懸浮式組合生態濾床的製作方法

2023-07-12 02:15:26

專利名稱：懸浮式組合生態濾床的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於富營養化水體修復的懸浮式組合生態濾床，屬於汙水淨化技術領域。
背景技術：
生態濾床是一種在垂直流人工溼地基礎上發展起來的水體修復技術，因其有機集成了過濾、吸附和系統中植物、動物和微生物的降解功能等多種淨化機制，修復效果快速而穩定，低溫季節仍可保持較好的運行效果。該技術的主要缺陷在於①運行期濾料易堵塞板結，需頻繁衝洗或更換濾料，運行維護成本較高；②佔地面積較大，土建工程施工期較長，在土地資源相對緊張的城市應用受到極大的限制。專利200620065822. 9公布了一種用於水體淨化的可移動式生態濾床，該裝置通過將生物介質濾料裝填入一個上端開口的外容器而實現位置移動，增加了使用的靈活性，但其結構設計存在缺陷，濾料的堵塞板結問題也未解決。相比之下，利用水面空間種植淨水植物的生態浮床技術，因具有實施方便、運行成本低、移除難度小且無不良生態擾動等優勢，得到了較為廣泛的應用。該技術的不足之處在於受植物生長周期所限，水體修復效果顯現較慢，且受季節因素影響較大，難以實現對富營養化水體的持續高效修復。除此之外，受種植方式和生長環境所限，生態浮床和生態濾床技術中的淨水植物多以喜水性觀賞植物為主，難以實現較高的經濟附加值，移除後多以固體廢棄物處置，未能實現富營養化水體的資源化利用。

發明內容
本發明的目的在於通過對生態濾床與生態浮床技術的集成與提升，提供一種懸浮式組合生態濾床，既可高效修復富營養化水體，又便於實施操作，低成本投入，低費用運行，並可實現富營養化水體的資源化利用。本發明的技術解決方案是該組合生態濾床以升降式浮籃為基本單元，升降式浮籃內填充懸浮雙濾層，浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構成懸浮濾床。其中，懸浮雙濾層由粉煤灰漂珠層和凹土基超輕濾料層構成，粉煤灰漂珠層位於凹土基超輕濾料層的上方。其中，凹土基超輕濾料為根據專利ZL2007101337M. 3製備的比重0. 6-0. 9的可懸浮複合濾料，粒徑大小為6-10mm ；或其它兼具吸附性和生物友好性的懸浮濾料亦可採用。其中，升降式浮籃由籃筐體、浮圈、承託網和高度調節組件構成，籃筐體四周封閉而筐底為篩網，浮圈經高度調節組件套接在籃筐體的外側，承託網連接在籃筐體的內壁，位於籃筐體敞口端下方約IOOmm處。其中，布水器由輸水管、霧化布水噴頭和潛水泵組成，輸水管的底端連接潛水泵， 輸水管的支管上安裝霧化布水噴頭。
其中，霧化布水噴頭為流量可調折射式噴頭，具有平霧效果，可在整個覆蓋面積內均勻落水；或其它具有同等功能的布水裝置亦可採用。其中，在漂珠層表面鋪設種植網。安裝時，以升降式浮籃為基本單元，若干浮籃通過連接繩彼此連接，浮於待修復水體中，浮籃內填充粉煤灰漂珠和凹土基超輕濾料，形成懸浮雙濾層，在浮籃連接的間隙安裝布水器，整體形成懸浮式組合生態濾床。使用時，在漂珠層表面鋪設種植網，將淨化植物種子直接播撒在種植網上，輕拍壓實；芽苗出齊後啟動布水器，原水經霧化布水噴頭灑入空氣中，形成的氣水混合液經懸浮雙濾層過濾後，從浮籃的篩網底部進入水體；植物生長周期結束時，通過高度調節組件提升籃筐高度，植物主體根部隨承託網一起脫離水體，通過布水器將其攜帶的粉煤灰漂珠衝洗落回浮籃，植物則通過種植網整片移除，進入下一輪種植。該生態濾床的淨化機理包括
(1)濾料吸附；凹土基超輕濾料具有高效的吸附能力，可快速吸附水體中氮磷等汙染物。(2)懸浮雙濾層的截留過濾；汙水至上而下流經雙濾層時，水中的懸浮顆粒物及其附著汙染物即被濾料層截留過濾。(3)布水增氧；汙水經霧化布水噴頭灑入空氣中，形成大量的小液滴或膜狀水，以氣水混合液的形式滴落，伴隨著過濾過程，水體中的溶解氧不斷得到補充。(4)生物掛膜；凹土基超輕濾料為生物友好性濾料，易於生物掛膜，雙濾層中富集的汙染物及布水增氧均為生物掛膜創造了良好的條件，通過實施間歇式布水，還可在水體中形成好氧、缺氧和厭氧環境的交替，進一步增強脫氮除磷效果。(5)植物吸收；懸浮雙濾層上部的粉煤灰漂珠層性狀類似於含水飽和的沙土，將淨化植物的種子直接播撒在粉煤灰漂珠層上，可快速發芽成苗；植物一方面利用根系從雙濾層中獲取生長所需的氮磷等營養物質，另一方通過莖葉在布水過程中直接吸收汙水中的營養物質。濾床中的懸浮雙濾層通過吸附和過濾富集了大量的氮磷等汙染物，為植物的生長及微生物的繁殖提供了充足的營養源，而植物和微生物對汙染物的消耗又使得濾料吸附能力得以再生，布水增氧提高了生物掛膜的效率，並利於植物根系的發育，各種淨水機制的協同運作使生態濾床呈現出持續的高效修復能力。與現有的生態濾床技術相比，本發明還具有以下顯著優勢
(1)實施成本低；整個裝置懸浮於水面，不佔用土地、不佔用水體空間，無需土建工程施工，裝置結構簡單，組裝靈活方便，易於管理維護。(2)無濾料堵塞問題；濾料掛膜成功後，比重增加，濾料層發生膨脹，堆積結構變鬆散，可使老化的生物膜順利脫落排除，從而有效解決了生態濾床的堵塞阻水問題；此外，通過布水強度的調節也可實現懸浮濾料層膨脹程度的改變，進而改善水力條件。(3)適用於經濟作物的規模化種植；播種的種植方式相較於移栽而言可使植物具有更為發達的根系，植物品種的可選範圍也更加廣泛，適宜開發規模化經濟種植。種植經濟作物不但產生了經濟附加值，也從根本上解決了淨水植物的後期處理難題。


圖1為本發明的懸浮式組合生態濾床構造示意圖。圖2為圖1的升降式浮籃結構示意圖。圖3為圖2的俯視圖。圖中1籃筐體，2浮圈，3高度調節組件，4承託網，5篩網，6粉煤灰漂珠層，7凹土基超輕濾料層，8種植網，9輸水管，10霧化布水噴頭，11潛水泵，12淨化植物，13連接繩。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述，不能理解為是對本發明的限制。如圖1所示，該組合生態濾床以升降式浮籃為基本單元，浮籃內填充懸浮雙濾層， 浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構成懸浮濾床。如圖2、3所示，其中，升降式浮籃由籃筐體1、浮圈2、承託網4和高度調節組件3 構成，籃筐體1四周封閉而筐底為篩網5，浮圈2經高度調節組件3套接在籃筐體1的外側， 承託網4連接在籃筐體1的內壁位於籃筐體敞口端下方。其中，承託網4連接在籃筐體1的內壁位於籃筐體敞口端下方IOOmm處。其中，布水器由輸水管9、霧化布水噴頭10和潛水泵11組成，輸水管9的底端連接潛水泵11，輸水管9的支管上安裝霧化布水噴頭10。其中，懸浮雙濾層由粉煤灰漂珠層6和凹土基超輕濾料層7構成，粉煤灰漂珠層6 位於凹土基超輕濾料層7的上方。其中，粉煤灰漂珠層6表面鋪設種植網8。其中，凹土基超輕濾料為根據專利ZL2007101337M. 3製備的比重0. 6-0. 9的可懸浮複合濾料，粒徑大小為6-10mm ；或其它兼具吸附性和生物友好性的懸浮濾料亦可採用。如圖1所示，安裝時，若干浮籃通過連接繩13彼此連接，浮於待修復水體中，浮籃內填充粉煤灰漂珠6和凹土基超輕濾料7形成懸浮雙濾層，在浮籃連接的間隙安裝布水器， 整體形成懸浮式組合生態濾床。使用時，在漂珠層6表面鋪設種植網8，將淨化植物12的種子直接播撒在種植網 8上，輕拍壓實；芽苗出齊後啟動布水器，汙水流經懸浮雙濾層後從浮籃的篩網底部進入水體；植物生長周期結束時，通過高度調節組件3提升籃筐體1高度，植物主體根部隨承託網 4 一起脫離水體，通過布水器將其攜帶的粉煤灰漂珠衝洗落回浮籃，植物則通過植網整片移除，進入下一輪種植。實施例1
選取某校園景觀水廊作為待修復水體，該水體總面積400 m2，水深約2m，，水體渾濁，呈濃綠色，夏季藻類大量繁殖，伴有腥臭味，湖水水質C0D為20. 34 mg/L, TN為6. 367 mg/L, TP 為 0. 543 mg/L，氨氮為 1. 548mg/L, DO 為 1. 22 mg/L，透明度為 0. 23m。將52隻尺寸為550X400X 300mm的浮籃置於水面，連接成2列，中間布置輸水管和13個微型霧化布水噴頭，每個噴頭布水直徑為1. 2m,浮籃內粉煤灰漂珠層厚為50mm，凹土基超輕濾料層厚度為200mm，種植植物選用美國四季青草，播種密度為lg/m2。播種5日後，草苗出齊，進行間歇式布水操作，每日布水他，靜置18h ；初始布水量為70 ml/s，逐日增加，10日達到200ml/s ；布水操作實施3日後，水體的渾濁度明顯改善，但仍可聞到腥臭味；浮籃投放後15日，水體由濃綠色逐漸轉變為黃綠色，腥臭味得到明顯改善，透明度達到0.8m，池中魚兒穿梭清晰可見。30日時，水環境質量顯著提高，水面藻類基本消失，水體呈現令人愉悅的清綠，水質指標為=COD為5. 12 mg/L，TN為0. 93 mg/L, TP為 0.034 mg/L，氨氮為0. 117mg/L，透明度為1. 8m。此時，草高度達到疒9cm，可進行收穫移植， 由於其根系發達且相互盤結，可整片從水中取出，極為方便；將取出的草皮平鋪於待綠化地表，保持10天的溼潤狀態，根系深入土壤，草坪移植成功。此次共收穫11. 4m2草皮。實施例2:
選取城市某一半封閉河道作為待修復水體，該河道原為兩側居民生活汙水的受納水體，實施環境整治後，汙水通過截汙導流工程送至汙水處理廠集中處理後排放，該河道的水域功能轉變為景觀河道；多雨季節依靠降水補充蒸發和下滲的水量，少雨乾旱季節，則通過定期補充汙水保證正常的水位，一般補水周期為15天左右；某次補水後第2天，取樣進行水質測定，其水質指標為=COD為110. 42 mg/L，TN*四.859mg/L, TP為6. 543 mg/L，溶解氧含量為0. 786 mg/L，透明度為0. 15m。在水質指標測定的當日，沿河道兩側布設生態浮籃，每側兩列，每列長度100m，浮籃間通過浮圈彼此連接，在兩列之間布設輸水管線，管線上每隔細設置一個霧化布水噴頭，噴頭的布水直徑為2m，浮籃尺寸為550X400X400mm，浮籃內粉煤灰漂珠層厚為20mm， 凹土基超輕濾料層厚度為250mm，種植植物選用605青菜籽，播種密度為0. 2g/m2。播種5日後，青菜苗高度2 3cm，進行間歇式布水操作，初始布水量為50ml/s，逐日增加，至15日時增加至最大布水量150 ml/s;每日連續布水4h，靜置20h;浮籃投放15日後，水體由原來的黑綠色變為青綠色，透明度顯著增加，水體異味基本消除，測定其水質指標為COD 為 52. 23mg/L, TN 為 10. 452mg/L, TP 為 2. 781mg/L，透明度 0. 8m ；青菜葉已長至6片，肥厚濃綠，長勢良好。16日實施第二輪補水，此次採用間接補水方式，將與輸水管線相連的潛水泵置於汙水池中，使汙水首先通過濾床過濾後再進入河道；布水參數保持不變，用時3天時間將400m3汙水輸入河道；補水完成時，測定其水質指標分別為C0D為69. 76mg/L, TN為 12. 452mg/L, TP為4. 781mg/L，水體的感官性狀未見明顯改變。第二輪補水後15日測定的水質指標為:C0D 為 20. 09mg/L, TN 為 3. 548mg/L, TP 為 0. 702mg/L，透明度為 1. 2m ；此時青菜已有8 10片葉，可以進行採收，此次共收穫青菜MOkg。
權利要求
1.懸浮式組合生態濾床，其特徵在於該組合生態濾床以浮籃為基本單元，浮籃內填充懸浮雙濾層，浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構成懸浮濾床。
2.根據權利要求1所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，懸浮雙濾層由粉煤灰漂珠層(6 )和凹土基超輕濾料層(7 )構成，粉煤灰漂珠層(6 )位於凹土基超輕濾料層(7 ) 的上方。
3.根據權利要求2所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，凹土基超輕濾料為根據專利ZL2007101337M. 3製備的比重0. 6-0. 9的可懸浮複合濾料，粒徑大小為6_10mm， 具有高效的吸附性能並易於生物掛膜；或其它兼具吸附性和生物友好性的懸浮濾料亦可採用。
4.根據權利要求1所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，浮籃由籃筐體(1)、 浮圈(2)和承託網(4)組成，籃筐體(1)四周封閉而筐底為篩網(5)，浮圈(2)套接在籃筐體 (1)的外側，承託網(4)連接在籃筐體(1)的內壁，位於籃筐體敞口端下方。
5.根據權利要求4所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，浮圈(2)經高度調節組件(3)套接在籃筐體(1)的外側，組成升降式浮籃。
6.根據權利要求4所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，承託網(4)連接在籃筐體(1)的內壁，位於籃筐體敞口端下方約IOOmm處。
7.根據權利要求1所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，布水器由輸水管 (9)、霧化布水噴頭(10)和潛水泵(11)組成，輸水管(9)的底端連接潛水泵(11)，輸水管(9) 的支管上安裝霧化布水噴頭(10)。
8.根據權利要求7所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，霧化布水噴頭為流量可調折射式噴頭，具有平霧效果，可在整個覆蓋面積內均勻落水；或其它具有同等功能的布水裝置亦可採用。
9.根據權利要求2所述的懸浮式組合生態濾床，其特徵在於其中，在漂珠層(6)表面鋪設種植網(8)。
全文摘要
本發明公開一種懸浮式組合生態濾床，該組合生態濾床以升降式浮籃為基本單元，浮籃內填充懸浮雙濾層，浮籃連接的間隙安裝布水器，整體構成懸浮濾床。使用時，若干浮籃彼此連接，浮於待修復水體中。懸浮雙濾層作為生態濾床的核心功能區，有機集成了植物吸收、濾料吸附、過濾及生物掛膜等多種淨化機制，可實現富營養化水體的高效修復。本發明具有結構簡單、組裝方便、植物種植易於操作、且無濾料堵塞等優勢，特別適用於依靠單一技術手段難以奏效的重度富營養化水體的修復。
文檔編號C02F3/30GK102276066SQ20111017661
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者劉雪梅, 康志軍, 杜衛剛, 許晨紅, 馬喜君 申請人:淮陰工學院