CN113603310A - 一种治理与修复水体污染的成套设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种治理与修复水体污染的成套设备及方法，包括潜水泵、金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块；所述金属微孔膜过滤模块一端与潜水泵连通，金属微孔膜过滤模块的另一端与光催化反应模块连接，所述光催化反应模块与纳米纯氧曝气复氧模块连接，所述智能控制模块分别与金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块连接，本发明集金属微孔膜过滤、光催化反应和纳米纯氧曝气复氧技术为一体，解决了水体污染类型多且复杂、河水水质污染程度大的难题，本发明的成套设备占地面积小、高效节能且自动化控制，为云南高原地区河流复杂污染水体处理提供了一条有效途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种治理与修复水体污染的成套设备及方法，属于废水处理技术领域。
背景技术
近年来，黑臭水体和重金属污染问题已成为我国广泛关注的河流生态环境问题，对社会经济的可持续发展、生态环境和水环境安全构成了严重威胁。大量的科学研究和实践表明，我国河流的污染负荷与复杂性为世所罕见，照搬国外既有理论和技术无法切实解决我国在水环境领域所面临的重大理论和技术挑战，难以有效地遏制严重的环境污染现实和日趋加剧的发展态势。同时，针对该环境问题，我国虽然打下了一定的科学理论和技术研发基础，但形成的理论和技术总体以基础研究为主，多数仅停留在“实验室”和“论文”里，而且对重金属污染去除方面重视不够，很少得到大规模应用，相应的技术研发与应用示范较少，还存在局部化、短期化、前后工作衔接差等问题，难以满足我国黑臭水体和重金属污染复杂性、隐蔽性、持续性的科学和技术需求，也不足以为政府决策、市场和社会需求提供有力支撑。
云南是典型的高原农村农业面源、重金属复杂污染严重的区域，主要污染类型有农业氮磷面源污染、有毒有害化学生物污染、重金属污染等多种，经多年治理，污染程序有所下降，但要实现生态恢复和流域水质达标的目标，仍面临诸多工程技术难题需要解决。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种治理与修复水体污染的成套设备，本发明集金属微孔膜过滤、光催化反应和纳米纯氧曝气复氧技术为一体，解决了水体污染类型多且复杂、河水水质污染程度大的难题，本发明的成套设备占地面积小、高效节能且自动化控制，为云南高原地区河流复杂污染水体处理提供了一条有效途径。
本发明的技术方案是：一种治理与修复水体污染的成套设备，包括潜水泵、金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块；
所述金属微孔膜过滤模块一端与潜水泵连通，金属微孔膜过滤模块的另一端与光催化反应模块连接，所述光催化反应模块与纳米纯氧曝气复氧模块连接，所述智能控制模块分别与金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块连接。
所述金属微孔膜过滤模块包括底座Ⅰ、微孔膜过滤器、滤渣盛放槽、粗滤部件和鼓风部件，所述底座上安装滤渣盛放槽，所述滤渣盛放槽上方安装微孔膜过滤器，微孔膜过滤器的排渣口与盛放槽连通，所述微孔膜过滤器的上方安装粗滤部件，所述粗滤部件包括箱体，箱体的顶部设有进水管Ⅰ，箱体内上部设有过滤网，箱体内底部铺设微生物载体材料，箱体的底部通过排液管与微孔膜过滤器的顶部连通，微孔膜过滤器下部一侧设有排水管Ⅰ，滤渣盛放槽的一侧与鼓风部件连通，所述鼓风部件包括空气压缩机、储风箱，所述空气压缩机通过排风管与滤渣盛放槽连通，所述排风管上设有储风箱，储风箱内设有加热管，所述进水管Ⅰ与潜水泵连通。
所述过滤网倾斜安装在箱体内上部，所述过滤网的一侧设有排渣管，所述微生物载体材料为以水草为载体的微生物菌种。
所述光催化反应模块包括底座Ⅱ和光催化反应器，所述光催化反应器安装在底座Ⅱ上，所述光催化反应器包括壳体，壳体内底部设有电机，电机的输出轴通过联轴器与转轴连接，转轴的外圆周面上交错铺设紫光灯，壳体顶部设有进水管Ⅱ，壳体下部一侧设有排水管Ⅱ，壳体的内壁上设有光催化剂层，所述进水管Ⅱ与金属微孔膜过滤模块的排水管Ⅰ连通。
所述光催化剂层为光导纤维负载二氧化钛层。
所述纳米纯氧曝气复氧模块包括底座Ⅲ、变压吸附制氧机、鼓风机、控制器、溶解氧仪、溶解氧仪探头、微孔增氧曝气盘、输送管道；所述底座Ⅲ上分别安装变压吸附制氧机、鼓风机、控制器、溶解氧仪，所述变压吸附制氧机、鼓风机、溶解氧仪分别通过导线与控制器连接，所述变压吸附制氧机通过管道与鼓风机连接，所述鼓风机通过输送管道与微孔增氧曝气盘连通，溶解氧仪的溶解氧仪探头位于微孔增氧曝气盘上方。
所述控制器通过导线与智能控制模块连接。
本发明的目的之二在于提供利用本治理与修复水体污染的成套设备进行污染治理与修复的方法具体步骤如下：
（1）在待处理污染河体内设置潜水泵，在待处理污染河体的岸边设置金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块，然后将潜水泵与微孔膜过滤器的进水管Ⅰ连通，将微孔膜过滤器的排水管Ⅰ与光催化反应器的进水管Ⅱ连通，光催化反应器的排水管Ⅱ与河体连通，通过潜水泵将河体中的污染水抽至微孔膜过滤模块，微孔膜过滤模块的粗滤部件首先对河水的大颗粒杂质进行过滤排出，然后河水进入微孔膜过滤器中进一步过滤后进入光催化反应模块的光催化反应器中进行光催化反应进一步净化河水，净化后的河水再排入河体内，同时智能控制模块控制金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块的进水与排水；
（2）在污染河体的河底铺设纳米纯氧曝气复氧模块的微孔增氧曝气盘，河体岸边设置底座Ⅲ、变压吸附制氧机、鼓风机、控制器、溶解氧仪，所述变压吸附制氧机通过鼓风机将氧气输送至河底铺设的微孔增氧曝气盘，微孔增氧曝气盘产生气泡，对污染河体的水进行修复，溶解氧仪的溶解氧仪探头对微孔增氧曝气盘上方的水溶液中的氧气进行测定，并将测定结果反馈至控制器，控制器再将结果反馈至智能控制模块，智能控制模块进行调控。
在待处理污染河体的岸边设置一个以上的光催化反应模块，且各光催化反应模块的光催化反应器依次连通。
本发明的金属微孔膜过滤模块的粗滤部件首先对河水中的颗粒较大的杂质进行过滤，然后底部的微生物载体材料中的微生物菌种能有效降解河水中的氮磷等元素，经过粗滤部件处理后的河水进入微孔膜过滤器中进行进一步净化，经微孔膜过滤器过滤后的水渣杂质进入滤渣盛放槽内，并通过空气压缩机、储风箱向滤渣盛放槽内通入气体，同时通入的气体经过储风箱时被加热，将滤渣盛放槽内的滤渣进行了烘干，便于后期滤渣的处理。
本发明的光催化反应器的紫光灯安装在转轴上，转轴通过电机驱动，则紫光灯可进行360度旋转，且光催化反应器的内壁上设有光导纤维负载二氧化钛层，能有效降解河水中的有机物、重金属等物质，对河水进一步净化。
本发明的纳米纯氧曝气复氧模块实现了纳米级气泡的产生，增加了水中溶解氧浓度，并能实时监测水中溶解氧的浓度，便于控制，进一步实现了河水的修复。
本发明的有益效果是：
（1）本发明有效解决了河水氮磷面源污染和重金属污染，形成一系列解决复杂污染水体的关键技术。
（2）本发明将各模块集成一体，净化河水的效率高，本发明的设备进行模块化设计，占地面积小，方便使用，大量节约用地及投资成本。
（3）本发明利用微生物菌种、水槽进行分解吸附污染物质，方法有效，不用使用化学试剂，避免了对河水的二次污染。
本发明的金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块进行一体化集成，形成治理水体复杂污染和修复系统，有效解决了水体污染类型多且复杂、河水水质污染程度大的难题，具有较广的应用前景。
附图说明
图1为本发明金属微孔膜过滤模块的结构示意图；
图2为本发明光催化反应模块的结构示意图；
图3为本发明纳米纯氧曝气复氧模块的结构示意图；
图中各标号：1-底座Ⅰ、2-微孔膜过滤器、3-箱体、4-进水管Ⅰ、5-微生物载体材料、6-排液管、7-滤渣盛放槽、8-空气压缩机、9-储风箱、10-过滤网、11-加热管、12-排水管Ⅰ、13-排渣管、14-底座Ⅱ、15-电机、16-排水管Ⅱ、17-紫光灯、18-转轴、19-进水管Ⅱ、20-光催化剂层、21-底座Ⅲ、22-变压吸附制氧机、23-鼓风机、24-控制器、25-溶解氧仪探头、26-微孔增氧曝气盘、27-输送管道、28-溶解氧仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1~3所示，一种治理与修复水体污染的成套设备，包括潜水泵、金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块；
所述金属微孔膜过滤模块一端与潜水泵连通，金属微孔膜过滤模块的另一端与光催化反应模块连接，所述光催化反应模块与纳米纯氧曝气复氧模块连接，所述智能控制模块分别与金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块连接。
所述金属微孔膜过滤模块包括底座Ⅰ1、微孔膜过滤器2、滤渣盛放槽7、粗滤部件和鼓风部件，所述底座1上安装滤渣盛放槽7，所述滤渣盛放槽7上方安装微孔膜过滤器2，微孔膜过滤器2的排渣口与盛放槽7连通，所述微孔膜过滤器2的上方安装粗滤部件，所述粗滤部件包括箱体3，箱体3的顶部设有进水管Ⅰ4，箱体3内上部设有过滤网10，箱体3内底部铺设微生物载体材料5，箱体3的底部通过排液管6与微孔膜过滤器2的顶部连通，微孔膜过滤器2下部一侧设有排水管Ⅰ12，滤渣盛放槽7的一侧与鼓风部件连通，所述鼓风部件包括空气压缩机8、储风箱9，所述空气压缩机8通过排风管与滤渣盛放槽7连通，所述排风管上设有储风箱9，储风箱9内设有加热管11，所述进水管Ⅰ4与潜水泵连通。
所述过滤网10倾斜安装在箱体内上部，所述过滤网10的一侧设有排渣管13。
所述光催化反应模块包括底座Ⅱ14和光催化反应器，所述光催化反应器安装在底座Ⅱ14上，所述光催化反应器包括壳体，壳体内底部设有电机15，电机15的输出轴通过联轴器与转轴18连接，转轴18的外圆周面上交错铺设紫光灯17，壳体顶部设有进水管Ⅱ19，壳体下部一侧设有排水管Ⅱ16，壳体的内壁上设有光催化剂层20，所述进水管Ⅱ19与金属微孔膜过滤模块的排水管Ⅰ12连通。
所述光催化剂层20为光导纤维负载二氧化钛层。
所述纳米纯氧曝气复氧模块包括底座Ⅲ21、变压吸附制氧机22、鼓风机23、控制器24、溶解氧仪28、溶解氧仪探头25、微孔增氧曝气盘26、输送管道27；所述底座Ⅲ21上分别安装变压吸附制氧机22、鼓风机23、控制器24、溶解氧仪28，所述变压吸附制氧机22、鼓风机23、溶解氧仪28分别通过导线与控制器24连接，所述变压吸附制氧机22通过管道与鼓风机23连接，所述鼓风机23通过输送管道27与微孔增氧曝气盘26连通，溶解氧仪28的溶解氧仪探头25位于微孔增氧曝气盘26上方。
所述控制器24通过导线与智能控制模块连接。
利用本治理与修复水体污染的成套设备对云南省玉溪市通海枸麓湖入湖河流-中河进行污染治理与修复，具体步骤如下：
（1）在待处理污染河体内设置潜水泵，在待处理污染河体的岸边设置金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块，然后将潜水泵与微孔膜过滤器2的进水管Ⅰ4连通，将微孔膜过滤器2的排水管Ⅰ12与光催化反应器的进水管Ⅱ19连通，光催化反应器的排水管Ⅱ16与河体连通，通过潜水泵将河体中的污染水抽至微孔膜过滤模块，微孔膜过滤模块的粗滤部件首先对河水的大颗粒杂质进行过滤排出，然后河水进入微孔膜过滤器2中进一步过滤后进入光催化反应模块的光催化反应器中进行光催化反应进一步净化河水，净化后的河水再排入河体内，同时智能控制模块控制金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块的进水与排水；
（2）在污染河体的河底铺设纳米纯氧曝气复氧模块的微孔增氧曝气盘26，河体岸边设置底座Ⅲ21、变压吸附制氧机22、鼓风机23、控制器24、溶解氧仪28，述变压吸附制氧机通过鼓风机23将氧气输送至河底铺设的微孔增氧曝气盘26，微孔增氧曝气盘26产生气泡，对污染河体的水进行修复，溶解氧仪28的溶解氧仪探头25对微孔增氧曝气盘26上方的水溶液中的氧气进行测定，并将测定结果反馈至控制器24，控制器24再将结果反馈至智能控制模块，智能控制模块进行调控。
本发明的金属微孔膜过滤模块的粗滤部件首先对河水中的颗粒较大的杂质进行过滤，然后底部的微生物载体材料中的微生物菌种能有效降解河水中的氮磷等元素，经过粗滤部件处理后的河水进入微孔膜过滤器中进行进一步净化，经微孔膜过滤器过滤后的水渣杂质进入滤渣盛放槽内，并通过空气压缩机、储风箱向滤渣盛放槽内通入气体，同时通入的气体经过储风箱时被加热，将滤渣盛放槽内的滤渣进行了烘干，便于后期滤渣的处理。
本发明的光催化反应器的紫光灯安装在转轴上，转轴通过电机驱动，则紫光灯可进行360度旋转，且光催化反应器的内壁上设有光导纤维负载二氧化钛层，能有效降解河水中的有机物、重金属等物质，对河水进一步净化；本发明的纳米纯氧曝气复氧模块实现了纳米级气泡的产生，增加了水中溶解氧浓度，并能实时监测水中溶解氧的浓度，便于控制，进一步实现了河水的修复。
实施例2：在待处理污染河体的岸边设置5个光催化反应模块，且各光催化反应模块的光催化反应器依次连通。
本发明的金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块进行一体化集成，形成治理水体复杂污染和修复系统，有效解决了水体污染类型多且复杂、河水水质污染程度大的难题，具有较广的应用前景。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于，包括潜水泵、金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块和纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块；
所述金属微孔膜过滤模块一端与潜水泵连通，金属微孔膜过滤模块的另一端与光催化反应模块连接，所述光催化反应模块与纳米纯氧曝气复氧模块连接，所述智能控制模块分别与金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块连接；
所述金属微孔膜过滤模块包括底座Ⅰ（1）、微孔膜过滤器（2）、滤渣盛放槽（7）、粗滤部件和鼓风部件，所述底座（1）上安装滤渣盛放槽（7），所述滤渣盛放槽（7）上方安装微孔膜过滤器（2），微孔膜过滤器（2）的排渣口与盛放槽（7）连通，所述微孔膜过滤器（2）的上方安装粗滤部件，所述粗滤部件包括箱体（3），箱体（3）的顶部设有进水管Ⅰ（4），箱体（3）内上部设有过滤网（10），箱体（3）内底部铺设微生物载体材料（5），箱体（3）的底部通过排液管（6）与微孔膜过滤器（2）的顶部连通，微孔膜过滤器（2）下部一侧设有排水管Ⅰ（12），滤渣盛放槽（7）的一侧与鼓风部件连通，所述鼓风部件包括空气压缩机（8）、储风箱（9），所述空气压缩机（8）通过排风管与滤渣盛放槽（7）连通，所述排风管上设有储风箱（9），储风箱（9）内设有加热管（11），所述进水管Ⅰ（4）与潜水泵连通。
2.根据权利要求1所述的治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于：所述过滤网（10）倾斜安装在箱体内上部，所述过滤网（10）的一侧设有排渣管（13）。
3.根据权利要求1所述的治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于：所述光催化反应模块包括底座Ⅱ（14）和光催化反应器，所述光催化反应器安装在底座Ⅱ（14）上，所述光催化反应器包括壳体，壳体内底部设有电机（15），电机（15）的输出轴与转轴（18）连接，转轴（18）的外圆周面上交错铺设紫光灯（17），壳体顶部设有进水管Ⅱ（19），壳体下部一侧设有排水管Ⅱ（16），壳体的内壁上设有光催化剂层（20），所述进水管Ⅱ（19）与金属微孔膜过滤模块的排水管Ⅰ（12）连通。
4.根据权利要求3所述的治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于：所述光催化剂层（20）为光导纤维负载二氧化钛层。
5.根据权利要求1所述的治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于：所述纳米纯氧曝气复氧模块包括底座Ⅲ（21）、变压吸附制氧机（22）、鼓风机（23）、控制器（24）、溶解氧仪（28）、溶解氧仪探头（25）、微孔增氧曝气盘（26）、输送管道（27）；所述底座Ⅲ（21）上分别安装变压吸附制氧机（22）、鼓风机（23）、控制器（24）、溶解氧仪（28），所述变压吸附制氧机（22）、鼓风机（23）、溶解氧仪（28）分别通过导线与控制器（24）连接，所述变压吸附制氧机（22）通过管道与鼓风机（23）连接，所述鼓风机（23）通过输送管道（27）与微孔增氧曝气盘（26）连通。
6.根据权利要求5所述的治理与修复水体污染的成套设备，其特征在于：所述控制器（24）通过导线与智能控制模块连接。
7.利用权利要求1~6所述的治理与修复水体污染的成套设备进行污染治理与修复的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在待处理污染河体内设置潜水泵，在待处理污染河体的岸边设置金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块、纳米纯氧曝气复氧模块和智能控制模块，然后将潜水泵与微孔膜过滤器（2）的进水管Ⅰ（4）连通，将微孔膜过滤器（2）的排水管Ⅰ（12）与光催化反应器的进水管Ⅱ（19）连通，光催化反应器的排水管Ⅱ（16）与河体连通，通过潜水泵将河体中的污染水抽至微孔膜过滤模块，微孔膜过滤模块的粗滤部件首先对河水的大颗粒杂质进行过滤排出，然后河水进入微孔膜过滤器（2）中进一步过滤后进入光催化反应模块的光催化反应器中进行光催化反应进一步净化河水，净化后的河水再排入河体内，同时智能控制模块控制金属微孔膜过滤模块、光催化反应模块的进水与排水；
（2）在污染河体的河底铺设纳米纯氧曝气复氧模块的微孔增氧曝气盘（26），河体岸边设置底座Ⅲ（21）、变压吸附制氧机（22）、鼓风机（23）、控制器（24）、溶解氧仪（28），述变压吸附制氧机通过鼓风机（23）将氧气输送至河底铺设的微孔增氧曝气盘（26），微孔增氧曝气盘（26）产生气泡，对污染河体的水进行修复，溶解氧仪（28）的溶解氧仪探头（25）对微孔增氧曝气盘（26）上方的水溶液中的氧气进行测定，并将测定结果反馈至控制器（24），控制器（24）再将结果反馈至智能控制模块，智能控制模块进行调控。
8.根据权利要求7所述的治理与修复水体污染的成套设备进行污染治理与修复的方法，其特征在于：在待处理污染河体的岸边设置一个以上的光催化反应模块，且各光催化反应模块的光催化反应器依次连通。
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