專利名稱：懸浮式組合生態(tài)濾床及修復(fù)富營養(yǎng)化水體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾床及修復(fù)水體的方法，具體涉及一種懸浮式組合生態(tài)濾床及修復(fù)富營養(yǎng)化水體的方法，屬于污水凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生態(tài)濾床是一種在垂直流人工濕地基礎(chǔ)上發(fā)起來的水體修復(fù)技術(shù)，因其有機(jī)集成了過濾、吸附和系統(tǒng)中植物、動(dòng)物和微生物的降解功能等多種凈化機(jī)制，修復(fù)效果快速而穩(wěn)定，低溫季節(jié)仍可保持較好的運(yùn)行效果。該技術(shù)的主要缺陷在于①運(yùn)行期濾料易堵塞板結(jié)，需頻繁沖洗或更換濾料，運(yùn)行維護(hù)成本較高；②占地面積較大，土建工程施工期較長，在土地資源相對(duì)緊張的城市應(yīng)用受到極大的限制。專利200620065822. 9公布了一種用于水體凈化的可移動(dòng)式生態(tài)濾床，該裝置通過將生物介質(zhì)濾料裝填入一個(gè)上端開口的外容器而實(shí)現(xiàn)位置移動(dòng)，增加了使用的靈活性，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，濾料的堵塞板結(jié)問題也未解決。相比之下，利用水面空間種植凈水植物的生態(tài)浮床技術(shù)，因具有實(shí)施方便、運(yùn)行成本低、移除難度小且無不良生態(tài)擾動(dòng)等優(yōu)勢，得到了較為廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的不足之處在于受植物生長周期所限，水體修復(fù)效果顯現(xiàn)較慢，且受季節(jié)因素影響較大，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)富營養(yǎng)化水體的持續(xù)高效修復(fù)。除此之外，受種植方式和生長環(huán)境所限，生態(tài)浮床和生態(tài)濾床技術(shù)中的凈水植物多以喜水性觀賞植物為主，難以實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)附加值，移除后多以固體廢棄物處置，未能實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化水體的資源化利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過對(duì)生態(tài)濾床與生態(tài)浮床技術(shù)進(jìn)行集成與提升，研制懸浮式組合生態(tài)濾床，并采用該生態(tài)濾床修復(fù)富營養(yǎng)化水體，該技術(shù)實(shí)施無需土地占用及土建施工，在實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化水體高效修復(fù)的同時(shí)，可大幅度降低了建設(shè)及運(yùn)行成本，并實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化水體的資源化利用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該懸浮式組合生態(tài)濾床以升降式浮籃為基本單元，浮籃內(nèi)填充懸浮雙濾層，浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構(gòu)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(gòu)成，粉煤灰漂珠層位于凹土基超輕濾料層的上方。其中，凹土基超輕濾料為根據(jù)專利ZL2007101337M. 3制備的比重0. 6-0. 9的可懸浮復(fù)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采用。其中，升降式浮籃由籃筐體、浮圈、承托網(wǎng)和高度調(diào)節(jié)組件構(gòu)成，籃筐體四周封閉而筐底為篩網(wǎng)，浮圈經(jīng)高度調(diào)節(jié)組件套接在籃筐體的外側(cè)，承托網(wǎng)連接在籃筐體的內(nèi)壁，位于籃筐體敞口端下方。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(diào)折射式噴頭，具有平霧效果，可在整個(gè)覆蓋面積內(nèi)均勻落水；或其它具有同等功能的布水裝置亦可采用。其中，在漂珠層表面鋪設(shè)種植網(wǎng)。其中，修復(fù)水體的方法包括以下步驟
步驟1 將若干升降式浮籃置于待修復(fù)水體中，根據(jù)水面形狀和景觀需求設(shè)計(jì)連接方式，并在浮籃間隙布設(shè)輸水管和霧化布水噴頭；
步驟2 將凹土基超輕濾料層和粉煤灰漂珠層先后裝填于升降式浮籃中，保證懸浮雙濾層的下方應(yīng)與升降式浮籃底部留有一定的可膨脹空間；
步驟3 在粉煤灰漂珠層表面鋪一層種植網(wǎng)，根據(jù)種植密度的要求，將適量植物種子均勻播撒在網(wǎng)格上，適度拍壓使種子與漂珠緊密接觸；
步驟4 芽苗出齊后，啟動(dòng)間歇式霧化布水器進(jìn)行水體過濾及系統(tǒng)增氧，布水量的大小可隨植物生長狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)；
步驟5 植物生長周期結(jié)束時(shí)，通過高度調(diào)節(jié)組件提升籃筐高度，植物主體根部隨承托網(wǎng)一起脫離水體，通過布水器將其攜帶的粉煤灰漂珠沖洗落回浮籃，植物則通過種植網(wǎng)整片移除，進(jìn)入下一輪種植。該發(fā)明的凈化機(jī)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污染物。2雙濾層的截留過濾；污水經(jīng)布水器經(jīng)至上而下流雙濾層，水中的懸浮顆粒物及其附著污染物即被濾料層截留過濾。3布水增氧；污水經(jīng)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(bǔ)充，可有效緩解水體的
黑臭問題。4生物掛膜；凹土基超輕濾料為生物友好性濾料，易于生物掛膜，雙濾層中富集的污染物及布水增氧均為生物掛膜創(chuàng)造了良好的條件，通過實(shí)施間歇式布水，還可在水體中形成好氧、缺氧和厭氧環(huán)境的交替，進(jìn)一步增強(qiáng)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于含水飽和的沙土，將凈化植物的種子直接播撒在粉煤灰漂珠層上，可快速發(fā)芽成苗；植物一方面利用根系從雙濾層中獲取氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，另一方通過莖葉在布水過程中直接吸收污水中的營養(yǎng)物質(zhì)。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污染物，為植物的生長及微生物的繁殖提供了充足的營養(yǎng)源，而植物和微生物對(duì)污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，并利于植物根系的發(fā)育，各種凈水機(jī)制的協(xié)同運(yùn)作使生態(tài)濾床呈現(xiàn)出持續(xù)的高效修復(fù)能力。與現(xiàn)有生態(tài)濾床技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下顯著優(yōu)勢
1技術(shù)實(shí)施成本低；整個(gè)裝置懸浮于水面，不占用土地、不占用水體空間，無需土建工程施工，裝置結(jié)構(gòu)簡單，組裝靈活方便，易于管理維護(hù)。2無濾料堵塞阻水問題；濾料掛膜成功后，比重增加，濾料層發(fā)生膨脹，堆積結(jié)構(gòu)變松散，可使老化的生物膜順利脫落排除，從而有效解決了生態(tài)濾床的堵塞阻水問題；此外，通過布水強(qiáng)度的調(diào)節(jié)也可實(shí)現(xiàn)懸浮濾料層膨脹程度的改變，進(jìn)而改善水力條件。
3適用于經(jīng)濟(jì)作物的規(guī)?；N植；播種的種植方式相較于移栽而言使植物具有更為發(fā)達(dá)的根系，植物品種的可選范圍也更加廣泛，適宜開發(fā)規(guī)?；?jīng)濟(jì)種植，種植經(jīng)濟(jì)作物不但產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)附加值，也從根本上解決了凈水植物的后期處理難題。


圖1為懸浮式組合生態(tài)濾床剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為懸浮式組合生態(tài)濾床平面布置示意圖。圖中1籃筐體，2浮圈，3高度調(diào)節(jié)組件，4承托網(wǎng)，5篩網(wǎng)，6粉煤灰漂珠層，7凹土基超輕濾料層，8種植網(wǎng)，9輸水管，10霧化布水噴頭，11潛水泵，12凈化植物，13連接繩。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)解決方案做進(jìn)一步的描述，這些實(shí)施例不能理解為是對(duì)技術(shù)解決方案的限制。如圖1、2所示，該懸浮式組合生態(tài)濾床以升降式浮籃為基本單元，浮籃內(nèi)填充懸浮雙濾層，浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構(gòu)成懸浮濾床。其中，升降式浮籃由籃筐體1、浮圈2、承托網(wǎng)4和高度調(diào)節(jié)組件3構(gòu)成，籃筐體1 四周封閉而筐底為篩網(wǎng)5，浮圈2經(jīng)高度調(diào)節(jié)組件3套接在籃筐體1的外側(cè)，承托網(wǎng)4連接在籃筐體1的內(nèi)壁，位于籃筐體敞口端下方。其中，承托網(wǎng)4連接在籃筐體1的內(nèi)壁位于籃筐體敞口端下方IOOmm處。其中，籃筐體1上安裝布水器，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(gòu)成，粉煤灰漂珠層6 位于凹土基超輕濾料層7的上方。其中，粉煤灰漂珠層6表面鋪設(shè)種植網(wǎng)8。其中，凹土基超輕濾料為根據(jù)專利ZL2007101337M. 3制備的比重0. 6-0. 9的可懸浮復(fù)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采用。其中，修復(fù)水體的方法包括以下步驟
步驟1 將若干升降式浮籃置于待修復(fù)水體中，根據(jù)水面形狀和景觀需求設(shè)計(jì)連接方式，并在升降式浮籃間隙布設(shè)輸水管9和霧化布水噴頭10 ；
步驟2 將凹土基超輕濾料層7和粉煤灰漂珠層6先后裝填于升降式浮籃中，保證懸浮雙濾層的下方應(yīng)與升降式浮籃底部留有一定的可膨脹空間；
步驟3 在粉煤灰漂珠層6表面鋪一層種植網(wǎng)8，根據(jù)種植密度的要求，將適量植物種子均勻播撒在網(wǎng)格上，適度拍壓使種子與漂珠緊密接觸；
步驟4 芽苗出齊后，啟動(dòng)間歇式霧化布水器進(jìn)行水體過濾及系統(tǒng)增氧，布水量的大小可隨植物生長狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)；
步驟5 植物生長周期結(jié)束時(shí)，以每個(gè)升降式浮籃為采收單元，將植物通過種植網(wǎng)格整塊移除，進(jìn)入下一輪種植。實(shí)施例1
選取某校園景觀水廊作為待修復(fù)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(zhì)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只尺寸為550X400X300mm的升降式浮籃置于水面，連接成2列，中間布置輸水管和13個(gè)微型布水霧化噴頭，每個(gè)噴頭布水直徑為1. 2m，升降式浮籃內(nèi)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日后，草苗出齊，進(jìn)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(dá)到200ml/s ；布水操作實(shí)施3日后，水體的渾濁度明顯改善，但仍可聞到腥臭味；升降式浮籃投放后15日，水體由濃綠色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色，腥臭味得到明顯改善，透明度達(dá)到0.8m，池中魚兒穿梭清晰可見；30日時(shí)，水環(huán)境質(zhì)量顯著提高，水面藻類基本消失，水體呈現(xiàn)令人愉悅的清綠，水質(zhì)指標(biāo)為C0D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(shí)，草高度達(dá)到疒9cm，可進(jìn)行收獲移植，由于其根系發(fā)達(dá)且相互盤結(jié)，可整片從水中取出，極為方便；將取出的草皮平鋪于待綠化地表，保持10天的濕潤狀態(tài)，根系深入土壤，草坪移植成功。此次共收獲11. 4m2草皮。實(shí)施例2
選取城市某一半封閉河道作為待修復(fù)水體，該河道原為兩側(cè)居民生活污水的受納水體，實(shí)施環(huán)境整治后，污水通過截污導(dǎo)流工程送至污水處理廠集中處理后排放，該河道的水域功能轉(zhuǎn)變?yōu)榫坝^河道；多雨季節(jié)依靠降水補(bǔ)充蒸發(fā)和下滲的水量，少雨干旱季節(jié)，則通過定期補(bǔ)充污水保證正常的水位，一般補(bǔ)水周期為15天左右；某次補(bǔ)水后第2天，取樣進(jìn)行水質(zhì)測定，其水質(zhì)指標(biāo)為=COD為110. 42 mg/L, TN為29. 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(zhì)指標(biāo)測定的當(dāng)日，沿河道兩側(cè)布設(shè)生態(tài)升降式浮籃，每側(cè)兩列，每列長度 100m，升降式浮籃間通過浮圈彼此連接，在兩列之間布設(shè)輸水管線，管線上每隔細(xì)設(shè)置一個(gè)霧化布水噴頭，噴頭的布水直徑為2m，升降式浮籃尺寸為550 X 400 X 400mm，升降式浮籃內(nèi)漂珠層厚為20mm，凹土基超輕濾料厚度為250mm，種植植物選用605青菜籽，播種密度為 0. 2g/m20播種5日后，青菜苗高度2 3cm，進(jìn)行間歇式布水操作，初始布水量為50ml/s，逐日增加，至15日時(shí)增加至最大布水量150 ml/s;每日連續(xù)布水4h，靜置20h。升降式浮籃投放15日后，水體由原來的黑綠色變?yōu)榍嗑G色，透明度達(dá)顯著增加，水體異味基本消除，測定其水質(zhì)指標(biāo)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(shí)施第二輪補(bǔ)水，此次采用間接補(bǔ)水方式，即將與輸水管線相連的潛水泵置于污水池中，使污水首先通過濾床過濾后再進(jìn)入河道。布水參數(shù)保持不變，用時(shí)3天時(shí)間將400m3輸入河道；補(bǔ)水完成時(shí)，測定其水質(zhì)指標(biāo)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(bǔ)水后15日測定的水質(zhì)指標(biāo)為=COD為20. 09mg/L，TN為3. 548mg/L, TP為0. 70ang/L，透明度為1. 2m ；此時(shí)青菜已有8 10片葉，可以進(jìn)行采收，此次共收獲青菜240kg。
權(quán)利要求
1.懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于該組合生態(tài)濾床以升降式浮籃為基本單元，浮籃內(nèi)填充懸浮雙濾層，浮籃與浮籃的間隙安裝布水器，整體構(gòu)成懸浮濾床。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，懸浮雙濾層由粉煤灰漂珠層(6 )和凹土基超輕濾料層(7 )構(gòu)成，粉煤灰漂珠層(6 )位于凹土基超輕濾料層(7 ) 的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，凹土基超輕濾料為根據(jù)專利ZL2007101337M. 3制備的比重0. 6-0. 9的可懸浮復(fù)合濾料，粒徑大小為6_10mm， 具有高效的吸附性能并易于生物掛膜；其它兼具吸附性和生物友好性的懸浮濾料亦可采用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，升降式浮籃由籃筐體(1)、浮圈(2)、承托網(wǎng)(4)和高度調(diào)節(jié)組件(3)構(gòu)成，籃筐體(1)四周封閉而筐底為篩網(wǎng) (5)，浮圈(2)經(jīng)高度調(diào)節(jié)組件(3)套接在籃筐體(1)的外側(cè)，承托網(wǎng)(4)連接在籃筐體(1) 的內(nèi)壁，位于籃筐體敞口端下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，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 ) 的支管安裝霧化布水噴頭(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，霧化布水噴頭為流量可調(diào)折射式噴頭，具有平霧效果，可在整個(gè)覆蓋面積內(nèi)均勻落水；其它具有同等功能的布水裝置亦可采用。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸浮式組合生態(tài)濾床，其特征在于其中，在漂珠層(6)表面鋪設(shè)種植網(wǎng)(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮式組合生態(tài)濾床修復(fù)富營養(yǎng)化水體的方法，其特征在于修復(fù)水體的方法包括以下步驟步驟1 將若干升降式浮籃置于待修復(fù)水體中，根據(jù)水面形狀和景觀需求設(shè)計(jì)連接方式，并在升降式浮籃間隙布設(shè)輸水管(9)和霧化布水噴頭(10)；步驟2 將凹土基超輕濾料層(7)和粉煤灰漂珠層(6)先后裝填于升降式浮籃中，保證懸浮雙濾層的下方與升降式浮籃底部留有一定的可膨脹空間；步驟3 在粉煤灰漂珠層(6)表面鋪一層種植網(wǎng)(8)，根據(jù)種植密度的要求，將適量植物種子均勻播撒在網(wǎng)格上，適度拍壓使種子與漂珠緊密接觸；步驟4:芽苗出齊后，啟動(dòng)間歇式霧化布水器進(jìn)行水體過濾及系統(tǒng)增氧，布水量的大小可隨植物生長狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)；步驟5 植物生長周期結(jié)束時(shí)，通過高度調(diào)節(jié)組件(3)提升籃筐體(1)高度，植物主體根部隨承托網(wǎng)一起脫離水體，通過布水器將其攜帶的粉煤灰漂珠沖洗落回浮籃，植物則通過種植網(wǎng)整片移除，進(jìn)入下一輪種植。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種懸浮式組合生態(tài)濾床及修復(fù)富營養(yǎng)化水體的方法，該方法以升降式浮籃為容器單元體，浮籃內(nèi)裝載由粉煤灰漂珠和凹土基超輕濾料構(gòu)成的懸浮雙濾層，該懸浮雙濾層同時(shí)也是植物生長的基質(zhì)層，以霧化布水操作實(shí)現(xiàn)污水過濾及系統(tǒng)增氧。本發(fā)明的懸浮雙濾層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效解決了濾料易于堵塞的難題，并使生態(tài)濾床轉(zhuǎn)化為類似于生態(tài)浮床的水面修復(fù)技術(shù)，無需土地占用及土建施工，在實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化水體高效修復(fù)的同時(shí)，大幅度降低了建設(shè)及運(yùn)行成本，擴(kuò)大了凈水植物的可選范圍，特別適用于依靠單一技術(shù)手段難以奏效的重度富營養(yǎng)化水體的修復(fù)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102351314SQ20111017658
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者劉雪梅, 杜衛(wèi)剛, 胡濤, 郝達(dá)平, 錢佩佩, 馬喜君 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院