CN114702206A

CN114702206A - 一种用于城市景观水体净化的装置

Info

Publication number: CN114702206A
Application number: CN202210409303.3A
Authority: CN
Inventors: 杨龙
Original assignee: China Urban Construction Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Urban Construction Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2042-04-19
Also published as: WO2022267698A2; WO2022267698A3; ZA202204771B; CN114702206B

Abstract

本发明提出一种用于城市景观水体净化的装置，属于环境保护与城市生态景观营造技术领域。装置包括船体，船体上设有净化机构、传动机构、景观机构；净化机构，包括净化反应箱，净化反应箱内设有叶轮、水泵和填料，净化反应箱的侧壁上开设水孔，净化反应箱外设有超声波发射棒和超声波发生器，超声波发生器与超声波发射棒电连接，超声波发生器、水泵与控制器电连接，蓄电池用于为超声波发生器、水泵与控制器提供动力源；传动机构，用于使脚蹬器在人的作用下带动叶轮转动；景观机构，包括设于船体头部的龙头，龙头上设有喷水孔，喷水孔处设有转珠，喷水孔通过管路与水泵相连通。装置主要用于城市景观水体净化，可实现水体净化、景观和游乐等多重功能。

Description

一种用于城市景观水体净化的装置

技术领域

本发明属于环境保护与城市生态景观营造技术领域，尤其涉及一种用于城市景观水体净化的装置。

背景技术

城市景观水体是人居环境的重要组成部分。城市景观水体多呈封闭、滞缓流状态，水流循环不畅，自净能力低，总氮和总磷浓度水平高，透明度差，严重时引起水体富营养化，水体变黑发臭，致使其生态功能和景观价值丧失，影响生态环境质量和居民的生活环境。

城市景观水体水质净化主要包括物理净化、化学净化和生物净化。物理净化法主要包括底泥疏浚、水系连通、机械除藻等处理技术，此类技术绿色环保，但不能从根源上清除水体污染物。化学净化法是通过投加化学药剂，降低水体中悬浮物、胶体杂质、藻类和营养盐浓度，增加景观水体的透明度，提高水体水质和景观效果，控制水体富营养化现象发生，此类技术见效快，但易产生二次污染。生物净化法是通过筛选适合景观水体环境特点的优势菌种，加以选育、培养、驯化、合成具有特殊降解功能的微生物菌剂，起到吸附、降解有机污染物，提高水质的作用，但存在一定的生态风险，或者放养以藻类为食物的浮游生物，在景观水体内部进行水体自净，但作用效果欠佳。

将景观功能与净化作用相结合置于水中的设施，既可以发挥净化功能，又可以起到景观作用，日益成为城市景观水体治理技术研发的方向。现有城市景观水体净化装置及技术普遍存在功能效果单一，如底泥清淤、机械除藻、水体曝气等，只是简单的机械作用下的污染物去除，缺乏景观效果或者娱乐效果。虽然有的设施也结合了其他功能，如景观喷泉曝气，但其去除污染物的作用非常有限，耗能较大。采用超声波能够击破生物藻细胞壁和气胞，破坏生物活性酶,使其失活而死亡,从而达到除藻，但藻类死亡后氮、磷等营养物又会再次释放到水体中，为其他新生微生物提供营养物质，导致再次发生水体富营养化和水华，不能实现根本治理。另外，机械设备多采用不可再生能源作为动力，耗能高，增加社会碳排放量。

发明内容

本发明针对城市景观水体净化技术存在功能单一、缺乏标本兼治、耗能高、治理效果差等问题，提供了一种多功能高效水体净化的装置，实现水体净化、景观和游乐等多重功能。

本发明提出一种用于城市景观水体净化的装置，包括船体，船体上设有净化机构、传动机构、景观机构；

净化机构，包括净化反应箱，净化反应箱内设有叶轮、水泵和填料，净化反应箱的侧壁上开设水孔，净化反应箱外设有超声波发射棒和超声波发生器，超声波发生器与超声波发射棒电连接，超声波发生器、水泵与控制器电连接，蓄电池用于为超声波发生器、水泵与控制器提供动力源；

传动机构，用于使脚蹬器在人的作用下带动叶轮转动；

景观机构，包括设于船体头部的龙头，龙头上设有喷水孔，喷水孔处设有转珠，喷水孔通过管路与水泵相连通；船体的上方设有太阳能顶棚，太阳能顶棚和船体之间设有支撑杆，太阳能顶棚与蓄电池电连接。

进一步地，船体的底部设有凹陷结构，凹陷结构处挂设有净化反应箱、超声波发射棒和超声波发生器。

进一步地，传动机构包括动力组件和传力组件；

动力组件包括动力传入轴和动力传入锥形齿轮，动力传入轴呈S状结构且穿过动力传入锥形齿轮的中心，动力传入轴的两端设置有脚蹬器；

传力组件包括传动轴锥形齿轮、传动轴、驱动轴锥形齿轮和驱动轴，传动轴锥形齿轮的数量为两个，且两个传动轴锥形齿轮的中心通过传动轴连接，两个传动轴锥形齿轮的一个与动力传入锥形齿轮对接，另一个与驱动轴锥形齿轮对接，驱动轴锥形齿轮通过一条驱动轴和叶轮连接。

进一步地，填料为轻质陶粒，轻质陶粒由包括如下重量份数原料制备而得：过氧化钙颗粒1-2份、塑性粘土2-3份、锯木粉4-8份、铁粉2-3份。

进一步地，轻质陶粒的粒径6-10mm。

进一步地，船体内设有座椅。

本发明具有以下优势：

本发明提出的一种用于城市景观水体净化的装置，综合采取曝气、填料、超声波等共同作用，清除水中的微生物藻，降低氮磷污染物浓度，实现城市景观水体标本兼治。同时，采用太阳能、人工作为动力源，实现低碳节能和降低成本。并且，将净化功能、景观功能和娱乐功能有机结合，在净化城市景观水体的同时又能产生良好的社会经济效应。此外，在处理过程中不使用化学药剂，不污染水源，不产生二次污染，无毒无害，方便操作，维护方便，运行成本低，技术绿色环保，便于推广应用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例用于城市景观水体净化装置的结构示意图；

图2为本发明实施例传动机构的结构示意图；

图3为本发明实施例装置净化污水的效果图；

附图标记说明：

1-船体；

2-净化机构，21-净化反应箱，22-超声波发射棒，23-叶轮，24-水泵，25-超声波发生器，26-控制器，27-蓄电池；

3-传动机构，31-动力组件，311-动力传入轴，312-动力传入锥形齿轮，333-脚蹬器，32-传力组件，321-传动轴锥形齿轮，322-传动轴，323-驱动轴锥形齿轮，324-驱动轴；

4-景观机构，41-龙头，42-喷水孔，43-转珠，44-太阳能顶棚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明一实施例提出一种用于城市景观水体净化的装置，包括船体1，船体1上设有净化机构2、传动机构3、景观机构4；

净化机构2，包括净化反应箱21，净化反应箱21内设有叶轮23、水泵24和填料，净化反应箱21的侧壁上开设水孔，净化反应箱21外设有超声波发射棒22和超声波发生器25，超声波发生器25与超声波发射棒22电连接，超声波发生器25、水泵24与控制器26电连接，蓄电池27用于为超声波发生器25、水泵24与控制器26提供动力源；

传动机构3，用于使脚蹬器333在人的作用下带动叶轮23转动；

景观机构4，包括设于船体1头部的龙头41，龙头41上设有喷水孔42，喷水孔42处设有转珠43，喷水孔42通过管路与水泵24相连通；船体1的上方设有太阳能顶棚44，太阳能顶棚44和船体1之间设有支撑杆，太阳能顶棚44与蓄电池27电连接。

本发明实施例中，净化机构主要用来净化水体中氮、磷等污染物，同时降低藻密度。首先，借助超声波发射棒产生的超声波，击破浮游藻的细胞壁，破坏生物酶活性，导致藻类死亡，实现水体除藻，同时释放出氮、磷等污染物，便于进一步净化。其次，净化反应箱内的新型轻质陶粒填料，陶粒表面的金属离子(钙离子、铁离子)可与水华藻细胞死亡释放的磷物质和水体中游离的磷物质反应，形成沉淀物，去除水体中的磷，并且，在叶轮的搅动碰撞作用下，沉淀物会沉落水底，使得陶粒能够再次吸附更多的氮磷污染物，进一步提高氮磷去除能力。另外，水泵抽水、叶轮搅动产生的间歇曝气的方式，营造好氧、缺氧、厌氧环境，促进水体中的氮的硝化反硝化作用，达到脱氮作用，从而整体降低水体中的氮、磷营养盐浓度和藻密度。

净化反应箱21呈正方体形或长方体形。具体可以根据需要而定。净化反应箱通过卡扣与船体连接。净化反应箱侧壁上水孔的孔径大小为2-5mm，用于净化反应箱进出水。净化反应箱上设有开合门。具体地，净化反应箱的侧壁上设有一扇开合门，侧壁的其余位置开设许多水孔，用于出水和进水。

进一步地，船体1的底部设有凹陷结构，凹陷结构处挂设有净化反应箱21、超声波发射棒22和超声波发生器25。如此设置，使得净化反应箱21置于水体中，更利于净化水体。

优选的，填料为轻质陶粒，轻质陶粒由包括如下重量份数原料制备而得：过氧化钙颗粒1-2份、塑性粘土2-3份、锯木粉4-8份、铁粉2-3份。轻质陶粒的制备方法包括各组分经混合、成球、高温焙烧制得。各组分综合作用，使得轻质陶粒能够在净化反应箱中充分发挥作用，净化水中氮磷等污染物。

更优选的，轻质陶粒的粒径为6-10mm。例如，轻质陶粒的粒径可以为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。此轻质陶粒的粒径更有利于与叶轮进行共同作用，在叶轮的搅动作用下，填料陶粒表面生成的磷酸铁、碳酸钙、磷酸钙等沉积物和附着的藻类等碰撞脱落，从而使得轻质陶粒能够再次吸附更多的氮磷污染物，提高氮磷去除能力，同时，可有助于击破藻类的细胞壁，促进防藻除藻作用。

进一步地，超声波发生器25、水泵24与控制器26电连接，控制器控制超声波发生器25、水泵24工作，蓄电池27用于为超声波发生器25、水泵24、控制器26提供动力源。超声波发生器与超声波发射棒电连接。具体地，超声波发生器挂设与船体底部，超声波发生器与超声波发射棒通过电线连接。本发明实施例中，利用了超声波“空化泡”崩溃瞬间产生的强大冲击波、射流、辐射压等，以及产生的高温高压和大量自由基，击破藻类细胞的气胞和细胞壁，破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性，使得产生水体水华现象的藻细胞死亡，实现城市景观水体除藻。

本发明实施例中，传动机构3包括动力组件31和传力组件32，主要通过传动机构的作用，使得脚蹬器333能够带动叶轮23转动，在节省能源的前提下，实现叶轮转动，提高填料净化污染物的效果。

具体而言，如图2所示，传动机构3包括动力组件31和传力组件32；

动力组件31包括动力传入轴311和动力传入锥形齿轮312，动力传入轴311呈S状结构且穿过动力传入锥形齿轮312的中心，动力传入轴311的两端设置有脚蹬器333；

传力组件32包括传动轴锥形齿轮321、传动轴322、驱动轴锥形齿轮323和驱动轴324，传动轴锥形齿轮321的数量为两个，且两个传动轴锥形齿轮321的中心通过传动轴322连接，两个传动轴锥形齿轮321的一个与动力传入锥形齿轮312对接，另一个与驱动轴锥形齿轮323对接，驱动轴锥形齿轮323通过一条驱动轴324和叶轮23连接。

动力组件、传力组件至少设有一套。也可以设有两套或多套，且连接方式相同，具体可根据船体大小而定。传动机构3设于船体内，驱动轴324和叶轮23相连接。

本发明实施例景观机构中，水泵向上抽水，通过龙头上的喷水孔42喷出，实现喷泉景观；同时，喷水孔42处的转珠，在喷出水流作用下可进行转动，从而增加景观效果。并且，喷泉作用产生的间歇式曝气，也营造好氧、缺氧、厌氧环境，促进水体中氮的硝化反硝化作用，达到脱氮作用，降低城市景观水体内氮浓度，并促进填料中的金属离子与水中磷酸根离子反应，以及其他有机物的分解。可见，本发明装置成功的将水体净化功能与景观功能、休闲娱乐功能有机结合，发挥了多重功能效果。

进一步地，船体1内还设有座椅45。太阳能顶棚44和船体1之间的支撑杆为中空竖直支撑杆。

本发明实施例中所设置的太阳能顶棚和蓄电池，将太阳能转化为超声波、曝气和景观喷泉所需动能，实现了清洁能源利用，本发明实施例中设置的传动机构和脚蹬器，采用人工方式为装置移动、叶轮转动提供动能，减少了社会的碳排放，降低了设备的运行成本。

本发明装置具体实施过程，包括如下步骤：

(1)打开净化反应箱21，放入填料，关闭净化反应箱；

(2)将装置置于阳光下，待蓄电池27充满电，备用；

(3)将装置置于水中，启动控制器26，控制水泵24和超声波发生器25开始作业；

(4)游客落座，操作脚蹬器333，实现装置开始在水面游动，在游玩的同时，水体通过水孔进入净化反应箱21，经过填料处理后，从水孔和龙头喷水孔42流出，从而实现不同位置水体的大面积连续作业净化处理。

下面将结合实施例详细阐述本发明。

实施例1一种用于城市景观水体净化的装置

包括船体1，船体1上设有净化机构2、传动机构3、景观机构4；

净化机构2，包括净化反应箱21，净化反应箱21内设有叶轮23、水泵24和填料(轻质陶粒)，净化反应箱21的侧壁上开设水孔，净化反应箱21外设有超声波发射棒22和超声波发生器25，超声波发生器25与超声波发射棒22电连接，超声波发生器25、水泵24与控制器26电连接，蓄电池27用于为超声波发生器25、水泵24与控制器26提供动力源；

传动机构3包括动力组件31和传力组件32；

其中，轻质陶粒，由过氧化钙颗粒、塑性粘土、锯木粉、铁粉，组份比2：2：4：2，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径为8mm。

试验例1

设置模拟实验，通过测试在上述净化反应箱及其内填料、叶轮等作用下对水体的净化效果，进而反映装置的处理效果。

设置4组测试实验，分别为实验组1，对照组1，对照组2，对照组3，对照组4，每组实验均设置1个测试池、1个净化反应箱、1个超声波发生器、1个超声波发射棒，测试池为2m³的正方体型，净化反应箱为1m³的正方体型，净化反应箱挂设于测试池内，净化反应箱内设有叶轮和填料，测试池外设有控制器用于控制超声波发生器和水泵工作，测试池外设有电机带动叶轮转动。

其中，实验组1，净化反应箱内的填料为轻质陶粒，由过氧化钙颗粒、塑性粘土、锯木粉、铁粉组成，组份比2：2：4：2，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径为8mm。

对照组1，净化反应箱内的填料为轻质陶粒由氧化钙颗粒、塑性粘土、铁粉烧制而成，组份比2：2：2，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径为8mm。

对照组2，净化反应箱内的填料为轻质陶粒由氧化钙颗粒、塑性粘土、锯木粉烧制而成，组份比2：2：4，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径为8mm。

对照组3，净化反应箱内设有叶轮不工作。

对照组4，净化反应箱内的填料为轻质陶粒，由过氧化钙颗粒、塑性粘土、锯木粉、铁粉，组份比2：2：4：2，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径为20mm。

每个测试池均倒入500L配水，配水中TP、PO₄ ³-P的初始浓度分别为0.95mg/L和0.78mg/L，叶绿素a(Chl.a)的浓度为33μg/L。运行72小时，叶轮的搅拌频率为每搅拌3小时停止3小时，搅动时转速为30r/min；超声波工作时间为实验开始持续1小时。72小时后测试TP、PO₄ ³-P、Chl.a的去除率，结果见图3。

由图3可以看出，实验组1对TP、PO₄ ³-P和Chl.a的去除率最高。对照组1因为缺少锯末粉，影响陶粒的质量，进而影响了在水中的活动，降低了污染物的去除率。对照组2陶粒中缺少铁粉，即缺乏和水体中磷酸盐反应所需的铁离子，影响了污染物的去除率。对照组3，不搅拌陶粒，降低了水中的溶解氧含量，同时也降低了陶粒表面污染物的脱附，进而影响了污染物的去除。对照组4，陶粒的粒径大，单位体积下，陶粒的数量减少，总比表面积也相应减少，影响了污染物的去除。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于城市景观水体净化的装置，其特征在于，包括船体(1)，所述船体(1)上设有净化机构(2)、传动机构(3)、景观机构(4)；

所述净化机构(2)，包括净化反应箱(21)，所述净化反应箱(21)内设有叶轮(23)、水泵(24)和填料，所述净化反应箱(21)的侧壁上开设水孔，所述净化反应箱(21)外设有超声波发射棒(22)和超声波发生器(25)，所述超声波发生器(25)与超声波发射棒(22)电连接，所述超声波发生器(25)、水泵(24)与控制器(26)电连接，所述蓄电池(27)用于为所述超声波发生器(25)、所述水泵(24)与所述控制器(26)提供动力源；

所述传动机构(3)，用于使脚蹬器(333)在人的作用下带动所述叶轮(23)转动；

所述景观机构(4)，包括设于船体(1)头部的龙头(41)，所述龙头(41)上设有喷水孔(42)，所述喷水孔(42)处设有转珠(43)，所述喷水孔(42)通过管路与水泵(24)相连通；船体(1)的上方设有太阳能顶棚(44)，所述太阳能顶棚(44)和所述船体(1)之间设有支撑杆，所述太阳能顶棚(44)与所述蓄电池(27)电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述船体(1)的底部设有凹陷结构，所述凹陷结构处挂设有所述净化反应箱(21)、所述超声波发射棒(22)和所述超声波发生器(25)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述传动机构(3)包括动力组件(31)和传力组件(32)；

所述动力组件(31)包括动力传入轴(311)和动力传入锥形齿轮(312)，所述动力传入轴(311)呈S状结构且穿过动力传入锥形齿轮(312)的中心，所述动力传入轴(311)的两端设置有脚蹬器(333)；

所述传力组件(32)包括传动轴锥形齿轮(321)、传动轴(322)、驱动轴锥形齿轮(323)和驱动轴(324)，所述传动轴锥形齿轮(321)的数量为两个，且两个传动轴锥形齿轮(321)的中心通过传动轴(322)连接，两个传动轴锥形齿轮(321)的一个与动力传入锥形齿轮(312)对接，另一个与驱动轴锥形齿轮(323)对接，所述驱动轴锥形齿轮(323)通过一条驱动轴(324)和叶轮(23)连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述填料为轻质陶粒，所述轻质陶粒由包括如下重量份数原料制备而得：过氧化钙颗粒1-2份、塑性粘土2-3份、锯木粉4-8份、铁粉2-3份。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述轻质陶粒的粒径6-10mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述船体(1)内设有座椅(45)。