CN107619103B - 一种翻斗式助力曝气生态修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翻斗式助力曝气生态修复系统，包括拦截净化单元、漏斗集水净化单元、翻斗助力曝气单元和远程植物修复单元；拦截净化单元包括拦截坎、拦截净化网、固定桩；漏斗集水净化单元包括漏斗、基质、植物、集水管；翻斗助力曝气单元包括翻斗、隔板、齿条、齿轮轴、圆盘、拉杆、活塞、排气管、单向阀；远程植物修复单元包括沉水植物、挺水植物。通过漏斗汇集水流，水体在重力作用下使漏斗向一侧翻转，从而带动曝气装置进行曝气，通过植物根系吸收利用水体中N、P等营养元素，富集水体中的重金属，形成的生物膜进一步降解有机质，从而达到净化水体的目的。
Description
技术领域
本发明属于河道水污染防治及治理技术领域，涉及一种翻斗式助力曝气生态修复系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，许多城市周边水体受到污染，甚至出现了从季节性黑臭到全年黑臭的转变，水体生态环境退化严重，凸显了现阶段水环境治理的尴尬局面。国务院发布的《水污染防治行动计划》明确提出：2017年底前，直辖市、省会城市、计划单列市建成区要基本消除黑臭水体；2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。由此可见，城市黑臭水体治理的紧迫性和艰巨性，因此解决城市河湖的污染，恢复其生态和社会功能，是许多城市可持续发展过程中亟待解决的关键问题之一。
曝气设备从原理上分为鼓风机曝气和机械曝气两种类型，动力系统多采用传统电能驱动，在室外使用有限，不利于铺设。随着清洁能源的发展，使用风能和太阳能作为动力来源的设备层出不穷，中国专利申请201410465151.4提出了一种立式风能曝气充氧机，该装置集增速、鼓风、曝气为一体，水体增氧的动力由风能提供，降低了水体污染治理的成本问题以及解决水体复氧能力不足的问题；中国专利申请201620055748.6提出了一种太阳能曝气装置，由太阳能电池供电驱动微纳米气泡泵，吸入空气和水，水气混合进行喷射曝气；中国专利申请201620148030.1提出了一种基于太阳能和风能的污水处理系统，有效提高了动力系统的持续稳定性；上述专利使得曝气装置的使用更加广泛，但是受限于天气因素，使用时间并不稳定，而且装置较为复杂，维护成本高。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种翻斗式助力曝气生态修复系统，通过汇集水流，使其在重力作用下带动漏斗翻转，从而进行曝气。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：包括拦截净化单元、漏斗集水净化单元、翻斗助力曝气单元和远程植物修复单元；拦截净化单元包括拦截坎、拦截净化网、固定桩；漏斗集水净化单元包括漏斗、基质、植物、集水管；翻斗助力曝气单元包括翻斗、隔板、齿条、齿轮轴、圆盘、拉杆、活塞、排气管、单向阀；
拦截坎顶部设置拦截净化网，固定桩竖直设置，两个固定桩之间设置有横梁，漏斗连接固定在拦截坎和固定桩上，漏斗中填充有基质，漏斗的上底面四周水平并留有栽种孔，便于种植植物；集水管上端连接漏斗底部，下端伸向翻斗；翻斗呈倒三角型，翻斗底部悬挂在固定桩的横梁上，翻斗中间设有隔板，翻斗两侧对称布置曝气装置；齿轮轴一端固定在拦截坎上，另一端架在齿条上进行传动，齿条呈曲线形，一端固定在翻斗侧面中心，另一端闭合，防止与齿轮轴脱离；圆盘与齿轮轴同心连接，圆盘两端设有拉杆，拉杆与活塞相连；活塞侧面设有排气管，顶部设有单向阀；随着翻斗内水体的增多，在重力作用下，翻斗向一侧倾斜，齿轮轴与齿条传动，并带动圆盘转动，拉杆进而带动活塞作相向运动，压缩空气通过排气管在水中形成细小的气泡，增加水中溶解氧，同时，该侧水体流出，翻斗另一侧集水，并带动翻斗向另一侧翻转。
作为优选方案，所述拦截坎采用砂壤土构筑，整体高度随水深设置，底部呈直角梯形；固定桩与拦截坎同高间距，依据河道宽度进行设定。
作为优选方案，所述拦截净化网为双层结构，由穿有沸石和陶粒的棉纶网线制成，拦截净化网最高处高于水面30cm以上。
作为优选方案，所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：还包括支条，所述拦截净化网挂置在支条上，支条底部镶嵌在拦截坎中。
作为优选方案，所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：还包括固定螺栓，固定螺栓位于距拦截坎和固定桩顶部15 cm处，用于固定漏斗；漏斗通过固定螺栓连接固定在拦截坎和固定桩上。
作为优选方案，所述漏斗为棱台结构，窄口朝下，漏斗的材质为陶土；所述基质由陶化营养土和砂质壤土混合而成，有利用微生物的挂载，从而形成生物膜。植物可选种藨草、蕹菜等，并尽量以当地物种为主。
作为优选方案，所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述翻斗底面与水平面呈15-20度夹角。
具体的，所述远程植物修复单元包括沉水植物、挺水植物。 所述沉水植物为苦草、黑藻和菹草中的一种或几种，种植在曝气管道两侧，随着水体环境的改善，后期向两侧延伸种植。所述挺水植物为水葱、香蒲和芦苇中的一种或几种，种植在河道两侧。
有益效果：本发明提供的一种翻斗式助力曝气生态修复系统，通过漏斗汇集水流，水体在重力作用下使漏斗向一侧翻转，从而带动曝气装置进行曝气，通过植物根系吸收利用水体中N、P等营养元素，富集水体中的重金属，形成的生物膜进一步降解有机质，从而达到净化水体的目的。具有以下优点：
1. 采用漏斗装置，利用水体本身的重力提供动力，便于室外使用，克服了以电能作为动力来源的不足，有效降低成本；
2. 将植物和基质的过滤作用、吸附作用、富集作用相耦合，净化效率更高；
3. 不同水生植物搭配种植，既改善了水体环境，又达到了观赏景致的作用。
4. 适用于江河湖泊等黑臭水体治理，具有外形美观、结构简单的优点，而且不需要电能作为动力来源，在室外铺设方便，运行费用低。
附图说明
图1为本发明系统的剖视图；
图2为本发明系统的侧视图；
图3为本发明中漏斗的俯视图；
图中：1、拦截净化单元；2、漏斗集水净化单元；3、翻斗助力曝气单元；4、远程植物修复单元；5、拦截坎；6、支条；7、拦截净化网；8、固定桩；9、固定螺栓；10、漏斗；11、基质；12、植物；13、集水管；14、翻斗；15、隔板；16、齿条；17、齿轮轴；18、圆盘；19、拉杆；20、活塞；21、排气管；22、单向阀；23、沉水植物；24、挺水植物。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，一种翻斗式助力曝气生态修复系统，包括拦截净化单元1、漏斗集水净化单元2、翻斗助力曝气单元3以及远程植物修复单元4；
拦截净化单元1包括拦截坎5、支条6、拦截净化网7、固定桩8、固定螺栓9；
漏斗集水净化单元2包括漏斗10、基质11、植物12、集水管13；
翻斗助力曝气单元3包括翻斗14、隔板15、齿条16、齿轮轴17、圆盘18、拉杆19、活塞20、排气管21、单向阀22；
远程植物修复单元4包括沉水植物23、挺水植物24等水生植物。
所述的拦截净化单元1中的拦截坎5由砂壤土筑成，整体高度随水深设置，底部为直角梯形，即增强稳定性，又可以节约成本；顶部设有双层的拦截净化网7，挂置在支条6上，支条6底部镶嵌在拦截坎5中固定，防止水流冲刷移动；固定桩8材质为铝合金，与拦截坎6共同组成整个装置的框架；距拦截坎6和固定桩8顶部15 cm处各设有固定螺栓9，用于固定漏斗10。
所述的漏斗集水净化单元2中的漏斗10为棱台结构，窄口朝下，上底面四周水平并留有栽种孔，便于种植植物12，中心向下凹陷，材质为陶土；植物12可选种藨草、蕹菜等，并尽量以当地物种为主；基质11由陶化营养土和砂质壤土混合而成，有利用微生物的挂载，从而形成生物膜；集水管13材质为铝合金，一端连接漏斗10，另一端连接翻斗14。
如图3所示，所述的翻斗助力曝气单元3中的翻斗14呈倒三角型，与水平面呈15 -20度夹角，底部悬挂在固定桩8的横梁上，中间设有隔板15，材质均为铝合金，两侧的曝气装置对称分布；齿条16呈曲线形，一端固定在翻斗14侧面中心，另一端闭合，防止与齿轮轴17脱离；齿轮轴17一端固定在拦截坎6上，另一端架在齿条16上进行传动，圆盘18与齿轮轴17同心连接，圆盘18两端设有拉杆19，拉杆19与活塞20相连；活塞20侧面设有排气管21，顶部设有单向阀22。具体效果表现为：随着翻斗14内水体的增多，在重力作用下，翻斗14向一侧倾斜，齿轮轴15与齿条16传动，并带动圆盘18转动，拉杆19进而带动活塞20作相向运动，压缩空气通过排气管21在水中形成细小的气泡，增加水中溶解氧，同时，该侧水体流出，翻斗14另一侧集水，并带动翻斗14向另一侧翻转。
所述的远程植物净化单元4中，沉水植物23为苦草、黑藻和菹草中的一种或几种，种植在曝气管道两侧，随着水体环境的改善，后期向两侧延伸种植；所述的挺水植物24为水葱、香蒲和芦苇中的的一种或几种，主要种植在河道两侧，消浪固坡，防止水土流失。
本发明提出的一种翻斗式助力曝气生态修复系统，包括拦截净化单元1、漏斗集水净化单元2、翻斗助力曝气单元3以及远程植物修复单元4。
本发明的具体实施操作步骤如下：
步骤一：采用砂壤土构筑拦截坎，整体高度随水深设置，底部呈直角梯形；固定桩材质为铝合金，与拦截坎同高间距，依据河道宽度进行设定；距拦截坎和固定桩顶部15 cm处各设有固定螺栓，用于固定漏斗。
步骤二：在拦截坎顶部设置双层的拦截净化网，网高于水面30cm，由穿有沸石和陶粒的棉纶网线制成，并挂置在支条上，支条底部镶嵌在拦截坎中，材质为铝合金。
步骤三：漏斗为棱台结构，窄口朝下，上底面四周水平并留有栽种孔，便于种植植物，中心向下凹陷，材质为陶土；集水管材质为铝合金，一端连接漏斗，另一端伸向翻斗，留有空隙，不与翻斗接触。
步骤四：基质由陶化营养土和砂质壤土混合而成，填充在漏斗内部，植物可选种藨草、蕹菜等，并尽量以当地物种为主，株行距为15cm，靠近水流一侧可适当提高栽植密度。
步骤五：翻斗呈倒三角型，与水平面呈15 - 20度夹角，底部悬挂在固定桩与拦截坎相连的横梁上，中间设有隔板，材质均为铝合金；齿条呈曲线形，一端固定在翻斗侧面中心，另一端闭合，防止与齿轮轴脱离；齿轮轴一端固定在拦截坎上，另一端架在齿条上；圆盘与齿轮轴同心连接，圆盘两端设有拉杆，拉杆与活塞相连；活塞侧面设有排气管，材质为聚氯乙烯，顶部设有单向阀。翻斗两侧对称布置曝气装置。
步骤六：沉水植物为苦草、黑藻和菹草中的一种或几种，种植在曝气管道两侧，随着水体环境的改善，后期向两侧延伸种植；挺水植物为水葱、香蒲和芦苇中的的一种或几种，主要种植在河道两侧。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：包括拦截净化单元、漏斗集水净化单元、翻斗助力曝气单元和远程植物修复单元；拦截净化单元包括拦截坎、拦截净化网、固定桩；漏斗集水净化单元包括漏斗、基质、植物、集水管；翻斗助力曝气单元包括翻斗、隔板、齿条、齿轮轴、圆盘、拉杆、活塞、排气管、单向阀；
拦截坎顶部设置拦截净化网，固定桩竖直设置，两个固定桩之间设置有横梁，漏斗连接固定在拦截坎和固定桩上，漏斗中填充有基质，漏斗的上底面四周水平并留有栽种孔，便于种植植物；集水管上端连接漏斗底部，下端伸向翻斗；翻斗呈倒三角型，翻斗底部悬挂在固定桩的横梁上，翻斗中间设有隔板，翻斗两侧对称布置曝气装置；齿轮轴一端固定在拦截坎上，另一端架在齿条上进行传动，齿条呈曲线形，一端固定在翻斗侧面中心，另一端闭合，防止与齿轮轴脱离；圆盘与齿轮轴同心连接，圆盘两端设有拉杆，拉杆与活塞相连；活塞侧面设有排气管，顶部设有单向阀；随着翻斗内水体的增多，在重力作用下，翻斗向一侧倾斜，齿轮轴与齿条传动，并带动圆盘转动，拉杆进而带动活塞运动，压缩空气通过排气管在水中形成气泡，增加水中溶解氧，同时，该侧水体流出，翻斗另一侧集水，并带动翻斗向另一侧翻转。
2.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述拦截坎采用砂壤土构筑，整体高度随水深设置，底部呈直角梯形；固定桩与拦截坎同高，间距依据河道宽度进行设定。
3.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述拦截净化网为双层结构，由穿有沸石和陶粒的棉纶网线制成，拦截净化网最高处高于水面30cm。
4.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：还包括支条，所述拦截净化网挂置在支条上，支条底部镶嵌在拦截坎中。
5.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：还包括固定螺栓，固定螺栓位于距拦截坎和固定桩顶部15 cm处，用于固定漏斗；漏斗通过固定螺栓连接固定在拦截坎和固定桩上。
6.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述漏斗为棱台结构，窄口朝下，漏斗的材质为陶土；所述基质由陶化营养土和砂质壤土混合而成，有利用微生物的挂载，从而形成生物膜。
7.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述翻斗底面与水平面呈15-20度夹角。
8.根据权利要求1所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述远程植物修复单元包括沉水植物、挺水植物。
9.根据权利要求8所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述沉水植物为苦草、黑藻、菹草中的一种或几种，种植在曝气管道两侧，随着水体环境的改善，后期向两侧延伸种植。
10.根据权利要求8所述的翻斗式助力曝气生态修复系统，其特征在于：所述挺水植物为水葱、香蒲、芦苇中的一种或几种，种植在河道两侧。
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