CN108529752A - 生态浮岛 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种生态浮岛，包括净化管和位于净化管上的水生植物系统，在净化管的进水口处设有造流装置，通过造流装置在净化管内部形成水流，在净化管的进水口与净化管的出水口之间设有曝气装置，所述的曝气装置通过将含有氧分子的气体通入水流中在净化管内部形成相连通的厌氧净化区和好氧净化区。本申请通过在净化管上设置水生植物系统并在净化管的进水口处设置造流装置在净化管内形成水流，实现了一种管式造流结构的生态浮岛，同时，通过将浮岛技术与A/O工艺相结合，有效的提高了的净化效果，进一步提高了本生态浮岛的污水净化效率。
Description
技术领域
本申请涉及水处理技术领域，特别涉及一种生态浮岛。
背景技术
近年来，水体污染问题成为当前重大环境问题之一，主要表现为水中氮、磷、有机物等营养物质含量超过水体自净能力，使藻类过量生长和繁殖，导致水体溶解氧和透明度下降，水体变黑变臭，造成水体生态环境恶化。
利用植物治理水体污染一直是国内外的热点问题，生态浮岛利用载体将植物栽培在污染水体中，达到净化水质的目的。生态浮岛技术基本原理主要包括2个方面：一是植物直接吸收、利用水体中氮、磷等营养物质；二是微生物附着在植物根系上形成生物膜，加速水中大分子污染物的降解过程。
河湖水体中的静水区域由于水体流动性差，污染物大量富集，超过水体自净能力，同时由于水中溶解氧不足，限制了好氧微生物的活动，水体自净能力变差，导致水体环境不断恶化。采用生态浮岛治理净水区域时，由于静水区域水流速度慢，水力停留时间过长，再加上水中溶解氧过低，使生态浮岛的净化功能不能充分发挥。因此，提高静水区域水体流动性，增加水体溶解氧浓度，是提高静水区域生态浮岛净化效率的关键因素。
申请内容
本申请的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种净化效果突出、结构简单、环境友好的生态浮岛。
为实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：
一种生态浮岛，包括净化管2和位于净化管2上的水生植物系统3，在净化管2的进水口处设有造流装置5，通过造流装置5在净化管2内部形成水流，在净化管2的进水口与净化管2的出水口之间设有曝气装置6，所述的曝气装置6通过将含有氧分子的气体通入水流中在净化管2内部形成相连通的厌氧净化区和好氧净化区。
可选的，还包括太阳能供电系统1和自控系统4，所述的自控系统4位于净化管2的管体上并与造流装置5和曝气装置6相连接，所述的太阳能供电系统1位于净化管2的管体上并分别与自控系统4、造流装置5和曝气装置6相连接。
可选的，所述的净化管2包括第一管道210、过渡管道220和第二管道230，所述过渡管道220的两端分别与第一管道210和第二管道230相连接，所述的曝气装置6固定于过渡管道220处，在第一管道210内形成厌氧净化区且在第二管道230内形成好氧净化区，所述的造流装置5位于第一管道210的进水口处。
可选的，所述过渡管道220为倾斜设置的弯折形管道，过渡管道220的底部与第一管道210相连接，过渡管道220的顶部与第二管道230相连接，使得第二管道230位于第一管道210的上方。
可选的，在第一管道210内填充有含钙质、铁质的生物陶粒，所述生物陶粒的粒径为15mm至20mm，在第二管道230和过渡管道220内填充有纤维束或多孔悬浮球。
可选的，所述的造流装置5包括电机510、涡轮520和格栅530，所述的涡轮520安装在电机510上并形成螺旋桨结构，所述的电机510分别与太阳能供电系统1和自控系统4相连接并带动涡轮520转动，所述的格栅530安装在净化管2的进水口处并沿涡轮520的轴向设置在涡轮520的两侧。
可选的，所述的曝气装置6包括曝气泵610、曝气管620和曝气头630，所述的曝气泵610安装在净化管1的管体上并与自控系统4相连接，所述曝气管620的一端与曝气泵610相连接，曝气管620的另一端置于净化管2内并与曝气头630相连接，所述的曝气头630位于净化管2的过渡管道220的下方。
可选的，在净化管2的顶部设有种植孔，所述的种植孔用于种植水生植物系统3的水生植物，水生植物系统3的水生植物的根系位于净化管2内部，水生植物系统3的水生植物的茎、叶位于净化管2外部。
可选的，所述的水生植物系统3包括第一挺水植物310、第二挺水植物320、第三挺水植物330和浮叶植物340，所述的第一挺水植物310种植于第一管道210的种植孔内，所述的第二挺水植物320种植于第二管道230和过渡管道220的种植孔内，所述的第三挺水植物330种植于太阳能供电系统1的太阳能电池板120的下方，所述的浮叶植物340均匀分布种植在净化管2的顶部。
可选的，所述的第一挺水植物310至少包括以下植物中的任一或任意多个的组合：香根草、风车草、菰，所述的第二挺水植物320至少包括以下植物中的任一或任意多个的组合：芦苇、香蒲、灯心草，所述的第三挺水植物330包括植雍菜和/或矮灯芯草。
可选的，所述的太阳能供电系统1设置在净化管2的第二管道230的顶部，太阳能供电系统1包括支架110、太阳能电池板120和蓄电设备130，所述的太阳能电池板120安装在支架110上并与蓄电设备130相连接，所述的蓄电设备130包括控制器、蓄电池和逆变器，所述的控制器分别与太阳能电池板120、蓄电池和自控系统4相连接，所述的蓄电池通过逆变器分别于与曝气装置6、涡轮造流装置5和自控系统4相连接。
可选的，所述的生态浮岛通过多个竖杆7固定，所述竖杆7的一端固定在水体底部，竖杆7的另一端与生态浮岛固定连接。
本申请还提供了一种并联组合型浮岛，包括多个本申请的生态浮岛，多个生态浮岛并联设置，每相邻的两个个生态浮岛的净化管2之间通过管夹或绳索固定。
本申请通过在净化管上设置水生植物系统并在净化管的进水口处设置造流装置，通过造流装置在净化管内形成水流，增加了静水区域水体的流动性，而且水生植物系统能够将空气中的氧气输送至净化管内从而有效的增强了生态浮岛的净化功能，实现了一种管式造流结构的生态浮岛，同时，通过在净化管内设置曝气装置增加了水流中的溶解氧浓度，形成了组合串联的厌氧净化区与好氧净化区，形成了类似A/O工艺的管式净化系统，从而将浮岛技术与A/O工艺相结合，有效的提高了的净化效果，进一步提高了本生态浮岛的污水净化效率。
此外，本申请的生态浮岛采用独特的管式造流结构，使得植物种植区出现不同的水深变化，模拟水生植物自然分布规律，在水深0至30cm的植物种植区种植挺水植物，在水深大于30cm的植物种植区种植浮叶植物和挺水植物，形成了高低错落、物种丰富的近自然植物群落，增加浮岛净化效果的同时，为野生动物提供多样的栖息环境。
附图说明
图1是本申请的生态浮岛的整体结构示意图。
附图标记
1-太阳能发电系统，110-支架，120-太阳能电池板，130-蓄电设备，2-净化管，210-第一管道，220-过渡管道，230-第二管道，3-水生植物系统，310-第一水挺植物，320-第二水挺植物，330-第三水挺植物，340-浮叶植物，4-自控系统，5-造流装置，510-电机，520-涡轮，530-格栅，6-曝气装置，610-曝气泵，620-曝气管道，630-曝气头，7-竖杆。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。
在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
如图1所示，本申请的生态浮岛包括净化管2和位于净化管2上的水生植物系统3，在净化管2的进水口处设有造流装置5，通过造流装置5在净化管2内部形成水流，在净化管2的进水口与净化管2的出水口之间设有曝气装置6，所述的曝气装置6通过将含有氧分子的气体通入水流中在净化管2内部形成相连通的厌氧净化区和好氧净化区，所述的水生植物系统3通过水生植物净化污水。具体的，本申请的生态浮岛还包括太阳能供电系统1和自控系统4，所述的自控系统4位于净化管2的管体上并与造流装置5和曝气装置6相连接用于控制造流装置5和曝气装置6的运行，所述的太阳能供电系统1位于净化管2的管体上并分别与自控系统4、造流装置5和曝气装置6相连接用于提供电能。本申请的生态浮岛工作时，污水由净化管2的进水口进入，通过造流装置5在净化管2内形成水流，然后依次经过厌氧净化区与好氧净化区后从净化管2的出水口流出，从而形成了类似A/O工艺的管式净化系统，所述含有氧分子的气体可以是空气、氧气或者臭氧等。
本申请实施例提供的生态浮岛通过在净化管2上设置水生植物系统3并在净化管2的进水口处设置造流装置5，通过造流装置在净化管2内形成水流，增加了静水区域水体的流动性，而且水生植物系统3能够将空气中的氧气输送至净化管2内的植物根部周围形成氧化根周(水生植物从地上茎向地下根输送氧气，超过根代谢所需的微量氧气从根扩散到根系周围)，同时植物根系和填料增加了水中微生物的附着面积，提高了微生物降解污染物的速度，最后植物根系可以直接吸收水中的氮、磷等营养物质，有效增强了生态浮岛对污水的净化能力，实现了一种管式造流结构的生态浮岛，同时，通过在净化管2内设置曝气装置6增加了水流中的溶解氧浓度，形成了组合串联的厌氧净化区与好氧净化区，形成了类似A/O工艺的管式净化系统，污水在厌氧净化区以有机物为碳源进行反硝化作用使有机物得到初步降解，污水中的有机物在好氧净化区中进一步降解的同时发生硝化作用，从而将浮岛技术与A/O工艺相结合，有效的提高了的净化效果，进一步提高了本生态浮岛的污水净化效率。
本申请的一个实施例提供的生态浮岛中，所述的净化管2包括第一管道210、过渡管道220和第二管道230，所述过渡管道220的两端分别与第一管道210和第二管道230相连接，所述的曝气装置6固定于过渡管道220处，曝气装置6向过渡管道220内通入氧气，大量氧分子溶解在流经过渡管道220的水流内，使得流经第二管道230内的水流中的氧含量大于流经第一管道210内的水流中的氧含量，从而在第一管道210内形成厌氧净化区且在第二管道230内形成好氧净化区，所述的造流装置5位于第一管道210的进水口处。
可选的，所述的过渡管道220为倾斜设置的弯折形管道，过渡管道220的底部和顶部分别与第一管道210和第二管道230相连接，使得第二管道230位于第一管道210的上方,即所述第一管道210与水平面之间的距离比第二管道230与水平面之间的距离深20cm至50cm，优选为20cm，在氧气气泡上升气流作用下，形成充满氧气的上升水流进入第二管道230；净化管2可以采用PVC材料并内填充填料，净化管2的半径可以是60cm；第一管道210和第二管道230的长度比例可以是1:4，在第一管道210内填充有含钙质、铁质的生物陶粒，所述生物陶粒的粒径可以是15mm至20mm，在第二管道230和过渡管道220内填充有纤维束或多孔悬浮球等生物填料。
本申请实施例提供的生态浮岛包括由第一管道210、过渡管道220和第二管道230组成的净化管2，通过在第一管道210的进水口处设置造流装置5，从而在净化管2内形成水流，过渡管道220上设有曝气装置6，增加了水体中的溶解氧浓度，通过第一管道210、过渡管道220和第二管道230的组合，形成类似A/O工艺的管式净化系统，有效的提高了浮岛净化效率。
可选的，所述的造流装置5包括电机510、涡轮520和格栅530，所述的涡轮520安装在电机510上从而形成螺旋桨结构，所述的电机510与太阳能供电系统1相连接用于获取电能从而带动涡轮520转动，并且电机510还与自控系统4相连接，使得自控系统4能够根据水质的状况从而调节水流速度，所述的格栅530安装在净化管2的进水口处并位于涡轮520的两侧用于防止水中的杂物以及净化管2内填料、植物根系对涡轮520运转的干扰。工作时，水流从净化管2的进水口进入，经涡轮520的作用，在净化管2内形成水流，然后依次经过净化管2的第一管道210、第二管道230净化后，由净化管2的出水口流出。当然，容易想到的是，造流装置5不限于螺旋桨结构，也可以是造流机或造浪器等。
所述的曝气装置6位于净化管2的弯折段220上，曝气装置6包括曝气泵610、曝气管620和曝气头630，所述的曝气泵610安装在净化管1的管体上并与自控系统4相连接，所述的自控系统4能够根据水质的状况调节曝气泵610的曝气量，所述曝气管620的一端与曝气泵610相连接，曝气管620的另一端置于净化管2内并与曝气头630相连接，所述的曝气头630位于过渡管道220的填料区下方用于增加第二管道230中水体的溶解氧含量，从而提高水中好氧微生物的活动，促进氮、有机质等污染物的分解。工作时，污水通过涡轮520进入净化管2，并在净化管内形成水流，水流流经过渡管道220时，曝气头630曝出的氧气气泡在上升水流的作用下，形成充满氧气的水流，然后进入第二管道230，通过第一管道210和第二管道230，形成不同的溶解氧环境即厌氧净化区和好氧净化区，组成类似A/O处理工艺，厌氧净化区促进脱氮除磷，好氧净化区进一步处理有机物，有效的提高生态浮岛净化效率，同时，通过在第一管道210填充含钙质、铁质填料，通过填料中的钙、铁与反应生成沉淀去除磷，弥补生态浮岛磷去除效率较低的缺点。
在净化管2的顶部即水深0至80cm区域的内设有种植孔，所述的种植孔用于种植水生植物系统3的水生植物，水生植物系统3的水生植物的根系位于净化管2内部，水生植物系统3的水生植物的茎、叶位于净化管2外部。具体的，所述的水生植物系统3包括第一挺水植物310、第二挺水植物320、第三挺水植物330和浮叶植物340，由于净化管2采用高低错位的结构，使得水生植物系统3出现不同的水深变化，可形成由挺水植物和浮叶植物组成的高低错落的近自然植物群落，所述的第一挺水植物310种植于第一管道210的种植孔内，可以种植除磷效果好的香根草、风车草和菰等挺水植物，用于增加厌氧区除磷等效果，所述的第二挺水植物320种植于第二管道230和过渡管道220的种植孔内，可以种植输氧能力强的芦苇、香蒲和灯心草等挺水植物，用于增加第二管道230水中溶解氧，减少曝氧量，所述的第三挺水植物330种植于太阳能供电系统1的太阳能电池板120的下方，可以种植雍菜、矮灯芯草等低矮挺水植物，所述的浮叶植物340均匀分布种植在净化管2的顶部，在水深大于30cm的种植区域中，还可以种植睡莲、萍蓬草、野菱等浮叶植物，形成浮叶植物群落，用于增加浮岛的净化能力，并为野生动物提供多样的栖息生境，提高浮岛的美学观赏价值，同时，水生植物系统3的水生植物可以将空气中的氧通过地上茎向地下根输送，从而在根系周围形成富氧、缺氧和厌氧的不同微环境，促进硝化和反硝化作用效果，进一步提高生态浮岛净化效率。本申请的生态浮岛采用独特的管式造流结构，使得植物种植区出现不同的水深变化，模拟水生植物自然分布规律，在水深0至30cm的植物种植区种植挺水植物，在水深大于30cm的植物种植区种植浮叶植物和挺水植物，形成了高低错落、物种丰富的近自然植物群落，增加浮岛净化效果的同时，为野生动物提供多样的栖息环境。
所述的太阳能供电系统1设置在净化管2的第二管道230的顶部，太阳能供电系统1包括支架110、太阳能电池板120和蓄电设备130，所述的太阳能电池板120安装在支架110上并与蓄电设备130相连接，所述的蓄电设备130包括控制器、蓄电池和逆变器，所述的控制器分别与太阳能电池板120、蓄电池和自控系统4相连接，所述的蓄电池通过逆变器分别于与曝气装置6、涡轮造流装置5和自控系统4相连接。使用时，为防止浮岛水生植物对太阳能电池板120的遮挡，故将太阳能电池板120固定在支架110上，支架110设于净化管2的第二管道230的顶部。可选的，支架110的高度可以是50cm从而高于水生植物系统3的第三挺水植物330的高度，太阳能电池板120朝向正南且倾斜角度45度从而使发电量尽可能大。
所述的自控系统4包括水质在线监测系统和远程控制系统，所述的水质在线监测系统能够对溶解氧、总氮、化学需氧量等指标进行监测，并将水质数据实时传输至远程客户端，用于实时远程调控造流装置5、曝气装置6等运行参数，使得生态浮岛达到最高净化效率，其中，当净化管2的第二管道230内的氧气浓度维持在2.0mg/L以上时，自控系统4控制水力停留的时间可以是3h至6h。
本实施例中，生态浮岛通过多个竖杆7固定，所述竖杆7的一端固定在水体底部，竖杆7的另一端与生态浮岛固定连接。
本申请还提供一种并联组合型浮岛，包括多个本申请的生态浮岛，多个生态浮岛并联设置，每相邻的两个个生态浮岛的净化管2之间通过管夹或绳索固定，从而形成了多管式组合形生态浮岛，并且多个净化管2之间形成的区域可以种植睡莲、萍蓬草等浮叶植物，为鱼类等野生动物提供庇护、觅食场所。
上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。
Claims (13)
1.一种生态浮岛，其特征在于，包括净化管(2)和位于净化管(2)上的水生植物系统(3)，所述净化管(2)的进水口处设有造流装置(5)，通过造流装置(5)在净化管(2)的内部形成水流，在净化管(2)的进水口与净化管(2)的出水口之间设有曝气装置(6)，所述的曝气装置(6)通过将含有氧分子的气体通入水流中在净化管2内部形成相连通的厌氧净化区和好氧净化区。
2.根据权利要求1所述的生态浮岛，其特征在于，还包括太阳能供电系统(1)和自控系统(4)，所述的自控系统(4)位于净化管(2)的管体上并与造流装置(5)和曝气装置(6)相连接，所述的太阳能供电系统(1)位于净化管(2)的管体上并分别与自控系统(4)、造流装置(5)和曝气装置(6)相连接。
3.根据权利要求1所述的生态浮岛，其特征在于，所述的净化管(2)包括第一管道(210)、过渡管道(220)和第二管道(230)，所述过渡管道(220)的两端分别与第一管道(210)和第二管道(230)相连接，所述的曝气装置(6)固定于过渡管道(220)处，在第一管道(210)内形成厌氧净化区且在第二管道(230)内形成好氧净化区，所述的造流装置(5)位于第一管道(210)的进水口处。
4.根据权利要求3所述的生态浮岛，其特征在于，所述过渡管道(220)为倾斜设置的弯折形管道，过渡管道(220)的底部与第一管道(210)相连接，过渡管道(220)的顶部与第二管道(230)相连接，使得第二管道(230)位于第一管道(210)的上方。
5.根据权利要求3所述的生态浮岛，其特征在于，在第一管道(210)内填充有含钙质、铁质的生物陶粒，所述生物陶粒的粒径为15mm至20mm，在第二管道(230)和过渡管道(220)内填充有纤维束或多孔悬浮球。
6.根据权利要求2所述的生态浮岛，其特征在于，所述的造流装置(5)包括电机(510)、涡轮(520)和格栅(530)，所述的涡轮(520)安装在电机(510)上并形成螺旋桨结构，所述的电机(510)分别与太阳能供电系统(1)和自控系统(4)相连接并带动涡轮(520)转动，所述的格栅(530)安装在净化管(2)的进水口处并沿涡轮(520)的轴向设置在涡轮(520)的两侧。
7.根据权利要求1所述的生态浮岛，其特征在于，所述的曝气装置(6)包括曝气泵(610)、曝气管(620)和曝气头(630)，所述的曝气泵(610)安装在净化管(1)的管体上并与自控系统(4)相连接，所述曝气管(620)的一端与曝气泵(610)相连接，曝气管(620)的另一端置于净化管(2)内并与曝气头(630)相连接，所述的曝气头(630)位于净化管(2)的过渡管道(220)的下方。
8.根据权利要求3所述的生态浮岛，其特征在于，在净化管(2)的顶部设有种植孔，所述的种植孔用于种植水生植物系统(3)的水生植物，水生植物系统(3)的水生植物的根系位于净化管(2)内部，水生植物系统(3)的水生植物的茎、叶位于净化管(2)外部。
9.根据权利要求8所述的生态浮岛，其特征在于，所述的水生植物系统(3)包括第一挺水植物(310)、第二挺水植物(320)、第三挺水植物(330)和浮叶植物(340)，所述的第一挺水植物(310)种植于第一管道(210)的种植孔内，所述的第二挺水植物(320)种植于第二管道(230)和过渡管道(220)的种植孔内，所述的第三挺水植物(330)种植于太阳能供电系统(1)的太阳能电池板(120)的下方，所述的浮叶植物(340)均匀分布种植在净化管(2)的顶部。
10.根据权利要求9所述的生态浮岛，其特征在于，所述的第一挺水植物(310)至少包括以下植物中的任一或任意多个的组合：香根草、风车草、菰；
所述的第二挺水植物(320)至少包括以下植物中的任一或任意多个的组合：芦苇、香蒲、灯心草；
所述的第三挺水植物(330)包括植雍菜和/或矮灯芯草。
11.根据权利要求2所述的生态浮岛，其特征在于，所述的太阳能供电系统(1)设置在净化管(2)的第二管道(230)的顶部，太阳能供电系统(1)包括支架(110)、太阳能电池板(120)和蓄电设备(130)，所述的太阳能电池板(120)安装在支架(110)上并与蓄电设备(130)相连接，所述的蓄电设备(130)包括控制器、蓄电池和逆变器，所述的控制器分别与太阳能电池板(120)、蓄电池和自控系统(4)相连接，所述的蓄电池通过逆变器分别于与曝气装置(6)、涡轮造流装置(5)和自控系统(4)相连接。
12.根据权利要求1所述的生态浮岛，其特征在于，所述的生态浮岛通过多个竖杆(7)固定，所述竖杆(7)的一端固定在水体底部，竖杆(7)的另一端与生态浮岛固定连接。
13.一种并联组合型浮岛，其特征在于，包括多个如权利要求1至12任一项所述的生态浮岛，多个生态浮岛并联设置，每相邻的两个个生态浮岛的净化管(2)之间通过管夹或绳索固定。
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