CN107973412A - 一种水泵-生态浮岛集成水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种水泵‑生态浮岛集成水处理系统，包括太阳能供电系统、水泵、扬水逆变器和生态浮岛；其中，太阳能供电系统和生态浮岛均漂浮在水面上，且生态浮岛设置在太阳能供电系统的周向上，水泵的进水口位于水面之下，出水口处设置有高度可调节式喷头，太阳能供电系统通过扬水逆变器对水泵进行供电。本发明设置于湖泊水库水体表面，利用生态浮岛种植的水生植物对有机污染物及N、P等污染物进行降解，并通过植物优选削减了浮岛面积；利用水泵促使水体循环、提高水体溶解氧浓度，大大扩展生态浮岛的有效净水范围、进一步改善净水效果；采用水上太阳能供电系统驱动水泵，绿色低碳运行，达到经济、高效、无电耗地原位改善浅水河流湖泊水库水体水质。

Description

一种水泵-生态浮岛集成水处理系统
技术领域
本发明属于湖泊水质污染控制技术领域，具体涉及一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，适用于浅水河流湖泊水库水质污染原位控制。
背景技术
全球大多数湖泊都处于不同程度上的富营养化威胁之中，并有不断加剧的趋势。中国水库众多、分布广，多数城市逐渐采用湖泊水库水作为主要饮用水水源；但随着水库水体的富营养化和水体污染的不断加剧，直接影响着城市水资源的可持续利用，威胁城市的饮用水安全。同时因全球可再生水资源的逐渐减少，寻找节能、经济、高效的控制污染的方法，如采用新型的生态浮岛处理技术具有较大的潜力，越来越得到更多研究者的关注。
生态浮岛利用可漂浮在水面上并且能够承受较大重量的生态浮板作为载体，在其中种植各种水生植物(如美人蕉、睡莲和凤眼莲等)，通过植物深入水中强大根系的吸收、吸附、截留作用，物种竞争相克的原理，以及微生物的生化降解等作用，减少富营养化水体中的N、P以及有机物质，达到净化水体的效果；但生态浮岛的净水效果受限于浮岛面积，由于普遍采用大量中间开孔的浮体材料固定种植水生植物，导致一半左右浮岛面积被浮体材料占有，使得生态浮岛总面积一般需要达到水面面积的20-30％以上，而建设大面积生态浮岛将导致投资成本增加。
在目前大多数的湖泊水库水污染中，由于水体一般为死水，要净化水体首先要在通过运行水泵或曝气装置在水中造流、增氧，使死水变为活水，驱使水体循环，增加水中溶解氧含量，虽能从一定程度上增强水体的自净作用，但还是依托水中本体微生物的生物降解，效果有限。同时，人工混合充氧还可有效消除水体的缺氧状态，使水体处于一个良好的好氧环境，抑制底泥中污染物释放，但并不能去除底泥中的污染物。
随着中国经济的快速增长，能源消耗和二氧化碳排放量大幅度增加，如何有效节能降耗，实现能源与经济的可持续发展，已不仅是某些特殊行业的技术需求，对于水行业，可行、节能、高效的水质污染控制技术也正得到众多学者和工程技术人员的重视。在国内外湖泊水库原位水质污染控制设备的技术中，太阳能尚未得到应用。
目前，在污染水体的原位修复研究和实践中，基本还是局限于单一混合/充氧，或者单一生态浮岛，未见有对它们进行合理组合和集成以产生更好的协同除污染效果的研究和应用，也未见有利用太阳能驱动此组合系统的报道。此外，如果能进一步改进态浮岛结构和优选水生植物种类，也将会以较小面积的浮岛提高净水效果，更经济高效地进行污染水体原位修复。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的湖泊水库原位水质污染控制技术的不足，提供了一种水泵-生态浮岛集成水处理系统。该生态浮岛水处理系统能够设置于湖泊水库水体表面，利用生态浮岛种植的水生植物对有机污染物及N、P等污染物进行降解，并通过结构改进、植物优选削减了浮岛面积；利用水泵促使水体循环、提高水体溶解氧浓度，大大扩展生态浮岛的有效净水范围、进一步改善净水效果；采用水上太阳能供电系统驱动水泵，绿色低碳运行，达到经济、高效、无电耗地原位改善浅水河流湖泊水库水体水质。
本发明采取如下的技术方案予以实现：
一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，包括太阳能供电系统、水泵、扬水逆变器和生态浮岛；其中，
使用状态时，太阳能供电系统和生态浮岛均漂浮在水面上，且生态浮岛(8)设置在太阳能供电系统的周向上，水泵的进水口位于水面之下，出水口处设置有高度可调节式喷头且位于水面之上，太阳能供电系统通过扬水逆变器对水泵进行供电。
本发明进一步的改进在于，太阳能供电系统包括太阳能电池板、蓄电池组和支撑浮体；太阳能电池板和蓄电池组均放置在支撑浮体上，蓄电池组用于存储太阳能电池板收集的电能，并通过扬水逆变器对水泵进行供电。
本发明进一步的改进在于，太阳能电池板倾斜放置在支撑浮体上，且支撑浮体高出水面5cm-10cm。
本发明进一步的改进在于，太阳能电池板包括若干拼接在一起的太阳能电池以及周向设置且具有防水功能的电池板外侧边。
本发明进一步的改进在于，蓄电池组包括防水配电箱、箱体内电池、防水逆变器、防水控制器、防水电缆以及防水接头；其中，箱体内电池、防水逆变器和防水控制器均设置在防水配电箱内，箱体内电池和防水逆变器与防水控制器输出端并联相接，防水控制器通过防水电缆以及防水接头与太阳能电池板的背面电线连接。
本发明进一步的改进在于，太阳能电池板和蓄电池组均采用环氧树脂进行整体绝缘。
本发明进一步的改进在于，水泵的扬程为4～18m，日出水量为18～25m3，净重为13kg，体积为0.04m3。
本发明进一步的改进在于，生态浮岛包括若干浮筒，每个浮筒的周向上均设置有若干环扣，相邻四个浮筒之间通过插销及环扣连接形成一个整体。
本发明进一步的改进在于，浮筒采用聚乙烯材料制成，且每个浮筒的中心还开设有内置孔洞，内置孔洞处用于放置水生植物，水生植物的有效种植面积占生态浮岛总面积的80％。
本发明进一步的改进在于，浮筒的上部表面采用防滑花纹，其四角均为圆弧钝角，生态浮岛外侧边设置橡胶防撞条。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，利用太阳能-电能转换，通过扬水逆变器将太阳能供电系统发出的直流电转化为交流电，直接驱动水泵对于水体进行混合、充氧，增加水中溶解氧含量，促进水体自净，抑制底泥中污染物释放，同时，通过混合将浮岛远处水运送至浮岛附近，提高浮岛净水效果，扩大浮岛净水范围，并且在生态浮岛的降解污染物质的作用下，解决了因湖泊水库水体分层以及溶解氧的缺少而引起的内源污染和富营养化等问题，实现了水体污染治理，是一种结构简单、运行成本低、净化效果好的水泵-生态浮岛集成水处理系统。
进一步，太阳能电池板倾斜放置在支撑浮体上，使得太阳能电池板具有一定的倾角，更好地接受光照，且支撑浮体高出水面5cm-10cm，可以防止环内水生植物翻越外环而进入生态浮岛外的大面积水体，进而避免这些水生植物疯长而引起的可能负面效应。
进一步，太阳能电池板、水泵与扬水逆变器之间的连接电路均采用防水橡胶电缆以及防水接头，并采用环氧树脂进行整体绝缘。
进一步，每个浮筒的中心还开设有内置孔洞，可根据水生植物的形状和生长特性，放置卡扣花篮或卡扣花盆，有效防止植物脱落。
进一步，水生植物的有效种植面积占生态浮岛总面积80％以上，远远大于常规生态浮岛的对应值(约20％)，利用水生植物吸附、降解水中的有机污染物以及氮、磷等其他污染物；水泵运行后，使水体循环和充氧，加强生态浮岛的净水功能，产生协同除污染功能；外环亦用于防止环内水生植物翻越进入生态浮岛外围水体而避免疯长引起的可能负面效应。此外，可根据水域面积及污染情况设置在生态浮岛内部或外部，当水域面积较大、污染较重时，可设置于生态浮岛外部，通过遮光削弱水体藻类等浮游植物的过量繁殖。
本发明提供的生态浮岛外缘一圈浮筒内可以种植睡莲，内缘一圈种植较高的美人蕉等，在外缘和内缘之间水域种植漂浮型、生长较快的水生植物，如凤眼莲；与传统生态浮岛采用的单个漂浮载体的中间孔洞较小，导致水生植物种植面积较小相比，本发明尽可能的做到充分利用水域面积，最大化的提高了净化水的效果。
进一步，浮筒上部表面采用防滑花纹，安全稳固；其四角均为圆弧钝角，避免被碎木屑、锈顶刺伤等。生态浮岛的外侧边设置橡胶防撞条，避免生态浮岛受到外来干扰而移动、挤压甚至破坏。此外，生态浮岛承载力较大，适当尺寸的生态浮岛可允许人的通过。
综上所述，本发明是一种综合水处理系统，具有能耗低，净化效率高，环境更加友好的优点。
附图说明
图1为本发明水泵、太阳能电池板与支撑浮体的组装示意图。
图2为本发明太阳能电池板与水泵连接示意图。
图3为本发明生态浮岛示意图。
图中：1-电池板外侧边；2-太阳能电池板；3-支撑浮体；4-螺栓孔；5-水泵；6-高度可调节式喷头；7-扬水逆变器；8-生态浮岛；9-内置孔洞；10-环扣；11-插销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1至图3，本发明提供的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，包括水泵5、生态浮岛8和太阳能供电系统；其中，太阳能供电系统包括太阳能电池板2、蓄电池组和支撑浮体3；其中，太阳能电池板2包括若干太阳能电池以及周向设置且具有防水功能的电池板外侧边1；太阳能电池板2放置在支撑浮体3上，由连接结构可拆卸的连接在支撑浮体3上并呈倾斜布置，支撑浮体3的上表面为一端高另一端低的倾斜布置，支撑浮体3的上表面的上端和下端连接有卡接在太阳能电池板2的边沿处。蓄电池组用于存储太阳能电池板2收集的电能并通过扬水逆变器对水泵5进行供电。
生态浮岛8包括以高分子聚乙烯为材料的若干浮筒，每个浮筒的四个角有4个用于连接固定的环扣10，4个环扣分别在不同的水平面上错开分布，中心位置的4个环扣重叠在一起，并且通过插销11插入固定。
浮筒上部表面采用防滑花纹，安全稳固；其四角均为圆弧钝角，避免被碎木屑、锈顶刺伤等。生态浮岛8外侧边设置橡胶防撞条，避免生态浮岛8受到外来干扰而移动、挤压甚至破坏。生态浮岛8承载力较大，适当尺寸的生态浮岛8可允许人的通过。
高度可调节式喷头6、扬水逆变器7和水泵5设置在支撑浮体3内部，通过内部设置的长方形不锈钢固定结构固定扬水逆变器7，直接从太阳能电池板2获得直流电源，通过扬水逆变器7转化成交流电供给水泵5，并根据日照强度的变化实时地调节输出频率，实现最大功率点跟踪，最大限度地利用太阳能，通过喷头6进行喷水，用于对水体混合、充氧与曝气以抑制水体污染的状况。在整个小型太阳能生态浮岛水处理系统中，没有外部多余的能量消耗，利用太阳能节省了大量电能，克服了现有的湖泊水库原位污染控制技术应用中离岸供电系统的不足。
上述水泵5采用高效直流无刷电机，电池板配置少，主电路采用高性能半导体器件，可靠性高，控制器效率最高转换效率98％，全自动运行具有防溢出和防干抽功能，保护功能齐全，外壳为铝合金，防护等级IP52，具有较好的防水效果。
上述水泵5的扬程为4～18m，日出水量为18～25m3，净重为13kg，体积为0.04m3。水泵防护等级为IP68，水质PH值范围为6.5～8.0，水温范围为1～35度。
上述蓄电池组包括防水配电箱、箱体内电池、防水逆变器、防水控制器、防水电缆以及防水接头；其中，箱体内电池和防水逆变器与防水控制器输出端并联相接，且都放于防水配电箱，再由防水控制器通过防水接头以及防水电缆与太阳能电池板背面电线连接。其中，防水电缆采用防水橡皮电缆。此外，防水配电箱绝缘性极佳，可长期使用于潮湿及水分多的场合，以及有灰尘和微小颗粒的场合。
上述太阳能电池板2和蓄电池组采用环氧树脂进行整体绝缘，整个系统具有防水、防雾和防腐蚀的功能，并采用表面伞裙以加强绝缘效果。
生态浮岛8包括以高分子聚乙烯为材料的若干浮筒，用插销11插入浮筒的环扣进行拼接。采用卡扣花篮设计，有效防止植物脱落。采用加大开放式透气孔，加强氧气交换和阳光透射，增加植物生长速度。上述生态浮岛8可多种株距及种植密度设计，适应性更强，可根据设计形状进行适当组合，拆装维修方便。
上述在太阳能供电系统的支撑浮体外侧，设置一圈浮筒用于种植睡莲，内缘一圈种植较高的美人蕉等，在外缘和内缘之间水域种植漂浮型、生长较快的水生植物，如凤眼莲。一般支撑浮体每平方米的浮力可达150kg以上，组装简易、快速、灵活、造型多样整体采用模块结构，可更换为平台造型，外观色彩亮丽，为水库景色锦上添花。除遇强自然力及人为的不当使用，不需花费任何保养、维修费用、造价合理、经济，从长远的观点来看，可省下为数庞大的维护、保养、更替、维修的费用及时间。
为了对本发明进一步了解，现对其做进一步的详细说明。
参见图1，为水泵、太阳能电池板与支撑浮体的组装示意图，包括太阳能电池板2、蓄电池组、支撑浮体3和水泵5；太阳能电池板2放置在梯形的支撑浮体3上，由连接结构可拆卸的连接在支撑浮体3上并呈倾斜布置，支撑浮体3的上表面为一端高另一端低的倾斜布置，支撑浮体3倾斜的角度约为15度。
支撑浮体3产品规格为1100×880×380×160mm，每一平方100％负载为150kg，光伏组件适用宽度988mm至994mm，光伏组件适用长度1150至2000mm，侧耳最大承受拉力为2400kg。
水上光伏主道浮筒规格为880×440×155mm，每一平方100％负载为150kg，重量5.2～5.8kg，侧耳最大承受拉力为2400kg。
对太阳能电池板2和蓄电池组采用环氧树脂进行整体绝缘，整个系统具有防水、防雾和防腐蚀的功能，并采用表面伞裙以加强绝缘效果。将太阳能电池板背面接触的电缆线经防水接头连接，并用防水电缆接于配电箱中的控制器、蓄电池组和逆变器等接口。
参见图2，为太阳能电池板与水泵连接示意图，水泵5和扬水逆变器7设置在支撑浮体3内部，通过内部设置的长方形不锈钢固定扬水逆变器，直接从太阳能电池板2获得直流电源，通过扬水逆变器转化成交流电供给水泵5，并根据日照强度的变化实时地调节输出频率，实现最大功率点跟踪，最大限度地利用太阳能，用于对水体混合、充氧与曝气，水体在内部形成连续稳定的循环，逐渐减小水体分层，加快水体复氧和氧在上下层水体之间的循环，减缓水体內源污染及控制水体富营养化。
将水泵5出水管设置露出水面，在水泵出水口处设置一个高度可调节式喷头6形成喷泉，利用喷泉的喷洒进行曝气、充氧。
参见图3，为生态浮岛示意图，在太阳能供电系统的支撑浮体外侧，设置一周以高分子聚乙烯为材料的若干浮筒，在浮筒内部设置的内置孔洞9，用于种植凤眼莲和美人蕉等水生植物，让植物在类似无土栽培的环境下生长，吸收N、P等有机污染物，在植物、动物、昆虫以及微生物的共同作用下使水质得到净化。
浮筒的尺寸为333×333×70mm，每平方米由9个小单元组成，可独立种植9丛水生植物(栽植孔直径为17cm)，可根据使用需求自由拼接。每单元组件可承担6公斤浮力，可满足大型水生植物的种植需求。
参见图2和图3，整个装置各主要单元均可拆卸，便于安装维修。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当十位数与本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，包括太阳能供电系统、水泵(5)、扬水逆变器(7)和生态浮岛(8)；其中，
使用状态时，太阳能供电系统和生态浮岛(8)均漂浮在水面上，且生态浮岛(8)设置在太阳能供电系统的周向上，水泵(5)的进水口位于水面之下，出水口处设置有高度可调节式喷头(6)且位于水面之上，太阳能供电系统通过扬水逆变器(7)对水泵(5)进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，太阳能供电系统包括太阳能电池板(2)、蓄电池组和支撑浮体(3)；太阳能电池板(2)和蓄电池组均放置在支撑浮体(3)上，蓄电池组用于存储太阳能电池板(2)收集的电能，并通过扬水逆变器(7)对水泵(5)进行供电。
3.根据权利要求2所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，太阳能电池板(2)倾斜放置在支撑浮体(3)上，且支撑浮体(3)高出水面5cm-10cm。
4.根据权利要求2所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，太阳能电池板(2)包括若干拼接在一起的太阳能电池以及周向设置且具有防水功能的电池板外侧边(1)。
5.根据权利要求2所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，蓄电池组包括防水配电箱、箱体内电池、防水逆变器、防水控制器、防水电缆以及防水接头；其中，箱体内电池、防水逆变器和防水控制器均设置在防水配电箱内，箱体内电池和防水逆变器与防水控制器输出端并联相接，防水控制器通过防水电缆以及防水接头与太阳能电池板(2)的背面电线连接。
6.根据权利要求2所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，太阳能电池板(2)和蓄电池组均采用环氧树脂进行整体绝缘。
7.根据权利要求1所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，水泵(5)的扬程为4～18m，日出水量为18～25m3，净重为13kg，体积为0.04m3。
8.根据权利要求1所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，生态浮岛(8)包括若干浮筒，每个浮筒的周向上均设置有若干环扣(10)，相邻四个浮筒之间通过插销(11)及环扣(10)连接形成一个整体。
9.根据权利要求8所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，浮筒采用聚乙烯材料制成，且每个浮筒的中心还开设有内置孔洞(9)，内置孔洞(9)处用于放置水生植物，水生植物的有效种植面积占生态浮岛总面积的80％。
10.根据权利要求8所述的一种水泵-生态浮岛集成水处理系统，其特征在于，浮筒的上部表面采用防滑花纹，其四角均为圆弧钝角，生态浮岛(8)外侧边设置橡胶防撞条。
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