帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元和島的製作方法
2023-05-07 10:06:11
專利名稱：帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元和島的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元。本發明還涉及通過若干單元組 合形成的島。
背景技術：
本發明涉及生產浮動島，該浮動島作為自然生態系統在水表面上工作。申請人並 不知道與本發明有關的在先知識。
發明內容
相比於基於水生植物的其它處理技術，浮動島最大程度地利用浮動水生植物過濾 器(FMF)的其中一個顯著優勢，因為水生植物的浮力允許浮動表面積並且在翹曲是耐磨損 (加固的內部)並且耐用的(隨著時間不會退化)時，結果證明在多年內是穩定的。考慮到所述織物(根和根莖)連續地自我置換和更新，這使得形成島的植物塊體保 持漂浮並且存活，就像它們生長在自然地面上那樣。本發明還涉及通過形成與外部水隔離的浮動水生植物島/池塘來處理由銨、硝 酸鹽、有機物、重金屬或其它汙染物汙染的廣闊水域的工藝。來自於富含銨並且缺氧(低 氧O2含量)的冷底部(深水層)的水可被取用以將水傳輸到池塘中，從而由浮動水生植物的 根系分配，這提供必要的氧以產生硝化並且之後將水回引到發生去硝化的缺氧區域，降低 (reduction)BOD (生物氧需要量);降低COD (化學氧需要量);降低重金屬和其它汙染物質。還可從表面層(溫水層)取用水，以將硝化水輸送到底部以便對其進行脫氮作用。該島/池塘可具有在上述水位上方的特別製備的表面，其允許在水生植物、避難 所、歇靠位置/苗圃之間培養受保護和裝飾性的植物物種，用於需要築巢和繁殖的水生動 物以及鳥類。本發明的一個方面涉及帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其能夠安裝到包含 要過濾的流體容積的腔中。所述單元包括
在島的外圍與中心之間帶有浮動水生植物過濾器的層，其能夠過濾流動濾液； 支撐裝置，其包括
外圍結構化裝置，其包括能夠限定周界的多個外圍主梁； 內部結構化裝置，其包括能夠限定框架的多個徑向主梁和內部主梁； 限定中心腔的中心節點，該中心腔包括多個中心連接裝置，其可將中心節點與徑向主 梁的第一端部區段連接；
外圍連接裝置，其能夠在每端處將外圍主梁連接在一起以及將外圍主梁在一端與徑向 主梁的第二端部區段連接；
內部連接裝置，其能夠在每端處將內部主梁連接、將內部主梁在一端與外圍主梁在中 間點處連接、以及將內部主梁在一端與徑向主梁在中間點處連接； 浮動裝置，其包括中心浮動裝置，其包括被封閉在中心腔內部的多個中心浮動件； 外圍浮動裝置，其包括連接到外圍主梁的多個外圍浮動件。浮動單元還可包括
容納裝置，以限制位於單元下面的流體容積，其包括
連接到外圍主梁的防水片材；
入口裝置，其能夠接收流入物，即要過濾的流體流；
出口裝置，其能夠排放流出物，即過濾後的流體流；
入口管道裝置，其連接到入口裝置以引導流入物到防水片材內部；
出口管道裝置，其連接到出口裝置以引導流出物到防水片材外部；
排出裝置，以驅動流入物、流動濾液和流出物；
出口管道裝置能夠將流出物引導到腔中的深水平。入口管道裝置能夠將流入物引導到在腔的深水平與腔的表面水平之間的選定水 平。排出裝置可位於外圍連接裝置處。外圍浮動件可以是在兩端密封的聚乙烯管件。中心浮動件可以是在兩端密封的鼓。浮動單元還包括用於將單元錨定到固定點的錨定裝置。浮動單元還包括接入裝置，其限定用於將周界連接到中心的通路。本發明的另一方面涉及一種島，其可包括帶有浮動水生植物過濾器的多個浮動單 元。該島可包括連接裝置，其通過外圍連接裝置一個單元連接到另一個相鄰單元。
在下文中非常簡要地描述一組附圖，該組附圖有助於更好地理解本發明並且特別 地涉及作為本發明非限制性示例示出的所述發明的實施例。圖1是本發明的單元的平面圖。圖2是本發明的單元的截面。
具體實施例方式蓄水的表現被分層成三層或者非常穩定，水的不同區域可以如下方式總結
1.具有氧(由於大氣交換以及浮遊植物的光合活性)的較溫第一層或表面水平(溫水
層)；
2.過渡中間層(變溫層)；
3.較低層或深、冷、以及缺氧(深水層)水平，在那裡，減少的物種(例如銨，NH4+的情形) 佔優勢。這些層不會混合併且保持獨立。正常情形允許採用在進水口所位於的貯存器底部處的15 mg/1的銨，NH4+作為初 始數據。·在深水層中的濃度為15 mg/1的NH4+ (貯存器底部)。·流率10 1/s。
5
·每天輸入到島中的水容積，86.4 m3/天。·水生植物的硝化能力120 g/m2/天。 島內根系所達到的深度，0.7 m。·對於該濃度，需要108 m2的流量。·島內所包含水的容積，108 * 0.7 = 75. 6 m3。·停留時間75. 6/86. 4 = 0. 875天；池塘中的保留時間取決於此而可變化，泵流 量和後者取決於汙染物的類型和希望從其消除的百分比。 它將僅取決於泵排出能力。 水溫度15°C。在下文列出一些設計規格。為了實現移除氨氮(amoniacal nitrogen)化物的前提，使用具有厚度等於1 mm、 柔性並且易於處理的聚乙烯(PE)片材，以將貯存器水中的根莖系隔離並且僅底部水傳送到 FMF。在需要的情況下，防水片材可由空氣或產品充氣，從而使得其用作充氣墊。如果有必要使用土工織物(geo-textile)來加固防水片材，防水片材將被緊固到 夾緊螺母並且它們被緊固到島的外周邊支撐件和/或島柵格的單元結構，使得片材被加固 在單元柵格內(如果必要的話)，以將組件的動態需求傳輸給抵抗結構。防水片材定位或延伸到島/池塘的抵抗支撐結構下面，使得其形成池塘容器 (catchall)的封閉件，從而將其緊固到為此目的製備的支撐件，由於FMF容器所包含的水 與外部水的水平之間的高度差，從而該連接不會將主要結構力傳輸給該片材。通過泵在池塘內部產生的作用，當FMF容器中的水高於或者低於貯存器中的水 時，該片材通過壓縮工作，因為這將水泵送到島/池塘內部或者從其移除或者通過防水片 材不具有足夠的間隙以及水生植物作用於其上的水下部分。取決於在島/池塘內部的水的 水平相對於島/池塘浮動的自由表面上的水的水平，出現三種情形。A)島/池J唐內部的7k高It大於存器的7k的高It
防水片材可充氣、或者可歇靠在形成浮動表面的另一防水片材上，在防水片材可由於 其必須承受的重量而施加壓力到浮動表面上時該浮動表面可支撐該防水片材，該重量由池 塘中水與貯存器中水之間的高度差異引起。該片材是可充氣的，或者片材相對於島/池塘 的表面的間隙允許片材與根莖系之間的距離變化，以便實現島/池塘內部的水的淨化，使 得水從水生植物根莖和根系獲得益處。表面之間的差異使得能夠獲得在島/池塘內足夠容積的水，使得在其中產生預期 處理。由此，根據設計規格實現處理系統的連續操作
其中V = S X h V =容積
S=S/池塘表面積 h =深度 h = (Si - S) /P 其中
SI =片材表面積P=島/池塘周長
其中水生植物保持以一定距離與片材附接或從片材分離，使得水下系統可處理島/池 塘內部的水。B)細謝人聽·麵_傾送側，槐軸白她針聽·Φ白她
高度
由於貯存器中的水壓力，島/池塘的防水片材被迫升高到該表面，直到其達到水生植 物的水下部分為止；該水生植物安置在防水片材上，並且防止由傳輸到其的重量引起的升 高，從而形成淨化過濾器。當淨化過濾器未接觸防水片材時，撐杆帽被裝配到達到期望深度的池塘的結構 上、或固定到密度比水大的材料上，從而防止防水片材升高，並且其將由允許島/筏表面之 間的間隙或差異的容積限定，並且防水片材的材料被放置在防水片材的頂部上。島/池塘的容積或深度通過控制定位在浮動結構底部上的片材，改變片材的密度 或者片材相對於島/池塘的表面的間隙來實現，使得其允許水下水生植物系統將其定位在 相對於片材的設計位置，使得經過淨化過濾器的水從水生植物根莖和根系受益。池塘的抵抗結構以及防水片材(可充氣或不可充氣)的抵抗結構允許在湖岸上、在 水中、或在深度區域進行構造和組裝。C)島/池塘內部水的水平與外部的水的水平相同
島/池塘不具有封閉的周界。水直接接觸水生植物淨化過濾器。島結構上的懸浮區域 可放置在過濾器下面，該過濾器具有配備用於魚類繁殖的表面。島的錨定系統允許其被水 表面替代，從而清掃預定區域並且處理水的表面層。單元/島結構的部件將在下文描述。-浮動基體結構
初始浮動結構通過使用封閉或密封PVC或PE管件、或通過使用浮動的其它材料(例如， 木頭、聚乙烯)而形成，從而形成三角形或四邊形或六邊形或多邊形軛具，只要其浮動並且 分配或吸收張力即可，進而允許安裝防水片材，不管在其下面是否採用土工織物加固。該浮動結構通過使用將彎頭、十字架、T形型材或專用配件連接梁、板材以及管件 來實現。所需要的型材是內部封閉的，使得在發生破裂時，僅損壞的區段不被使用而浮動結 構的其餘部分不受影響，從而不將洪水傳送到該結構的其餘部分，並且其總是承受其自重 以及包含在其內部的水的重量，該內部的水高度高於島/池塘外部水。封閉周界能夠在水的外面，足夠高使得在正常狀況下如果需要的話，其防止外部 水傳送到島/池塘的內部。封閉周界必須使得由內部水與外部水之間的高度差引起的力偏 移。封閉周界容納特定區域，例如流量管道，流量管道允許將外部水從貯存器底部輸送到其 內部或者從內部輸送到島/池塘的外部。防水片材被緊固到島/池塘的浮動外圍結構，從而將其與外部水隔離。在島/池塘的封閉完成之後，島/池塘可填充有水和防水片材，該防水片材是島的 基體，由於島/池塘周界內的液壓高度增加的作用，在內部水與外部水的水平之間的高度 差增大之後，該片材將下沉。在該片材下沉到設計深度之後，可進行在島/池塘對水生植物 的植入。片材的外圍表面相對於島的外圍表面的間隙在沿著整個封閉周界為1. 25 m長，以便使得能夠將水生植物的根莖和根系安置到島上，而不會通過歇靠或安置到片材上從而將 大重量負載傳輸到該片材上。在幾何的正方形或六邊形等等的島結構的間隙中，如果需要的話，包括聖安德魯 十字架以分配並吸收橫向力，該橫向力出現在島內部或通過風吹動的水或者通過維護活動 或者通過動物來傳輸。表面繁殖區域通過夾子、夾緊螺母或其它連接裝置被連接到浮動結 構或連接到在聖安德魯十字架處的加固裝置，使得從而形成適用於繁殖的穩定表面。-防水片材。防水片材將優選地由高度防水的材料(例如，PE)製成，該防水片材具有足夠的厚 度，不會被在其內部和外部上的水生植物、水或人類或動物活動所傳輸的動態作用撕開或刺穿。防水片材到池塘邊緣的連接通過焊接到或紮緊到管件或封閉周界來實現，使得該 連接在水外面的位置，例如在PE 0 250管件的上部，並且留有沿著整個封閉周界1.25 m長 的表面間隙。-池塘的邊緣
當用土工織物和防水片材組裝池塘的浮動結構之後，如果需要的話，可進行到使用PE 0 250波紋管件對封閉周界的組裝。PE片材以其上部露出部分焊接到0 250封閉管件，其 中焊接弧跨越一半的直徑。一旦整個結構浮動了，然後可進行到使用六股PE繩索將抵抗結 構紮緊到封閉周界管件，該繩索以不超過60 cm的距離通過間隙或PE管件通道。-錨定件
該錨定件具有海上錨定件的技術特徵，其確保在底部錨定並且在升高時從底部釋放。該錨定件連接到線纜、繩索或鏈條，並且通過轉環部件連接到浮動結構以防止與 池塘的結構或者錨定件「彎曲」扭打。錨定件由不會通過氧化或稀釋來汙染水的材料製成。-植入FMF。該類植物將是廣泛存在於該區域或鄰近流域的水生植物，使得其生物 多樣性形成自然河畔生態環境。用水填充池塘，可進行到使用螺旋件和ASS (組件支撐結構)部件的技術來進行相 同的植入。-確定本發明的動機。-水生植物在植物物種之中具有最大生物數量產率，達到每m2小麥2 kg，玉米 3 kg;水生植物的寬葉香蒲或香蒲產率為6 kg/m2並且可以3. 7 - 5.8g/m2/天來從水吸 收硝酸鹽，以滿足其生物需要。水生植物具有從與其葉子接觸的空氣噴射或傳輸氧並且將氧從水下部分驅出到 水中、尤其通過其根莖系驅出到水中的屬性，以防止其富營養化。傳輸到水中的氧的量與水中存在的富營養化程度成比例。基於該屬性，確認的是，由湖泊或池塘中的水生植物實現並對比大於10年的去除 率是在運河中實施的FMF中的17 g NH4+/m2。在安裝到延長通風常規過濾器系統反應器中的FMF中，去除率相當高，超過大於 120 g/m2/天(水生植物氧化銨、將其硝化並且在進入汙水處理廠(WffTP)的缺氧區域時脫 氮、將氮以其氣態形式傳輸、以及將其逸出或釋放到空氣中)。
為了增加去除能力，因此有必要將含有銨的水傳輸通過FMF並且之後將其引導到 缺氧區域中。在隔離浮動島上的FMF中實施的該操作是非常簡單的。-FMF中水的流量。來自於FMF系統的水的入口流量(流入物)和出口流量(流出物)不同，這取決於水 中溶解的氮的形式
A)淺層或表面水，其中溶解的氮以氨基的形式水通過池塘的邊緣或通過底部進入 FMF，並且其流出物經由泵送系統、將其引導並返回至深層(缺氧)區域中的貯存器中來實 現。有必要的是，FMF系統位於島/池塘上。B)用硝酸鹽處理的深層水流入物從深層區域取用並且被直接引導到浮動池塘 通過使用泵，其通過將銨氧化(硝化)的FMF，且流出的水通過使用來自於貯存器中水與池塘 中的水的水平之間的靜水力學高度差被引導回到底部，從而形成流入物入口形式，該流出 物被弓I導到深層區域用於脫氮。有必要的是，FMF系統位於島/池塘上。C)在深層和淺層區域中具有銨的水在該情形中，FMF直接水洗或浸入到來自於 貯存器的水中，從而其不具有在隔離池塘上的FMF;由風或池塘運動而在其錨定系統周圍 產生的表面漂流是產生流入物和流出物效果的表面漂流。該島不必為池塘，其中其流入物和流出物的泵送和引導也不是必要的。-通過島/池塘的處理過程是自我維持的。-僅水排出泵消耗能量並且這可將其自身從安裝到實際島/池塘或到 其外圍的太陽能面板輸送。該泵通過籠子被保護，以防止其被容易地移除。泵及其保護裝置是水下的並且由合適浮動件支撐，該浮動件以其自身被安裝到島 /池塘的邊緣上或安裝到其內部。使用柔性、水密封並且浮動的管件來實施電力線纜的引導。電力線纜被加固「以對抗齧齒目動物」。電力面板製備成處理洪水，具有斷路器、熱保護裝置、發動機保護裝置、電湧保護 裝置以及現場需要的保護裝置的類型。為了更好地便於實施，貯存器中存在的任何封閉殼體也能夠被使用並且試圖將 FMF以與在池塘上所實施的相同方式植入到其上，即，不需要例如浮動分離島的複雜浮動結 構，但是利用殼體的天然封閉並且僅將FMF封閉在一側以防止其離開封閉區域，從而使得 要被處理的水從其通過。由此，其植入有ASS螺旋結構以及側向固定在開通到貯存器其餘部分的區域中。 這極大地簡化了其實施方式，並且構造成本節約允許投資以Hl2計安裝的更大預算，以便在 硝化過程中實現更優的結果。對於3000 m2的估計表面積，並且採用在具有缺氧區域的處理 工廠中延長通風獲得的去除的數據，得到120 g/m2/天的下降，且通過使用傳輸大約10 1/ s左右(36 m3/小時-864 m3/小時)的泵，期望硝化程度是
-864000 1/天 X15 mg/1 NH4+ = 0. 015X864000 = 12.960 g NH4+ / 天-消除率:3000 m2X 120 g NH4Vm2 = 360000 g/天
本發明的一個實施例涉及一種帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，該過濾器能夠安 裝在包含要過濾的流體容積的腔中。該單元包括
在島的周界與中心之間具有浮動水生植物過濾器1的層，其可過濾流動濾液 (filtration)；
支撐裝置，其包括
外圍結構化裝置，其包括能夠限定周界的多個外圍主梁IOP ； 內部結構化裝置，其包括能夠限定框架的多個徑向主梁IOR和內部主梁101 ； 限定中心腔的中心節點10C，該中心腔包括多個中心連接裝置30C，其可將中心節點 IOC與徑向主梁IOR的第一端部區段連接；
外圍連接裝置30P，其可在每端處將外圍主梁IOP連接在一起以及將外圍主梁IOP在一 端與徑向主梁IOR的第二區段連接；
內部連接裝置301，其能夠在每端處將內部主梁101連接在一起、將內部主梁101在一 端與外圍主梁IOP在中間點處連接、以及將內部主梁101在一端與徑向主梁IOR在中間點 處連接；浮動裝置，其包括
中心浮動裝置，其包括被封閉在中心腔內部的多個中心浮動件20C ； 外圍浮動裝置，其包括連接到外圍主梁IOP的多個外圍浮動件20P。浮動單元還包括
容納裝置，以限制位於單元下面的流體容積，其包括
連接到外圍主梁IOP的防水片材40 ；
入口裝置40E，其能夠接收流入物，即要過濾的流體流；
出口裝置40S，其能夠排放流出物，即過濾後的流體流Qs ；
入口管道裝置41E，其連接到入口裝置40E以引導流入物Qe到防水層40內部；
出口管道裝置41S，其連接到出口裝置40S以引導流出物Qs到防水片材40外部；
排出裝置42，以驅動流入物流Qe、流動濾液Qf和流出物Qs ；
出口管道裝置41S能夠將流出物Qs引導到腔中的深水平。入口管道裝置41E能夠將流入物Qe引導到在腔的深水平與腔的表面水平之間的 選定水平。排出裝置42位於外圍連接裝置30P處。外圍浮動件20P是在兩端密封的聚乙烯管件。中心浮動件20C是在兩端密封的鼓。浮動單元還包括用於將單元錨定到固定點的 錨定裝置110。浮動單元還包括接入(access)裝置110，其限定用於將周界連接到中心的通路。本發明的另一實施例涉及一種島，其包括具有浮動水生植物過濾器的多個浮動單 元。該島包括連接裝置30X，其通過外圍連接裝置30P將一個單元連接到另一個相鄰單元。
權利要求
1.一種帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，所述過濾器能夠安裝到包含要過濾的 流體容積的腔中，其特徵在於，所述浮動單元包括在島的周界與中心之間具有浮動水生植物過濾器(1)的層，所述過濾器能夠過濾流動 濾液(Qf);支撐裝置，其包括外圍結構化裝置，其包括能夠限定周界的多個外圍主梁(IOP)； 內部結構化裝置，其包括能夠限定框架的多個徑向主梁(IOR)和內部主梁(101)； 限定中心腔的中心節點(10C)，所述中心腔包括多個中心連接裝置(30C)，其能夠將中 心節點(IOC)與徑向主梁(IOR)的第一端部區段連接；外圍連接裝置(30P)，其能夠在每端處將外圍主梁(IOP)連接在一起、將外圍主梁 (IOP)在一端與徑向主梁(IOR)的第二端部區段連接；內部連接裝置(301)，其能夠在每端處將內部主梁(101)連接在一起、將內部主梁 (101)在一端與外圍主梁(IOP)在中間點連接、以及將內部主梁(101)在一端與徑向主梁 (IOR)在中間點連接；浮動裝置，其包括中心浮動裝置，其包括被封閉在中心腔內的多個中心浮動件(20C)； 外圍浮動裝置，其包括連接到外圍主梁(IOP)的多個外圍浮動件(20P)。
2.根據權利要求1所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵在於，所述浮 動單元還包括容納裝置，其限制位於所述單元下面的流體容積，包括 連接到外圍主梁(IOP)的防水片材(40)；入口裝置(40E)，其能夠接收流入物，即要過濾的流體流(Qe)；出口裝置(40S)，其能夠 排放流出物，即過濾後的流體流(Qs)；入口管道裝置(41E)，其連接到入口裝置(40E)以引導流入物(Qe)到防水片材(40)內部；出口管道裝置(41S)，其連接到出口裝置(40S)以引導流出物體(Qs)到防水片材(40) 外部；排出裝置(42 )，以驅動流入物(Qe )、流動濾液(Qf )和流出物(Qs )。
3.根據權利要求2所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵在於，出口管 道裝置(41S)可將流出物(Qs)引導到腔中的深水平。
4.根據權利要求2-3中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵 在於，入口管道裝置(41E)能夠將流入物(Qe)引導到在腔的深水平與腔的表面水平之間的 選定水平。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵 在於，排出裝置(42)位於外圍連接裝置(30P)處。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵 在於，外圍浮動件(20P)是在兩端密封的聚乙烯管件。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵 在於，中心浮動件(20C)是在兩端密封的鼓。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵在於，所述浮動單元還包括用於將該單元錨定到固定點的錨定裝置(110)。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，其特徵 在於，所述浮動單元還包括接入裝置(110)，其限定用於將外圍連接到中心的通路。
10.一種島，其帶有多個根據權利要求1-9中任一項所述的帶有浮動水生植物過濾器 的浮動單元，其特徵在於，所述島包括連接裝置(30X)，其通過外圍連接裝置(30P)將一個 單元連接到另一個相鄰單元。
全文摘要
一種帶有浮動水生植物過濾器的浮動單元，該過濾器能夠被安裝到包含有要過濾的流體容積的腔中。該單元具有在島的外圍和中心之間帶有浮動水生植物過濾器(1)的層；支撐裝置，其帶有用於限定外圍的外圍結構化裝置；用於限定框架的內部結構化裝置；中心節點(10C)；外圍連接裝置(30P)；內部連接裝置(30I)；中心浮動裝置以及外圍浮動裝置。
文檔編號C02F3/32GK102105410SQ200880130478
公開日2011年6月22日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者J·裡斯科普裡託, P·裡斯科普裡託, V·J·託雷斯洪科 申請人:水生植物有限公司