申请日2016.09.19
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号C02F3/32; C02F3/34
摘要
本发明公开了一种浮力可调式水处理装置，包括：浮床框架(1)，其内部设有空腔;设置在空腔内的充气部件(2);设置在充气部件(2)上方的基质层(3);基质层(3)中可栽种或播种植物;设置在浮床框架(1)底部的水泵(4);及设置在基质层(3)顶部的布水管(5)，布水管(5)的进水口穿过基质层(3)与水泵(4)连通。该发明水处理装置具有浮体成本低、浮力大且可调的特点，从而可承载比重较大的水处理材料(如沸石、砾石等矿石);可通过充气/放气调节基质层的吃水深度和营造好氧‑缺氧‑厌氧的环境条件,实现分异水处理功能，兼具生态浮床和人工湿地的优势。基于该装置，本发明还提出了一种净水方法。
权利要求书
1.一种浮力可调式水处理装置，其特征在于，包括：
浮床框架(1)，其内部设有空腔;
设置在所述空腔内的充气部件(2);
设置在所述充气部件(2)上方的基质层(3);所述基质层(3)中可栽种或播种植物;
设置在所述浮床框架(1)底部的水泵(4);及
设置在所述基质层(3)顶部的布水管(5)，所述布水管(5)的进水口穿过所述基质层(3)与所述水泵(4)连通。
2.如权利要求1所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述浮床框架(1)具有栅格状的底部结构(11)及垂直设置在所述底部结构(11)边缘的腔体外缘(12)。
3.如权利要求1或2所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述浮床框架(1)采用轻质刚性材料制成，如：竹片、PVC、木条。
4.如权利要求1所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述充气部件(2)具有容纳气体的气腔，所述充气部件(2)设有气阀，用于向所述气腔内充入或排除气体，以调节浮力。
5.如权利要求1所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述基质层(3)外包覆有包装网。
6.如权利要求1或5所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述基质层(3)由棕丝、甘蔗渣、稻草垫、秸秆、木刨花、轻质陶粒、沸石、砾石之一或其任意组合制成。
7.如权利要求1所述的浮力可调式水处理装置，其特征在于，所述布水管(5)上设有至少一个小孔(51)，将所述布水管(5)内的液体喷淋至所述基质层(3)。
8.一种利用如权利要求1所述的浮力可调式水处理装置的净水方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将所述浮力可调式水处理装置置于水中，向所述充气部件(2)内充入气体使所述浮力可调式水处理装置浮于水面;
步骤二;开启所述水泵(4)将水泵入所述布水管(5)内，所述布水管(5)将水喷淋至所述基质层(3);
步骤三：水经过所述基质层(3)的物理过滤、化学吸附和微生物生化得到净化;
步骤四：净化后的水透过所述浮床框架(1)流回水体中。
9.如权利要求8所述的净水方法，其特征在于，当所述基质层(3)的植物生长周期结束时，拔除或收割植物并在所述基质层(3)内重新栽种或播种。
说明书
一种浮力可调式水处理装置及其净水方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种浮力可调式水处理装置的构建方式及其净水方法。
背景技术
随着生态浮床等水体原位治理技术的开发和应用，我国水体富营养化及黑臭问题得到了一定程度的缓解。目前水体的修复技术可以分为物理修复、化学修复和生物修复。生物修复与物理化学修复相比具有设施简单、投资少、易建造、管理方便、美化环境、适用范围广等优点。目前，人工湿地修复和浮床技术是植物修复最常用的技术。生态浮床技术作为有效的、经济的以及符合可持续发展的要求的技术之一，目前已成为水环境综合治理领域的研究和应用热点。
然而生态浮床技术仍然存在制造成本高、水处理效果及其调节功能有限、植物生长面局促且更新困难等问题，尤其是，污水厂尾水以及污染水体的曝气增氧过程中产生的硝酸盐氮过量积存于水体中，这对水环境质量升级和水体富营养化控制形成了很大的制约。现阶段，生态浮床的技术主体为植物。不同植物去除氮、磷的能力已有所研究。事实证明，生态浮床上的植物对水体氮、磷的去除率十分有限，这主要是由于浮床空间有限造成了植物生物量的限制。为了进一步强化生态浮床的净化效果，就需要在浮床的功能和生物量上有所突破。然而现有的具备微生物富集功能的生态浮床技术中，存在一个普遍的缺陷是无法实现基质生物膜好氧、缺氧、厌氧等不同环境条件的分异水处理功能，从而限制了浮床的脱氮能力。另外一个现存的技术缺陷是浮床浮力有限且无法调节，使得浮床复合的水处理功能材料数量有限且结构单一，无法发挥浮床的全面净化功能。
为了克服上述问题，本发明提出了一种浮力可调式水处理装置及其净水方法。本发明的浮力可调式水处理装置除了具备传统浮床依靠植物吸收污染物质的功能外，还复合了水处理功能材料，包括无机滤料和生物膜载体，同时可通过调节该装置的吃水深度，从而灵活调整基质层微生物的环境条件。
发明内容
本发明提出了一种浮力可调式水处理装置，包括：浮床框架，其内部设有空腔;设置在所述空腔内的充气部件;设置在所述充气部件上方的基质层，所述基质层中可栽种或播种植物;设置在所述浮床框架底部的水泵;及设置在所述基质层顶部的布水管，所述布水管的进水口穿过所述基质层与所述水泵连通。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述浮床框架具有栅格状的底部结构及垂直设置在所述底部结构边缘的腔体外缘。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述浮床框架采用轻质刚性材料，如：竹片、PVC、木条。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述充气部件具有容纳气体的气腔，所述充气部件设有气阀，用于向所述气腔内充入或排除气体，以调节浮力。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述基质层外包覆有包装网。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述基质层由棕丝、甘蔗渣、稻草垫、秸秆、木刨花、轻质陶粒、沸石、砾石之一或其任意组合制成。
本发明提出的所述浮力可调式水处理装置中，所述布水管上设有至少一个小孔，将所述布水管内的液体喷淋至所述基质层。
本发明还提出了一种利用如所述浮力可调式水处理装置的净水方法，包括如下步骤：
步骤一：将所述浮力可调式水处理装置置于水中，向所述充气部件内充入气体使所述浮力可调式水处理装置浮于水面;
步骤二;开启所述水泵将水泵入所述布水管内，所述布水管将水喷淋至所述基质层;
步骤三：水经过所述基质层的物理过滤、化学吸附和微生物生化得到净化;
步骤四：净化后的水透过所述浮床框架流回水体中。
本发明提出的所述净水方法中，当所述基质层的植物生长周期结束时，拔除或收割植物并在所述基质层内重新栽种或播种。
本发明的实质性特征及进步之处为：
(1)浮体浮力大，可承载比重较大的水处理材料
本发明水处理装置采用带气门芯的充气盘管作为主要浮体，采用密度较小的竹片及竹竿构成的浮床框架作为辅助浮体。经测算，单位面积充气盘管满气时的浮力是传统板式浮床的3～5倍，这为本发明水处理装置承载比重较大的水处理材料(如沸石、砾石等矿石)提供了有力保障，从而使得本发明水处理装置相比其它浮床具有更强的吸氨除磷能力。
其次，基于本发明水处理装置能够承载更重的基质层，基质层生物膜载体的表面积和富集的微生物的量相比其它浮床也就更大，净化能力也就更强。
另外，上述基质层的水处理材料可根据净化目标实现优化组合。采用具有释碳功能的有机基质如甘蔗渣、稻草垫、秸秆、木刨花等，可强化基质层微生物的脱氮功能;采用挂膜能力强、比表面积大的基质材料如棕丝、弹性填料、纱网等，可提高基质微生物的富集量;采用具有吸氨除磷功能的无机材料如陶粒、沸石、砾石等，可强化基质层的吸附、吸氨、除磷能力;包括采用具有其它功能和特性的水处理材料，均能实现水处理功能的强化。
(2)浮力可调节，可根据水质特点及净化目标灵活调控基质层微生物的环境条件
本发明水处理装置可通过调节充气盘管的气量实现基质层处于不同的吃水深度，从而灵活调整基质层微生物的环境条件(好氧、缺氧或厌氧环境)。
当基质层处于深度吃水时：为全淹没式浮床，基质层微生物以缺氧和厌氧环境为主，浮床具备强化脱氮功能。
当基质层处于浅度吃水时：为旱式浮床，基质层微生物以好氧环境为主，浮床具备强化去碳及硝化功能。
当基质层处于中度吃水时：浮床兼具上述两种情形的特点和优势。
综上，本发明水处理装置可根据水质特点及净化目标(如针对黑臭水体或富营养化水体，针对氨氮污染为主还是硝氮污染为主，针对水体不同碳/氮/磷的比值)，灵活调控基质层微生物的环境条件，从而达到预期水处理功效。譬如：针对氨氮污染为主的水质，适宜将水处理装置浮力增大，使基质层处于浅度吃水，从而有利于微生物的硝化作用;针对易降解有机物污染为主的水质，适宜将水处理装置浮力增大，使基质层处于浅度吃水，从而有利于微生物的好氧降解有机物作用;针对硝态氮污染为主的水质，适宜将水处理装置浮力降低，使基质层处于深度吃水，从而有利于微生物的反硝化作用;针对难降解有机物污染的水质，适宜将水处理装置浮力降低，使基质层处于深度吃水，从而有利于微生物的缺氧降解有机物作用。
(3)兼具生态浮床和人工湿地的功能
生态浮床利用植物及其根系的吸收、微生物的降解作用实现水体的原位净化，人工湿地则通过水体在湿地中的循环，实现污水的物理过滤、吸附、微生物降解及植物吸收等综合净化作用。本发明水处理装置即具备常规生态浮床的净化机制，又具备竖流式人工湿地的功能，增强净化效果的同时也强化了水体的循环与交换。
(4)成本低廉、便于维护
相比传统浮床制作材料如PVC管、塑料泡沫板等，本发明所述水处理装置的制作材料如，竹片、竹竿、麻绳、塑料软管、基质等更为廉价易得。本发明水处理装置采用在基质层上播洒种子或栽种幼苗的种植方式，相比传统板式浮床用海绵、花盆等物品固定植物于预设栽种孔的方式，前者更简单易行;收获植物时，只需将基质层上的植物收割或将充气盘管间隙的植物拨除，维护方便。