CN107162206A - 一种组合式人造水草设施净化水质的装置 - Google Patents

Abstract

本发明利用组合式人造水草设施净化河道水质的原理是淹没式生物膜法，它将人工强制曝气与人造水草填料结合，主要由浮子、人造水草、固定系统、重物锚和曝气系统组成。本发明可实现快速挂膜，高效处理污染水体，承受较高负荷，处理时间短，占用水面面积小，抑制蓝藻曝发，同时利用曝气装置缓解河道底泥的厌氧黑臭问题。此装置操作简单，移动方便，可回收利用，具有一定的实践应用价值。

Description

一种组合式人造水草设施净化水质的装置

技术领域

本发明属于人造水草技术领域，涉及一种用于河道水质净化的人工仿真水草，对河流、湖泊等具有良好的水质净化效果。

背景技术

随着经济社会的发展，大量未经有效处理的生活污水、工业废水及农业用水排入自然水体。自然水体供氧不足，污染物厌氧分解，加之水体流动性差，导致水体出现黑臭现象，严重影响生态环境。因此，以改善河道水环境质量、恢复水生态原状、提高水体自净能力为目的的河道原位修复技术得到了越来越多的重视。

河道原位修复技术在原有河道基础上，在河道中加入一定的载体，利用载体及上面的生物群落对污水中的污染物起到净化作用。原位修复技术主要分为物理技术、化学技术和生物技术，其中生物技术具有自然高效、简单灵活等优势，在国内外得以广泛应用。

人造水草技术利用耐污染、具有一定弹性的人工材料，仿照水生植物设计成具有较大比表面积的新型仿生载体，通过微生物系统自身的演替，在载体表面形成从菌类、藻类到原生动物、后生动物的多样微生物生态系统，实现治理系统的高效性与稳定性。由于人造水草表面有大量的微生物物种和完善的食物网，使得其微生物群落对有机污染物的代谢效率远高于其他技术，从而得以广泛应用。

现有技术中，如CN104496038A的一种组合式多功能人造水草，由功能化浮子、人造水草本体、固定系统和功能化重坠构成，利用水体的自然充氧状态进行人造水草的挂膜，并治理受污染水体，此技术无法满足水体较高的需氧量，挂膜及治理河道水质过程缓慢。CN205204917U的一种复合型活性炭纤维人造水草充氧曝气装置，包括人造水草、支架、曝气管等，此技术在河道中布置大量的支架，工程量大，耗时长，且不易移动。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，实现快速挂膜，高效处理污染水体，同时利用曝气装置缓解河道底泥的厌氧黑臭问题。此装置操作简单，移动方便，可回收利用，具有一定的实践应用价值。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

1.本发明组合式人工水草装置，它由浮子、人造水草、固定系统、重物锚、曝气系统组成。浮子与人造水草的顶端连接固定，人造水草的下端与固定系统上端相连，固定系统下端与重物锚连接，曝气管与固定系统的外围固定相连，曝气管的气体由曝气机提供。

1)所述浮子由泡沫陶瓷外壳和塑料内芯组成，塑料内芯置于外壳内，泡沫陶瓷掺杂有光催化剂TiO₂。

2)所述人造水草由中间绳和水率填料构成，水率填料均匀地固定在中间绳上。

3)所述的固定系统包括不锈钢底盘和底盘上的固定圆环，人造水草底端连接固定圆环，重物锚与圆心处的固定圆环相接。

4)所述曝气管的材质为橡胶，通过绳子固定在不锈钢底盘外围。

5)所述重物锚的材质为混凝土。

2.根据权利要求1所述的固定系统，包括不锈钢底盘和底盘上的固定圆环。不锈钢底盘外围是直径为80cm圆，内部结构为“三横三竖”的井型，其中有一横一竖经过圆心，且相互垂直。内部结构的“横”、“竖”各相互平行，相邻间隔为20cm。此不锈钢底盘共有21个交叉点，在交叉点处各配置一个固定圆环。其中，圆心处上下各有一个固定圆环，上环用于放置时穿绳用，下环与重物锚连接，故不锈钢底盘上共有22个固定圆环。

3.根据权利要求1所述的人造水草，人造水草为圆柱形，水率填料的直径为15cm，长度根据河道的深浅变化，使得所述人造水草的顶部没入水面下5-20cm，保证不影响水面上船只的正常行驶。人造水草的底部分别固定在各个固定圆环上，保持同圆上相邻人工水草间距为 15cm左右。

4.根据权利要求1所述的曝气系统包括曝气管及曝气机，曝气管采用微孔爆气，微孔直径为0.02μm。河道的深浅决定了曝气机的供气量，一般河道深度2.0m＜h＜5.0m，曝气机的供气量为30W/h；1.0m≤h≤2.0m，曝气机的供气量为15W/h。

5.根据权利要求1所述的组合式人造水草装置，可用于水流流速不大于0.3m/s的水体，水深1.0m-5.0m的河道、湖泊、池塘等。

6.根据权利要求1所述的组合式人造水草装置，根据污染源所处位置及水流方向进行布点。在污染源的上游附近布置少量点，在污染源下游接近污染源附近布点密度大，下游离污染源较远的地方布点密度较小。

7.根据权利要求1所述的重物锚，将组合式人造水草装置放置于污染水体后，重物锚沉入河道底泥中，不锈钢底盘与锚连接固定的绳子长度控制在5-10cm，不锈钢底盘平面与河道底泥的距离控制在5-10cm，保证曝气系统可以缓解河道底泥的厌氧发臭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.充氧效率高：

资料表明，常规大气复氧系数分布范围在0.15-0.36/d^-1，而人工强制曝气充氧速率比自然复氧大几个数量级，且人工充氧可深及到底泥可预防底泥厌氧发臭。

2.比表面积大：

组合人造水草比表面积每m³有300-400m²面积。由于表面积大，可附着更多微生物，提高单位体积处理污染物负荷。长期运行还可减少淤泥中有机物含量，减少污泥清淤工作。

3.使用寿命长：

人造水草由高分子物质制造，不容易腐烂，在水中不易风化，根据现有工程实例及使用情况表明，其使用年限在十年左右。

4.安装简单：

只要测得河道的高低水位，制定一定长度的水草，用船运到安放地点即可，且可移动搬家。

5.能耗低：

每组人造水草每小时只需30W电耗，可去除10g氨氮、COD 20g。对于接电不方便水面还可以利用太阳能光伏电池驱动空气压缩机。

6.投资费用低

因为组合人造水草现场施工简单，无需对水面进行改动，减少现场施工费用，投资费用只有同类型方法的一半。

7.适应范围广

组合式人造水草可用于水流流速不大于0.3m/s水体，水深1.0-5.0m河道、湖泊、池塘等。对于有旅游船的水体可设立隔离带保护人造水草不被船的螺旋浆缠绕。

8.可抑制蓝藻的生长

水体中蓝藻物种占优势时，会抑制其它水生物生长甚至“扼杀”某些生物，而人造水草不会“死亡”，在有氧的状况下，好氧生物可以继续生存，且在蓝藻最不活跃时，以它为食物，减少蓝藻初始量，防止第二年蓝藻爆发。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明组合式人造水草装置图。

图2是本发明组合式人造水草装置在河道中的剖面图。

图3是本发明组合式人造水草装置在污染源附近的布点图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步阐述。

如各附图所述，一种组合式人造水草设施净化河道水质的装置包括浮子、人造水草、固定系统、重物锚和曝气系统组成。浮子与人造水草的顶端连接固定，人造水草的下端与固定系统上端的固定圆环相连，固定系统圆心处的上固定圆环用于放置时穿绳用，下环与重物锚固定，曝气管与固定系统的外围固定相连，曝气管的气体由曝气机提供。同一横(竖)内部结构上，相邻固定圆环的间距为20cm左右，单株人工水草的直径为15cm左右，曝气管上的微孔直径为0.02μm。

一种组合式人造水草设施净化河道水质装置的使用方法如下：

1.首先，根据污染源所处位置及水流方向确定污染源附近的河道布点位置，测量各个点的水深h。一般水体污染越严重，人造水草装置布点越多。

2.根据水深h确定人造水草的长度，使得组合式人造水草装置的重物锚恰好沉入河道底泥中，组合式人造水草装置垂直悬浮于污染水体中。所述人造水草的顶部没入水面下5-20cm，不锈钢底盘平面与河道底泥的距离控制在5-10cm。组合式人造水草的上边缘不影响水面船只的正常行驶，重物锚恰好完全沉入河道底泥内。

3.同时，水深h还决定了曝气机的供气量，一般河道深度2.0m＜h＜5.0m，曝气机的供气量为30W/h；1.0m≤h≤2.0m，曝气机的供气量为15W/h。

4.确定好人造水草长度以及曝气机的供气量后，组装好组合式人草水草装置，并连上曝气管，根据河道布点位置，投放至具体点。

5.采用本组合式人造水草装置，单套每小时大约耗电30W，可去除氨氮10g，COD30g，净化后的水质可达到IV类水标准。水质得以净化后，停止曝气，将各个点的组合式人造水草装置移动搬家或收回，以便进行再次使用。

按照各附图说明以及具体实施方式，得到河流处理前后的对比数据如下：

表1河流水质处理前后比较 (mg/L)

指标	处理前	处理后
			DO	1.8-2.3	3.2-3.6
NH3-N	1.7-2.4	0.6-1.1
			TN	2.1-3.0	1.2-1.6
TP	0.1-0.4	0.1-0.3
			综合评定	劣V类水	IV水

水质标准参考地表水环境质量标准(GB3838-2002)。

组合式人造水草一方面采用人工强制曝气充氧，提高了充氧效率，缓解河道底泥厌氧发臭，利用水率填料在水中形成浓密的网，增大比表面积；另一方面，装置的使用寿命长、安装简单、成本低、可与自然生态景观结合、应用范围广，可有效抑制蓝藻的生长，提高水体透明度。将其移植到河道水处理不存在技术问题，具有一定的实践应用价值，可以实现让小装置解决河道净化的大问题。

Claims (7)

1.本发明组合式人工水草装置，它由浮子、人造水草、固定系统、重物锚、曝气系统组成。浮子与人造水草的顶端连接固定，人造水草的下端与固定系统上端相连，固定系统下端与重物锚连接，曝气管与固定系统的外围固定相连，曝气管的气体由曝气机提供。

1)所述浮子由泡沫陶瓷外壳和塑料内芯组成，塑料内芯置于外壳内，泡沫陶瓷掺杂有光催化剂TiO₂。

2)所述人造水草由中间绳和水率填料构成，水率填料均匀地固定在中间绳上。

3)所述的固定系统包括不锈钢底盘和底盘上的固定圆环，人造水草底端连接固定圆环，重物锚与圆心处的固定圆环相接。

4)所述曝气管的材质为橡胶，通过绳子固定在不锈钢底盘外围。

5)所述重物锚的材质为混凝土。

2.根据权利要求1所述的固定系统，包括不锈钢底盘和底盘上的固定圆环。不锈钢底盘外围是直径为80cm圆，内部结构为“三横三竖”的井型，其中有一横一竖经过圆心，且相互垂直。内部结构的“横”、“竖”各相互平行，相邻间隔为20cm。此不锈钢底盘共有21个交叉点，在各个交叉点处配置一个固定圆环。其中，圆心处上下各有一个固定圆环，上环用于放置时穿绳用，下环与重物锚连接，故不锈钢底盘上共有22个固定圆环。

3.根据权利要求1所述的人造水草，人造水草为圆柱形，水率填料的直径为15cm，长度根据河道的深浅变化，使得所述人造水草的顶部没入水面下5-20cm，保证不影响水面上船只的正常行驶。人造水草的底部分别固定在各个固定圆环上，保持同圆上相邻人工水草间距为15cm左右。

4.根据权利要求1所述的曝气系统包括曝气管及曝气机，曝气管采用微孔爆气，微孔直径为0.02μm。河道的深浅决定了曝气机的供气量，一般河道深度2.0m＜h＜5.0m，曝气机的供气量为30W/h；1.0m≤h≤2.0m，曝气机的供气量为15W/h。

5.根据权利要求1所述的组合式人造水草装置，可用于水流流速不大于0.3m/s的水体，水深1.0m-5.0m的河道、湖泊、池塘等。

6.根据权利要求1所述的组合式人造水草装置，根据污染源所处位置及水流方向进行布点。在污染源的上游附近布置少量点，在污染源下游接近污染源附近布点密度大，下游离污染源较远的地方布点密度较小。

7.根据权利要求1所述的重物锚，将组合式人造水草装置放置于污染水体后，重物锚沉入河道底泥中，不锈钢底盘与锚连接固定的绳子长度控制在5-10cm，不锈钢底盘平面与河道底泥的距离控制在5-10cm，保证曝气系统可以缓解河道底泥的厌氧发臭。