CN205500925U - 一种富营养化污水净化模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉一种富营养化污水净化模拟系统，包括上侧面敞开的水箱体、第一水泵，和若干株水生植物，所述水箱体上设置有进水口、出水口，所述第一水泵置于所述水箱体的一侧，其出水管路与所述进水口连通，将污水经第一水泵泵入所述水箱体内；所述若干株水生植物植于水箱体内的污水中，本实用新型采用水箱体或置于陆地上或漂浮于水体中进行水体净化，既可在陆地上对水体净化，可做为移动式小型污水处理系统；将原位试验改为可最大限度模拟真实污水环境的移动式水体净化方式，从而获取较为准确的水生植物污水净化规律。

Description

一种富营养化污水净化模拟系统

技术领域

本实用新型涉及环保设备领域，尤其为一种富营养化污水净化模拟系统。

背景技术

大量的水生植物例如凤眼莲对富营养化水体具有净化作用，凤眼莲的根系分泌物能使栅藻的叶绿体、线粒体等细胞器受损伤，光合放氧能力显著下降，严重影响藻体的生长，藻细胞可溶性蛋白的含量几乎直线下降，从而使受伤害的光合系统很难恢复。同时，有研究也表明水葫芦根系分泌物还具有一定的杀菌作用，能够大大降低周围环境中腐生菌和大肠杆菌的数量。凤眼莲的另一面是其容易泛滥成灾导致水体完全被其覆盖最终导致水体整个生态环境恶化；现有技术在研究利用水生植物进行水体净化作业的作业规律时都是在实验室环境下配置污水或者从污水源出抽取原水进行原位试验，相应的研究结果由于上述模拟方式与真实的污水环境之间的不同而存在较大偏差。

发明内容

本实用新型目的在于解决上述问题，提供了一种富营养化污水净化模拟系统以最大限度地在真实污水环境中进行富营养化水体净化试验，具体由以下技术方案实现：

一种富营养化污水净化模拟系统，包括上侧面敞开的水箱体、第一水泵，和水生植物，所述水箱体上设置有进水口、出水口，所述第一水泵置于所述水箱体的一侧，其管路与所述进水口或者出水口连通，相应地，所述第一水泵将污水自进水口泵入所述水箱体内或者将进入水箱体内的污水自出水口泵出水箱体；所述水生植物植于水箱体内的污水中，并且水生植物覆盖水箱体内的整个水面，对流经水箱体的污水进行净化。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述水箱体的外侧连接有若干支架，所述支架连接有使得整个水箱体置于水面时保持漂浮状态的漂浮单元。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述漂浮单元为泡沫块、连接杆，所述连接杆串接在所述泡沫块中部并且该连接杆连接于所述支架。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述漂浮单元还包括若干调节螺杆，所述调节螺杆的下端可转动地连接在所述连接杆上，所述支架上设置螺纹孔，并且所述连接杆的中部通过所述螺纹孔与所述支架螺纹连接，转动所述调节螺杆即可改变所述泡沫块的吃水深度从而水箱体的吃水深度。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述漂浮单元包括若干泡沫块、充气囊、若干压力气囊、气泵以及气泵控制机构，所述泡沫块呈圆柱形，所述泡沫块的中部插接有连接杆，并且经由该连接杆固定连接于所述支架内；从而所述水箱体放入水中后在所述泡沫块的浮力作用下漂浮于水面；所述若干压力气囊通过串接管路互相串接后均匀贴附于前述水箱体漂浮于水面时的吃水线上方周侧；所述气泵控制机构包括壳体以及设置于壳体内的形变气囊、压杆以及开关触点，所述压杆的中部可转动地设置于所述壳体内部，其一端与所述形变气囊的外壁连接，其另一端位于所述开关触点的上方；所述开关触点和位于该开关触点上方的压杆端部串接于所述气泵的供电回路中；所述串接管路与所述形变气囊连通，所述气泵的出气管路与所述充气囊连通，该充气囊贴附于所述水箱体的底壁外侧；所述水箱体下沉一定深度时，所述压力气囊受到水体的压迫，从而使得压力气囊内的空气灌入所述形变气囊内，促使形变气囊膨胀后从而驱使压杆转动使得压杆的相应端部扣压于所述开关触点以接通气泵的供电回路，继而气泵向充气囊内充气使得充气囊膨胀后将水箱体托起直至所述压力气囊重新回到水面上方。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述水箱体的下部外壁还贴附有一压力传感器并且纵向设置有一排气管路，所述排气管路的下端与所述充气囊连接，其上端位于所述水箱体的开口边沿，该排气管路的中部串接有第一电磁阀，该第一电磁阀与所述压力传感器信号连接。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述水箱体靠近其进水口的一侧内部设置有挡板，所述挡板的底边高于所述水箱体的底壁。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述水箱体的出水口上方还设置有若干个备用出水口。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述出水口连接有处于水箱体外部的出水管，该出水管中设置有第二电磁阀；所述出水口一侧还设置有位于所述水箱体内部的水体在线检测装置以及第二水泵，所述第二水泵的出水管路延伸至所述挡板处；所述水体在线检测装置与所述第二电磁阀、第二水泵以及第一水泵信号连接。

所述的富营养化污水净化模拟系统，其进一步设计在于，所述第一水泵为脉冲泵，其外部罩设有防水罩；第一水泵的进水管路的入口箍套有滤网。

本实用新型的有益效果在于：采用水箱体或置于陆地上或漂浮于水体中进行水体净化，既可在陆地上对水体净化，可做为移动式小型污水处理系统；又可漂浮于水体中进行原位修复，不用另外占用地面，且杜绝了一半人工浮床净化水体时根系凋落物或植物残体凋落对水体造成二次污染的风险；通过电泵控制进水或出水速度，可以找到净化效率最优的水力负荷，从而可以调节水泵的流量使富营养化污水净化模拟系统的日净化效率达到最优，同时也可以在营养盐浓度较高的情况下通过电泵控制出水放慢出水速度，延长植物吸收营养盐的时间以尽可能地去除水体营养盐，或者在营养盐浓度较低的情况下，通过电泵控制进水加快给水速度，通过增加进水量提升植物吸收的营养盐，即，可以实现对富营养化水体净化的定量分析；通过设置漂浮单元，使得本实用新型可以漂浮于水体上对污水进行净化处理，减少了管路铺设、污水长距离输送等因素导致作业成本；本实用新型的漂浮单元不仅有泡沫块还包括充气囊、压力气囊等结构，可以确保水箱体在水体中的吃水深度保持适中从而具有较好的抗风浪性；采用压力气囊作为吃水深度增加时的信号采集装置，具有较好的可靠性的同时，其运行成本较低；由于所述压力气囊均匀设置于水箱体的外部周侧，从而水箱体在水中摆动时，局部压力气囊受到的压力会传递给其他压力气囊而不会对气泵的运作形成信号干扰；通过在水箱体外侧下部设置压力传感器，可以防止气泵过度充气导致充气囊过度膨胀导致水箱体吃水过浅而导致其状态不稳；本实用新型通过设置水体在线检测装置和第二电磁阀，在净化未达标时能够及时制止污水排出并且利用第二水泵驱使未达标的污水在水箱体内循环至达标为止再排出。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为水箱体结构示意图。

图3为水箱体的侧面结构示意图。

图4为气泵控制结构结构示意图。

图5为第一水泵及防水罩结构示意图。

图6为生活污水使用和未使用本实用新型进行净化时的TN去除率比对曲线图。

图7为持续输入外源营养盐的动态实验条件下，不同水力负荷下凤眼莲净化污水的效果曲线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本实用新型的进行进一步说明。

如图所示，该富营养化污水净化模拟系统包括上侧面敞开的水箱体1、第一水泵2和若干株凤眼莲3，水箱体1上设置有进水口11、出水口12，第一水泵2置于水箱体的一侧，其出水管路与进水口连通，将污水经第一水泵泵入水箱体内；当然也可以将进水口设置在较低的位置让污水进入水箱体，再由第一水泵2自出水口将水抽出；若干株水生植物3漂浮于水箱体内的污水中，具体可采用凤眼莲或者芦苇等对富营养化水体有较好净化作用的水生植物。水箱体的外侧连接有若干支架13。水箱体可置于陆地上进行水体净化，既可在陆地上对水体净化，可做为移动式小型污水处理系统。

为了使得本实用新型能够漂浮于水体中对水体进行原位修复，水箱体1连接有使得整个水箱体置于水面时保持漂浮状态的漂浮单元4。漂浮单元4包括若干泡沫块41、充气囊42、若干压力气囊43、气泵44以及气泵控制机构45，泡沫块呈圆柱形，泡沫块的中部插接有连接杆，并且经由该连接杆固定连接于支架内，从而水箱体放入水中后在泡沫块的浮力作用下漂浮于水面；当然，连接杆也可通过若干调节螺杆与支架连接，调节螺杆的下端可转动地连接在连接杆上，支架上设置螺纹孔，并且连接杆的中部通过所述螺纹孔与所述支架螺纹连接，转动所述调节螺杆即可改变所述泡沫块的吃水深度从而水箱体的吃水深度。该种调整水箱体吃水深度的方式需要人工根据需要去适时转动调节螺杆。

为了实现实时自动调整水箱体吃水深度，若干压力气囊43通过串接管路互相串接后均匀贴附于前述水箱体漂浮于水面时的吃水线上方周侧；气泵控制机构45包括壳体451以及设置于壳体内的形变气囊452、压杆453以及开关触点454，压杆的中部可转动地设置于壳体内部，其一端与形变气囊的外壁连接，其另一端位于开关触点的上方；开关触点和位于该开关触点上方的压杆端部串接于气泵的供电回路中；串接管路与形变气囊连通，气泵44的出气管路与充气囊42连通，该充气囊42贴附于水箱体的底壁外侧；水箱体1下沉一定深度时，压力气囊受到水体的压迫，从而使得压力气囊内的空气灌入形变气囊452内，促使形变气囊膨胀后从而驱使压杆转动使得压杆的相应端部扣压于开关触点以接通气泵的供电回路，继而气泵向充气囊内充气使得充气囊膨胀后将水箱体托起直至压力气囊重新回到水面上方。由于本实用新型设置了漂浮单元，使得本实用新型可以漂浮于水体上对污水进行净化处理，减少了管路铺设、污水长距离输送等因素导致作业成本；并且可以确保水箱体在水体中的吃水深度保持适中从而具有较好的抗风浪性

水箱体的下部外壁还贴附有一压力传感器5并且纵向设置有一排气管路51，排气管路51的下端与充气囊42连接，其上端位于水箱体1的开口边沿，该排气管路的中部串接有第一电磁阀52，该第一电磁阀52与压力传感器5信号连接；可以防止气泵过度充气导致充气囊过度膨胀导致水箱体吃水过浅而导致其状态不稳。

水箱体1靠近其进水口的一侧内部设置有挡板14，挡板的底边高于水箱体的底壁，以防止污水进入水箱体内时对附近的凤眼莲冲刷造成伤害。水箱体的出水口上方还设置有若干个备用出水口15，防止由于暴雨造成水箱体内水深急剧增加却无法排出。

出水口连接有处于水箱体外部的出水管16，该出水管中设置有第二电磁阀17；出水口一侧还设置有位于水箱体内部的水体在线检测装置18以及第二水泵19，第二水泵的出水管路191延伸至挡板处；水体在线检测装置与第二电磁阀、第二水泵以及第一水泵信号连接。在净化未达标时能够及时制止污水排出并且利用第二水泵驱使未达标的污水在水箱体内循环至达标为止再排出。

第一水泵2为脉冲泵，其外部罩设有防水罩21；第一水泵的进水管路的入口箍套有滤网。

本实用新型用于江苏省农业科学院院内生活污水排放河道治理的具体实施过程如下：

江苏省农业科学院院内生活污水排放河道，河道底部常年淤积大量的生活污水中所携带的烂菜叶等厨余垃圾和黑臭底泥，水体富营养化严重，经常爆发蓝藻，水体透明度低，COD超标，属地表水劣Ⅴ类。在河道综合治理过程中，经底泥疏浚后，需对水体进行先期生态恢复。采用本实用新型的漂浮湿地构建技术，在河道总宽度30%的水域构建漂浮式净化系统。

（1）选择厚度为0.5cm的不锈钢板制成1m*10m的水箱体；在水箱体两侧每隔2m焊接一个不锈钢支架支撑水箱体，并在水箱体两端板上分别预留直径为4cm的 进水口和出水口，为了预防河道中的风浪倒灌污水进入水箱体，在出水口出连接一个塑料弯头作为出水管，进水口处则安装水阀。

（2）用角铁焊接成100cm*100cm*100cm的正方体支架，将脉冲泵固定在两块木板上，再将模板固定在正方体支架上。用规格为100cm*50cm厚度为0.05cm的不锈钢板做成五边形作为防护罩，以防雨淋湿电泵。另用悬浮框架绑在不锈钢架周围，使整个电动系统漂浮于水面，同时将电动系统用绳索绑在水箱体端部，在靠近岸边安置380V电箱，通过地缆线连接电泵供电。通过水管连接进水口或出水口。脉冲泵进水管口由由直径4cm的进水管路和网眼4mm的滤网组成，滤网套在进水管路上，防止脉冲泵被堵。

（3）漂浮框架的制作：首先将直径为4cm的不锈钢管穿过一个支架之后串两个泡沫块，再穿过下一个支架并串两个泡沫浮球，以此类推，直到水箱体两侧均匀布满泡沫块。同时再脉冲泵泵下方的支架周围也串上浮球，使水泵系统也漂浮于水上

(4)漂浮植物，直接将凤眼莲整株幼苗直接散播到水箱体内，盖度控制在50~60%；种植密度控制在5~8株/m2。

（5）根据进水口的水流方向和河道实际宽度及深度，选择河道种养水域放置漂浮式净化系统，将电泵及支架用绳索绑在水箱体端部，再将本实用新型整体用绳索固定在桩上或岸上柱子。最后完成漂浮湿地的构建。

上述凤眼莲选择种植的时间多为5~11月份。净化试验于2015年5月18日至6月6日之间进行。将其中1个水箱体设置为空白对照，其余5个水箱体中预先铺满长势均一的凤眼莲进行培养、扩繁，并在试验开始时将凤眼莲的生物量调整一致。将出水口的计量泵设定为24小时连续抽水，通过调节泵流量，将水箱体中的水力负荷分别设定至0.50 m3/(m2.d)，。经连续20天的跟踪分析，发现本实用新型对生活污水具有良好的净化效果：经过漂浮式净化系统后，水体氮磷去除效果显著，水体藻类数量明显减少，CODMn指数显著下降。尤其是对总氮的去除率，效果如图6所示。在氮营养盐较高的晴好天气，其总氮去除率可达到82.5%。

为了研究在持续输入外源营养盐的动态实验条件下，不同水力负荷下凤眼莲（水浮莲）净化污水的效果，及其合理配比。发明人在江苏省农业科学院试验基地进行模拟河道净化水质，利用本实用新型模拟一直接纳高营养盐污水的河道，种养凤眼莲，通过调节水泵流量，确定最佳生物量配比及最佳流量以达到最优净化效果。

首先制作如上所述规格的水箱体并连接好脉冲泵等前述机构后，在进水口处则安装水阀连接人工配置好的高营养盐污水。

抽取塘污水泵入配水池中，加入一定量的硫酸铵及N、P、K复合肥，配置水体TN、TP浓度至接近城镇污水处理厂一级B（TN 20 mg/L，TP 1 mg/L）出水标准。通过在水箱体进水管路处安装流量计分别控制每条进水流量，实验设定3个水利负荷，控制进水流量分别为15m3 d-1，10 m3 d-1，5 m3 d-1。

直接将凤眼莲整株幼苗直接散播到水箱体内，盖度控制在50~60%；种植密度控制在5~8株/m2。系统运行20天，期间监测水质变化。

净化试验于9月10日到9月27日之间进行。实验设定了3个水利负荷，水流量分别为15m3 d-1，10 m3 d-1，5 m3 d-1。，在试验开始时将凤眼莲的生物量调整一致。经连续20天的跟踪分析，发现漂浮式净化系统对高营养盐浓度的富营养化水体净化效果显著：发现经过漂浮式净化系统后，水体氮磷去除效果显著。比较不同水力负荷条件下水质净化系统入水口和进水口总氮浓度的变化，水力负荷最小的净化系统对总氮的去除率最好，如图7所示，其中，横坐标为时间轴、纵坐标为含氮量（单位为20 mg/L），曲线A为入水的含氮量随时间变化的曲线，曲线B为水流量为15m3 d-1的出水含氮量随时间变化的曲线；曲线C为水流量为10m3 d-1的出水含氮量随时间变化的曲线；曲线D为水流量为5m3 d-1的出水含氮量随时间变化的曲线。

Claims (10)

1.一种富营养化污水净化模拟系统，其特征在于包括上侧面敞开的水箱体、第一水泵，和水生植物，所述水箱体上设置有进水口、出水口，所述第一水泵置于所述水箱体的一侧，其管路与所述进水口或者出水口连通，相应地，所述第一水泵将污水自进水口泵入所述水箱体内或者将进入水箱体内的污水自出水口泵出水箱体；所述水生植物植于水箱体内的污水中，并且水生植物覆盖水箱体内的整个水面。

2.根据权利要求1所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述水箱体的外侧连接有若干支架，所述支架连接有使得整个水箱体置于水面时保持漂浮状态的漂浮单元。

3.根据权利要求2所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述漂浮单元为泡沫块、连接杆，所述连接杆串接在所述泡沫块中部并且该连接杆连接于所述支架。

4.根据权利要求3所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述漂浮单元还包括若干调节螺杆，所述调节螺杆的下端可转动地连接在所述连接杆上，所述支架上设置螺纹孔，并且所述连接杆的中部通过所述螺纹孔与所述支架螺纹连接，转动所述调节螺杆即可改变所述泡沫块的吃水深度从而水箱体的吃水深度。

5.根据权利要求2所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述漂浮单元包括若干泡沫块、充气囊、若干压力气囊、气泵以及气泵控制机构，所述泡沫块呈圆柱形，所述泡沫块的中部插接有连接杆，并且经由该连接杆固定连接于所述支架内；从而所述水箱体放入水中后在所述泡沫块的浮力作用下漂浮于水面；所述若干压力气囊通过串接管路互相串接后均匀贴附于前述水箱体漂浮于水面时的吃水线上方周侧；所述气泵控制机构包括壳体以及设置于壳体内的形变气囊、压杆以及开关触点，所述压杆的中部可转动地设置于所述壳体内部，其一端与所述形变气囊的外壁连接，其另一端位于所述开关触点的上方；所述开关触点和位于该开关触点上方的压杆端部串接于所述气泵的供电回路中；所述串接管路与所述形变气囊连通，所述气泵的出气管路与所述充气囊连通，该充气囊贴附于所述水箱体的底壁外侧；所述水箱体下沉一定深度时，所述压力气囊受到水体的压迫，从而使得压力气囊内的空气灌入所述形变气囊内，促使形变气囊膨胀后从而驱使压杆转动使得压杆的相应端部扣压于所述开关触点以接通气泵的供电回路，继而气泵向充气囊内充气使得充气囊膨胀后将水箱体托起直至所述压力气囊重新回到水面上方。

6.根据权利要求5所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述水箱体的下部外壁还贴附有一压力传感器并且纵向设置有一排气管路，所述排气管路的下端与所述充气囊连接，其上端位于所述水箱体的开口边沿，该排气管路的中部串接有第一电磁阀，该第一电磁阀与所述压力传感器信号连接。

7.根据权利要求6所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述水箱体靠近其进水口的一侧内部设置有挡板，所述挡板的底边高于所述水箱体的底壁。

8.根据权利要求6所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述水箱体的出水口上方还设置有若干个备用出水口。

9.根据权利要求7所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述出水口连接有处于水箱体外部的出水管，该出水管中设置有第二电磁阀；所述出水口一侧还设置有位于所述水箱体内部的水体在线检测装置以及第二水泵，所述第二水泵的出水管路延伸至所述挡板处；所述水体在线检测装置与所述第二电磁阀、第二水泵以及第一水泵信号连接。

10.根据权利要求1所述的富营养化污水净化模拟系统，其特征在于，所述第一水泵为脉冲泵，其外部罩设有防水罩；第一水泵的进水管路的入口箍套有滤网。