CN110183040B - 一种网膜基生物质水体净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网膜基生物质水体净化系统，属于水体净化技术领域。本发明包括挂网，从上到下的方向上，挂网的网孔孔径逐渐增大；挂网上设置有填料袋，填料袋内设置有夹层空腔。本发明通过挂网的网孔孔径在竖直方向上的差异化设置，使得不同高度水体中的悬浮物得到有效拦截，避免堵塞填料袋，同时有利于减少对河道生态系统的影响；另外填料袋内设置有夹层空腔，使得水流在夹层空腔内可以进行停滞，从而延长水流与填料袋的接触时间，使得水流中的污染物得到充分地净化。

Description

一种网膜基生物质水体净化系统

技术领域

本发明涉及水体净化技术领域，更具体地说，涉及一种网膜基生物质水体净化系统。

背景技术

随着工业发展和人口剧增，水体污染问题日趋严重，其污染源主要来源于未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水和有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，而这些污染物中含有大量的氮元素和磷元素，尤其是农田上施用的大量化肥，非常容易导致水体的富营养化；而富营养化水体会促进藻类迅速繁殖，某些藻类会散发腥味异臭，藻类死亡分解腐烂致使水中COD、BOD值剧增。另外，水体中的有机质降解急剧消耗水中溶氧，破坏供氧和好氧平衡，形成缺氧甚至厌氧环境；严重污染的河流不仅会丧失自净能力，还会引起河中生物尤其水生动植物的中毒死亡，破坏河流生态环境。因此，改善河流水质，对河流进行净化处理，进而进行生态修复具有重要意义。

目前已经有很多水体治理技术，如微生物处理和物化处理技术，虽然其清理较快，水体处理效果也较为显著，但是，所加入的微生物或者化学物质无法回收，容易对水体所在的生态环境造成不可预估的危害；而通过水生植物等原位生态净化技术虽然对生态本身影响较小，但是其水体处理效果也有较多的局限性，比如在秋冬季节水生植物容易死亡，其对水体的净化能力也十分有限。

而生物介质填料水体净化技术因其对环境零负荷，并且生物安全性高，所以在水体净化领域也渐渐受到关注，生物介质填料具有较高的吸附性与生物亲和性，能吸引微生物菌群形成粘着性生物膜，微生物以有机污染物为食，通过自身的新陈代谢作用分解水体中的有机污染物。但是生物介质填料在对流动水体中进行生物挂膜净化的过程中，流动水体中的体积较大的悬浮物容易运动攀附到生物介质填料的表面，造成生物介质填料表面的堵塞，这会大大影响到生物介质填料对水体净化的效果。另外，流动水体中如果水流的速度较快，其经过生物介质填料的速度就会很快，水体在生物介质填料上的停滞时间较短，这就会导致生物介质填料上的生物挂膜无法对水体中的污染物进行充分的吸附和降解。因此，生物介质填料水体净化技术对流动水体净化效果不佳的问题亟需得到解决。

经检索，专利名称为：一种网状生物填料装置(申请号：200810042945.4，申请日：2008-09-16)，该专利技术方案由填料格网、组合填料单元、绳索、浮球、套筒和固定杆组成；填料格网的网格结点上固定连接组合填料单元，填料格网的上端通过绳索连接浮球，填料格网的两端通过定边线与套筒固定连接，使用时，将固定杆插入套筒，实现对网状生物填料的固定；该技术方案虽然在一定程度上避免了水体中的悬浮物在组合填料表面形成堵塞，但是该装置对于不同高度水体中的悬浮物的阻挡效果较差，并且对河道的生态系统会造成一定的影响；另外组合填料单元对不同高度水体的净化效果较差。

另外经检索，专利名称为：一种河流水质净化的方法与装置(申请号：201410751176.0，申请日：2014.12.09)，该专利在河道水体中设置可供生物附着的载体，载体沿河水水流流动方向并倾斜于流动方向向上设置，中心线与水流水平流向倾角在5-25°；载体下端设置供氧机构，载体上附着生物膜；载体在垂直方向上设置有多层；该专利的技术方案虽然可以改善生物载体对流动水体中污染物的处理效果，但是依然无法解决水流中悬浮物对生物载体净化效果影响的问题，另外水流中的污染物在生物载体表面的停滞时间依然较短，导致生物载体无法达到更好的净化效果。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于，针对网膜基生物质填料在河道中容易堵塞、对生态系统影响大以及净化效果较差的技术问题，提供了一种网膜基生物质水体净化系统，通过挂网网孔大小的合理设计，避免填料袋出现堵塞现象，并且有利于改善净化效果；另外填料袋上设置有夹层空腔，增加了水流在填料袋上的停留时间，提高水体净化程度。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种网膜基生物质水体净化系统，包括挂网，从上到下的方向上，挂网的网孔孔径逐渐增大；挂网上设置有填料袋，填料袋内设置有夹层空腔。

优选地，从上到下的方向上，挂网上填料袋的数量逐渐减少。

优选地，水面到水底的深度为H，挂网竖直方向的长度为L，L＝k₁H，其中k₁的取值范围是0.75～1。

优选地，挂网上的网孔孔径大小为：1.5mm×1.5mm～5mm×5mm。

优选地，水面到水底的深度为H，挂网上某位置到水面的高度为h，其中h＝k₂H；当0＜k₂≤0.25时，网孔的孔径为1.5～2mm；当0.25＜k₂≤0.5时，网孔的孔径为2～3mm；当0.5＜k₂≤0.75时，网孔的孔径为3～4mm；当0.75＜k₂≤1时，网孔的孔径为4～5mm。

优选地，水面到水底的深度为H，挂网上某位置到水面的高度为h，其中h＝k₂H；当0＜k₂≤0.25时，挂网上填料袋的布置密度为6～8个/m²；当0.25＜k₂≤0.5时，挂网上填料袋的布置密度为4～6个/m²；当0.5＜k₂≤0.75时，挂网上填料袋的布置密度为3～5个/m²；当0.75＜k₂≤1时，挂网上填料袋的布置密度为2～3个/m²。

优选地，填料袋包括外层袋和内层袋，外层袋内填充有外层填料，内层袋内填充有内层填料。

优选地，外层袋和内层袋之间设置有支撑件，支撑件在外层袋和内层袋之间支撑形成夹层空腔。

优选地，内层袋内设置有中央空腔。

优选地，挂网上端连接有牵引绳；挂网上端设置有浮体；挂网下端设置有重物。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种网膜基生物质水体净化系统，包括挂网，从上到下的方向上，挂网的网孔孔径逐渐增大；挂网上设置有填料袋，填料袋内设置有夹层空腔；通过挂网的网孔孔径在竖直方向上的差异化设置，使得不同高度水体中的悬浮物得到有效拦截，避免堵塞填料袋，同时有利于减少对河道生态系统的影响；另外填料袋内设置有夹层空腔，使得水流在夹层空腔内可以进行停滞，从而延长水流与填料袋的接触时间，使得水流中的污染物得到充分地净化。

(2)本发明的一种网膜基生物质水体净化系统，从上到下的方向上，挂网上填料袋(200)的数量逐渐减少；一方面可以针对性地改善不同高度上水体的净化效果；另一方面可以有效降低对河道生态系统的影响。

(3)本发明的一种网膜基生物质水体净化系统，水面到水底的深度为H，挂网上某位置到水面的高度为h，其中h＝k₂H；当0＜k₂≤0.25时，网孔的孔径为1.5～2mm；当0.25＜k₂≤0.5时，网孔的孔径为2～3mm；当0.5＜k₂≤0.75时，网孔的孔径为3～4mm；当0.75＜k₂≤1时，网孔的孔径为4～5mm；挂网网孔孔径的差异化设置针对性地使得上层水体与下层水体达到较好的过滤效果。

(4)本发明的一种网膜基生物质水体净化系统，填料袋包括外层袋和内层袋，外层袋内填充有外层填料，内层袋内填充有内层填料；外层袋和内层袋(230)中填料成分的差异化设置，使得水流经过填料袋时与其发生良好的物化反应，促进水体的净化。

附图说明

图1为本发明的一种网膜基生物质水体净化系统的结构示意图；

图2为本发明的一种网膜基生物质水体净化系统中填料袋的横向截面结构示意图；

图3为本发明的一种网膜基生物质水体净化系统中填料袋的竖向截面结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图。

示意图中的标号说明：

110、牵引绳；111、浮体；120、挂网；121、重物；

200、填料袋；201、悬挂环；210、外层袋；211、外层填料；220、支撑件；230、内层袋；231、内层填料；240、夹层空腔；250、中央空腔；

301、水面；302、水底。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。

实施例1

如图1～3所示，本实施例的一种网膜基生物质水体净化系统，包括挂网120，在挂网120上设置有填料袋200。使用时，沿着河流水流的流动方向，填料袋200通过悬挂环201悬挂设置于挂网120上，水流经过时，水流先经过挂网120进行过滤，将水体中的悬浮物进行过滤，避免悬浮物攀附堵塞到填料袋200的表面，使得填料袋200可以正常挂膜进行水体净化，挂网120上网孔的孔径为1.5mm×1.5mm～5mm×5mm，使得挂网120上网孔可以更为有效地将危害填料袋200的悬浮物进行拦截。

另外水面301到水底302的深度为H，挂网120竖直方向的长度为L，L＝k₁H，其中k₁的取值范围是0.75～1。具体k₁的数值根据河道的底质情况进行选择，河道底质良好时可以布设的深一些，河道底质较差时布设的浅一些，避免对底质造成扰动，进而引起营养盐的释放。

值得说明的是，水面301到水底302的深度为H，挂网120上某位置到水面301的高度为h，其中h＝k₂H；当0＜k₂≤0.25时，网孔的孔径为1.5～2mm；当0.25＜k₂≤0.5时，网孔的孔径为2～3mm；当0.5＜k₂≤0.75时，网孔的孔径为3～4mm；当0.75＜k₂≤1时，网孔的孔径为4～5mm；通过将挂网120上的网孔大小沿竖直方向差异化设置，一方面有利于将水体上部的悬浮物进行充分滤除，另一方面避免水体下部的挂网120由于网孔过小对河流底部的生态系统产生较大的影响。

本实施例中，挂网120上端连接有牵引绳110；挂网120上端设置有浮体111；挂网120下端设置有重物121，以保证水体净化系统整体在水中的稳定性。

其中，填料袋200包括外层袋210和内层袋230，外层袋210和内层袋230之间设置有夹层空腔240。本实施例中，外层袋210和内层袋230之间设置有支撑件220，支撑件220在外层袋210和内层袋230之间支撑形成夹层空腔240，本实施例中支撑件220对外层袋210和内层袋230的上、下两个端部进行支撑连接。通过夹层空腔240的设置，当水流经过时，水流会穿过外层袋210进入到夹层空腔240中，水流在夹层空腔240中可以进行一段时间的停滞，此时水体中的污染物就有足够的时间与空腔内与填料袋200进行接触，有利于填料袋200上的挂膜，并且水体中的污染物可以被生物膜充分地吸附与反应，提高填料袋200的水体净化效果。

其中，夹层空腔240的厚度为D3，填料袋200处理水体的流速为v，值得说明的是，当水体流速v<4m/s时，D3的取值范围为120mm～150mm；当水体流速v>4m/s时，D3的取值范围为160mm～200mm。夹层空腔240的厚度根据所需处理水体的流速进行设置，使得夹层空腔240既可以让流入的水流达到较好的停滞效果，又可以让流入的水流在夹层空腔240内与填料袋200上的生物挂膜形成更为充分的接触，从而达到较好的净化效果。本实施例中，水体流速为2.8m/s，D3取值为135mm。

另外，外层袋210的厚度为D1，夹层空腔240的厚度为D3，D1＝k₄D3，其中0.67＜k₄＜1。外层袋210的厚度D1根据夹层空腔240的厚度进行设置，使得夹层空腔240内可以根据外层袋210的厚度容纳合理容量的水，进一步改善填料袋200对水体的净化效果。同时在净化过程中该尺寸范围的设置，使得水体经过填料袋200时填料反应时间与滞留时间可以达到较好的协同净化作用。

另外本实施例中内层袋230的厚度为D2，外层袋210的厚度为D1，D2＝k₃D1，其中1.1＜k₃＜2。填料袋200各层袋以及夹层空腔240的厚度通过上述比例关系进行设置，使得具有一定流速的流动水体在经过填料袋200时，既可以在填料袋200上充分地进行挂膜以及反应净化过程，也可以在填料袋200上停滞适当的时间，在保证净化效率的同时保证了填料袋200对水体的净化效果；使得水体在外层袋210上发生的初次反应和二次反应可以达到最佳的配合，进而提高整体的净化效果，其中外层填料作用是初步净化及消解部分易降解物质，内层填料的作用是深层净化及消解部分难降解物质。

另外，内层袋230内设置有中央空腔250，中央空腔250的厚度为D4，内层袋230的厚度为D2，D4＝k₅D2，其中1.1＜k₅＜1.8。中央空腔250及其具体的参数设置使得水体中污染物在中央空腔250内可以进行二次的滞留反应，进行进一步的深度净化。

外层袋210内填充有外层填料211，内层袋230内填充有内层填料231；需要说明的是，内层填料231的粒径小于外层填料211的粒径，其中内层填料231的粒径为10～20mm，外层填料211的粒径为15～30mm。填料袋200在水体中使用的过程中，水流会先经过外层袋210，而外层袋210中大粒径外层填料211的设置使得外层填料211之间产生较大的缝隙，一方面水流经过外层填料211缝隙的过程中可以与生物挂膜充分接触实现净化，避免水流仅仅在外层袋210表面绕过，这样水体中的污染物无法与填料袋200上的生物挂膜充分接触；另一方面大缝隙的外层填料211便于水体流入夹层空腔240中，从而水体有充分的时间与填料袋200上的生物挂膜进行充分接触。并且将内层袋230内填充的内层填料231粒径设置较小，有利于保证水流在夹层空腔240中具有足够的停滞时间，进而与生物挂膜进行充分反应，实现水体的高效净化。

另外，内层填料231的组分包括火山岩、斜发沸石、phoslock、石灰石、黄铁矿；其中火山岩与斜发沸石的质量比为1:1～1:3，斜发沸石与phoslock的质量比为1:2～1:4，phoslock与石灰石的质量比为2:1～3:1，石灰石与黄铁矿的质量比为2:1～3:1；外层填料211的组分同样包括火山岩、斜发沸石、phoslock、石灰石、黄铁矿；但其中火山岩与斜发沸石的质量比为1:1～3:1，斜发沸石与phoslock的质量比为2:1～3:1，phoslock与石灰石的质量比为2:4～3:4，石灰石与黄铁矿的质量比为1:2～3:4。

值得说明的是，上述的斜发沸石为氯化铁改性斜发沸石；外层填料211斜发沸石中氯化铁含量为：斜发沸石与氯化铁的质量比为0.29～0.43；内层填料231斜发沸石中氯化铁含量为：斜发沸石与氯化铁的质量比为0.28～0.40。

结合外层袋210和内层袋230尺寸参数控制以及内、外层填料粒度控制，通过上述外层填料211与内层填料231成分的控制，一方面使得外层填料211在挂膜前后都具有较好的渗透性，并且针对水体中的易降解物质进行初步的净化及消解；另一方面有利于夹层空腔240内水体的停滞进行深层净化及消解部分难降解物质。

而外层袋210和内层袋230内的根据外层袋210和内层袋230在水体净化不同阶段所起的作用，其成分的差异化设计是基于组分中通过氢键、偶极矩作用、范德华力和化学键等多种化学作用和物理化学作用、置换作用、耦合配位作用以及形成的硝化反硝化作用等综合作用对水中的影响物质进行吸附降解沉淀作用，最终在整体上达到有效降解营养盐数值的作用。

值得说明的是，本实施例中填料袋200的设置还具有较好的抑藻作用，抑藻作用主要归因于两个方面的原因：1填料对水体中的营养盐进行了有效地削减作用，致使水体中的藻类获取的营养物质减少，缺失生长所需的营养盐的藻类出现部分消亡的现象；2水体中的藻类带较高的负电性电荷，且细胞细小，密度也小，而部分填料表面呈正电性，藻细胞和填料可以凝聚在一起，达到吸附水体营养盐的同时对藻类也形成了一定的絮凝作用，最终将存活于水体中的藻类蓄积沉降于底质中，致使部分藻类消亡。

实施例2

如图4所示，本实施例的一种网膜基生物质水体净化系统，与实施例1基本相同，不同之处在于，水面301到水底302的深度为H，挂网120上某位置到水面301的高度为h，其中h＝k₂H；当0＜k₂≤0.25时，挂网120上填料袋200的布置密度为6～8个/m²；当0.25＜k₂≤0.5时，挂网120上填料袋200的布置密度为4～6个/m²；当0.5＜k₂≤0.75时，挂网120上填料袋200的布置密度为3～5个/m²；当0.75＜k₂≤1时，挂网120上填料袋200的布置密度为2～3个/m²。

实施例3

本实施例的一种网膜基生物质水体净化系统，应用于某市平均水深1.5m的封闭黑臭河道治理工程，黑臭河道流域面积为1000平方米，通过围隔包围的实施面积为100平方米，按照横向布置密度6株/m²、纵向布置间距0.9m、布置深度为1/3河道水深，投放相应数量的生物介质填料袋200。在可调式网膜基生物质净化装置应用前期，围隔包围的实施区域内水体总氮含量4.9mg/L，总磷含量0.68mg/L，应用可调式网膜基生物质净化装置60天后，水体总氮含量降至3mg/L，削减率达到39％；水体总磷含量降至0.4mg/L，削减率达到41％，且局部水体透明度达到0.8m以上。

实施例4

本实施例的一种网膜基生物质水体净化系统，应用于某市平均水深2m的劣V类富营养化河道治理工程，富营养化河道流域面积为500平方米，按照横向布置密度4株/m²、纵向布置间距1.2m的规格在纵向布置于河道中的拦截吸附网膜上布设填料袋。在可调式网膜基生物质净化装置应用前期，河道内水体总氮含量3.5mg/L，总磷含量0.58mg/L，应用可调式网膜基生物质净化装置30天后，水体总氮含量降至1.6mg/L，削减率达到54.3％；水体总磷含量降至0.28mg/L，削减率达到51.7％，且局部水体透明度达到1.4m以上。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (7)

1.一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，包括挂网（120），从上到下的方向上，挂网（120）的网孔孔径逐渐增大；挂网（120）上设置有填料袋（200），填料袋（200）包括外层袋（210）和内层袋（230），外层袋（210）内填充有外层填料（211），内层袋（230）内填充有内层填料（231）；外层袋（210）和内层袋（230）之间设置有支撑件（220），支撑件（220）在外层袋（210）和内层袋（230）之间支撑形成夹层空腔（240）；内层袋（230）内设置有中央空腔（250）；夹层空腔（240）的厚度为D3，填料袋（200）处理水体的流速为v，当水体流速v<4m/s时，D3的取值范围为120mm~150mm；当水体流速v>4m/s时，D3的取值范围为160mm~200mm。

2.根据权利要求1所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，从上到下的方向上，挂网（120）上填料袋（200）的数量逐渐减少。

3.根据权利要求1所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，水面（301）到水底（302）的深度为H，挂网（120）竖直方向的长度为L，L=k₁H，其中k₁的取值范围是0.75~1。

4.根据权利要求1所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，挂网（120）上的网孔孔径大小为：1.5mm×1.5mm~5mm×5mm。

5.根据权利要求1所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，水面（301）到水底（302）的深度为H，挂网（120）上某位置到水面（301）的高度为h，其中h=k₂H；当0＜k₂≤0.25时，网孔的孔径为1.5~2mm；当0.25＜k₂≤0.5时，网孔的孔径为2~3mm；当0.5＜k₂≤0.75时，网孔的孔径为3~4mm；当0.75＜k₂≤1时，网孔的孔径为4~5mm。

6.根据权利要求1所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，水面（301）到水底（302）的深度为H，挂网（120）上某位置到水面（301）的高度为h，其中h=k₂H；当0＜k₂≤0.25时，挂网（120）上填料袋（200）的布置密度为6~8个/m²；当0.25＜k₂≤0.5时，挂网（120）上填料袋（200）的布置密度为4~6个/m²；当0.5＜k₂≤0.75时，挂网（120）上填料袋（200）的布置密度为3~5个/m²；当0.75＜k₂≤1时，挂网（120）上填料袋（200）的布置密度为2~3个/m²。

7.根据权利要求1~6任一项所述的一种网膜基生物质水体净化系统，其特征在于，挂网（120）上端连接有牵引绳（110）；挂网（120）上端设置有浮体（111）；挂网（120）下端设置有重物（121）。

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