CN107010791A - 基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，包括：初步过滤装置、蓄水池、微纳米气泡快速发生装置主机、增氧装置、微纳米气泡曝气器、固态微生物载体，所述初步过滤装置、蓄水池、微纳米气泡快速发生装置主机和微纳米气泡曝气器依次通过管路相连通，所述增氧装置与微纳米气泡快速发生装置主机相连通，所述固态微生物载体固定连接在微纳米气泡曝气器的曝气管道上。本发明的一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，使用微纳米气泡快速发生装置配合增氧装置，对河道进行增氧；配合曝气管道中的微生物净化处理，降低水体生化需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)含量，使河道恢复生态平衡。

Description

基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统。
背景技术
河道的黑臭现象是我国现阶段普遍存在的污染问题，从而导致河流面积减少、环境污染严重、河道生态系统遭到破坏，失去自净能力、水文特性恶化、河流功能简化或完全消失等。为了改善河道水质，恢复河道的生态功能及社会功能，目前有一些针对的方法：
底泥疏浚：主要通过工程方法将堆积在河床上的污染物质(底泥)移除，保证河床环境得到改善。但此方法会用到大型工程机械，耗时耗力。
人工增氧：通过人工增氧的途径使复氧速度加快，水体的自净能力增强。但目前通用的人工增氧方法效率较低，达不到处理的需求。
化学絮凝沉淀：利用絮凝剂将河道的悬浮物质和胶体物质去除，净化水质。但絮凝作用持续时间较短，且费用比较昂贵，有些絮凝剂在使用的过程可能会有生物毒性，造成二次污染。
生物生态净化：水生植物或水体微生物在黑臭河道的水质净化方面有着极其重要的作用，此方法对河道中的溶解氧具有一定的要求，一旦环境恶化，容易造成大面积的富营养化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的河道治理方法，存在工程成本高、二次污染严重、效果差、效率低等问题，提供一种新型高效的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，包括：初步过滤装置、蓄水池、微纳米气泡快速发生装置主机、增氧装置、微纳米气泡曝气器、固态微生物载体、传感器和植物净化浮岛，所述初步过滤装置、蓄水池、微纳米气泡快速发生装置主机和微纳米气泡曝气器依次通过管路相连通，所述增氧装置与微纳米气泡快速发生装置主机相连通，所述固态微生物载体连接在微纳米气泡曝气器的曝气管道上。
本发明的一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，使用微纳米气泡快速发生装置配合增氧装置，对河道进行增氧；配合曝气管道中的微生物净化处理，降低水体的生化需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)含量，使河道恢复生态平衡。
进一步，还包括传感器和在线监测装置，所述传感器设置在河道中微纳米气泡曝气器管道的周边，并与微纳米气泡快速发生装置主机相连，所述传感器与在线监测装置电连接，所述传感器用于在线监测河道水质的各项参数并将参数传递到在线监测装置。
上述进一步方案的有益效果在于：实现在线监控，并节省劳动力。
进一步，所述传感器包括温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器和浊度传感器。
进一步，所述初步过滤装置和蓄水池之间设有潜水提升泵，所述潜水提升泵的泵进水管与初步过滤装置相连通，所述潜水提升泵的泵出水管与蓄水池相连通。
进一步，所述泵进水管设有底阀，底阀为逆止阀。
上述进一步方案的有益效果在于：潜水提升泵提高水体动能，底阀防止水体逆流。
进一步，还包括传感器，所述传感器与微纳米气泡快速发生装置主机相连接，所述传感器包括温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器和浊度传感器。
上述进一步方案的有益效果在于：所述传感器能够通过温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器、浊度传感器完成河道内水质相关数据的检测，并可以通过与在线监测系统远程无线连接，实现对河道的水质情况的实时监测。还可以根据水质监测数据，可管理曝气的时间、气源切换等。例如，当溶解氧(DO)大于等于4mg/L，可以停止制氧机制氧，直接用空气进行曝气，反之则制氧机制氧曝气。
进一步，所述初步过滤装置为格栅、过滤器或者沉淀池中的一种。
上述进一步方案的有益效果在于：给出了具体的能够实现初步过滤功能的初步过滤装置。
进一步，所述固化微生物载体为生物绳、毛刷、仿水草中的一种。
上述进一步方案的有益效果在于：给出了具体的用于承载微生物的固化微生物载体类型。
进一步，还包括设置在微纳米气泡曝气器下游的植物净化浮岛，所述植物净化浮岛为种植有水生植物的漂浮板或者浮岛。
上述进一步方案的有益效果在于：植物净化浮岛设置在河流下游段，水生植物通过根系净化和光合作用，协同净化河体。
进一步，所述增氧装置为制氧机或液氧。
一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理方法，包括如下步骤：
S1，河道水在潜水提升泵的作用下经过初步过滤装置的过滤进入蓄水池；
S2，蓄水池中储存的水经过微纳米气泡快速发生装置进水管进入微纳米气泡快速发生装置主机；增氧装置将氧气通过氧气管通入微纳米气泡快速发生装置主机中，此时水与氧在微纳米气泡快速发生装置主机中混合，通过曝气管进入微纳米气泡曝气器；
S3，设置在河道底部的微纳米气泡曝气器产生微纳米气泡对河道进行曝气增氧；固化微生物载体设置在曝气管路上，附着固化微生物载体上的微生物在微纳米气泡曝气的好氧条件下进行繁殖，并进行微生物净化；
S4，河道水经曝气复氧，通过微生物净化后，顺河流方向布置水生植物净化浮岛，上面种植水生植物，起到协同净化作用。
本发明的有益效果是：使用先进技术微纳米气泡快速发生装置，快速提高增氧效果，且微纳米气泡具有缓释效果，对河道进行持久增氧；在曝气管道上，布置固化微生物载体(生物绳、毛刷、仿水草等)，让微生物进行附着，在曝气好氧条件下进行生物处理，降低水体的生化需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)，使河道恢复生态平衡；微纳米气泡曝气后，会产生气浮作用，从而将部分底泥气浮至河面，且曝气后产生好氧环境，底泥中的好氧微生物活性增强，改善底泥的厌氧环境，好氧微生物将底泥中的有机物转化为无机质，达到改善底泥性能效果；利用传感器实现在线监测，可实时获得河道水质各项相关指标数据，便于控制系统相关操作；有效削减河道N/P等污染物的排放量，成功控制河道的富营养化状况；建立起较为复杂的底栖动物、鱼类种群以及水生植物的水生生物食物链，增强生态系统的平衡维护能力，发挥河道治理生态景观的教育、可科普、宣传与示范功能。
附图说明
图1为本发明的一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统的结构示意图；
图2为固化微生物载体与曝气管道的连接方式和相对位置示意图。
附图标记说明：
1.格栅，2.底阀，3.潜水提升泵，4.蓄水池，5.微纳米气泡快速发生装置主机，6.制氧机，7.微纳米气泡曝气器，8.固态微生物载体，9.传感器，10.植物净化浮岛，11.取水管道，12.泵进水管，13.泵出水管，14.微纳米气泡快速发生装置进水管，15.氧气管，16.曝气管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种本发明提供一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，包括：初步过滤装置1、蓄水池4、微纳米气泡快速发生装置主机5、增氧装置6、微纳米气泡曝气器7和固态微生物载体8，所述初步过滤装置1、蓄水池4、微纳米气泡快速发生装置主机5和微纳米气泡曝气器7依次通过管路相连通，所述增氧装置6与微纳米气泡快速发生装置主机5相连通，所述固态微生物载体连接8在微纳米气泡曝气器7的曝气管道上。使用微纳米气泡快速发生装置配合增氧装置，对河道进行增氧再配合曝气管道上的微生物净化处理，降低水体的生化需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)含量，使河道恢复生态平衡。作为本发明的进一步方案，所述初步过滤装置和蓄水池之间设有潜水提升泵，所述潜水提升泵的泵进水管与初步过滤装置相连通，所述潜水提升泵的泵出水管与蓄水池相连通。
作为本发明的进一步方案，所述泵进水管设有底阀。
潜水提升泵和底阀的设置便于提高水体动能，并防止水体逆流。
作为本发明的进一步方案，还包括传感器，所述传感器与微纳米气泡快速发生装置主机相连接，所述传感器包括温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器和浊度传感器。所述传感器能够通过温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器、浊度传感器完成河道内水质相关数据的检测，并可以通过与在线监测系统远程无线连接，实现对河道的水质情况的实时监测。还可以根据水质监测数据，可管理曝气的时间、气源切换等。例如，当溶解氧(DO)大于等于4mg/L，可以停止制氧机制氧，直接用空气进行曝气，反之则制氧机制氧曝气。
作为本发明的进一步方案，所述初步过滤装置为格栅、过滤器或者沉淀池中的一种。
作为本发明的进一步方案，所述固化微生物载体为生物绳、毛刷、仿水草中的一种。
作为本发明的进一步方案，还包括设置在微纳米气泡曝气器下游的植物净化浮岛，所述植物净化浮岛为种植有水生植物的漂浮板或者浮岛。植物净化浮岛设置在河流下游段，水生植物通过根系净化和光合作用，协同净化河体。作为本发明的进一步方案，所述增氧装置为制氧机或液氧。
在上述实施例中，微纳米气泡发生主机包括气液混合系统和机箱；气液混合系统设置于机箱的内部；气液混合系统包括气液混合泵、气液混合器、空压机、液位开关、第一电磁阀、排水管、气液连接管、气体连接管、排气管、第二电磁阀和第三电磁阀；其中，气液混合泵与气液混合器通过气液连接管相连；气液混合器与空压机通过气体连接管相连；液位开关安装于气液混合器内部；排水管的一端与气液混合器连接，另一端伸出机箱外，并设置有排水阀；排气管的一端与气液混合器连接，另一端伸出机箱外；第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀分别设置于气液连接管、气体连接管和排气管上，分别用于控制气液混合泵、空压机和排气管。
一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理方法，包括如下步骤：
S1，河道水在潜水提升泵的作用下经过初步过滤装置的过滤进入蓄水池；
S2，蓄水池中储存的水经过微纳米气泡快速发生装置进水管进入微纳米气泡快速发生装置主机；增氧装置将氧气通过氧气管通入微纳米气泡快速发生装置主机中，此时水与氧在微纳米气泡快速发生装置主机中混合，通过曝气管进入微纳米气泡曝气器；
S3，设置在河道底部的微纳米气泡曝气器产生微纳米气泡对河道进行曝气增氧；固化微生物载体设置在曝气管路内，附着固化微生物载体上的微生物在微纳米气泡曝气的好氧条件下进行繁殖，并进行微生物净化；
S4，河道水经曝气复氧，通过微生物净化后，顺河流方向布置水生植物净化浮岛，上面种植水生植物，起到协同净化作用。
本发明的有益效果是：使用先进技术微纳米气泡快速发生装置，快速提高增氧效果，且微纳米气泡具有缓释效果，对河道进行持久增氧；在曝气管道中，布置固化微生物载体(生物绳、毛刷、仿水草等)，让微生物进行附着，在曝气好氧条件下进行生物处理，降低水体的生化需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)，使河道恢复生态平衡；微纳米气泡曝气后，会产生气浮作用，从而将部分底泥气浮至河面，且曝气后产生好氧环境，底泥中的好氧微生物活性增强，改善底泥的厌氧环境，好氧微生物将底泥中的有机物转化为无机质，达到改善底泥性能效果；利用传感器实现在线监测，可实时获得河道水质各项相关指标数据，便于控制系统相关操作；有效削减河道N/P等污染物的排放量，成功控制河道的富营养化状况；建立起较为复杂的底栖动物、鱼类种群以及水生植物的水生生物食物链，增强生态系统的平衡维护能力，发挥河道治理生态景观的教育、可科普、宣传与示范功能。
换言之，本发明由下述硬件构成：
a微纳米气泡曝气增氧组件：河水通过初步过滤，由潜水提升泵3将河水输送进入微纳米气泡快速发生装置主机5，制氧机6提供氧气供给微纳米气泡快速发生装置主机5，水与氧气在主机内进行混合，再进入微纳米气泡曝气器7(河道底部)，产生微纳米气泡水对河道进行曝气增氧，周而复始对河道进行循环增氧(微纳米气泡增氧是从将河道中的河水和空气进行混合再进入河道曝气，是一个闭循环)。
b固化微生物模块：在微纳米曝气系统的底部管道布置密集的固化微生物载体8，固化微生物载体8的顶端布置有浮球，使其能漂浮在河道中，微生物在微纳米气泡曝气的好氧条件下进行繁殖，附着在载体中，进行生物净化。
c水生植物净化模块：河水经曝气复氧，通过微生物净化后，顺河流方向布置水生植物净化浮岛10，上面种植水生植物，起到协同净化作用。
d在线监测模块：在微纳米气泡快速发生装置主机5上连接温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器和浊度传感器等传感器9，传感器9通过无线网络连接在线监测系统，从而使用户可以通过在线监测系统远程实时监测河道的水质情况。根据水质监测数据，可管理曝气的时间、气源切换等。如当溶解氧(DO)大于等于4mg/L，直接用空气进行曝气，反之则制氧机制氧曝气。
具体实施例1：
北京市某河道增氧项目
该河道长800米，宽16米，水深1.5米左右，水质较差，有明显的异味，透明度较低(10-20cm左右)，水体比较浑浊。溶解氧在0.2mg/L左右，pH是7.95，COD为160mg/L，总氮为80mg/L，总磷为6mg/L左右。使用本发明系统进行处理一段时间，水质有明显的改善，具体步骤如下：
(1)将取水管道11安装距河道岸边0.3-0.5m处，取水点应居水面下0.5-0.6m处。取水管外围安装格栅1，过滤河水中大颗粒物和杂质，避免堵塞水泵。
(2)泵进水管12的底端布置有底阀2，过滤小的固体颗粒物，并且避免水体回流。
(3)潜水提升泵3将河水送至蓄水池4中，起到沉淀和平衡水量的作用。
(4)微纳米气泡发生器内置的气液混合泵将蓄水池4中的清水送至微纳米气泡快速发生装置主机5，制氧机6制取氧气后送至微纳米气泡快速发生装置主机5，气液混合后制取高浓度富氧水。
(5)制取的高浓度富氧水通过曝气管道16进入微纳米气泡曝气器7，产生微纳米气泡，对河道进行增氧曝气。
(6)曝气后周围水体逐步变为好氧环境，好氧微生物附着在固化微生物载体8中对水体进行好氧净化，达到去除水体COD、TN、TP的效果。
(7)河水在通过曝气后顺着水流方向经过植物净化浮岛10，利用植物净化的作用再次协同对水体进行生态修复。
(8)在曝气的周边布置传感器9，传感器9将水体的溶解氧、COD或其他水质信息传入在线监测系统，工作人员可根据数据进行实时监控。
(9)工作人员可根据现场实际情况调整曝气时间和曝气种类。
系统运行一段时间后，水质明显得到改善。水体透明度可提升至60cm，溶解氧提升至2-3mg/L左右，pH7.8，COD、TN、TP降低效果明显。持续使用本发明，则水体会继续得到改善，并逐步恢复生态平衡。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，包括：初步过滤装置(1)、蓄水池(4)、微纳米气泡快速发生装置主机(5)、增氧装置(6)、微纳米气泡曝气器(7)和固态微生物载体(8)，所述初步过滤装置(1)、蓄水池(4)、微纳米气泡快速发生装置主机(5)和微纳米气泡曝气器(7)依次通过管路相连通，所述增氧装置(6)与微纳米气泡快速发生装置主机(5)相连通，所述固态微生物载体(8)固定连接在微纳米气泡曝气器(7)的曝气管道(16)上。
2.根据权利要求1所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述初步过滤装置(1)和蓄水池(4)之间设有潜水提升泵(3)，所述潜水提升泵(3)的泵进水管(12)与初步过滤装置(1)相连通，所述潜水提升泵(3)的泵出水管(13)与蓄水池(4)相连通。
3.根据权利要求2所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述泵进水管(12)设有底阀(2)。
4.根据权利要求1所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，还包括传感器(9)和在线监测装置，所述传感器(9)设置在河道中微纳米气泡曝气器管道的周边，并与微纳米气泡快速发生装置主机(5)相连接，所述传感器(9)与在线监测装置电连接，所述传感器(9)用于监测河道水质的各项参数并将参数传递至在线监测装置。
5.根据权利要求4所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述传感器(9)包括温度传感器、溶解氧传感器、pH传感器和浊度传感器。
6.根据权利要求1所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述初步过滤装置(1)为格栅、过滤器或者沉淀池中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述固化微生物载体为生物绳、毛刷、仿水草中的一种。
8.根据权利要求1所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，还包括设置在微纳米气泡曝气器(7)下游的植物净化浮岛，所述植物净化浮岛为种植有水生植物的漂浮板或者浮岛。
9.根据权利要求1-8任一所述的基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理系统，其特征在于，所述增氧装置为制氧机或液氧。
10.一种基于微纳米增氧曝气和生物净化效应的河道治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，河道水在潜水提升泵(3)的作用下经过初步过滤装置(1)的过滤进入蓄水池(4)；
S2，蓄水池(4)中储存的水经过微纳米气泡快速发生装置进水管(14)进入微纳米气泡快速发生装置主机(5)；增氧装置(6)将氧气通过氧气管(15)通入微纳米气泡快速发生装置主机(5)中，此时水与氧在微纳米气泡快速发生装置主机(5)中混合，通过曝气管道(16)进入微纳米气泡曝气器(7)；
S3，设置在河道底部的微纳米气泡曝气器(7)产生微纳米气泡对河道进行曝气增氧；固化微生物载体(8)设置在曝气管道(16)上，附着在固化微生物载体(8)上的微生物在微纳米气泡曝气的好氧条件下进行繁殖，并进行微生物净化；
S4，河道水经曝气复氧，通过微生物净化后，顺河流方向布置水生植物净化浮岛(10)，上面种植水生植物，起到协同净化作用。
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