CN109179931B

CN109179931B - 一种太阳能供能式底泥修复浮床系统

Info

Publication number: CN109179931B
Application number: CN201811230004.3A
Authority: CN
Inventors: 武涛; 许盛凯; 黄亭; 朱彩红; 王聪; 史鑫
Original assignee: Jiangsu Aoyang Ecological Garden Co ltd
Current assignee: Jiangsu Aoyang Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: CN109179931A

Abstract

本发明的目的是提供一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，在生态浮床底部设置底泥处理系统，将底泥抽取进入搅拌腔内，加入双子表面活性剂及天冬氨酸，搅拌混合后，底泥中的污染物溶入液体中，锥形离心器的作用下实现泥水分离，分离后的液体再经过超滤过滤进一步去除污染物，并将超滤浓缩液收集，其余液体进行生态浮床处理，实现了水体及底泥污染物同步处理的目的。

Description

一种太阳能供能式底泥修复浮床系统

技术领域

本发明涉及一种底泥修复浮床系统，具体为一种太阳能供能式底泥修复浮床系统。

背景技术

由于人们重视经济发展而忽略了对环境的保护，致使环境问题日益突出。工业、农业及城乡生活污水的大量排放，使得河道底部的底泥中沉积大量有毒有害物质、重金属等，它们在一定条件下，会从底泥中溶出重新进入水体形成污染源，使得水体中水生植物、动物、微生物种类锐减，河流生态系统恶性循环，使得河流的自净能力大幅下降，受污染水体得不到净化。

目前，关于污染物的修复方法主要包括物理、化学、生物和电动等技术；常用脱水方法有真空吸滤、板框压滤、离心等机械方法。对于重金属的污染修复，常采用电动技术，电动方法修复速度快、效果好，绿色环保，不会造成二次污染。电动和微生物技术的基本原理是利用电场产生的各种电动效应加快微生物对有机污染物的修复速度。机械脱水的基本原理是以两面的压力差作为推动力，使底泥中的水分强制通过过滤介质，固体被截留在介质上，从而达到脱水目的。

但是，在上述重金属、有机物污染修复和脱水方法中也存在一些问题：1.电动修复时使用常规电极易腐蚀，发生纯化，从而降低微生物活性，增加了修复成本；2.电压不好控制，电压过高不利于微生物的生长，电压过低电动效应不明显；3.成本较高、对周围生态环境扰动较大。

现有的技术往往将底泥取出进行脱水和污染物修复分阶段处理，缺乏将重金属、有机物污染修复和脱水技术有效、统一结合的系统和方法；难以实现底泥原位处理，电力输送难度大：若为河道或湖泊周边位置，铺设电力设施还可以进行，但在湖中时，电力铺设成本急剧上升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，旨在解决目前的生态浮床在水体修复领域难以对底泥进行修复的问题，可长期高效、灵活机动的进行水体、底泥同步净化，从根本上解决水体的污染问题。

本发明提供一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，包括浮板系统1、太阳能发电系统2、浮筒3、滤池系统4、电催化系统5、吸水管6、原生动物7、行动机构8、底泥处理系统9；

所述太阳能供能式底泥修复浮床系统以滤池系统1为中心，所述浮筒3和浮板系统均设置多个，所述浮筒3、浮板系统1设置在所述滤池系统周围，所述浮筒3为滤池系统提供浮力，浮板系统1通过管路连接滤池系统，所述行动机构8设置在浮筒3上，采用开启和/或关闭不同行动机构实现太阳能供能式底泥修复浮床系统在水面上自由行动；

所述滤池系统由上至下依次设置水生植物种植区401、挥发性气体吸附区402、好氧处理区403、曝气吹脱区404、缺氧厌氧区405，所述水生植物种植区401、挥发性气体吸附区402、好氧处理区403、曝气吹脱区404、缺氧厌氧区405采用不锈钢滤网隔开，所述曝气吹脱区采用曝气装置对水进行曝气吹脱处理；所述曝气装置采用曝气盘或穿孔管进行，所述曝气盘或穿孔管上下双层设置，上层曝气盘或穿孔管开孔向下，下层曝气盘或穿孔管开孔向上；

所述滤池系统中设置抽取装置5，所述抽取装置连接底泥处理系统9，抽取经底泥处理系统处理后的液体，进入滤池系统进行进一步处理；

所述底泥处理系统9包括锥形护体901、锥形离心器902、底泥筛网一903、底泥进管904、过滤体905、底泥筛网二906、锥形离心器入泥端907、重锤908；所述底泥进管904端部设置重锤908，且底泥进管为可收缩管或软管；所述底泥筛网一设置在底泥进管入口处，用于滤除大块物料，底泥进管尾端设置在锥形护体901中，且设置底泥筛网二906，经过滤的底泥进入锥形护体并经过锥形离心器入泥端907进入锥形离心器902，底泥进入902后，开启锥形离心器902进行离心处理，离心后，固体固着于锥形离心器902的尖端部，分离后的液体进入锥形护体901与锥形离心器902形成的腔体909中，腔体内的液体经过过滤体过滤后进入抽取装置5；

所述底泥筛网二906与锥形离心器之间形成搅拌腔910，并在搅拌腔内设置加药口，所述加药口加入表面活性剂及天冬氨酸，所述表面活性剂为双子表面活性剂，所述双子表面活性剂为：

所述滤池系统侧壁为桶装结构，所述侧壁设置加强筋，，所述不锈钢滤网通过侧壁内侧的挂钩连接，所述挂钩设置开关，通过扭动，挂钩与不锈钢滤网剥离，可以轻松将不锈钢滤网取出；

所述缺氧厌氧区405中设置生物砖，所述生物砖是将多孔砖放置在待修复水体底部自然吸附微生物，然后取出放置在适宜环境中强化培养、驯化，提高微生物活性及耐污染环境的能力，所述滤池系统中设置原生动物7，用于掠食老化生物膜；

进一步地，所述加药口可以依据底泥污染物性质进行添加，使得污染物与底泥分离；

进一步地，所述过滤体905为超滤膜，所述超滤膜设置在抽滤装置前端，利用抽滤装置产生的压力进行膜过滤，超滤结束后超滤产生的浓缩液抽取至回收装置进行回收处理；

进一步地，所述水生植物种植区401上铺有生态黑土，水生植物种植在生态黑土中。水生植物，利用其根部与水体微生物的协同作用，创造局部微氧环境，能高效去除水中的氮和磷；当植物根系发达，进入挥发性气体吸附区402时，该层吸附的挥发性物质同样可以通过根系去除降解；

进一步地，所述浮板系统由下至上包括护网101、基质102、催化层103、负压腔104、玻璃覆盖层105，所述负压腔连接吸水管6，开启设置在吸水管6上的抽吸泵进行抽吸，受污染的水体经过护网101、基质102滤除大颗粒物质后经过催化层103进行光电催化后进入负压腔，负压腔内经过催化处理后的水进入吸水管内；

进一步地，所述催化层103为聚氨酯多孔泡沫板，所述聚氨酯多孔泡沫板按照如下步骤制备：

步骤1，将聚氨酯材料置于N，N-二甲基乙酰胺中，密封超声反应10-15min，直至完全溶解，形成聚氨酯溶液；

步骤2，将钛酸正丁酯加入无水乙醇，机械搅拌过程中，加入石墨烯，搅拌10-15min，然后加入聚乙烯吡咯烷酮形成分散醇液，超声冷却后得到二氧化钛、石墨混体液；

步骤3，将引发剂加入在二氧化钛、石墨混体液中，分散均匀后滴加至聚氨酯溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

步骤4，将混合液放入微波反应釜中微波反应3-5h，恒温处理1-2h，得到改性聚氨酯溶液，然后加入聚醋酸乙烯酯混合均匀；

步骤5，将加入聚醋酸乙烯酯的改性聚氨酯溶液超声反应30-50min，然后减压蒸馏反应1-3h，得到改性聚氨酯材料；

步骤6，将改性聚氨酯材料置于烘箱烘干，并通入惰性气体循环，烘干9-10小时后得到聚氨酯多孔泡沫板；

进一步地，引发剂为过硫酸钾或亚硫酸钠；

进一步地，添加引发剂的同时，加入纳米银离子溶液；

进一步地，所述聚氨酯溶液质量浓度为25-38％，钛酸正丁酯浓度为4-8g/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10-18g/L，石墨烯的加入量为10-15g/L，引发剂的添加量为聚氨酯质量的4-12％，纳米银离子质量为石墨烯质量的30-50％；

进一步地，聚醋酸乙烯酯的添加量为聚氨酯质量的15-55％；

进一步地，浮板系统1中的护网采用不锈钢材料，所述护网和催化层分别连接电源负极和正极，形成电场，压差为3.5-5v；

进一步地，所述吸水管将经过浮板系统处理的水送入挥发性气体吸附区，所述挥发性气体吸附区底部设置进水布水管；

进一步地，所述挥发性气体吸附区设置改性沸石，将沸石粉碎、洗涤，并在碱性条件下浸泡改性，然后取出烘干后置于含镁溶液中，然后取出沸石烘干处理，然后将烘干后的沸石置于氯化稀土溶液中浸泡，取出烘干后得到改性沸石；

进一步地，所述含镁溶液为氯化镁溶液、海水、盐卤或灰烬溶液中的一种或多种；其浓度以镁离子计为1.2-8g/L；

进一步地，所述氯化稀土为氯化铈、氯化镧中的一种或两种，其浓度为5-8g/L；

进一步地，所述太阳能发电系统2设置光线测定装置，太阳能板设置为圆盘状，基于光线测定装置，太阳能板转向光线最易接受方向；

进一步地，所述太阳能发电系统还包括电池组件，电池组件用于收集晴天状态下收集到的电能，以备夜晚或阴雨天气使用；

进一步地，所述太阳能供能式底泥修复浮床系统中部分或全部用电部件采用太阳能发电系统作为电源使用；

有益效果

本发明的一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，在生态浮床底部设置底泥处理系统，将底泥抽取进入搅拌腔内，加入双子表面活性剂及天冬氨酸，搅拌混合后，底泥中的污染物溶入液体中，锥形离心器的作用下实现泥水分离，分离后的液体在经过超滤过滤进一步去除污染物，并将超滤浓缩液收集，其余液体进行常规生化处理，实现了水体及底泥污染物同步处理的目的。

附图说明

图1为太阳能供能式底泥修复浮床系统俯视图；

图2为太阳能供能式底泥修复浮床系统侧视图；

图3为浮板系统示意图；

浮板系统1、太阳能发电系统2、浮筒3、滤池系统4、抽取装置5、吸水管6、原生动物7、行动机构8、底泥处理系统9；

护网101、基质102、催化层103、负压腔104、玻璃覆盖层105；

水生植物种植区401、挥发性气体吸附区402、好氧处理区403、曝气吹脱区404、缺氧厌氧区405；

锥形护体901、锥形离心器902、底泥筛网一903、底泥进管904、过滤体905、底泥筛网二906、锥形离心器入泥端907、重锤908、腔体909；

具体实施方式

实施例1：

参阅图1、图2、图3，本发明提供一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，包括浮板系统1、太阳能发电系统2、浮筒3、滤池系统4、电催化系统5、吸水管6、原生动物7、行动机构8、底泥处理系统9；

所述底泥处理系统9包括锥形护体901、锥形离心器902、底泥筛网一903、底泥进管904、过滤体905、底泥筛网二906、锥形离心器入泥端907、重锤908；所述底泥进管904端部设置重锤908，且底泥进管为可收缩管或软管；所述底泥筛网一设置在底泥进管入口处，用于滤除大块物料，底泥进管尾端设置在锥形护体901中，且设置底泥筛网二906，经过滤的底泥进入锥形护体并经过锥形离心器入泥端907进入锥形离心器902，底泥进入902后，开启锥形离心器902进行离心处理，离心后，固体固着于锥形离心器902的尖端部，分离后的液体进入锥形护体901与锥形离心器902形成的腔体909中，腔体内的液体经过过滤体过滤后进入抽取装置5，所述过滤体905为超滤膜，所述超滤膜设置在抽滤装置前端，利用抽滤装置产生的压力进行膜过滤，超滤结束后超滤产生的浓缩液抽取至回收装置进行回收处理；

所述浮板系统由下至上包括护网101、基质102、催化层103、负压腔104、玻璃覆盖层105，所述负压腔连接吸水管6，开启设置在吸水管6上的抽吸泵进行抽吸，受污染的水体经过护网101、基质102滤除大颗粒物质后经过催化层103进行光电催化后进入负压腔，负压腔内经过催化处理后的水进入吸水管内；

所述催化层103为聚氨酯多孔泡沫板，所述聚氨酯多孔泡沫板按照如下步骤制备：

引发剂为过硫酸钾或亚硫酸钠；

添加引发剂的同时，加入纳米银离子溶液；

所述聚氨酯溶液质量浓度为30％，钛酸正丁酯浓度为6g/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为13g/L，石墨烯的加入量为14g/L，引发剂的添加量为聚氨酯质量的8％，纳米银离子质量为石墨烯质量的30％；

聚醋酸乙烯酯的添加量为聚氨酯质量的30％；

浮板系统1中的护网采用不锈钢材料，所述护网和催化层分别连接电源负极和正极，形成电场，压差为3.5-5v；

所述吸水管将经过浮板系统处理的水送入挥发性气体吸附区，所述挥发性气体吸附区底部设置进水布水管；

所述挥发性气体吸附区设置改性沸石，将沸石粉碎、洗涤，并在碱性条件下浸泡改性，然后取出烘干后置于含镁溶液中，然后取出沸石烘干处理，然后将烘干后的沸石置于氯化稀土溶液中浸泡，取出烘干后得到改性沸石；

所述太阳能发电系统2设置光线测定装置，太阳能板设置为圆盘状，基于光线测定装置，太阳能板转向光线最易接受方向；

所述太阳能发电系统还包括电池组件，电池组件用于收集晴天状态下收集到的电能，以备夜晚或阴雨天气使用；

所述太阳能供能式底泥修复浮床系统中部分或全部用电部件采用太阳能发电系统作为电源使用。

实施例2

按照实施例1中的系统设置，将其投放至严重富营养化的某农村水塘中，其中，水塘中COD_Cr450mg/L、总氮5.2mg/L、总磷0.98mg/L，底泥Cu约38mg/kg，Pd约56mg/kg，经过一年的处理，水塘中CODCr、总氮、总磷均显著下降，分别为89％、76％和81％；底泥中Cu约为25mg/Kg、Pd约为30mg/Kg。

实施例3

按照实施例1中的系统设置，将8个系统投放至某湖泊中，划定其活动区域，在其活动区域均布采样点，水样进行混合后测定，COD_Cr215mg/L、总氮1.8mg/L、总磷0.49mg/L，底泥Cu约24mg/kg，Pd约36mg/kg，经过一年的修复，该水体水质明显好转，COD_Cr、总氮、总磷均显著下降，分别为78％、60.3％和75.4％；底泥中Cu约为18mg/Kg，Pb约为23mg/Kg。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种太阳能供能式底泥修复浮床系统，其特征在于，包括浮板系统、太阳能发电系统、浮筒、滤池系统、抽取装置、吸水管、原生动物、行动机构、底泥处理系统；

所述太阳能供能式底泥修复浮床系统以滤池系统为中心，所述浮筒和浮板系统均设置多个，所述浮筒、浮板系统设置在所述滤池系统周围，所述浮筒为滤池系统提供浮力，浮板系统通过管路连接滤池系统，所述行动机构设置在浮筒上，采用开启和/或关闭不同行动机构实现太阳能供能式底泥修复浮床系统在水面上自由行动；

所述滤池系统由上至下依次设置水生植物种植区、挥发性气体吸附区、好氧处理区、曝气吹脱区、缺氧厌氧区，所述水生植物种植区、挥发性气体吸附区、好氧处理区、曝气吹脱区、缺氧厌氧区采用不锈钢滤网隔开，所述曝气吹脱区采用曝气装置对水进行曝气吹脱处理；所述曝气装置采用曝气盘或穿孔管进行，所述曝气盘或穿孔管上下双层设置，上层曝气盘或穿孔管开孔向下，下层曝气盘或穿孔管开孔向上；

所述滤池系统中设置抽取装置，所述抽取装置连接底泥处理系统，抽取经底泥处理系统处理后的液体，进入滤池系统进行进一步处理；

所述底泥处理系统包括锥形护体、锥形离心器、底泥筛网一、底泥进管、过滤体、底泥筛网二、锥形离心器入泥端、重锤；所述底泥进管端部设置重锤，且底泥进管为可收缩管或软管；所述底泥筛网一设置在底泥进管入口处，用于滤除大块物料，底泥进管尾端设置在锥形护体中，且设置底泥筛网二，经过底泥筛网二过滤的底泥进入锥形护体并经过锥形离心器入泥端进入锥形离心器，底泥进入后，开启锥形离心器进行离心处理，离心后，固体固着于锥形离心器的尖端部，分离后的液体进入锥形护体与锥形离心器形成的腔体中，腔体内的液体经过过滤体过滤后进入抽取装置；

所述底泥筛网二与锥形离心器之间形成搅拌腔，并在搅拌腔内设置加药口，所述加药口加入表面活性剂及天冬氨酸，所述表面活性剂为双子表面活性剂，所述双子表面活性剂为：

所述滤池系统侧壁为桶装结构，所述侧壁设置加强筋，所述不锈钢滤网通过侧壁内侧的挂钩连接，所述挂钩设置开关，通过扭动，挂钩与不锈钢滤网剥离，可以轻松将不锈钢滤网取出；

所述过滤体为超滤膜，所述超滤膜设置在抽取装置前端，利用抽取装置产生的压力进行膜过滤，超滤结束后超滤产生的浓缩液抽取至回收装置进行回收处理。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水生植物种植区上铺有生态黑土，水生植物种植在生态黑土中，水生植物利用其根部与水体微生物的协同作用，创造局部微氧环境，能高效去除水中的氮和磷；当植物根系发达，进入挥发性气体吸附区时，该层吸附的挥发性物质通过根系去除降解。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浮板系统由下至上包括护网、基质、催化层、负压腔、玻璃覆盖层，所述负压腔连接吸水管，开启设置在吸水管上的抽吸泵进行抽吸，受污染的水体经过护网、基质滤除大颗粒物质后经过催化层进行光电催化后进入负压腔，负压腔内经过催化处理后的水进入吸水管内。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述挥发性气体吸附区设置改性沸石，将沸石粉碎、洗涤，并在碱性条件下浸泡改性，然后取出烘干后置于含镁溶液中，然后取出沸石烘干处理，然后将烘干后的沸石置于氯化稀土溶液中浸泡，取出烘干后得到改性沸石。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加药口依据底泥污染物性质进行添加，使得污染物与底泥分离。