CN113213697B - 一种水质净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质净化方法，其通过在河道的两侧分别安装多个水质净化装置以对水进行净化，水质净化装置包括前侧形成有进水侧的生物膜过滤模块、位于生物膜过滤模块后侧且能够促使水通过生物膜过滤模块的推流曝气模块，推流曝气模块的左侧或右侧形成有出水侧，水质净化装置的进水侧朝向水流方向，水质净化装置的出水侧的水流朝向位于下游且与该水质净化装置最接近的水质净化装置的进水侧。本发明采用多个水质净化装置组合使用，利用推流曝气模块将河道内水流改造为“Z”字型，净化效率高，且在显著改善水动力条件的同时，能够构建涡流沉降区，可将上游悬浮物集中沉降于特定区域，极大地提高了后续底泥清淤的便利。

Description

一种水质净化方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种水质净化方法。

背景技术

当前，随着人们环保意识的不断增强，城乡河道水质业已成为社会关注的热点问题。部分地区由于历史欠账太多，河道水系呈现成片污染的状态。目前，国内外普遍采用“控源截污-应急修复-生态提升-长效维系”等系统方法对重污染河道水系进行综合治理，在取得较好效果的同时，也暴露出工程投资大、施工期较长等问题。尤其是针对污水收集管网不完备、污水处理能力有限和面源污染截留不到位的地区，很难在短期内建成高效的陆域污染源控制体系。大量未经有效处理的污水和初期雨水排入河道中，很容易造成下游水体呈现黑臭状态，严重影响周边环境质量。对于该类河道，采取人工强化曝气、投加功能菌剂、开展底泥疏浚和实施植物修复等措施，可以在一定程度上提高水体自净能力、削减内源污染释放和改善水生态景观。然而，工程实践证明，上述措施需要科学系统组合，并建立智慧运行管理方法才能获得理想的治理效果，有效控制治理成本。例如，强化曝气措施可以快速提高水中溶解氧浓度和促进土著微生物生长，但持续高强度的曝气不仅消耗了大量能源，还可能促进底泥中污染物的释放，使水质恶化，并引发臭气污染。再如，外加功能菌剂需要与强化曝气、生物填料等固定技术相结合，才能长期滞留于河道中，发挥生化降解功能。又如，只有当河道水质达到植物生长的最低限度，才可能实施植物修复。

在无法有效拦截污染排入的前提下，应当对某段河道进行必要的工程改造，使其具备类似于小型污水处理厂的功能，快速降解还原性污染物、促进污染底泥淤积、提升水体溶解氧水平，并实现设施的自动控制和长效运行。这在现有的技术条件下是无法实现的。因此，如何创新重污染河道水质净化装置设计及其使用方法，将工程技术与生态技术有机结合，已成为消除水体黑臭、提升环境质量的关键点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种净化效率高的水质净化方法，使其能够满足在某段顺直河道内实现溶解性污染物降解、悬浮颗粒沉降。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种水质净化方法，其通过在河道的两侧分别安装多个水质净化装置以对水进行净化，所述水质净化装置包括前侧形成有进水侧的生物膜过滤模块、位于所述生物膜过滤模块后侧且能够促使水通过所述生物膜过滤模块的推流曝气模块，所述推流曝气模块的左侧或右侧形成有出水侧，所述水质净化装置的进水侧朝向水流方向，所述水质净化装置的出水侧的水流朝向位于下游且与该水质净化装置最接近的水质净化装置的进水侧。

优选地，所述水质净化装置出水侧的水流方向与驳岸线的延伸方向相交。

进一步优选地，所述水质净化装置出水侧的水流方向与驳岸线的延伸方向的夹角为30~60°，进一步为40~50°。

优选地，所述水质净化装置出水侧的水流方向与位于下游且与该水质净化装置最接近的水质净化装置的进水侧相交且形成夹角。

进一步优选地，所述夹角为70°~110°，更为优选地，使所述夹角尽可能接近90°以便于水流更好的进入下一个水质净化装置。

优选地，在所述水流方向上，每三台所述水质净化装置围设成三角形区域，所述三角形区域内形成有涡流沉降区。

进一步优选地，所述生物膜过滤模块靠近对岸的最外侧与所述对岸的垂直距离为所述河道总宽度的0.4~0.6倍。

进一步优选地，所述河道同一侧的相邻的两个所述水质净化装置的间距为20~50m。

根据一些具体且优选的实施方式，所述河道为顺直河道。

进一步优选地，所述河道的宽度为10~30m，水深在1.0~5.0m。

优选地，所述水质净化装置还包括多个浮筒，所述浮筒安装在所述生物膜过滤模块和/或推流曝气模块的左右两侧，所述水质净化装置能够在所述浮筒的浮力作用下漂浮在水中。浮筒的设置使得水质净化装置漂浮在水面上而不是放置在河底，可以随水位自动升降，一方面，避免了水质净化装置放置在河底时需要对河床进行平整而增加工程造价的情况发生；另一方面，同一水质净化装置放置在河底时，由于河道各处的水深不同，距离水面的高度也不同，装置与装置配合时，水质净化效果会受影响。

进一步优选地，多个所述浮筒安装在所述生物膜过滤模块和/或所述推流曝气模块的左右两侧的上半部分。其中，出水侧的出水从浮筒的下方流出。

优选地，所述生物膜过滤模块，其用于对水进行净化，所述生物膜过滤模块包括具有容纳空间且能够供水进入和流出的第一容纳室、堆叠在所述第一容纳室内的中空的镂空球、装填在所述镂空球内的填料。

根据一些具体且优选的实施方式，所述第一容纳室为长方体结构，所述第一容纳室竖直方向上的高度为1.0~4.5m，水平方向上的长宽比为（1.5~3）：1，优选为（2~3）：1。其中，第一容纳室的高度可以依据河道水的深度来设定，第一容纳室一般位于水面以下。

进一步优选地，所述第一容纳室的前侧面和后侧面分别开设有多个镂空的网孔。其中，网孔的直径小于镂空球的直径，使得镂空球能够堆叠在第一容纳室内而不会从网孔内掉出。

根据一些具体且优选的实施方式，所述生物膜过滤模块还包括多个网框，多个所述网框安装在所述第一容纳室内，装填有所述填料的所述镂空球堆叠在所述网框内，多个所述网框内装填的填料相同或者不同。

其中，多个网框相并联。

进一步优选地，所述网框为2~5个。

更进一步优选地，与所述出水侧位于同一侧的所述第一容纳室的侧面和/或与所述出水侧位于同一侧且最靠近所述出水侧的所述网框的侧面设有封闭的面板，以防止短流现象的发生。

优选地，所述推流曝气模块包括具有容纳空间且与所述生物膜过滤模块相连通的第二容纳室、设置在所述第二容纳室内的所述推流曝气机，所述推流曝气机的进气口位于水面的上方，所述出水侧开设在所述第二容纳室上以供来自所述生物膜过滤模块的水以及空气流出所述第二容纳室。

进一步优选地，所述进气口位于水面的上方至少50cm。

根据一些具体且优选的实施方式，所述推流曝气模块包括位于所述水质净化装置的左侧或右侧的第一挡板、位于所述水质净化装置的后侧的第二挡板、位于所述水质净化装置的底部的第三挡板，所述第一挡板、所述第二挡板、所述第三挡板与所述生物膜过滤模块的后侧共同围设成所述第二容纳室。第一挡板、第二挡板、第三挡板将推流曝气机围设在第二容纳室内，使得经生物膜过滤模块过滤后进入第二容纳室的水尽可能经过推流曝气后从第二容纳室的出水侧流出，并且第二容纳室出水侧的出水方向尽可能与第二容纳室的进水方向相垂直。

本发明中的水质净化装置用于处理河道污水时，推流曝气机的搅拌器电机和曝气风机置于水面以上，雾化器置于水面以下，且距离水面至少0.5m；推流曝气机工作时，叶片旋转将气水混合物推走，水沿着第二容纳室的出口流出，同时在第二容纳室形成空隙，水经过生物膜过滤模块进入空隙并在雾化器处与气泡混合形成溶气水，经过叶片高速运转推动水体向前运动，达到曝气、混合及推流的目的。

进一步优选地，所述推流曝气机的进气管自所述进气口向出气口自上而下向着所述出水侧的方向倾斜延伸，并且所述进气管与水平方向的夹角为30~60°，进一步为35~55°，更进一步为40~50°，再进一步为42~48°。

更进一步优选地，所述出气口与所述出水侧相靠近。

其中，所述推流曝气机为市售的推流曝气机。

优选地，所述推流曝气模块还包括第一支架，所述第一支架与所述第二容纳室相固定连接且位于所述第二容纳室的上方，所述推流曝气机固定设置在所述第一支架上。

根据一些具体且优选的实施方式，所述水质净化装置还包括水质监测模块、用于控制所述水质监测模块及所述推流曝气模块的智能控制模块。

进一步优选地，所述水质监测模块包括用于监测水流流速的流速测定仪、和/或用于监测水流OPR值的OPR测定仪、和/或用于监测水流溶解氧浓度的溶氧仪，所述流速测定仪、和/或所述OPR测定仪、和/或所述溶氧仪分别安装在所述生物膜过滤模块的前侧，和/或所述推流曝气模块的后侧，和/或所述水质净化装置的下游，并由所述智能控制模块通过PLC控制。

更进一步优选地，当所述流速测定仪测得的水流流速低于0.5m/s时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机的电机转速提高以提高所述水流流速；当所述流速测定仪测得的水流流速高于2.0m/s时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机的电机转速降低以降低所述水流流速。

更进一步优选地，当所述OPR测定仪测得的水流的OPR值低于+200mV时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机的风机功率提高以增加曝气量；当所述OPR测定仪测得的水流的OPR值高于+500mV时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机的风机功率降低以降低曝气量。

更进一步优选地，当所述溶氧仪测得水流的溶解氧浓度低于2mg/L时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机的风机功率提高以增加曝气量；当所述溶氧仪测得水流的溶解氧浓度高于4mg/L时，所述智能控制模块调低所述推流曝气机的风机功率降低以降低曝气量。

再进一步优选地，所述风机的功率的调节幅度为10~15%，并且所述风机功率低于额定功率的50%，所述风机关闭。

根据一些具体且优选的实施方式，所述水质净化装置还包括位于所述生物膜过滤模块上方且与所述生物膜过滤模块通过绳相连接的浮床模块，所述浮床模块包括浮床架以及固定在所述浮床架上的水生植物。

进一步优选地，所述绳为弹性绳。

优选地，所示镂空球的直径为50~150mm，进一步为80~120mm，更进一步为90~100mm。

优选地，所述镂空球内所述填料的填充比为40~60%，进一步为50~60%。

优选地，所述填料为球状的复合材料颗粒，且直径为5~20mm，进一步为5~15mm，更进一步为10~15mm。

进一步优选地，所述填料的比表面积不小于200 m²/g。例如，填料的比表面积可以为210 m²/g、220 m²/g、230 m²/g、240 m²/g、250 m²/g、260 m²/g、270 m²/g、280 m²/g等。

根据一些具体且优选的实施方式，所述复合材料颗粒的制备方法包括将生物炭与膨润土、水混合，经陈化、定型、烘干、焙烧制得。

优选地，控制所述焙烧温度为500±50℃。X±Y指(X-Y)~(X+Y)中的包括端点的任一数值，例如此处的500±50℃是指焙烧温度为450~550℃之间的任意一个数，可以为450℃、455℃、460℃、500℃、510℃、520℃、540℃、550℃等。下述相同，在此不一一赘述。

优选地，控制所述烘干温度60±10℃。

进一步优选地，所述生物炭与所述膨润土的投料质量比为（4:3）~（2:1）。

进一步优选地，所述生物炭以植物为原料，经烧制、研磨、筛分制得。

进一步优选地，控制所述烧制温度1000±10℃。

进一步优选地，所述植物为水稻秸秆、稻壳、芦苇中的一种或多种。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明采用多个水质净化装置组合使用，利用推流曝气模块将河道内水流改造为“Z”字型，净化效率高，且在显著改善水动力条件的同时，能够构建涡流沉降区，可将上游悬浮物集中沉降于特定区域，极大地提高了后续底泥清淤的便利。

附图说明

图1为本发明水质净化装置部分模块的俯视图；

图2为本发明水质净化装置部分模块的透视后视图；

图3为本发明水质净化装置中的镂空球的结构示意图；

图4为本发明实制备的填料的结构示意图；

图5为本发明水质净化装置的前视图；

图6为本发明实施例1中的水质净化装置用于水质净化处理时的部分装置图；

图7为本发明实施例2中的水质净化装置用于水质净化处理时的部分装置图；

其中，本发明附图标记如下：

1、生物膜过滤模块；2、第一容纳室；3、镂空球；4、推流曝气模块；5、第二容纳室；6、推流曝气机；61、电机；62、风机；63、进气管；64、叶片；66、第一支架；7、浮床模块；71、浮床架；72、绳；8水生植物；9流速测定仪；91、第二支架；10、OPR测定仪；101、第三支架；11、浮筒；A、水质净化装置；B、智能控制模块；C、顺直河道；C1、河道上游；C2、河道下游；C3、河道驳岸；C4、涡流沉降区；夹角a；夹角b；夹角c。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图5所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

如图1、2和5所示的水质净化装置，包括具有进水侧生物膜过滤模块1、与生物膜过滤模块1相连通且具有出水侧的推流曝气模块4和浮筒11。

其中，生物膜过滤模块1用于对水进行净化，包括具有容纳空间且能够供水进入和流出的第一容纳室2、堆叠在第一容纳室2内的中空的镂空球3、装填在镂空球3内的填料。

第一容纳室2可以呈长方体结构，第一容纳室2竖直方向上的高度为1.0~4.5m，水平方向上的长宽比为（1.5~3）：1。第一容纳室2的高度可以依据河道水的深度来设定，一般情况下，水质净化装置用于水质净化时，第一容纳室2位于水面以下。第一容纳室2包括供水流入的流入侧（本发明中的进水侧）以及供水流出的流出侧，流出侧与推流曝气模块4相连通。

在某些实施方式中，第一容纳室2除了与出水侧位于同一侧的侧面为封闭的面板，其他侧面可以是具有孔的网板，将第一容纳室2上与出水侧位于同一侧的侧面设置成封闭的面板，从而使得水都是经过生物膜过滤模块1净化后从出水侧流出，有效防止短流的发生。当然，第一容纳室2可以仅前侧和后侧为具有孔的网板，其他四个侧面为封闭的面板，从而前侧为流入侧，后侧为流出侧，水流在推流曝气机6（下面将详述）的作用下仅能够从前侧流入并从后侧流出，这样的设置可以使得水流流过填料的距离尽可能增大，从而有利于填料对水的充分过滤。此外，网板上的孔的形状不受限制，可以为方形、三角形等多边形结构，也可以为圆形、椭圆形等结构，还可以为其他不规则的形状，只要能够实现水的流进和流出，本发明不做特殊限制。

本发明中的“封闭的面板”是相对于网板而言，指面板上不存在通孔，水流无法自面板流入或流出。

并且，第一容纳室2内还可以设置隔板，通过隔板将第一容纳室2分成多个过滤区，隔板可以是封闭的板，也可以为具有孔的网板，多个过滤区可以装填不同的填料，各个过滤区相并联，沿水流方向的填料可以相同也可以不同，以满足不同的过滤要求；多个过滤器区也可以装填相同的填料。

在另一些实施方式中，第一容纳室2的流入侧和流出侧可以是敞口的，即一种实施方式的第一容纳室2仅包括用于形成容纳空间的边框。为了使镂空球3不会自敞口处掉出，通过在第一容纳室2内安装网框，镂空球3装填在网框内，网框的个数可以是一个或多个，当采用多个网框时，网框内装填的填料可以不同，从而提高对水的净化效果。其中，第一容纳室2可以是六个面均为敞口，网框仅前侧面和后侧面为网孔板、其余四个门为封闭的面板，从而使水流仅能够从前侧面进入并自后侧面流出；也可以是第一容纳室2仅前侧面和后侧面敞口，其余侧面为封闭的面板，此时网框的具体结构可以不用限制，只需保证前侧面和后侧面为网孔板即可。

如图1和图5所示，网框的个数为4个，4个网框沿第一容纳室2的长度方向并排安装在第一容纳室2内，与出水侧位于同一侧且靠近出水侧的网框的侧面设有封闭的面板。安装在第一容纳室2内的4个网框的形状、大小相同，网框的高度与第一容纳室2的高度相等，网框水平方向上的长宽比为3:2。

镂空球3为硬塑料，直径为50~150mm，填料填充比为40~60%。镂空球3在水下可以随着水流转动，一方面，镂空球3随着水流转动可显著降低水流阻力，另一方面，镂空球3转动带动填料转动从而促进水与填料的充分接触，使得过滤充分。镂空球3如图3所示，镂空球3的直径可以为100mm，颗粒填充比可以为60%。

填料包括直径为5~20mm，比表面积不小于200 m²/g的球状的复合材料颗粒。复合材料颗粒的制备方法包括将生物炭与膨润土、水混合，经陈化、定型、烘干、焙烧制得，生物炭与膨润土的投料质量比为4:3~2:1；其中，生物炭以植物为原料，经烧制、研磨、筛分制得，植物为水稻秸秆、稻壳、芦苇中的一种或多种。

在某些实施方式中，生物炭是以芦苇为原料，在500℃条件下隔绝空气烧制2h，研磨后经100目筛分后制成；随后，将生物炭与膨润土按照质量比4:3混合，加入适量去离子水搅拌，陈化12h后，用模具定型为球状颗粒，并在60℃烘干至恒重；将球状颗粒放入坩埚内，用细石英砂覆盖孔隙，在1000℃下烧制1h，冷却后制得复合材料颗粒。其中，复合材料颗粒的直径为10mm，比表面积为210m²/g，制得的复合材料颗粒如图4所示。

推流曝气模块4设置在生物膜过滤模块1的后侧且能够促使水通过生物膜过滤模块1。推流曝气模块4包括具有容纳空间且与生物膜过滤模块1相连通的第二容纳室5、设置在第二容纳室5内的推流曝气机6，推流曝气机6的进气口位于水面的上方至少50cm，第二容纳室5开设有出水侧以供来自生物膜过滤模块1的水以及空气流出第二容纳室5。

具体地，推流曝气模块4包括位于所述水质净化装置的左侧或右侧的第一挡板51、位于所述水质净化装置的后侧的第二挡板52、位于所述水质净化装置的底部的第三挡板53，第一挡板51、第二挡板52、第三挡板53与生物膜过滤模块1的后侧共同围设成第二容纳室5。推流曝气机6设置在第二容纳室5内且推流曝气机6的进气管63自进气口向出气口自上而下向着出水侧的方向倾斜延伸，并且，出气口与出水侧尽可能相靠近，进气管63与水平方向的夹角c为30~60°。第二容纳室5水平方向的长度与第一容纳室2水平方向的长度相等。

如图2所示，推流曝气机6的进气管63与水平方向的夹角c为45°，且第一挡板51位于推流曝气机6的左侧，第二挡板52位于推流曝气机6的后侧，第三挡板53位于推流曝气机6的底侧，出水侧位于推流曝气机6的右侧，推流曝气机6安装在第二挡板52上，推流曝气模块4的上方可以敞口也可以是封闭，从而使得来自生物膜过滤模块1的水在推流曝气机6的作用下从推流曝气模块4的右侧（出水侧）流出，并且第三挡板53的设置，使得推流曝气机6的冲击力不会作用于河道底泥，从而能够避免底泥扬起而导致的水体浑浊的问题。

浮筒11可以为多个，且分别对应安装在生物膜过滤模块1和/或推流曝气模块4的外侧，水质净化装置能够在浮筒11的浮力作用下漂浮在水中。具体地，生物膜过滤模块1和/或推流曝气模块4的左右两侧均安装有相同数量的浮筒11，两侧安装的浮筒11的形状大小一致，从而使得水质净化装置左右两侧浮力相同，进而能够平稳的漂浮在水中。在某些实施方式中，浮筒11优选安装在水质净化装置的左右两侧的上半部分，这样使得出水侧的出水能够从浮筒11的下方流出。

其中，浮筒11的形状不受限制，浮筒11可以为普通的市售浮筒。

本发明中的推流曝气机6为市售的推流曝气机。

如图5所示，水质净化装置还包括位于生物膜过滤模块1上方且与生物膜过滤模块1通过绳72相连接的浮床模块7，浮床模块7包括浮床架71以及固定在浮床架71上的水生植物8。浮床模块7水平方向的截面与生物膜过滤模块1水平方向的截面相同。

水生植物8包括香蒲、花叶芦竹、美人蕉、菖蒲中的一种或多种，水生植物8的种植密度为10~30株/m²。例如，水生植物8浮床模块7混合种植香蒲和花叶芦竹，种植密度分别为20~25株/m²、30株/m²；再例如，水生植物8浮床模块7混合种植美人蕉和菖蒲，种植密度分别为10株/m²、30株/m²。

水质净化装置还包括水质监测模块、用于控制水质监测模块及推流曝气模块的智能控制模块。

具体地，水质检测模块包括用于监测水流流速的流速测定仪9、和/或用于监测水流OPR值的OPR测定仪10、和/或用于监测水流溶解氧浓度的溶氧仪，流速测定仪9、和/或OPR测定仪、和/或溶氧仪分别安装在生物膜过滤模块1的前侧，和/或推流曝气模块4的后侧，和/或所述水质净化装置的下游，并由智能控制模块通过PLC控制。

其中，流速测定仪9通过第二支架91固定安装在生物膜过滤模块1的前侧（进水侧），OPR测定仪10通过第三支架101固定安装在推流曝气模块4的后侧。

本发明在单个装置中系统整合了生物填料过滤模块、浮床模块和推流曝气模块，各模块之间功能实现了相互协同，水质净化效率和设备集成度均显著提高。具体地，使用本发明净化水质时，推流曝气模块为水流穿过生物膜过滤模块提供了动力和污染物降解所需的溶解氧，反之生物膜过滤模块可有效阻挡树枝、塑料袋等漂浮垃圾，以防推流曝气机损坏；当水流流经复合材料颗粒表面时，可吸附、降解水中溶解性污染物，同时镂空球及颗粒转动可显著降低水流阻力；得益于生物膜过滤模块对水质的净化，水生植物能够在浮床模块中正常生长，发挥生态景观效益。

实施例1

某平原河网地区一条长约220m、宽约21m、水深2.8~4.0m的顺直河道C，两岸为垂直硬质驳岸。河道上游C1来水COD_Cr、氨氮和溶解氧平均浓度分别为57 mg/L、11.4 mg/L和1.2mg/L，透明度低于15 cm，中心流速约0.7m/s，属于黑臭水体。该河道已完成底泥清淤工作，计划进一步实施水质改善与生态修复工程，要求达到城市景观水体要求（地表水IV类）。

本实施例采用本发明中的水质净化装置，其中：

（1）在河道两侧各布置6座水质净化装置A，共12座，装置整体采用不锈钢制成；每个装置长边与驳岸沿线呈45°安装，布置在靠近岸边有效水深不低于3m处，生物膜过滤模块正面朝水流方向；推流曝气机进气管轴线与水流方向呈135°；位于河道同一侧的两个相临装置间距约33m，生物膜过滤模块靠近对岸的最外侧距对岸垂直距离约为河道宽度的0.6倍，即12m；图6示出了本实施例中的部分水质净化装置。

（2）单个水质净化装置A长8m、宽4m，有效高度3m（不计水生植物高度和浮筒的宽度）。其中，生物膜过滤模块长8m、宽3m，高2.5m；浮床模块长8m、宽3m，高0.3m（不计水生植物高度）；推流曝气模块长8m、宽1m，高3 m（不计风机高度）。

（3）生物膜过滤模块含4个框架，水平方向上的横截面长宽比为3:2。框架内填充装有复合材料颗粒的镂空球，镂空球的直径为100mm，颗粒填充比约60%；颗粒直径为10 mm，颗粒由芦苇制生物炭与膨润土按质量比为4:3制得且比表面积约210 m²/g。

（4）浮床模块混合种植香蒲和花叶芦竹，种植密度分别为20~25株/m²和30株/m²。

（5）每个推流曝气模块安装1台蓝海科技LHDT-5.5型推流曝气机，功率5.5kW，工作水深2.0 m，推流距离10~25m，最大充氧量约60kgO₂/h。

（6）沿水流方向，第2台装置的生物膜过滤模块前侧安装1台旋桨式在线流速仪，选用青岛骏源LS20B型，测速范围0.03~10m/s，自带4G通讯和远程控制功能；在第6台和第12台装置的推流曝气模块后侧各安装1台在线ORP测定仪，选用诺普泰克PC-730型，自带温度自动补充、4G通讯和远程控制功能。智能控制模块B设置在岸边1个独立控制柜中，PLC使用三菱可编程控制器，型号为FX3U-64MT，支持程序的远程调试和运行监控；局域网采用华为4G路由B311As-850，实现数据无线传输。

河道水质净化方法如下：

（1）水流在推流曝气机形成的吸力作用下，流入第1台装置的生物膜过滤模块，与填料上的生物膜接触后实现污染物降解，水流穿过模块后在推流曝气机作用下流向对岸；含有氧气泡的水流带动河道内水流一同流入第2台装置的生物膜过滤模块，重复净化和曝气过程，流向与第1台装置位于同侧的第3台装置。河道水流总体呈现“Z”字型运动。

（2）安装在第2台装置生物膜过滤模块前端的在线流速仪持续监测入流流速。当流速低于0.5 m/s时，经智能控制模块B调高所有推流曝气电机转速，提高推流流速；当流速高于2.0 m/s时，经智能控制模块B调低所有推流曝气机电机转速，降低推流流速。安装在第6台装置推流曝气模块背面的在线ORP监测仪持续监测河道ORP值。当ORP测定值低于+200 mV时，经智能控制模块B调高第1~6台装置的推流曝气机风机功率，增大曝气量；当ORP测定值高于+500 mV时，经智能控制模块B调低第1~6台装置的推流曝气机风机功率，降低曝气量。类似的，根据第12台装置的在线ORP监测仪读数控制第7~12台装置的推流曝气机6曝气量。每次风机功率的调节幅度在10%。当低于额定功率50%时，可以关停风机。

（3）在推流曝气水流和河道水流的共同作用下，三个装置与河岸围成的三角区域内会形成涡流沉降区C4，可有效促进水中较大悬浮物的沉降。每隔6个月需清淤一次。另外，在每年12月前，需要对生物膜过滤模块中填料进行清洗或更换，对水生植物浮床模块上植物进行收割，并作为制备生物炭原料。

经处理，河道末端220m处全年COD_Cr、氨氮浓度分别稳定在7~15mg/L和0.3~0.8mg/L，溶解氧浓度保持在3mg/L以上，透明度提高至40 cm以上，整体水质优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中IV类标准。

本实施例采用多个水质净化装置组合使用，利用推流曝气模块将河道内水流改造为“Z”字型，在显著改善水动力条件的同时，构建了多个涡流沉降区，可将上游悬浮物集中沉降于特定区域，极大地提高了后续底泥清淤的便利。同时，利用河道水文水质监测模块和智能控制模块，可实现装置运行的自动控制，为河道水质净化效果提供了保障，且有利于降低运行能耗。在此基础上，可以建设覆盖多条河道的水质净化远程控制平台，实现区域智慧水务管理。作为长效维护的重要措施，每年冬季前需要对生物膜过滤模块中生物填料进行清洗或更换，对水生植物浮床模块上植物进行收割。

实施例2

某平原河网地区一条长约180m、宽约15m、水深1.0~2.2m的顺直河道C，两岸为天然陡坡。河道上游C1来水COD_Cr、氨氮和溶解氧平均浓度分别为34.6 mg/L、8.5 mg/L和1.6 mg/L，透明度低于20 cm，中心流速约0.4m/s，属于V类水体。该河道已完成底泥清淤工作，计划进一步实施水质改善与生态修复工程，要求达到城市景观水体要求（地表水IV类）。

本实施例采用的本发明中的水质净化装置，其中：

（1）在河道两侧各布置6座水质净化装置A，共12座；每个装置长边与驳岸沿线呈45°安装，布置在靠近岸边有效水深不低于1.5m处；位于河道同一侧的两个相临装置间距约22.5m，生物膜过滤模块靠近对岸的最外侧距对岸垂直距离约为河道宽度的0.46倍，即6.9m；图7示出了本实施例中的部分装置。

（2）水质净化装置A长6m、宽4m，有效高度2m（不计水生植物高度和浮筒的宽度）。其中，生物膜过滤模块长6m、宽3m，高1.5m；水生植物浮床模块长6m、宽3m，高0.3m（不计水生植物高度）；推流曝气模块长6m、宽1m，高2m（不计风机高度）。

（3）生物膜过滤模块含3个网框，水平方向上的横截面长宽比为3:2。框架内填充装有复合材料颗粒的镂空球，镂空球直径为100mm，颗粒填充比约50%；颗粒直径为10 mm，比表面积约270 m² /g，由秸秆制生物炭与膨润土按质量比为2:1制得。

（4）水生植物浮床模块混合种植美人蕉和菖蒲，种植密度分别为10株/m²和30株/m²。

（5）每个推流曝气模块安装1台蓝海科技LHDT-3型推流曝气机，功率3kW，工作水深1.0 m，推流距离10~15m，最大充氧量约35kgO₂/h。

（6）河道下游C250m处设有水质在线监测站点，因此，无需在装置上安装在线ORP测定仪，直接将监测站点测定的实时溶解氧浓度作为装置曝气量的调控依据。

河道水质净化方法如下：

第1~6台装置的推流曝气机风机功率保持不变。当溶解氧浓度低于2 mg/L时，经智能控制模块调高第7~12台装置的推流曝气机风机功率，增大曝气量；当溶解氧浓度高于4mg/L时，经智能控制模块调低第7~12台装置的推流曝气机风机功率，降低曝气量。

经处理，河道末端180m处全年COD_Cr、氨氮浓度分别稳定在8~11mg/L和0.1~0.6mg/L，溶解氧浓度保持在3mg/L以上，透明度提高至50 cm以上，整体水质优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中IV类标准。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水质净化方法，其特征在于：其通过在河道的两侧分别安装多个水质净化装置以对水进行净化，所述水质净化装置包括前侧形成有进水侧的生物膜过滤模块（1）、位于所述生物膜过滤模块（1）后侧且能够促使水通过所述生物膜过滤模块（1）的推流曝气模块（4），所述推流曝气模块（4）的左侧或右侧形成有出水侧，所述水质净化装置的进水侧朝向水流方向，所述水质净化装置的出水侧的水流朝向位于下游且与该水质净化装置最接近的水质净化装置的进水侧，所述水质净化装置出水侧的水流方向与驳岸线的延伸方向相交，在所述水流方向上，每三台所述水质净化装置围设成三角形区域，所述三角形区域内形成有涡流沉降区；所述水质净化装置出水侧的水流方向与驳岸线的延伸方向的夹角（a）为30~60°，所述水质净化装置出水侧的水流方向与位于下游且与该水质净化装置最接近的水质净化装置的进水侧相交且形成夹角（b），所述夹角（b）为70°~110°，所述河道同一侧的相邻两个所述水质净化装置的间距为20~50m，所述水质净化装置的生物膜过滤模块（1）的靠近对岸的最外侧与所述对岸的垂直距离为所述河道总宽度的0.4~0.6倍，所述生物膜过滤模块（1）包括具有容纳空间且能够供水进入和流出的第一容纳室（2）、堆叠在所述第一容纳室（2）内的中空的镂空球（3）、装填在所述镂空球（3）内的填料；所述推流曝气模块（4）包括具有容纳空间且与所述生物膜过滤模块（1）相连通的第二容纳室（5）、设置在所述第二容纳室（5）内的推流曝气机（6），所述推流曝气机（6）的进气口位于水面的上方至少50 cm，所述出水侧开设在所述第二容纳室（5）上以供来自所述生物膜过滤模块（1）的水以及空气流出所述第二容纳室（5），所述第一容纳室（2）为长方体结构，所述第一容纳室（2）竖直方向上的高度为1.0~4.5m，水平方向上的长宽比为（1.5~3）：1；所述生物膜过滤模块（1）还包括多个网框，多个所述网框安装在所述第一容纳室（2）内，装填有所述填料的所述镂空球（3）堆叠在所述网框内，多个所述网框内装填的填料相同或者不同；与所述出水侧位于同一侧的所述第一容纳室（2）的侧面和/或与所述出水侧位于同一侧且最靠近所述出水侧的所述网框的侧面设有封闭的面板，所述推流曝气模块（4）包括位于所述水质净化装置的左侧或右侧的第一挡板（51）、位于所述水质净化装置的后侧的第二挡板（52）、位于所述水质净化装置的底部的第三挡板（53），所述第一挡板（51）、所述第二挡板（52）、所述第三挡板（53）与所述生物膜过滤模块（1）的后侧共同围设成所述第二容纳室（5）；所述第二容纳室（5）内的所述推流曝气机（6）的进气管（63）自所述进气口向出气口自上而下向着所述出水侧的方向倾斜延伸，并且所述进气管（63）与水平方向的夹角（c）为30~60°。

2.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于：所述水质净化装置还包括多个浮筒（11），多个所述浮筒（11）分别对应安装在所述生物膜过滤模块（1）和/或所述推流曝气模块（4）的左右两侧，所述水质净化装置能够在所述浮筒（11）的浮力作用下漂浮在水中。

3.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于：所述水质净化装置还包括水质监测模块、用于控制所述水质监测模块及所述推流曝气模块的智能控制模块；所述水质监测模块包括用于监测水流流速的流速测定仪（9）、和/或用于监测水流OPR值的OPR测定仪（10）、和/或用于监测水流溶解氧浓度的溶氧仪，所述流速测定仪（9）、和/或所述OPR测定仪（10）、和/或所述溶氧仪分别安装在所述生物膜过滤模块（1）的前侧，和/或所述推流曝气模块（4）的后侧，和/或所述水质净化装置的下游，并由所述智能控制模块通过PLC控制。

4.根据权利要求3所述的水质净化方法，其特征在于：所述推流曝气模块（4）包括推流曝气机（6），当所述流速测定仪（9）测得的水流流速低于0.5m/s时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的电机（61）的转速提高以提高所述水流流速；当所述流速测定仪（9）测得的水流流速高于2.0m/s时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的电机（61）的转速降低以降低所述水流流速；当所述OPR测定仪（10）测得的水流的OPR值低于+200mV时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的风机（62）的功率提高以增加曝气量；当所述OPR测定仪（10）测得的水流的OPR值高于+500mV时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的风机（62）的功率降低以降低曝气量。

5.根据权利要求3所述的水质净化方法，其特征在于：所述推流曝气模块（4）包括推流曝气机（6），当所述溶氧仪测得水流的溶解氧浓度低于2mg/L时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的风机（62）的功率提高以增加曝气量；当所述溶氧仪测得水流的溶解氧浓度高于4mg/L时，所述智能控制模块控制所述推流曝气机（6）的风机（62）的功率降低以降低曝气量。

6.根据权利要求4或5所述的水质净化方法，其特征在于：所述风机（62）功率的调节幅度为10~15%，并且当所述风机（62）的功率低于额定功率的50%时，所述风机（62）关闭。

7.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于：所述水质净化装置还包括位于所述生物膜过滤模块（1）上方且与所述生物膜过滤模块（1）通过绳（72）相连接的浮床模块（7），所述浮床模块（7）包括浮床架（71）以及固定在所述浮床架（71）上的水生植物（8）。

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