CN116477764A - 一种基于石墨烯协同水体原位净化系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，解决生态浮岛标准不统一、无法机械化管理、植物枯萎期内无法实施水处理、稳定性差等问题，方案是：包括悬浮床固定部分、悬浮床部分和净水单元。净水单元包括：敞口的矩形体外支架、钢网、石墨烯改性海绵板和植物种植笼，所述的钢网包裹在矩形体外支架上，石墨烯改性海绵板固定在钢网三个立面和底面上，植物种植笼设置一组并均布同方向设置固定在矩形体外支架内。植物种植笼内种植有水生植物或水生蔬菜，矩形体外支架内放养鱼类。有益效果，本发明实施例证明，每0.2立方米净水单元可以处理1立方米径流量；主要污染物：CODcr5去除率＞75%、SS除除率＞85%、TN去除率＞75%、Tp去除率＞75%、NH3_N去除率＞75%。
Description
技术领域
本发明属于一种环保技术领域的污水处理，特别是一种基于石墨烯协同水体原位净化方法。
背景技术
水体富营养化是全球性的水环境问题，水体富营养化是因水体中的N、P含量过高而引起的富营养化造成的，而N、P则是植物生长最基本的必需营养元素。
生态浮岛技术是以可漂浮材料为基质或载体，将高等水生植物或陆生植物栽植到富营养化水域中，通过植物的根系吸收或吸附作用，削减水体中的氮、磷及有机污染物质，从而净化水质的生物防治法，同时通过收获植物的方法将水体中的富营养物质搬离水体，改善水质，创造良好的水环境。目前一些文献中出现的"生态浮岛"、 "人工浮岛"、"人工生物浮床"、"生物浮床"、 "浮床无土栽培"等均为相同或类似的概念。
经过几十年的研究发展，国内外生态浮岛 技术得到极大完善，然而其仍处于试验与示范阶段，存在一些问题和不足。
1现有生态浮岛栽培不易进行标准化推广应用。不同的湖泊河流，其富营养化水平不同，水流、温度、风速、水体波动等都各不相同，需要相应的浮岛设计组合和浮岛植物种类搭配，很难制定一个统一的标准予以推广应用。
2. 现有生态浮岛难以推行机械化操作。生态浮岛漂浮在水面上，日常的管理均在水面上完成，目前其管理操作大多采用人工完成，在小面积的试验示范中尚可，若大面积推广，需要经常、及时采收，人工操作就不能满足需要，限制其发展。
3. 现有生态浮岛制作施工周期长。从目前来看多数的生态浮岛都是采用现场制作及现场种植的模式，大面积制作施工周期较长。
4. 现有生态浮岛难以过冬。生态浮岛上的植物大多数不能过冬，尤其在冬季天气较冷的北方地区植物需要在第二年春天重新种植，植物枯萎期内无法实施水处理，对水体处理稳定性差。
5.现有生态浮岛多数采用大型水生植物及水生蔬菜难以抵抗极端的大风、大雨及大浪。
6.目前国内外使用的生态浮岛单体面积较小，大多数是在小面积的河湖中使用，难以对较大的河湖进行生态修复，现需要有超大面积的生态浮岛。
发明内容
为解决现有技术中生态浮岛存在的设计标准不统一、无法实现机械化管理、植物枯萎期内无法实施水处理、生态浮岛在水体中稳定性差和无法适应大面积设置的技术问题，本发明公开一种基于石墨烯协同水体原位净化系统。
本发明实现发明目的采用的技术方案是：
一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，包括一组相互独立设置的由净水单元构成的净水部分。
所述的净水部分包括：悬浮床固定部分、悬浮床部分和净水单元。
所述的悬浮床固定部分包括：相互固定连接的呈矩形设置的固定套管。
悬浮床部分包括：床板浮动滑杆、床板支架、聚氨酯海绵过滤层和轻质材料浮力控制层，所述的床板浮动滑杆与床板支架垂直滑动可调连接，床板浮动滑杆与所述的悬浮床固定部分中的固定套管位置对应，床板浮动滑杆与所述的悬浮床固定部分中的固定套管滑动插接结构。
所述的聚氨酯海绵过滤层经轻质材料浮力控制层和床板支架固定连接，所述的聚氨酯海绵过滤层和轻质材料浮力控制层上，分别开有贯穿的植物种植笼过孔和净水单元操作孔。
所述的净水单元包括：敞口的矩形体外支架、钢网、石墨烯改性海绵板和植物种植笼，所述的钢网包裹在矩形体外支架上，石墨烯改性海绵板固定在钢网三个立面和底面上，所述的植物种植笼设置一组并均布同方向设置固定在矩形体外支架内。
所述的矩形体外支架固定在悬浮床部分中的床板支架下面，植物种植笼经植物种植笼过孔与水面连通，矩形体外支架内腔经净水单元操作孔与水面连通。
所述的植物种植笼内种植有水生植物或水生蔬菜，矩形体外支架内放养鱼类。
本发明的有益效果，本发明实施例证明，每0.2立方米净水单元可以处理1立方米径流量；主要污染物：CODcr5去除率＞75%、 SS除除率＞85%、TN去除率＞75%、 Tp去除率＞75%、NH3_N去除率＞75%大大提升处理效果。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1为本发明净水单元俯视图。
附图2为附图1的A-A剖面示意图。
附图3为本发明植物种植笼结构示意图。
附图4为附图3的B向示意图。
附图5为本发明应用实施例示意图。
附图中，1-1.固定套管、2-1.床板浮动滑杆、2-2.床板支架、2-3.聚氨酯海绵过滤层、2-4.轻质材料浮力控制层、2-5.植物种植笼过孔、2-6.净水单元操作孔、3-1.外支架、3-2.钢网、3-3.石墨烯改性海绵板、3-4.植物种植笼、E.跌水堰、F.水质观察区、G.处理水域、H.净水单元。
具体实施方式
参看附图，一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，包括一组相互独立设置的净水单元构成的净水部分。
所述的净水部分包括：悬浮床固定部分、悬浮床部分和净水单元；
所述的悬浮床固定部分包括：相互固定连接的呈矩形设置的固定套管1-1。使用时固定套管1-1固定在处理水域G的底部固定。
悬浮床部分包括：床板浮动滑杆2-1、床板支架2-2、聚氨酯海绵过滤层2-3和轻质材料浮力控制层2-4，所述的床板浮动滑杆2-1与床板支架2-2垂直滑动可调连接，床板浮动滑杆2-1与所述的悬浮床固定部分中的固定套管1-1位置对应，床板浮动滑杆2-1与所述的悬浮床固定部分中的固定套管1-1滑动插接结构。
轻质材料浮力控制层2-4控制床板支架2-2在处理水域G中漂浮，本发明实施例中轻质材料浮力控制层2-4采用发泡材料，根据其需要的浮力确定其厚度。
床板支架2-2在床板浮动滑杆2-1与所述的悬浮床固定部分中的固定套管1-1滑动插接结构控制上下移动。
根据床板支架2-2上下移动的距离可调节床板浮动滑杆2-1与床板支架2-2的相对位置，保证床板浮动滑杆2-1始终处于固定套管1-1滑动插接结构状态。
所述的聚氨酯海绵过滤层2-3经轻质材料浮力控制层2-4和床板支架2-2固定连接，所述的聚氨酯海绵过滤层2-3和轻质材料浮力控制层2-4上，分别开有贯穿的植物种植笼过孔2-5和净水单元操作孔2-6。
所述的净水单元包括：敞口的矩形体外支架3-1、钢网3-2、石墨烯改性海绵板3-3和植物种植笼3-4，所述的钢网3-2包裹在矩形体外支架3-1上，石墨烯改性海绵板3-3固定在钢网3-2三个立面和底面上，所述的植物种植笼3-4设置一组并均布同方向设置固定在矩形体外支架3-1内。
矩形体外支架3-1未设置石墨烯改性海绵板3-3的里面为进水面，与未处理的污水经进水面进入净水单元通过石墨烯改性海绵板3-3过滤吸附流出净水单元。经多个净水单元处理后。实现水体净化。
聚氨酯海绵作为水体净化的吸附载体已得到广泛应用，但受其微孔结构影响，只能作为污染物拦截和生物床载体使用，处理效率比较低下。为提高其处理效率必须从选择性通过和提高自生强度来那个方面入手。聚氨酯海绵在生产工艺的预混合阶段加入按质量比加入千分之1-3氧化石墨烯，在后续成型后的海绵板具有强度高，其强度可达60MPa以上（相当于包装箱松木）可以任意加工。同时在发泡维空间形成膜结构；可以实现选择性通过，有效提高拦截及吸附性能；通过石墨烯改性聚氨酯海绵，其水体主要污染物吸附能力可以提高20-25%；其过滤通过量可以提高20-25%。
所述的矩形体外支架3-1固定在悬浮床部分中的床板支架2-2下面，植物种植笼3-4经植物种植笼过孔2-5与水面连通，矩形体外支架3-1内腔经净水单元操作孔2-6与水面连通
所述的植物种植笼3-4内种植有水生植物或水生蔬菜，矩形体外支架3-1内放养鱼类。
春季开始投放2-5CM鱼苗，主要靠植物消纳海绵吸附的污染物，当秋季植物进入枯萎期，鱼苗进入成鱼阶段主要靠鱼的吞噬消纳海绵吸附的污染物。保证一年四季实现污水处理的均衡稳定。
本发明实施例中，所述的石墨烯改性海绵板3-3为按质量比加入千分之1-3氧化石墨烯的氧化石墨烯聚氨酯海绵。
本发明实施例中，所述的根据需要处理水体情况和富营养化程度指标在水体中设置一组净水单元。一组净水单元实现对污水的多级处理。
Claims (3)
1.一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，包括一组相互独立设置的净水单元构成的净水部分，其特征在于：
所述的净水部分H包括：悬浮床固定部分、悬浮床部分和净水单元；
所述的悬浮床固定部分包括：相互固定连接的呈矩形设置的固定套管（1-1）；
悬浮床部分包括：床板浮动滑杆（2-1）、床板支架（2-2）、聚氨酯海绵过滤层（2-3）和轻质材料浮力控制层（2-4），所述的床板浮动滑杆（2-1）与床板支架（2-2）垂直滑动可调连接，床板浮动滑杆（2-1）与所述的悬浮床固定部分中的固定套管（1-1）位置对应，床板浮动滑杆（2-1）与所述的悬浮床固定部分中的固定套管（1-1）滑动插接结构；
所述的聚氨酯海绵过滤层（2-3）经轻质材料浮力控制层（2-4）和床板支架（2-2）固定连接，所述的聚氨酯海绵过滤层（2-3）和轻质材料浮力控制层（2-4）上，分别开有贯穿的植物种植笼过孔（2-5）和净水单元操作孔（2-6）；
所述的净水单元包括：敞口的矩形体外支架（3-1）、钢网（3-2）、石墨烯改性海绵板（3-3）和植物种植笼（3-4），所述的钢网（3-2）包裹在矩形体外支架（3-1）上，石墨烯改性海绵板（3-3）固定在钢网（3-2）三个立面和底面上，所述的植物种植笼（3-4）设置一组并均布同方向设置固定在矩形体外支架（3-1）内；
所述的矩形体外支架（3-1）固定在悬浮床部分中的床板支架（2-2）下面，植物种植笼（3-4）经植物种植笼过孔（2-5）与水面连通，矩形体外支架（3-1）内腔经净水单元操作孔（2-6）与水面连通；
所述的植物种植笼（3-4）内种植有水生植物或水生蔬菜，矩形体外支架（3-1）内放养鱼类。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，其特征在于：所述的石墨烯改性海绵板（3-3）为按质量比加入千分之1-3氧化石墨烯的氧化石墨烯聚氨酯海绵。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯协同水体原位净化系统，其特征在于：所述的根据需要处理水体情况和富营养化程度指标在水体中设置一组净水单元。
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