CN219526401U - 一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，包括：若干间隔铺设在治理水体的水面上的光催化网；漂浮在治理水体的水面上的光电催化设备；设置在治理水体内的混合造流设备；放置在治理水体的岸边处且与所述混合造流设备连接的太阳能发电储能装置；若干间隔布置在治理水体的水底上的着生藻类网体；种植在治理水体的水底上的沉水植物；以及若干间隔密布在治理水体的外围水体内的生物介质。本实用新型采用水面上中下三层面的净化措施，全方位覆盖治理水体，提高城市微小水体治理效率，适用于城市微小水体的水质提标改造。

Description

一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统

技术领域

本实用新型涉及环境生态技术领域，尤其涉及一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统。

背景技术

目前，城市微小水体的治理措施包括水生植物净化、增氧设备、生物介质净化等措施，此类措施技术成熟且应用较广，可有效地解决城市微小水体的水质恶化问题。但在措施应用过程中，由于缺乏系统性设计，各类措施不能有效地发挥作用，往往存在单项投入偏多、功能不全的问题。水生植物对水体污染物耐受阈值低，城市水体受面源污染较为严重，径流带入的污染物超过水生植物阈值时，即对水生植物造成不可逆损坏。

目前应用于城市微小水体增氧的设备类型主要有穿孔管曝气增氧设备、景观喷泉增氧设备、推流增氧设备等，该类设备均需要外接电源，需要持续投入用电及设备维护费等用。城市微小水体常用的生物介质包括组合填料、辩带锁绳填料、弹性填料等，这些生物填料在河道内水质净化过程中能有效地吸附悬浮颗粒，并能为微生物提供繁殖场所，在净化过程中能发挥出较大的贡献作用。但在治理过程当中，这些生物填料表面极容易吸附饱和而失效。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种提高城市微小水体治理效率、解决微污染水体的水质指标问题、降低运营维护成本的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统。

本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，包括：

若干间隔铺设在治理水体的水面上的光催化网；

漂浮在治理水体的水面上的光电催化设备；

设置在治理水体内的混合造流设备；

放置在治理水体的岸边处且与所述混合造流设备连接的太阳能发电储能装置；

若干间隔布置在治理水体的水底上的着生藻类网体；

种植在治理水体的水底上的沉水植物；以及

若干间隔密布在治理水体的外围水体内的生物介质。

在本实用新型的一个优选实施例中，每一光催化网为表面负载有黑色氧化钛和三维石墨烯的纤维网。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述光催化网的尺寸为长100cm*宽60cm*高2cm，所述催化网的四角采用直径5～10mm的尼龙绳进行牵拉固定，相邻的两个光催化网之间的间距为30～40cm，所述光催化网的固定锚点预留50～100cm，若干光催化网沿治理水体的岸边进行间隔布置，每一光催化网的固定位置与治理水体的岸边之间的间距为20～40cm。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述光电催化设备包括漂浮在治理水体的水面上的浮艇以及安装在所述浮艇上的纳米光电催化材料。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述纳米光电催化材料采用其表面负载有黑色氧化钛和三维石墨烯的纤维网。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述混合造流设备为直流电驱动的水体造流设备，其布置在治理水体的中心位置。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述太阳能发电储能装置包括：

若干通过太阳能板支架沿岸间隔布置的太阳能板；以及

放置在治理水体的岸边处且与每一太阳能板连接的太阳能储能模组。

在本实用新型的一个优选实施例中，每一太阳能板的受光面斜度为45～60度；所述太阳能板支架的高度为50～80cm；所述太阳能储能模组为高性能锂离子电池。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述着生藻类网体包括附着基网体以及培养在所述附着基网体上的土著藻类。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述附着基网体为聚乙烯纤维网，所述土著藻类为附着硅藻、丝状绿藻中的一种或两种组合。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述着生藻类网体与沉水植物之间为间隔交错布置。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述沉水植物为苦草、刺苦草、马来眼子菜、金鱼藻或者水盾草中的一种或多种组合。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述生物介质为浸没式悬挂型生物载体填料，所述生物介质的长度为40～100cm。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括漂浮在治理水体的水面上且与所述太阳能发电储能装置连接的用于监控水体溶解氧的溶氧仪。

由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用水面上中下三层面的净化措施，全方位覆盖治理水体，提高城市微小水体治理效率，适用于城市微小水体的水质提标改造。本实用新型采用光催化网、光催化设备等光能驱动的设施与材料，不消耗电能降低运维费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的断面安装示意图。

图2是本实用新型的平面安装示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1和图2，图中给出的是一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，包括若干光催化网100、光电催化设备200、混合造流设备300、太阳能发电储能装置400、若干着生藻类网体500、沉水植物600以及若干生物介质700。

若干光催化网100间隔铺设在治理水体的水面上，其利用太阳能驱动催化剂催化氧化水体营养盐。每一光催化网100为表面负载有黑色氧化钛和三维石墨烯的纤维网。光催化网100的尺寸为长100cm*宽60cm*高2cm，其四角采用直径5～10mm的尼龙绳进行牵拉固定。相邻的两个光催化网100之间的间距为30～40cm。光催化网100的固定锚点预留50～100cm，以适应潮位波动，避免水位上涨或下降造成绳索断裂。若干光催化网沿治理水体的岸边进行间隔布置，每一光催化网100的固定位置与治理水体的岸边之间的间距为20～40cm，便于对光催化网100进行清理及维护。

光电催化设备200漂浮在治理水体的水面上。具体地，光电催化设备200包括漂浮在治理水体的水面上的浮艇210以及安装在浮艇210上的纳米光电催化材料220，纳米光电催化材料220通过电化学作用与水体反应后形成高活性氧和羟基自由基等，从而将水体内的有机物氧化分解成二氧化碳，将氨氮氧化分解为氮气。同时，纳米光电催化材料220搭载在漂浮的浮艇210上，可进行流动式净化处理水体，提高水体净化效果。在本实施例中，纳米光电催化材料220采用其表面负载黑色氧化钛和三维石墨烯的纤维网。

混合造流设备300设置在治理水体内，其用于水体增氧造流，提高局部水动力，形成局部内循环，同时打通水体温跃层，抑制蓝藻，改善水质。在本实施例中，混合造流设备300为直流电驱动的水体造流设备，其布置在治理水体的中心位置。

太阳能发电储能装置400放置在治理水体的岸边处且与混合造流设备300连接，其用于将太阳能转化为电能并存储。具体地，太阳能发电储能装置400包括若干太阳能板410以及太阳能储能模组420。若干太阳能板410通过太阳能板支架411沿岸间隔布置，每一太阳能板410的受光面斜度为45～60度，太阳能板支架411的高度为50～80cm；依据各地日照情况确定太阳能板410的受光面斜度和太阳能板支架411的高度。太阳能储能模组420放置在治理水体的岸边处且与每一太阳能板410连接，太阳能储能模组420为高性能锂离子电池，其外形尺寸为长100cm*宽50cm*高50cm。太阳能发电储能装置400布置于采光良好的区域，太阳能板410产生的电能通过电缆存储至太阳能储能模组420内，并通过电缆421将电能输送至混合造流设备300。

若干着生藻类网体500若干间隔布置在治理水体的水底上，其用于吸收水体营养盐净化水质。着生藻类网体500包括附着基网体以及培养在附着基网体上的土著藻类。其中，附着基网体为聚乙烯纤维网，其尺寸为长100cm*宽60cm*高10cm；土著藻类为附着硅藻、丝状绿藻中的一种或两种组合。

沉水植物600种植在治理水体的水底上，其用于吸收同化水体中的营养盐。其中，沉水植物600与着生藻类网体500之间为间隔交错布置。在本实施例中，沉水植物可采用苦草、刺苦草、马来眼子菜、金鱼藻、水盾草中的一种或者多种组合。

若干生物介质700间隔密布在治理水体的外围水体内，其用于附着结构复杂的微生物共生体，生物膜可吸附和降解水体中的各种污染物。生物介质700采用浸没式悬挂型生物载体填料，其长度为40～100cm，其底部采用铅坠固定，并依靠浮力悬于水体内。

本实用新型的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统还包括溶氧仪800，溶氧仪800漂浮在治理水体的水面上且与太阳能发电储能装置400连接，其用于监控水体溶解氧，并将采集到的溶解氧信号发送至太阳能发电储能装置400，太阳能发电储能装置400根据接收到的溶解氧信号为混合造流设备300供电，这样有效地节省电能。

本实用新型的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统的工作原理如下：

生物介质700置于治理水体的外围，对城市地表径流进行强化处理，当混合造流设备300开启时，局部区域水体流动性加大，可加快介质表面生物膜水质净化作用，同时在水流经过时，老化的生物膜及挂脏可从生物介质中剥离脱落。有机污染物经过光催化网100催化氧化转变为无机营养盐，沉水植物600吸收营养盐，将氮磷物质同化，通过收割沉水植物的方式将水体中的营养盐去除。混合造流设备300置于治理水体的中心位置，通过太阳能发电储能装置400供电驱动混合造流设备300运行，混合造流设备300内部形成向上水流，带动区域内形成局部水循环，打破水体温跃层，将顶部光催化后的无机营养盐带入底部沉水植物种植区，将底部有机污染物带至顶部光催化网100净化区，加快水体净化。

下面给出了本实用新型的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统的一个具体应用实施例：

选取上海市浦东新区某条河道，该河道年平均为III类水：进水悬浮物浓度波动较大，悬浮物SS范围：40-140mg/L，平均浓度84.42mg/L，CODcr范围：12.56-59.04mg/L，氨氮范围：0.017-0.6mg/L，TP范围：0.002-0.13mg/L。

该河道全河段采用该方法进行治理，停留时间8.9d，运行一年左右，水质改善明显，出水指标为：悬浮物SS22.67mg/L；CODCr13.25mg/L，氨氮0.07mg/L；TP0.01mg/L。悬浮物SS去除率66.00％；CODCr去除率42.51％，氨氮去除率73.51％，总磷去除率59.35％。由此可见，净化效果显著。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，包括：

若干间隔铺设在治理水体的水面上的光催化网；

漂浮在治理水体的水面上的光电催化设备；

设置在治理水体内的混合造流设备；

放置在治理水体的岸边处且与所述混合造流设备连接的太阳能发电储能装置；

若干间隔布置在治理水体的水底上的着生藻类网体；

种植在治理水体的水底上的沉水植物；以及

若干间隔密布在治理水体的外围水体内的生物介质。

2.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述光催化网的尺寸为长100cm*宽60cm*高2cm，所述催化网的四角采用直径5～10mm的尼龙绳进行牵拉固定，相邻的两个光催化网之间的间距为30～40cm，所述光催化网的固定锚点预留50～100cm，若干光催化网沿治理水体的岸边进行间隔布置，每一光催化网的固定位置与治理水体的岸边之间的间距为20～40cm。

3.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述光电催化设备包括漂浮在治理水体的水面上的浮艇以及安装在所述浮艇上的纳米光电催化材料。

4.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述混合造流设备为直流电驱动的水体造流设备，其布置在治理水体的中心位置。

5.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述太阳能发电储能装置包括：

若干通过太阳能板支架沿岸间隔布置的太阳能板；以及

放置在治理水体的岸边处且与每一太阳能板连接的太阳能储能模组。

6.如权利要求5所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，每一太阳能板的受光面斜度为45～60度；所述太阳能板支架的高度为50～80cm；所述太阳能储能模组为高性能锂离子电池。

7.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述着生藻类网体包括附着基网体以及培养在所述附着基网体上的土著藻类。

8.如权利要求7所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述附着基网体为聚乙烯纤维网，所述土著藻类为附着硅藻或者丝状绿藻。

9.如权利要求7所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述着生藻类网体与沉水植物之间为间隔交错布置。

10.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述沉水植物为苦草、刺苦草、马来眼子菜、金鱼藻或者水盾草中的一种或多种组合。

11.如权利要求1所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，所述生物介质为浸没式悬挂型生物载体填料，所述生物介质的长度为40～100cm。

12.如权利要求1至11中任一项所述的利用自然光驱动的城市微小水体净化系统，其特征在于，还包括漂浮在治理水体的水面上且与所述太阳能发电储能装置连接的用于监控水体溶解氧的溶氧仪。