CN209940779U - 一种河道净化装置 - Google Patents

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何健
孔德洋
豆叶枝
张悦清
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本实用新型提供一种河道净化装置,包括若干生物浮体、喷泉曝气装置、阻挡板、强化光催化装置、轻质防腐框架、弹性填料、增氧曝气装置以及太阳能发电系统。若干生物浮体通过轻质防腐框架连接,中间放置喷泉曝气装置,阻挡板将喷出的水收集到强化光催化装置,生物浮体外端为防撞护围,上面种有水生植物,下方悬挂弹性填料,弹性填料下方设置有增氧曝气装置。强化光催化装置内中部设置紫外光源,和外部水体连通。太阳能发电系统为紫外光源、喷泉曝气装置和增氧曝气装置智能提供电能。本实用新型将物理曝气法、生物降解法和化学光催化法相耦合,组装在可以自由移动的生物浮体上,具有效率高、净化彻底、无二次污染、景观美等特点,适合于自然河道的净化处理。

Description

一种河道净化装置
技术领域
本发明涉及水处理技术领域,具体涉及一种河道净化装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展,人口增加,地表水环境的污染也日益加重,导致湖泊富营养化、河道黑臭等问题,成为我国目前亟待解决的水体污染问题。传统的受污染水体治理方法包括物理、化学、生物处理方法等,但是因为单一的治理方法存在一定的缺点,所以目前常用组合式的治理方法。浮床技术是以可漂浮的材料作为载体,栽植植物在载体上,利用植物的根系以及根系上承载的微生物协同削减受污染水体中氮、磷、有机污染物等。因浮床可移动、无需动力,运行成本低、管理方便等优点,已经被广泛应用于受污染水体治理中,与多种手段联合运用净化水质较差,有机污染物较多的水体。如申请号为201110378424.8的中国发明专利公布了一种光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置,该装置将浮床、光催化氧化装置、增氧技术和袋式过滤装置联用,用以除藻、杀菌、脱氮除磷。该装置依靠植物根系和水面下光催化膜组件对水中有机污染物氧化去除,但设计的光催化装置进水方向单一,处理效果有限,实际水体环境中应用净化效果有限;申请号为201510622977.1的中国发明专利公布了一种一体化生态浮床及净化河道水体的方法,该方法在浮床下悬挂弹性填料,填料中包括曝气系统和微生物罐,用以解决传统生态浮床植物生长限制、水体含氧量不足等问题,但是该专利未考虑到水生植物对水质处理效果有限,并且微生物菌剂需要定期更换、成本较高等问题。申请号为201810577659.1的中国发明专利公布了一种用于水体修复的光催化浮床,该浮床组装了光导浮板、聚光器、光导纤维用于去除水体中痕量有机污染物,但是实际水体中有机污染物种类多,污染量较大,此装置处理效果有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题,提供一种河道净化装置。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种河道净化装置,包括若干生物浮体、喷泉曝气装置、阻挡板、强化光催化装置、轻质防腐框架、弹性填料、增氧曝气装置以及太阳能发电系统;所述生物浮体设于河道内,生物浮体位于水面上方的侧壁上固定连接有轻质防腐框架,若干生物浮体之间通过轻质防腐框架连接围成环状结构;所述生物浮体下方固定连接多组弹性填料,所述弹性填料垂直悬挂,位于水面下方,弹性填料下方设有增氧曝气装置,所述增氧曝气装置通过轻质防腐框架与生物浮体的底部相连,用于增加水体中的溶解氧浓度;所述喷泉曝气装置通过轻质防腐框架固定连接在环状结构的中心位置,用于将河道中的水体扬起;所述轻质防腐框架的上方设有阻挡板,所述阻挡板以喷泉曝气装置为中心环形分布于轻质防腐框架上,阻挡板的一端与轻质防腐框架固定连接,另一端向生物浮体的方向倾斜,用于将喷泉曝气装置喷出的水收集到装置中间区域;所述轻质防腐框架的下方设有强化光催化装置,由非透明防水层和紫外光源组成,所述非透明防水层将紫外光源包围,用于遮蔽紫外光,所述非透明防水层的内表面涂覆紫外光响应光催化剂;非透明防水层上部与轻质防腐框架固定连接,下部的位置高于增氧曝气装置所在的位置;所述非透明防水层上部与下部无遮挡,与外部水体连通;所述太阳能发电系统位于水面上部,由太阳能电池组件和蓄电池组成,所述蓄电池分别与紫外光源、喷泉曝气装置和增氧曝气装置连接,为紫外光源、喷泉曝气装置和增氧曝气装置提供电能。
本发明进一步解决的技术问题是,所述生物浮体的数目多于4个,形状为正方形,由水生植物、基质以及防撞护围组成;生物浮体的中心为装有基质的栽培区域,生物浮体上方种有水生植物,所述水生植物种在栽培区域内,生物浮体外端设有防撞护围。所述水生植物的种植密度是15-18株/m2,水生植物包括芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉中的一种或者多种;所述基质包括砂石、蒙脱土、海泡石中的一种或者多种。
本发明进一步解决的技术问题是,所述弹性填料为碳素纤维类材料,弹性填料长度0.8-1.0m,挂载密度15-18条/m3
本发明进一步解决的技术问题是,所述增氧曝气装置为圆形橡胶环管,外缘与轻质防腐框架固定连接,环管表面均匀布置有直径为0.05mm的圆形微孔。
本发明进一步解决的技术问题是,所述阻挡板与水面之间的夹角为45-60°。
本发明进一步解决的技术问题是,所述阻挡板由树脂类材料加工而成,表面呈海绵蓬松状,阻挡板表面涂覆可见光响应光催化剂。
本发明进一步解决的技术问题是,所述非透明防水层为圆柱中空结构,内部1/3-2/3的高度处设有支撑架,所述紫外光源固定于支撑架上。
本发明的优点在于:
本发明将物理曝气法、生物降解法和化学光催化法相耦合,组装在可以自由移动的浮床上,具有灵活性,节约占地空间,安装管理方便、成本低、污染水体可以循环处理,实际水体处理效果好。充分利用各种技术的优势,水中增氧曝气和喷泉物理曝气在水下和水上同时进行物理充氧,阻挡板表面的可见光催化和强化光催化装置的紫外光催化进行光化学处理,水生植物和弹性填料协同微生物降解,并且可以减缓水流,有利于物理充氧和化学光催化作用,无需投加额外的化学药剂,安全无二次污染。本装置将多功能组合在一起,使受污染水体得到彻底的治理,节约能源,采用太阳能发电系统,智能开启紫外光催化。采用喷泉曝气装置和水生植物,可以修饰河道景观,提高周围居民的生活质量。本发明提供的一种河道净化装置能够实现高效、低成本、美观的处理受污染水体,非常适合于自然河道的净化处理。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构分布示意图。
图2是本发明所述装置的俯视示意图。
图3是本发明强化光催化装置的示意图。
图4是本发明生物浮体的结构示意图。
图5是本发明增氧曝气装置结构示意图。
图中序号,1-生物浮体、2-喷泉曝气装置、3-阻挡板、4-强化光催化装置、5-轻质防腐框架、6-弹性填料、7-增氧曝气装置、8-太阳能发电系统、11-水生植物、12-基质、13-防撞护围、41-非透明防水层、42-紫外光源、81-太阳能电池组件、82-蓄电池、411-支撑架。
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。
参见图1-2所示的一种河道净化装置,包括若干生物浮体1、喷泉曝气装置2、阻挡板3、强化光催化装置4、轻质防腐框架5、弹性填料6、增氧曝气装置7以及太阳能发电系统8;所述生物浮体1设于河道内,生物浮体1位于水面上方的侧壁上固定连接有轻质防腐框架5,若干生物浮体1之间通过轻质防腐框架5连接围成环状结构;所述生物浮体1下方固定连接多组弹性填料6,所述弹性填料6垂直悬挂,位于水面下方,弹性填料6下方设有增氧曝气装置7,所述增氧曝气装置7通过轻质防腐框架5与生物浮体1的底部相连,用于增加水体中的溶解氧浓度;所述喷泉曝气装置2通过轻质防腐框架5固定连接在环状结构的中心位置,喷泉曝气装置2将受污染水体扬起后跌落复氧曝气,喷出的水跌落在环状结构的中间、强化光催化装置4上方或者喷洒到阻挡板3上,由阻挡板3汇集到强化光催化装置4上方,本实施例中喷泉曝气装置2选用HQB-4503型潜水喷泉泵,采用帐幕式喷洒法,曝气均匀,效果优于直接水体曝气,同时喷泉的设计和种植水生植物可以增加河道美观;所述轻质防腐框架5的上方设有阻挡板3,所述阻挡板3以喷泉曝气装置2为中心环形分布于轻质防腐框架5上,阻挡板3的一端与轻质防腐框架5固定连接,另一端向生物浮体1的方向倾斜,用于将喷泉曝气装置2喷出的水收集到装置中间区域;所述轻质防腐框架5的下方设有强化光催化装置4,由非透明防水层41和紫外光源42组成,所述非透明防水层41将紫外光源42包围,用于遮蔽紫外光,防止紫外光对填料中微生物生长产生影响,所述非透明防水层41的内表面涂覆紫外光响应光催化剂,优选的紫外光催化剂选用Ag3PO4/TiO2;非透明防水层41上部与轻质防腐框架5固定连接,下部的位置高于增氧曝气装置7所在的位置;所述非透明防水层41上部与下部无遮挡,与外部水体连通;所述太阳能发电系统8位于水面上部,由太阳能电池组件81和蓄电池82组成,所述蓄电池82分别与紫外光源42、喷泉曝气装置2和增氧曝气装置7连接,为紫外光源42、喷泉曝气装置2和增氧曝气装置7提供电能。当晴天光照强烈时候,太阳能电池组件81为蓄电池82充电,关闭紫外光源42,正常运转喷泉曝气装置2和增氧曝气装置7。当阴雨天气时候,蓄电池82工作,运转喷泉曝气装置2和增氧曝气装置7,并且开启紫外光源42进行强化光催化降解,紫外光源42的紫外灯管功率为250-450W。
本实施例中,参见图4,所述生物浮体1的数目多于4个,形状为正方形,由水生植物11、基质12以及防撞护围13组成;生物浮体1的中心为装有基质12的栽培区域,生物浮体1上方种有水生植物11,对富营养水体中的污染物有强净化能力,所述水生植物11种在栽培区域内,生物浮体1外端设有防撞护围13,所述防撞护围13的材质是泡沫水泥。所述水生植物11的种植密度是15-18株/m2,水生植物11包括芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉中的一种或者多种;所述基质12包括砂石、蒙脱土、海泡石中的一种或者多种。
本实施例中,所述弹性填料6为碳素纤维类材料,起到减缓水流,提供微生物附着载体,对污染物质有吸附降解、过滤沉降的作用,有利于配合曝气增氧装置和强化光催化装置处理受污染水体,弹性填料6长度0.8-1.0m,挂载密度15-18条/m3
本实施例中,所述增氧曝气装置7为圆形橡胶环管,外缘与轻质防腐框架5固定连接,环管表面均匀布置有直径为0.05mm的圆形微孔,提高弹性填料表面微生物和水生植物根系的生长。
本实施例中,所述阻挡板3与水面之间的夹角为45-60°。所述阻挡板3由树脂类材料加工而成,表面呈海绵蓬松状,起到吸收和减缓水冲击、增强喷泉喷出的水的复氧的作用,阻挡喷泉喷出的水直接冲击生物浮体上的水生植物,影响植物生长,并且阻挡板将处理过的水集中到强化光催化装置上方,有利于进一步深度处理。阻挡板3表面涂覆可见光响应光催化剂,优选地可见光响应光催化剂选用g-C3N4/TiO2、BiOBr/TiO2中的一种或两种,可以在自然光条件下光催化降解喷洒到其表面的污水中的有机物、细菌等。
本实施例中,所述非透明防水层41为圆柱中空结构,内部1/3-2/3的高度处设有支撑架411,所述紫外光源42固定于支撑架411上。
本发明的工作过程:
受污染河道水流经本河道净化装置,先经过弹性填料6减缓流速,曝气增氧装置7增加水体中的溶解氧浓度,促进弹性填料6表面的微生物和水生植物11的根系生长,微生物和水生植物对污染物质吸附降解。经过初步处理的水流到河道净化装置的中间部位,喷泉曝气装置2将水扬起,起到物理再次曝气的作用,扬起的水跌落在河道净化装置中间或者阻挡板3上,阻挡板3起到收集水流、防止水流冲击水生植物的作用。阻挡板3表面覆盖可见光催化剂,对其表面形成的水流中的污染物光催化降解。同时因为曝气增氧装置7影响河道净化装置内水体溶解氧浓度,所以设置不透明防水层41下端高于增氧曝气装置7,使水中增氧曝气和喷泉物理曝气在水下和水上同时进行物理充氧,提高曝气效率。本发明的装置由太阳能供电,晴天的时候紫外光源42不工作,阻挡板3上的可见光催化起作用;当阴雨天的时候,可见光催化无法进行,蓄电池82为紫外光源42供电,这时候集中在强化光催化装置4内的水进行紫外光催化。经过光催化的水再流经河道净化装置外侧的弹性填料6流出,再一次起到净化作用。
应用例1
实验河道是以农业面源为主的河道,净化前COD为41 mg/L,氨氮2.1 mg/L,总磷0.5mg/L,采用本装置后COD降至18 mg/L,氨氮降至0.8mg/L,总磷降至0.15mg/L。
应用例2
实验河道是乡镇复合污染河道,净化前COD为62 mg/L,氨氮2.9mg/L,总磷0.52mg/L,采用本装置后COD降至20 mg/L,氨氮降至1.3mg/L,总磷降至0.22mg/L。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种河道净化装置,其特征在于:包括若干生物浮体(1)、喷泉曝气装置(2)、阻挡板(3)、强化光催化装置(4)、轻质防腐框架(5)、弹性填料(6)、增氧曝气装置(7)以及太阳能发电系统(8);所述生物浮体(1)设于河道内,生物浮体(1)位于水面上方的侧壁上固定连接有轻质防腐框架(5),若干生物浮体(1)之间通过轻质防腐框架(5)连接围成环状结构;所述生物浮体(1)下方固定连接多组弹性填料(6),所述弹性填料(6)垂直悬挂,位于水面下方,弹性填料(6)下方设有增氧曝气装置(7),所述增氧曝气装置(7)通过轻质防腐框架(5)与生物浮体(1)的底部相连,用于增加水体中的溶解氧浓度;所述喷泉曝气装置(2)通过轻质防腐框架(5)固定连接在环状结构的中心位置,用于将河道中的水体扬起;所述轻质防腐框架(5)的上方设有阻挡板(3),所述阻挡板(3)以喷泉曝气装置(2)为中心环形分布于轻质防腐框架(5)上,阻挡板(3)的一端与轻质防腐框架(5)固定连接,另一端向生物浮体(1)的方向倾斜,用于将喷泉曝气装置(2)喷出的水收集到装置中间区域;所述轻质防腐框架(5)的下方设有强化光催化装置(4),由非透明防水层(41)和紫外光源(42)组成,所述非透明防水层(41)将紫外光源(42)包围,用于遮蔽紫外光,所述非透明防水层(41)的内表面涂覆紫外光响应光催化剂;非透明防水层(41)上部与轻质防腐框架(5)固定连接,下部的位置高于增氧曝气装置(7)所在的位置;所述非透明防水层(41)上部与下部无遮挡,与外部水体连通;所述太阳能发电系统(8)位于水面上部,由太阳能电池组件(81)和蓄电池(82)组成,所述蓄电池(82)分别与紫外光源(42)、喷泉曝气装置(2)和增氧曝气装置(7)连接,为紫外光源(42)、喷泉曝气装置(2)和增氧曝气装置(7)提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述生物浮体(1)的数目多于4个,形状为正方形,由水生植物(11)、基质(12)以及防撞护围(13)组成;生物浮体(1)的中心为装有基质(12)的栽培区域,生物浮体(1)上方种有水生植物(11),所述水生植物(11)种在栽培区域内,生物浮体(1)外端设有防撞护围(13)。
3.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述弹性填料(6)长度0.8-1.0m,挂载密度15-18条/m3
4.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述增氧曝气装置(7)为圆形橡胶环管,外缘与轻质防腐框架(5)固定连接,环管表面均匀布置有直径为0.05mm的圆形微孔。
5.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述阻挡板(3)与水面之间的夹角为45-60°。
6.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述阻挡板表面呈海绵蓬松状,阻挡板(3)表面涂覆可见光响应光催化剂。
7.根据权利要求1所述的一种河道净化装置,其特征在于:所述非透明防水层(41)为圆柱中空结构,内部1/3-2/3的高度处设有支撑架(411),所述紫外光源(42)固定于支撑架(411)上。
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CN112520813A (zh) * 2020-11-20 2021-03-19 哈尔滨工业大学(深圳) 一种自持型新能源净水智能浮岛

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