水生植物模块2和光电催化模块4并联，其下部均为亚表层降解模块3，分别与水生植物模块2和光电催化模块4交互连接，智能检测模块5的控制信号输出端还分别与亚表层降解模块3、光电催化模块4的控制信号输入端相连。
本系统的核心技术如下：
1）光电效应转化，最大限度地将太阳能转变成污染物削减的动力。
通过太阳能电池板的光电转化作用，提供水下曝气的能量驱动，加速好氧微生物生长繁殖，强化生物降解作用；
通过光电催化材料的光转化作用，产生强氧化性自由基，提升污染物削减幅度和速率；
通过水生植物的光吸收和快速增殖，强化系统的生态降解效果。
2）广泛采用新材料，如具有强烈磷吸附作用及缓释的生物填料等。
3）系统模块化，由具有不同作用的功能模块组合而成，主要包括太阳能模块、水生植物模块、亚表层降解模块、光电催化模块、智能检测模块等。各模块框体材料外围具有凸出的插孔及吊环，根据污染物处理对象的不同及其污染去除负荷的要求，合理组建及更换各功能模块。
太阳能模块 1：主要由单晶硅太阳能电池板、蓄电池、逆变器、支撑架、景观亮化材料、浮体及框体材料组成。单个模块尺寸为1 m×1 m×1 m，主要用于为检测、曝气及光电催化提供能量，与各功能模块配合使用。
水生植物模块 2 ：主要由选育的水生植物、种植块、浮体及框体材料等组成，单个模块尺寸为1 m×1 m×0.5 m，主要利用水生植物的快速增殖及根系的协同作用，达到污染治理目标。由水生植物模块直接或间接处理的污染物占整个系统的10%-30%。
亚表层降解模块 3 ：主要由包裹纳米铁及钙化物的活性氧化铝球、水下阿科蔓生物膜、硝化菌种包、微孔释放器及曝气机、浮体及框体材料组成，单个模块尺寸为1 m×1 m×0.4 m。该模块主要利用微生物（尤其是硝化细菌）的新陈代谢作用达到快速氨氮硝化，进一步反硝化脱氮的目的。同时，由于填料对总磷（尤其是无机磷）的强烈吸附作用及微生物的快速增殖导致的磷元素在填料表面的富集，与填料中的缓释剂反应，生成钙磷、铁磷等磷的稳定化合物，达到除磷的目的。亚表层降解模块一般与光电催化模块及水生植物模块结合使用，分别置于两个模块的底部。由亚表层降解模块直接或间接处理的污染物占整个系统的30%-50%。
光电催化模块 4 ：主要由光电催化阴阳电极板、导线、浮体及框体材料组成，单个模块尺寸为1 m×1 m×0.3 m。光电催化阳极板由载体及光催化材料复合而成，在光照作用下产生电子空穴对。阳极偏压条件下，可极大降低电子空穴对的复合速率，增加活性基团的产生量，从而极大提升了污染物的降解效率。光电催化模块对水体CODcr、氨氮具有稳定的去除效果，将在冬季水生植物及微生物处理效果受限的情况下，作为污染去除的主要手段。由光电催化模块直接或间接处理的污染物占整个系统的20%-50%。
智能检测模块 5 ：主要由溶解氧、总磷及氨氮检测模块、GPRS无线数传模块、浮体及框体材料组成。一般而言，一个断面或一片水域配置一组智能检测模块。通过检测水中污染物指标，调整相关设备运行参数。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：包括太阳能模块（1）、水生植物模块（2）、亚表层降解模块（3）、光电催化模块（4）和智能检测模块（5），所述太阳能模块（1）的电源信号输出端分别与亚表层降解模块（3）、光电催化模块（4）和智能检测模块（5）的电源信号输入端相连，水生植物模块（2）和光电催化模块（4）并联，其下部均为亚表层降解模块（3），分别与水生植物模块（2）和光电催化模块（4）交互连接，智能检测模块（5）的控制信号输出端还分别与亚表层降解模块（3）、光电催化模块（4）的控制信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：所述太阳能模块（1）主要由单晶硅太阳能电池板、蓄电池、逆变器、支撑架、景观亮化材料、浮体及框体材料组成。
3.根据权利要求1所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：所述水生植物模块（2）主要由选育的水生植物、种植块、浮体及框体材料组成。
4.根据权利要求1所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：所述亚表层降解模块（3）主要由包裹纳米铁及钙化物的活性氧化铝球、水下阿科蔓生物膜、硝化菌种包、微孔释放器及曝气机、浮体及框体材料组成。
5.根据权利要求1所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：所述光电催化模块（4）主要由光电催化阴阳电极板、导线、浮体及框体材料组成。
6.根据权利要求1所述的基于光电和生物协同效应的智能生态浮岛系统，其特征在于：所述智能检测模块（5）主要由溶解氧、总磷及氨氮检测模块、GPRS无线数传模块、浮体及框体材料组成。
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