CN110776082B - 一种花形自展叶式光催化净污浮床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种花形自展叶式光催化净污浮床，包括浮床基体、若干个用于净化水体的人工花（2）、气动系统和供电装置，浮床基体漂浮于水面（8）上，浮床基体上开设有若干圆孔，人工花（2）放置于圆孔内，人工花（2）下端与气动系统连通，当气动系统向人工花（2）中充气时人工花（2）上浮浮出浮床基体并呈花型散开，当气动系统对人工花（2）中抽气时人工花（2）下沉并收拢，供电装置电连接气动系统。本发明采用气动的方式实现人工荷花的在水面上方的展开与水面下的合拢动作，从而实现水面上的光照降解与水面下的对流吸附两个过程的交替进行，可有效的解决光催化材料在水体中因光照不足而导致净化效率低的问题，显著的提高了水质净化效率。

Description

一种花形自展叶式光催化净污浮床

技术领域

本发明涉及一种花形自展叶式光催化净污浮床，属于水环境保护技术领域。

背景技术

随着区域人口密度的增加和我国工农业的迅猛发展，生活和工农业污水的排放量快速上升，大量污水进入各级河湖水体，造成河湖的污染负荷超过了其环境纳污总量，进而使得水中生物大量死亡以及水体发臭发黑，对当地居民生活质量和生态环境造成不良影响。特别是工业和农业废水中往往含有高毒性、高浓度、难降解的有机污染物，进入水体后通过生物链的生物富集作用严重威胁居民的身体健康和周边环境的生态安全。因此如何有效处理这类污染物成为现今学者研究工作的重点之一。

人工浮床技术是一项重要的地表水生态修复技术，在富营养化水体治理中具有独特的优势。它通过植物生长过程中从水体中吸收氮、磷等营养物质的特性除去水体中的氮、磷，具有运行成本低、处理效果好、原位修复的优点，但是也存在修复见效慢、时间长、受季节性影响、受污染的植物后续难处理的缺点。特别是由于利用植物处理的原因，仅对于氮、磷以及特定污染物有净化效果，适用范围窄；植物生存环境要求高，难以在高浓度、高毒性的污染物下生存。所以如何提升浮床技术的适用范围和放宽使用条件是该技术面临的难点。

光催化技术是在能源以及环境领域有着重要应用前景的绿色技术，光催化材料在一定光照下可以对有机物进行分解矿化成为二氧化碳和水，同时光催化材料自身不损耗，具有清洁可持续、高效、适用范围广等优点。但同时对光照要求较高，对于浊度高的高浓度污染水体，由于光强在透射过程中衰减快，造成光催化效率下降。

因此如何针对上述问题以及两种技术的优势和不足进行改进耦合，从而取长补短地创造出一种1+1＞2的普适性光催化浮床，以期在我国目前水体复杂的污染状态和环境因素都能得到良好应用，对于我国水质的治理以及浮床和光催化技术的推广应用具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种花形自展叶式光催化净污浮床，旨在克服本发明克服了传统植物浮床装置中植物处理污染物的范围窄、受季节性影响大、维护成本高、易形成二次污染等缺点，同时还解决了光催化材料在水中光照强度低、照射面积小、界面反应不充分等问题，将浮床结构和光催化技术相结合，可有效提高对水体中污染物的去除能力。

为达到上述目的，本发明提供一种花形自展叶式光催化净污浮床，包括浮床基体、若干个用于净化水体的人工花、气动系统和供电装置，浮床基体漂浮于水面上，浮床基体上开设有若干圆孔，人工花放置于圆孔内，人工花下端与气动系统连通，当气动系统向人工花中充气时人工花上浮浮出浮床基体并呈花型散开，当气动系统对人工花中抽气时人工花下沉并收拢，供电装置电连接气动系统。

优先地，人工花包括气囊和若干叶片，若干叶片组成花朵形，若干叶片表面包覆有光催化膜，若干叶片下端固定连接气囊上端。

优先地，所述气动系统包括气管和抽充气两用泵，气囊底部与气管气路连通，气管将所有气囊并联气路连通，气管与抽充气两用泵气路连通。

优先地，叶片包括覆膜基片和配重块，所述覆膜基片为三角形、四边形或扇形，覆膜基片表面由内向外分别包覆有树脂层和纳米晶二氧化硅膜层，覆膜基片里端开设有中心孔，覆膜基片外端两侧均开设有穿线孔；覆膜基片材质为透明亚克力板。

优先地，配重块为扇形结构，配重块固定于覆膜基片里端，配重块与覆膜基片重叠，配重块半径为覆膜基片高度的1/5~1/6，配重块重量为覆膜基片重量的6~8倍，配重块里端开设有与覆膜基片对应的外中心孔，配重块材质为铝合金。

优先地，浮床基体包括外框和支撑板，所述外框为长方形框体，所述外框中央开设配合支撑板的贯穿通孔，所述外框为密封的中空结构；所述支撑板为长方形薄板，支撑板的长宽与外框的长宽尺寸相同，所述支撑板水平固定于外框中部，所述支撑板上开设有若干个圆孔，圆孔呈矩形阵列分布。

优先地，人工花包括中心连接绳和外缘连接绳，若干叶片里端通过中心连接绳环形串联在气囊上端，若干叶片外端通过外缘连接绳环形串联，所述气囊为中空橡胶球体。

优先地，支撑板上开设的圆孔直径为叶片外端最大宽度的2/3，所述人工花里端向下放置于所述圆孔内。

优先地，供电装置包括太阳能电池板、电压转换模块、蓄电池和控制器，所述太阳能电池板、电压转换模块、蓄电池和控制器均固定于所述外框上表面，太阳能电池板、电压转换模块和蓄电池依次串联，所述控制器分别与蓄电池和抽充气两用泵电连接。

优先地，气囊充满气后球体直径大于圆孔直径5~10cm。

本发明所达到的有益效果：

1.本发明采用气动的方式实现人工荷花的在水面上方的展开与水面下的合拢动作，从而实现水面上的光照降解与水面下的对流吸附两个过程的交替进行，可有效的解决光催化材料在水体中因光照不足而导致净化效率低的问题，显著的提高了水质净化效率。

2.人工荷花的展开和合拢动作以及气囊的上下移动增强了水体流动，促进了水体中污染物的对流扩散，有效的解决了传统浮床在静水处理过程中由于污染物传质效果差而导致的处理效率低的问题。同时，人工荷花在动作过程中增加了空气和水体反应界面的含氧量，提高了光催化效率，并对水体起到了增氧曝气的作用，有利于促进水生态系统的健康循环。

3.采用荷花型叶片展开式结构，叶片具有较大的光催化材料负载面积，同时透明的叶片可增加对叶片背面的光照强度，实现高效的光催化降解。

4.采用气动方式实现人工荷花的动作控制，具有能耗低、浮力大、控制简单、耐候性好等优点。同时可根据水质和光照条件调节人工荷花的展开及合拢时长，实现最佳的吸附降解效率匹配，提高水质净化效率。

5.本发明外形美观，且具有动作效果，具有较好的景观效果，可适用于城市、农村等各类水体的净化场合。

6.本发明结构简单，维护方便，制造成本和维护成本低，适合于大批量生产。

附图说明

附图1是本发明的俯视图；

附图2是本发明叶片展开时的A-A剖面图；

附图3是本发明页面合拢时的A-A剖面图；

附图4是人工花的展开图；

附图5是叶片的结构图。

附图中标记含义，1是外框；2是人工花；3是支撑板；4是抽充气两用泵；5是控制器；6是叶片；7是太阳能电池板；8是水面；9是气囊；10是气管；11是中心连接绳；12是外缘连接绳；13是穿线孔；14是配重块；15是中心孔；16是覆膜基片。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种花形自展叶式光催化净污浮床，包括浮床基体、若干个用于净化水体的人工花2、气动系统和供电装置，浮床基体漂浮于水面8上，浮床基体上开设有若干圆孔，人工花2放置于圆孔内，人工花2下端与气动系统连通，当气动系统向人工花2中充气时人工花2上浮浮出浮床基体并呈花型散开，当气动系统对人工花2中抽气时人工花2下沉并收拢，供电装置电连接气动系统。

进一步地，人工花2包括气囊9和若干叶片6，若干叶片6组成花朵形，若干叶片6表面包覆有光催化膜，若干叶片6下端固定连接气囊9上端。

进一步地，所述气动系统包括气管10和抽充气两用泵4，气囊9底部与气管10气路连通，气管10将所有气囊9并联气路连通，气管10与抽充气两用泵4气路连通。

进一步地，叶片6包括覆膜基片16和配重块14，所述覆膜基片16为三角形、四边形或扇形，覆膜基片16表面由内向外分别包覆有树脂层和纳米晶二氧化硅膜层，覆膜基片16里端开设有中心孔15，覆膜基片16外端两侧均开设有穿线孔13；覆膜基片16材质为透明亚克力板。

进一步地，配重块14为扇形结构，配重块14固定于覆膜基片16里端，配重块14与覆膜基片16重叠，配重块14半径为覆膜基片16高度的1/5~1/6，配重块14重量为覆膜基片16重量的6~8倍，配重块14里端开设有与覆膜基片16对应的外中心孔，配重块14材质为铝合金。

进一步地，浮床基体包括外框1和支撑板3，所述外框1为长方形框体，所述外框1中央开设配合支撑板3的贯穿通孔，所述外框1为密封的中空结构；所述支撑板3为长方形薄板，支撑板3的长宽与外框1的长宽尺寸相同，所述支撑板3水平固定于外框1中部，所述支撑板3上开设有若干个圆孔，圆孔呈矩形阵列分布。

进一步地，人工花2包括中心连接绳11和外缘连接绳12，若干叶片6里端通过中心连接绳11环形串联在气囊9上端，若干叶片6外端通过外缘连接绳12环形串联，所述气囊9为中空橡胶球体。

进一步地，支撑板3上开设的圆孔直径为叶片6外端最大宽度的2/3，所述人工花2里端向下放置于所述圆孔内。

进一步地，供电装置包括太阳能电池板7、电压转换模块、蓄电池和控制器5，所述太阳能电池板7、电压转换模块、蓄电池和控制器5均固定于所述外框1上表面，太阳能电池板7、电压转换模块和蓄电池依次串联，所述控制器5分别与蓄电池和抽充气两用泵4电连接。

进一步地，气囊9充满气后球体直径大于圆孔直径5~10cm。

所述支撑板3为长方形薄板，采用5mm厚的工程塑料板制成，所述支撑板3上还开设有32个圆孔，圆孔呈矩形阵列4行×8列分部于支撑板3上，所述覆膜基片16为等腰三角形薄板，覆膜基片16顶角为20°，覆膜基片16高为30cm，配重块14材质为铝合金，中心连接绳和外缘连接绳均采用直径为2mm的尼龙线。

本发明的工作原理：

浮床基体漂浮在水面上，在抽充气两用泵4进行抽气过程中，气囊9中的空气通过气管10排出，气囊体积收缩。人工花2在配重块14的重力作用下向下移动，移动过程中叶片6收拢，由于叶片6上部宽度大于支撑板3上的圆孔直径，因此人工花2收拢后人工花2的上端仍可停留在支撑板3上。此时叶片6下部进入到水中，水体中的难降解污染物可充分吸附于叶片6表面。待间隔一段时间让叶片6吸附完全后，抽充气两用泵4开始对气囊9进行充气，气囊9体积快速膨胀并带动上方的人工花2上浮。人工花2的叶片6在重力的作用下在支撑板3上展开成圆形。展开后叶片6表面的二氧化硅覆膜在光照作用下可发生光催化反应，将吸附与叶片6表面的污染物进行降解去除。待光催化反应完成后又在此进入抽气阶段。在抽充气两用泵4的作用下，人工花2不断的产生上行展开和下行收拢动作，从而达到吸附和光催化协同的目的。

本装置采用太阳能电池提供能源，可24小时不间断运行。本装置每隔6个月应进行维护，清理掉叶片6表面的附着物，以保证整个装置高效运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，包括浮床基体、若干个用于净化水体的人工花（2）、气动系统和供电装置，浮床基体漂浮于水面（8）上，浮床基体上开设有若干圆孔，人工花（2）放置于圆孔内，人工花（2）下端与气动系统连通，当气动系统向人工花（2）中充气时人工花（2）上浮浮出浮床基体并呈花型散开，当气动系统对人工花（2）中抽气时人工花（2）下沉并收拢，供电装置电连接气动系统；

人工花（2）包括气囊（9）和若干叶片（6），若干叶片（6）组成花朵形，若干叶片（6）表面包覆有光催化膜，若干叶片（6）下端固定连接气囊（9）上端；

叶片（6）包括覆膜基片（16）和配重块（14），所述覆膜基片（16）为三角形、四边形或扇形，覆膜基片（16）表面由内向外分别包覆有树脂层和纳米晶二氧化硅膜层，覆膜基片（16）里端开设有中心孔（15），覆膜基片（16）外端两侧均开设有穿线孔（13）；覆膜基片（16）材质为透明亚克力板。

2.根据权利要求1所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，所述气动系统包括气管（10）和抽充气两用泵（4），气囊（9）底部与气管（10）气路连通，气管（10）将所有气囊（9）并联气路连通，气管（10）与抽充气两用泵（4）气路连通。

3.根据权利要求1所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，配重块（14）为扇形结构，配重块（14）固定于覆膜基片（16）里端，配重块（14）与覆膜基片（16）重叠，配重块（14）半径为覆膜基片（16）高度的1/5~1/6，配重块（14）重量为覆膜基片（16）重量的6~8倍，配重块（14）里端开设有与覆膜基片（16）对应的外中心孔，配重块（14）材质为铝合金。

4.根据权利要求1所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，浮床基体包括外框（1）和支撑板（3），所述外框（1）为长方形框体，所述外框（1）中央开设配合支撑板（3）的贯穿通孔，所述外框（1）为密封的中空结构；所述支撑板（3）为长方形薄板，支撑板（3）的长宽与外框（1）的长宽尺寸相同，所述支撑板（3）水平固定于外框（1）中部，所述支撑板（3）上开设有若干个圆孔，圆孔呈矩形阵列分布。

5.根据权利要求1所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，人工花（2）包括中心连接绳（11）和外缘连接绳（12），若干叶片（6）里端通过中心连接绳（11）环形串联在气囊（9）上端，若干叶片（6）外端通过外缘连接绳（12）环形串联，所述气囊（9）为中空橡胶球体。

6.根据权利要求4所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，支撑板（3）上开设的圆孔直径为叶片（6）外端最大宽度的2/3，所述人工花（2）里端向下放置于所述圆孔内。

7.根据权利要求1所述的一种花形自展叶式光催化净污浮床，其特征在于，气囊（9）充满气后球体直径大于圆孔直径5~10cm。

Images