CN109279696A - 一种浮床智能控制运行系统及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮床智能控制运行系统及其工艺，该系统包括生态浮床（1）、测量系统（2）、控制系统（3）、调节系统（4）；测量系统（2）连接生态浮床（1）和控制系统（3），控制系统（3）连接调节系统（4）。测量系统（2）对流速和水位测量，并将数据发送给控制系统（3），控制系统（3）根据设定数据对调节系统（4）发出指令，调节系统（4）对生态浮床（1）的位置进行精准调整。本发明精准解决了浮床的位置问题，不影响行洪，不受水位变化影响。实现浮床稳定运行，净化效果好，有效地削减水体中氮、磷等污染物。

Description

一种浮床智能控制运行系统及其工艺
技术领域
本发明属于环保和水体修复领域，具体涉及一种浮床智能控制 运行系统及其工艺。
背景技术
随着水环境治理不断推进，生态浮床的应用也越来越广泛。生态 浮床技术是运用无土栽培技术原理，以高分子材料为载体和基质，采 用现代农艺与生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。通过 水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生动物的摄食以及微生物的降 解作用，去除水体中有机物和氮、磷等营养盐，进而达到水质净化的 目的，同时营造景观效果。
首先，利用水生植物作为先锋植物，并通过其对水体中的N、P 等营养物质的吸收利用，大幅度减少乃至基本去除水体中的过量营养 物质以及其他有害物质，使水质得到较大改善。其次，实施后具有良 好的景观效果，还可为水生动植物的生存营造一个良好的水体环境条 件，可以创造适宜多种生物生息繁衍的水生态系统。浮床一般以浮力 为载体的浮床漂浮于水面上，采用锚链的固定方式。浮床的上下和远 近调节一直是比较突出的问题，因为在洪水季节会影响行洪和无法根 据水质情况进行调节，同时无法进行维护。
申请号201510754882.5的中国专利申请《一种避鱼式生态修复 浮床》，提供了一种避鱼式生态修复浮床，该浮床主体外围设有浮力 件；浮力件上穿插有支撑柱，支撑柱的一部分始终位于浮力件之上； 浮床主体与支撑柱相连。浮床内部底层为滤食性贝类层，滤食性贝类 层之上为藻食性鱼类和食用腐殖质和有机物碎屑的鱼类层，鱼类层之 上为水生植物层。但该方法无法实现上下调节和远近调节。
申请号201510658373.2的中国专利申请《多级过滤生物浮岛， 公开了一种多级过滤生物浮岛，包括生物浮床、多级过滤柱系统和支 撑杆，所述生物浮床与置于水体中的多级过滤柱系统通过支撑杆连接， 所述多级过滤柱系统底部设有锚定装置；所述多级过滤柱系统由若干 柱状空心管组成，所述柱状空心管的轴向与水体的水流方向一致，所 述柱状空心管内填充有过滤填料。但该方法未有涉及浮床的高低液位 调节和河道远近距离调节。
申请号201510631203.5的中国专利申请《一种养殖池塘用简易 生态浮床及系统》，涉及一种养殖池塘用简易生态浮床，包括矩形结 构的PVC管框架，所述PVC管框架中间设有栅格栏；所述栅格栏下 部吊挂弹性滤料，上部种植水生植物；所述PVC管框架下部吊挂防 水帆布，所述防水帆布围住的空间内设有曝气盘管，所述曝气盘管通 过曝气提水、增氧，为弹性填料提高有氧环境，被提起的水体从PVC 管框架与帆布之间的间隙排出。但该方法对于水位变化和维护并未涉 及。
申请号201510506819.X的中国专利申请《一种净化水质的生态 浮床》，提供了一种能够净化水质的生态浮床，包括浮床框架，所述 浮床框架区域内设置有种植网并且其周边与浮床框架相连接，所述浮 床框架周边固定有经过生物膜培养处理的生物滤材且所述生物滤材 向所述浮床框架外围延展。但该方法未有对浮床的水位和流速变化进 行调节。
申请号201510823627.1的中国专利申请《一种生态浮床》，包括 支架和设置在支架上的浮床本体，支架包括固定管和设置在固定管内 的浮动杆，浮动杆上设有长度可调的连杆，连杆与浮床本体相连，固 定管上设有供连杆穿过的限位槽；本发明的优点：通过支架将浮床本 体固定在水面上，水位的上涨和回落使浮床本体产生浮力，从而带动 浮动杆的上下浮动，从而使浮床本体能适应水位的变化，提高了使用 寿命，连杆的设置，保证了浮床本体与浮动杆同步调节，平衡性能好， 且连杆的长度可调，能适应不同的应用场合，实用性能好，限位槽的 设置，避免了浮床本体脱落支架。但该方法未有涉及对流速变化的调 节方法。
申请号201510868993.9的中国专利申请《一种养殖池塘用简易复 合浮床及系统的构建方法》，涉及一种养殖池塘用简易复合浮床的构 建方法，其特征在于，包括以下步骤：A)采用矩形结构的PVC管框 架(2)，并在其中固定设置栅格栏(3)；B)在栅格栏(3)的下部 吊挂弹性滤料(5)；C)PVC管框架(2)下部吊挂防水帆布(1)，防 水帆布(1)围住的空间内设置曝气盘管(4)，防水帆布(1)与PVC 管框架(2)之间留有一定间隙；D)栅格栏(3)上部种植水生植物； E)曝气盘管(4)通过曝气提水、增氧，为弹性填料提供有氧环境， 被提起的水体从PVC管框架与帆布之间的间隙排出，形成水流循环， 未能溶于水的部分气体通过栅格栏(3)向上层排出。但该方法未有 说明水位和流速调节的解决方法。
申请号201510937521.4的中国专利申请《一种用于河湖水质净化 的生态浮床装置》，涉及一种用于河湖水质净化的生态浮床装置，其 特征在于：上部边框和下方的下部支撑边框均为矩形结构，上部边框 的四个边角通过竖向主立柱与下方的下部支撑边框固定连接组成矩 形的框架，上部边框和下部支撑边框的横竖边的中段有竖向次立柱加 固，上部边框内通过中间支撑分隔成4～8个矩形区域，植物种植瓶布 置在中间支撑分隔出的4～8个矩形区域内，植物种植在植物种植瓶中， 上部固定绳横竖排列呈网格状对植物种植瓶上方限位，上部边框两侧 长边固定连接有浮块，浮块为对称布置；其能够提高水质净化效率， 降低浮床的建造和运行成本。但该方法并未涉及浮床随水位和流速的 调节功能。
申请号201511010957.5的中国专利申请《一种用于去除重金属污 染水体的生态浮床装置》，涉及一种用于去除重金属污染水体的生态 浮床装置，其特征在于：浮床由上部支撑边框、下部支撑边框、竖向 主立柱、竖向次立柱和中间支撑组成；上部支撑边框和下部支撑边框 上下对应布置，中间支撑上下均布置且上下对应分布，浮块置于上部 支撑边框的外侧，且对称布置，同时与浮床绑扎在一起；植物种植瓶 通过种植瓶上部固定绳和种植瓶下部固定绳固定于每个浮床格内；植 物种植瓶内瓶颈位置填充碎石填料，靠近瓶底位置填充软体植物，植 物种植瓶中间位置填充吸附材料，植物种植瓶内种植植物；横向每排 植物种植瓶之间在瓶底部侧面采用二合一胶水黏贴加固，加固区高度 为10～20mm。其能够提高水质净化效率，降低浮床的建造和运行成本。 但该方法未有说明水位和流速调节的解决方法。
发明内容
针对污染水体水位变化大、洪水季节流速大、无法维护等浮床 运行中的难点问题，本发明提供了一种浮床智能控制运行系统及其 工艺，精准解决了浮床的位置问题，不影响行洪，不受水位变化影 响。保证了处理效果、有效地削减水体中氮、磷等污染物。
技术方案：本发明的目的通过以下技术方案实现：
浮床智能控制运行系统，包括生态浮床、测量系统、控制系统、 调节系统；测量系统连接生态浮床和控制系统，控制系统连接调节系 统。
生态浮床是由多个浮体拼接而成，整体外形呈方形或者圆形，为 了便于检测到典型数据，测量系统连接在生态浮床的靠近河道中间部 位，调节系统连接在生态浮床的靠近护岸部位。
其中，生态浮床包括了浮体、植物、生物填料；生物填料布置在 浮体下方，植物种植在生物填料内，植物通过光合作用对水体中氮磷 吸附、转化和降解。生物填料上附着的微生物对水体中氮磷进行去除。
浮体为HDPE材质，单个面积0.3～0.6m2，高度15～20cm。植物 主要以美人蕉、再力花为主，种植密度25～40株/m2。生物填料比表 面积310～360m2/m3，长度0.8～1.2m。
测量系统包括流速测定仪和液位测定仪；调节系统包括水平调节 装置和垂直调节装置。
基于浮床智能控制运行系统的运行工艺，步骤如下：
(1)、生态浮床位于距离岸边1/3处，可水体两边对称布置；
(2)、通过测量系统中流速测定仪和液位测定仪对水体中流速和 液位进行检测，然后将数据输送至控制系统，控制系统初始值设定为 流速0.2m/s；液位设定为常水位；控制系统通过判断，将指令传达 给调节系统，调节系统根据接收的控制系统的指令，进行水平方向和 垂直方向的调节。
控制系统初始值设定为流速0.2m/s；液位设定为常水位。
流速＞0.2m/s，收缩调节；流速≤0.2m/s，延伸；液位＞常水位， 升起；液位≤常水位，降落。
待处理水质为pH 6～9，COD 55～96mg/L、氨氮12～21mg/L、TN 20mg/L～34mg/L；经过处理后水质为pH 6～9，COD 22～38mg/L、氨 氮5～8mg/L、TN 9mg/L～15mg/L。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明以生态浮床运行控制为核心，通过测量系统测得的 液位和流速数据，反馈给控制系统，然后调节系统进行精准调节。实 现精准解决了浮床的位置问题，不影响行洪，不受水位变化影响。保 证了处理效果、有效地削减水体中氮、磷等污染物。
(2)不新增占地，可适应污染水体水位变化、洪水季节流速变 化和方便运行维护。
(3)通过因地制宜精准实现浮床稳定运行，净化效果好、稳定 性高、运行灵活、投资少、运行成本成本低；工艺操作简单、生态环 境效益好。
附图说明
图1为本发明浮床智能控制运行系统的连接关系示意图；
图2为本发明浮床智能控制运行系统的平面布置图；
图3为本发明浮床智能控制运行系统的剖视图；
图4为本发明浮床智能控制运行系统中生态浮床的剖视图；
图5为智能水平调节和垂直调节工作原理图；
图6为智能水平调节和垂直调节协同控制图。
图中：1-生态浮床、2-测量系统、3-控制系统、4-调节系统；
1-1：浮体，1-2：植物、1-3：生物填料、2-1：流速测定仪、2-2 液位测定仪；4-1水平调节装置、4-2垂直调节装置。
具体实施方式
通过下面具体实施例进一步介绍本发明的技术方案。
实施例1：
某河道长度1.2km，宽度24m，正常水位3.70m，洪水位4.50m， 枯水位2.20m；浮床智能控制运行系统的生态浮床(1)、测量系统(2) 和调节系统(4)布置于河道中，控制系统(3)布置于护岸上。生态 浮床(1)面积3000m2，距离河道护岸3m，布置于河道中，河道两 边对称布置，每侧1500m2。生态浮床(1)中浮体为HDPE材质， 单个面积0.5m2，高度20cm，每组300m2，共10组。植物主要以美 人蕉、再力花为主，种植密度30株/m2。生物填料比表面积330m2/m3，长度1.0m。植物种植在生物填料内，植物通过光合作用对水体中氮 磷吸附、转化和降解。生物填料上附着的微生物对水体中氮磷进行去 除。
通过测量系统2中流速测定仪2-1和液位测定仪2-2对水体中流 速和液位进行检测，然后将数据输送至控制系统3，控制系统3初始 值设定为流速0.2m/s；液位设定为3.70m；控制系统3通过判断，将 指令传达给调节系统4，调节系统4根据接收的控制系统3的指令， 进行水平方向和垂直方向的调节。
河道水体流速0.1m/s，水位为2.80m。调节系统的调节方式是， 流速(0.1m/s)≤0.2m/s，则水平调节装置4-1延伸；液位(2.80m) ≤常水位(3.70m)，则垂直调节装置4-2降落。本实施例中，治理前 后的水质情况见表1(表1数据为平均值)。
表1实施例1治理前后水质情况
指标 pH COD/mg/L NH<sub>3</sub>-N/mg/L TN/mg/L
治理前 6～9 86 19 30.8
治理后 6～9 28 6.5 10.4
去除率 - 67.4％ 65.7％ 66.2％
实施例2：
除了以下的内容，其他内容同实施例1。
河道水体流速0.1m/s，水位为3.90m。流速(0.1m/s)≤0.2m/s， 则水平调节装置4-1延伸；液位(3.90m)＞常水位(3.70m)，则垂 直调节装置4-2升起。本实施例中，治理前后的水质情况见表2(表 2数据为平均值)。
表2实施例2治理前后水质情况
指标 pH COD/mg/L NH<sub>3</sub>-N/mg/L TN/mg/L
治理前 6～9 86 19 30.8
治理后 6～9 32 7.3 11.6
去除率 - 62.7％ 61.6％ 62.3％
实施例3：
除了以下的内容，其他同实施例1。
河道水体流速0.3m/s，水位为2.80m。流速(0.3m/s)＞0.2m/s， 则水平调节装置4-1收缩调节；液位(2.80m)≤常水位(3.70m)， 则垂直调节装置4-2降落。本实施例中，治理前后的水质情况见表3 (表3数据为平均值)。
表3实施例3治理前后水质情况
指标 pH COD/mg/L NH<sub>3</sub>-N/mg/L TN/mg/L
治理前 6～9 86 19 30.9
治理后 6～9 37 7.9 13.2
去除率 - 57.0％ 58.4％ 57.1％
实施例4：
除了以下的内容，其他同实施例1。
河道水体流速0.3m/s，水位为3.90m。流速(0.3m/s)＞0.2m/s， 则水平调节装置4-1收缩调节；液位(3.90m)＞常水位(3.70m)， 则垂直调节装置4-2升起。本实施例中，治理前后的水质情况见表4 (表4数据为平均值)。
表4实施例4治理前后水质情况
指标 pH COD/mg/L NH<sub>3</sub>-N/mg/L TN/mg/L
治理前 6～9 86 19 30.8
治理后 6～9 42 9.1 15.6
去除率 - 51.1％ 52.1％ 49.3％

Claims (7)

1.浮床智能控制运行系统，其特征在于，包括生态浮床（1）、测量系统（2）、控制系统（3）、调节系统（4）；测量系统（2）连接生态浮床（1）和控制系统（3），控制系统连接调节系统（4）。
2.权利要求1所述的浮床智能控制运行系统，其特征在于，生态浮床是由多个浮体拼接而成，整体外形呈方形或者圆形，测量系统（2）连接在生态浮床的靠近河道中间部位，调节系统（4）连接在生态浮床的靠近护岸部位。
3.权利要求1所述的浮床智能控制运行系统，其特征在于，生态浮床（1）包括浮体（1-1）、植物（1-2）、生物填料（1-3）；生物填料（1-3）布置在浮体（1-1）下方，植物（1-2）种植在浮体（1-1）上。
4.权利要求3所述的浮床智能控制运行系统，其特征在于浮体（1-1）为HDPE材质，单个面积0.3~0.6m2，高度15~20cm；植物以美人蕉、再力花为主，种植密度25-40株/m2；生物填料（1-3）比表面积310~360m2/m3，长度0.8~1.2m。
5.权利要求1所述的浮床智能控制运行系统，其特征在于，测量系统（2）包括流速测定仪（2-1）和液位测定仪（2-2）；调节系统（4）包括水平调节装置（4-1）和垂直调节装置（4-2）。
6.基于权利要求1所述的浮床智能控制运行系统的运行工艺，其特征在于：
（1）、在水体距离岸边1/3处对称布置生态浮床（1）；
（2）、通过测量系统（2）中流速测定仪（2-1）和液位测定仪（2-2）对水体中流速和液位进行检测，然后将数据输送至控制系统（3）；控制系统（3）通过判断，将指令传达给调节系统（4），调节系统（4）根据接收的控制系统（3）的指令，进行水平方向和垂直方向的调节。
7.权利要求6所述的浮床智能控制运行系统的运行工艺，其特征在于，控制系统（3）初始值设定为流速0.2 m/s；液位设定为常水位，流速＞0.2m/s，收缩调节；流速≤0.2m/s，延伸；液位＞常水位，升起；液位≤常水位，降落。
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