CN208648889U

CN208648889U - 河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床

Info

Publication number: CN208648889U
Application number: CN201821217889.9U
Authority: CN
Inventors: 郑菲; 朱红生; 程寒飞; 赵丹; 张雷燕
Original assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2028-07-30

Abstract

本实用新型公开一种河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床。包括太阳能装置、生态浮床、曝气装置、微生物挂膜装置和水下推流装置；太阳能装置与曝气装置和水下推流装置电连接，为其提供动力；推流装置推动生态浮床在水体中自由移动。本实用新型成本低、结构简单，采用生态工艺从多个维度净化水体，显著提高河湖富营养化水体净化效率。

Description

河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床

技术领域

本实用新型涉及一种有效改善河道黑臭水生态修复装置及方法，属于河道生态治理技术领域。

背景技术

随着城市化进程加快、人口增加，大量城市生活污水直接排入河道，导致水体污染、水生态破坏，河湖水体呈黑臭或富营养化状态。尤其是在江南平原河网密集地区，存在较多城市断头河及封闭水域。河湖水域面积大、水体流动性较差、污染来源广、水生态系统相对简单，水环境容量小且自净能力差。河湖水环境日趋恶化，生物多样性遭到破坏，严重影响城市整体水环境以及周边居民生活质量，制约经济发展。因此，改善污染河湖的水质状况成为现实和迫切的环保问题。

现有的河湖修复技术利用水生植物种植、生态浮床或人工曝气对水体中污染物的降解作用来净化水体，但水生植物种植单纯依靠植物生长去除氮磷污染物，难以获得较高的污染物去除率；生态浮床由于黑臭水体溶氧量不足，植物根系上附着的微生物生长缓慢，浮床系统净化效果不佳；而机械曝气设备安装在水底费时费力，漂浮于水面则不美观，且需要额外提供动力供电设施。采用强化旁路净化技术需要较大的处理量和较短的循环周期，建设规模和投资较大，运行成本较高，而且河湖原位的生态自净效能未充分发挥和利用。

河湖水环境治理应从恢复河湖生态系统的结构和功能入手，充分利用和发挥河湖原位生态自净效能。影响河湖水质的因素包括物理因素(悬浮物颗粒、色度)、化学因素(溶解氧、氨氮、COD)和微生物因素(细菌、真菌)等，综合考虑上述影响因素，利用原位生态修复技术构建并恢复水体生态系统，解决水体黑臭或富营养化问题。通过水生植物、微生物菌种和水体复氧的协同作用加速污染物分解，增大水环境容量，实现水体自我净化、生态景观功能。

实用新型内容

本实用新型针对现有河湖(尤其是断头河或封闭水域)水体生态净化能力不足，提供一种有效改善河湖水质的原位生态修复方法，净化河湖水质，提升生态景观功能。

为达到上述目的，本实用新型提供河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，包括太阳能装置、生态浮床、曝气装置、微生物挂膜装置和水下推流装置；所述太阳能装置与曝气装置和水下推流装置电连接，为其提供动力；所述推流装置推动生态浮床在水体中自由移动；所述生态浮床上种植与水生植物；所述生态浮床的底部设置有微生物挂膜装置。

所述曝气装置包括鼓风曝气机和设置在浮床底部的气体输送管，所述鼓风曝气机的出气口通过输气管与所述气体输送管连通；所述气体输送管上设置有若干曝气孔，对应曝气孔的位置设置有抱箍以及曝气头，所述抱箍通过锁紧套固定在所述气体输送管上；所述曝气头设置有弧形导流盘和与所述抱箍相适配的连接头，所述弧形导流盘外侧套设有膜片，所述膜片上设置若干微孔；连接头与所述抱箍可拆卸连接。

所述微生物挂膜装置包括微生物制品输送管和若干仿生碳纤维水草，所述微生物制品输送管设置在生态浮床的底部，所述微生物制品输送管内填充有微生物制品，所述微生物制品输送管上设置有若干排料孔，各所述仿生碳纤维水草沿竖直方向设置在所述微生物制品输送管上，且各仿生碳纤维水草的进料口与所述排料孔一一对应连通。

所述推流装置包括驱动电机、转动轴和叶轮，所述驱动电机与叶轮通过转动轴连接，所述驱动电机驱动所述叶轮转动；所述太阳能供电装置与所述驱动电机电连接。

进一步地，所述太阳能发电装置包括栅线层和基体，所述基体由上至下依次包括掺杂硅层、衬底硅层、反射层和电极层，所述栅线层埋设在所述掺杂硅层内，所述掺杂硅层的上表面设置有凹陷坑状绒面和减反射膜。

进一步地，所述叶轮设置在所述转动轴上端，转动轴连接驱动电机；叶轮与转动轴之间设置预定倾角，在叶轮旋转时，能够将水体向上环流并向前推进，实现氧气与水体充分混合的目的；所述倾角为5～10°。

进一步地，所述生态浮床包括若干浮板，各浮板通过绳索连接；所述浮板上设置有水生植物种植槽，所述水生植物植物槽中种植有梃水植物，包括千屈菜、鸢尾、再力花、梭鱼草中的一种或几种。

进一步地，还包括矩形框架，所述矩形框架设置在生态浮床的底部，所述气体输送管和所述微生物制品输送管均沿所述框架设置在所述框架内；所述框架上对应所述微生物制品输送的排料孔的位置设置有螺纹固定孔，所述仿生碳纤维水草的端部穿过所述螺纹固定孔设置在微生物制品输送管上，所述微生物制品输送管的管径范围为3～6cm。

进一步地，所述微生物制品为经实地调研、水体原位多点采样、菌株筛选驯化的土著微生物，包括硝化细菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌或真菌等。

进一步地，所述仿生碳纤维水草长度为20～30cm；相邻两个仿生碳纤维水草之间的距离为20～30cm；各所述仿生碳纤维水草底部悬挂有重物。

进一步地，所述种植槽内填充有土壤层和多功能纳米复合层；所述多功能纳米复合层的厚度范围为20～40cm，纳米复合材料颗粒的粒径为15～20mm，填充率为60％～70％。

进一步地，所述多功能纳米复合层从上到下依次包括氨氮去除层、磷去除层和COD去除层，所述氨氮去除层厚度为2～4cm；所述磷去除层的厚度为 2～4cm；所述COD去除层的厚度为10～20cm。

为达到上述目的，本实用新型提供河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，采用太阳能、生态浮床、曝气装置、微生物挂膜和水下推流组合装置，能够有效地对黑臭和富营养化水体进行原位生态治理。其中，太阳能为鼓风曝气机和推流装置提供动力供电，水下推流装置推动生态浮床自由移动，叶轮旋转时，能够将水体向上环流并向前推进，与曝气机共同向水体输送氧气，促进浮床下方微生物的生长活力、加速繁殖，生态浮床种植的水生植物能够吸收污染物，从多维角度提高水体净化效率，使污染水体的水质情况明显改善，水体透明度增加。

本实用新型的有益效果为：(1)太阳能供电装置发电效率较高，零能耗、绿色环保，能够提供电源动力使得曝气装置和水下推流装置工作，保障水体内氧气充足，促进微生物生长；(2)水下推流装置推动生态浮床自由移动，叶轮旋转时扰动水体，保障水体和空气充分混合，促进微生物生长以分解污染物；(3) 仿生碳纤维水草能够辅助固定微生物，有利于优势菌群富集。对于黑臭或富营养化地表水体，该方法综合性高，通过协同作用提升水体净化能力，显著增强修复效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的曝气装置的结构示意图；

图3是本实用新型的水下推流装置结构示意图；

图4是本实用新型的桨叶结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。

实施例1

结合图1，本实施例提供河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，包括太阳能1、生态浮床2、曝气装置3、微生物挂膜装置4和水下推流装置5；太阳能1 与曝气装置3和水下推流装置5电连接，为其提供动力，推流装置5推动生态浮床2在水体中自由移动，生态浮床2上种植与水生植物21，生态浮床的底部设置有微生物挂膜装置4。

所述曝气装置3包括鼓风曝气机31和设置在浮床底部的气体输送管33；所述鼓风曝气机的出气口通过输气管34与所述气体输送管33连通；所述气体输送管33上设置有若干曝气孔，对应曝气孔的位置安装曝气头32，曝气孔处设置有抱箍324，用于连接曝气头32和气体输送管33，所述抱箍324通过锁紧套325 固定在所述气体输送管33上；所述曝气头32设置有弧形导流盘322和与所述抱箍相适配的连接头321，所述弧形导流盘外侧套设有膜片323，所述膜片上设置若干微孔；连接头与所述抱箍可拆卸连接。

所述微生物挂膜装置4包括微生物制品输送管41和若干仿生碳纤维水草 42，所述微生物制品输送管41设置在生态浮床的底部，所述微生物制品输送管内填充有微生物制品，所述微生物制品输送管上设置有若干排料孔，各所述仿生碳纤维水草沿竖直方向设置在所述微生物制品输送管上，且各仿生碳纤维水草的进料口与所述排料孔一一对应连通，微生物制品输送管上还设置有入料口 43。

所述水下推流装置5包括驱动电机51、转动轴52和叶轮53，驱动电机与叶轮通过转动轴连接，电机驱动叶轮转动；太阳能供电装置与驱动电机电连接。

本实施例中，太阳能发电装置具体包括栅线层和基体，所述基体由上至下依次包括掺杂硅层、衬底硅层、反射层和电极层，所述栅线层埋设在所述掺杂硅层内，所述掺杂硅层的上表面设置有凹陷坑状绒面和减反射膜。

本实施例中，叶轮设置在转动轴上端，转动轴连接驱动电机；叶轮与转动轴之间设置一定倾角，在叶轮旋转时，能够将水体向上环流并向前推进，实现氧气与水体充分混合的目的，所述倾角为5～10°。

本实施例中，曝气头向水体中充入空气，加速复氧过程，增强水动力和好氧微生物的活力。

本实施例中，微孔曝气头的膜片采用弹性塑胶膜片，其上分布微孔，在风压作用下，膜片鼓起，微孔打开，使得进入水体中的气体粒径在微米到毫米级，比表面积较大，强化氧气传质效率，提高有机氮磷转化效率。

本实施例中将太阳能、曝气装置、生态浮床、带状仿生碳纤维水草和水下推流装置联合使用，其中太阳能为鼓风曝气机和推流装置供电，推流装置推动生态浮床移动，而叶轮旋转时向水体输送氧气，促进设置在浮床单元下方微生物系统45的生长活力、加速繁殖，同时激活污水和污泥中的微生物；生态浮床中的浮床单元种植的水生植物具有净水功能，根系部分能够吸收污染物，曝气装置增加水体溶氧含量，该移动式河道黑臭水生态修复装置从多个维度提升微生物生长、繁殖，提高污水处理效率。

实施例2

作为实施例1的具体方案，本实施例中生态浮床、矩形框架输送管和带状仿生碳纤维水草在垂向上依次连接；置于矩形框架的带状仿生碳纤维水草底部悬挂重物44，可以促成生物填料垂直舒展，并可在水中一定范围内适当摆动，增强微生物附着几率及水体中氮磷、有机质等污染物聚集，为生态浮床水生植物提供营养物质，提高水生植物吸收降解COD、氮磷的能力。

本实施例中，矩形框架为泡沫、PVE管或废橡胶轮胎，框架的边长范围为 4m～10m之间，矩形框架设置在生态浮板的底部，气体输送管和所述微生物制品输送管均沿所述框架设置在所述框架内；所述框架上对应所述微生物制品输送的排料孔的位置设置有螺纹固定孔，所述仿生碳纤维水草的端部穿过所述螺纹固定孔设置在微生物制品输送管上。

实施例3

作为实施例1的具体方案，本实施例中，植物种植槽内填充有土壤层和多功能纳米复合层。具体的，土壤层由种植土、活性炭、沸石、炉渣和陶粒中的一种或几种组成，厚度范围为10～15cm，固体颗粒粒径为2～5mm；多功能纳米复合层从上到下依次包括氨氮去除层、磷去除层、重金属去除层和COD去除层，氨氮去除层厚度为2～4cm；磷去除层的厚度为2～4cm；重金属去除层2～4cm； COD去除层的厚度为10～20cm；纳米复合材料颗粒的粒径为15～20mm，填充率为60％～70％。

实施例4

作为实施例1的具体方案，本实施例中仿生碳纤维水草的长度为20～30cm；相邻两个仿生碳纤维水草之间的距离为20～30cm；各仿生碳纤维水草底部悬挂有重物44，以使仿生碳纤维水草下垂。

本实施例中，所述微生物制品为经实地调研、水体原位多点采样、菌株筛选驯化的土著微生物。

具体的，上述微生物制品为经驯化筛选的土著微生物，包括光合细菌、硝化细菌、枯草芽孢杆菌、放线菌或真菌。微生物制品通过输送管道输送至仿生碳纤维草，3～5天后初步挂膜，10天后土著微生物集聚体达到稳定状态，污染物、溶解氧、分解代谢产物以及各种营养元素首先经过液相扩散到生物膜的表面，在浓度差及微生物吸收降解等因素的作用下进入生物膜，最终形成各种代谢产物：H₂O、CO₂、NH₄ ⁺、SO₄ ²⁺等。硝化细菌和枯草芽孢杆菌利用氨或亚硝酸盐为主要生存氮源，以CO₂作为主要碳源，需要充足的溶解氧；光合细菌对光能见度较高的表层水体(30-50cm)具有较好的治理效果。通过使用本实用新型中的河道黑臭水复合生态技术处理一段时间后，黑臭水体的水质情况明显改善，水体透明度增加，同时水体中会长出大量丝状藻类。在光合作用下，藻类细胞能够吸收利用水体中的无机氮和有机氮为氮源，利用CO₂和碳酸盐作为碳源，进行光自养生长代谢，被吸收的亚硝酸盐和铵盐合成藻细胞氨基酸和蛋白质等物质。同时，藻类细胞吸收水体中的磷酸盐，并在有氧条件下通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等有机物。河道水体中COD去除率为60～80％，总氮去除率为30～40％，总磷去除率为20～50％。在水生植物周围的微生物浓度较高，菌群结构更加复杂，并富含各种功能微生物菌种，连续运行2个月后，河道水体逐渐修复，削除富营养化，水质持续向好发展。

实施例5

作为实施例1的具体方案，本实施例中水下推流装置可以设置两组，位于生态浮板单元两侧呈对称分布，保持浮床整体平衡。推流装置中安装转动轴转速调控装置，通过调节叶轮旋转速率控制生态浮床移动速度。生态浮床移动过程能够增大微生物挂膜系统与污染水体的接触，并且叶轮旋转时扰动水体，使得进入水体中的空气与水体充分混合，提升曝气效果，强化氧气传质效率，提高有机氮磷去除效率。

本实用新型提供河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，克服了现有技术中固定式生态浮床、曝气复氧和人工水草技术的缺点，采用太阳能、生态浮床、曝气装置、微生物挂膜和水下推流组合装置，组合体结构简单，工艺易于掌握，对治理净化水体、提升景观具有显著效果，在黑臭和富营养化水体治理及水生态修复方面具有较好的应用前景。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，其特征在于，包括太阳能装置、生态浮床、曝气装置、微生物挂膜装置和水下推流装置；所述太阳能装置与曝气装置和水下推流装置电连接，为其提供动力；所述推流装置推动生态浮床在水体中自由移动；

所述曝气装置包括鼓风曝气机和设置在浮床底部的气体输送管，所述鼓风曝气机的出气口通过输气管与所述气体输送管连通；所述气体输送管上设置有若干曝气孔，对应曝气孔的位置设置有抱箍以及曝气头，所述抱箍通过锁紧套固定在所述气体输送管上；所述曝气头设置有弧形导流盘和与所述抱箍相适配的连接头，所述弧形导流盘外侧套设有膜片，所述膜片上设置若干微孔；连接头与所述抱箍可拆卸连接；

所述微生物挂膜装置包括微生物制品输送管和若干仿生碳纤维水草，所述微生物制品输送管设置在生态浮床的底部，所述微生物制品输送管内填充有微生物制品，所述微生物制品输送管上设置有若干排料孔，各所述仿生碳纤维水草沿竖直方向设置在所述微生物制品输送管上，且各仿生碳纤维水草的进料口与所述排料孔一一对应连通；

2.根据权利要求1所述的河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，其特征在于，所述太阳能发电装置包括栅线层和基体，所述基体由上至下依次包括掺杂硅层、衬底硅层、反射层和电极层，所述栅线层埋设在所述掺杂硅层内，所述掺杂硅层的上表面设置有凹陷坑状绒面和减反射膜。

3.根据权利要求1所述的河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，其特征在于，所述叶轮设置在所述转动轴上端，转动轴连接驱动电机；叶轮与转动轴之间设置预定倾角，在叶轮旋转时，能够将水体向上环流并向前推进，实现氧气与水体充分混合的目的；所述倾角为5～10°。

4.根据权利要求1所述的河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，其特征在于，所述生态浮床包括若干浮板，各浮板通过绳索连接；所述浮板上设置有水生植物种植槽，所述水生植物种植槽中种植有梃水植物，包括千屈菜、鸢尾、再力花、梭鱼草中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，其特征在于，还包括矩形框架，所述矩形框架设置在生态浮床的底部，所述气体输送管和所述微生物制品输送管均沿所述框架设置在所述框架内；所述框架上对应所述微生物制品输送的排料孔位置设置有螺纹固定孔，所述仿生碳纤维水草的端部穿过所述螺纹固定孔设置在微生物制品输送管上，所述微生物制品输送管的管径范围为3～6cm。