本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種浮力可調(diào)式水處理裝置的構(gòu)建方式及其凈水方法。

背景技術(shù)：

隨著生態(tài)浮床等水體原位治理技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，我國水體富營養(yǎng)化及黑臭問題得到了一定程度的緩解。目前水體的修復(fù)技術(shù)可以分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。生物修復(fù)與物理化學(xué)修復(fù)相比具有設(shè)施簡單、投資少、易建造、管理方便、美化環(huán)境、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。目前，人工濕地修復(fù)和浮床技術(shù)是植物修復(fù)最常用的技術(shù)。生態(tài)浮床技術(shù)作為有效的、經(jīng)濟(jì)的以及符合可持續(xù)發(fā)展的要求的技術(shù)之一，目前已成為水環(huán)境綜合治理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

然而生態(tài)浮床技術(shù)仍然存在制造成本高、水處理效果及其調(diào)節(jié)功能有限、植物生長面局促且更新困難等問題，尤其是，污水廠尾水以及污染水體的曝氣增氧過程中產(chǎn)生的硝酸鹽氮過量積存于水體中，這對水環(huán)境質(zhì)量升級和水體富營養(yǎng)化控制形成了很大的制約。現(xiàn)階段，生態(tài)浮床的技術(shù)主體為植物。不同植物去除氮、磷的能力已有所研究。事實(shí)證明，生態(tài)浮床上的植物對水體氮、磷的去除率十分有限，這主要是由于浮床空間有限造成了植物生物量的限制。為了進(jìn)一步強(qiáng)化生態(tài)浮床的凈化效果，就需要在浮床的功能和生物量上有所突破。然而現(xiàn)有的具備微生物富集功能的生態(tài)浮床技術(shù)中，存在一個普遍的缺陷是無法實(shí)現(xiàn)基質(zhì)生物膜好氧、缺氧、厭氧等不同環(huán)境條件的分異水處理功能，從而限制了浮床的脫氮能力。另外一個現(xiàn)存的技術(shù)缺陷是浮床浮力有限且無法調(diào)節(jié)，使得浮床復(fù)合的水處理功能材料數(shù)量有限且結(jié)構(gòu)單一，無法發(fā)揮浮床的全面凈化功能。

為了克服上述問題，本發(fā)明提出了一種浮力可調(diào)式水處理裝置及其凈水方法。本發(fā)明的浮力可調(diào)式水處理裝置除了具備傳統(tǒng)浮床依靠植物吸收污染物質(zhì)的功能外，還復(fù)合了水處理功能材料，包括無機(jī)濾料和生物膜載體，同時可通過調(diào)節(jié)該裝置的吃水深度，從而靈活調(diào)整基質(zhì)層微生物的環(huán)境條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種浮力可調(diào)式水處理裝置，包括：浮床框架，其內(nèi)部設(shè)有空腔；設(shè)置在所述空腔內(nèi)的充氣部件；設(shè)置在所述充氣部件上方的基質(zhì)層，所述基質(zhì)層中可栽種或播種植物；設(shè)置在所述浮床框架底部的水泵；及設(shè)置在所述基質(zhì)層頂部的布水管，所述布水管的進(jìn)水口穿過所述基質(zhì)層與所述水泵連通。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述浮床框架具有柵格狀的底部結(jié)構(gòu)及垂直設(shè)置在所述底部結(jié)構(gòu)邊緣的腔體外緣。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述浮床框架采用輕質(zhì)剛性材料，如：竹片、PVC、木條。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述充氣部件具有容納氣體的氣腔，所述充氣部件設(shè)有氣閥，用于向所述氣腔內(nèi)充入或排除氣體，以調(diào)節(jié)浮力。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述基質(zhì)層外包覆有包裝網(wǎng)。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述基質(zhì)層由棕絲、甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花、輕質(zhì)陶粒、沸石、礫石之一或其任意組合制成。

本發(fā)明提出的所述浮力可調(diào)式水處理裝置中，所述布水管上設(shè)有至少一個小孔，將所述布水管內(nèi)的液體噴淋至所述基質(zhì)層。

本發(fā)明還提出了一種利用如所述浮力可調(diào)式水處理裝置的凈水方法，包括如下步驟：

步驟一：將所述浮力可調(diào)式水處理裝置置于水中，向所述充氣部件內(nèi)充入氣體使所述浮力可調(diào)式水處理裝置浮于水面；

步驟二；開啟所述水泵將水泵入所述布水管內(nèi)，所述布水管將水噴淋至所述基質(zhì)層；

步驟三：水經(jīng)過所述基質(zhì)層的物理過濾、化學(xué)吸附和微生物生化得到凈化；

步驟四：凈化后的水透過所述浮床框架流回水體中。

本發(fā)明提出的所述凈水方法中，當(dāng)所述基質(zhì)層的植物生長周期結(jié)束時，拔除或收割植物并在所述基質(zhì)層內(nèi)重新栽種或播種。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特征及進(jìn)步之處為：

(1)浮體浮力大，可承載比重較大的水處理材料

本發(fā)明水處理裝置采用帶氣門芯的充氣盤管作為主要浮體，采用密度較小的竹片及竹竿構(gòu)成的浮床框架作為輔助浮體。經(jīng)測算，單位面積充氣盤管滿氣時的浮力是傳統(tǒng)板式浮床的3～5倍，這為本發(fā)明水處理裝置承載比重較大的水處理材料(如沸石、礫石等礦石)提供了有力保障，從而使得本發(fā)明水處理裝置相比其它浮床具有更強(qiáng)的吸氨除磷能力。

其次，基于本發(fā)明水處理裝置能夠承載更重的基質(zhì)層，基質(zhì)層生物膜載體的表面積和富集的微生物的量相比其它浮床也就更大，凈化能力也就更強(qiáng)。

另外，上述基質(zhì)層的水處理材料可根據(jù)凈化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合。采用具有釋碳功能的有機(jī)基質(zhì)如甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花等，可強(qiáng)化基質(zhì)層微生物的脫氮功能；采用掛膜能力強(qiáng)、比表面積大的基質(zhì)材料如棕絲、彈性填料、紗網(wǎng)等，可提高基質(zhì)微生物的富集量；采用具有吸氨除磷功能的無機(jī)材料如陶粒、沸石、礫石等，可強(qiáng)化基質(zhì)層的吸附、吸氨、除磷能力；包括采用具有其它功能和特性的水處理材料，均能實(shí)現(xiàn)水處理功能的強(qiáng)化。

(2)浮力可調(diào)節(jié)，可根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)及凈化目標(biāo)靈活調(diào)控基質(zhì)層微生物的環(huán)境條件

本發(fā)明水處理裝置可通過調(diào)節(jié)充氣盤管的氣量實(shí)現(xiàn)基質(zhì)層處于不同的吃水深度，從而靈活調(diào)整基質(zhì)層微生物的環(huán)境條件(好氧、缺氧或厭氧環(huán)境)。

當(dāng)基質(zhì)層處于深度吃水時：為全淹沒式浮床，基質(zhì)層微生物以缺氧和厭氧環(huán)境為主，浮床具備強(qiáng)化脫氮功能。

當(dāng)基質(zhì)層處于淺度吃水時：為旱式浮床，基質(zhì)層微生物以好氧環(huán)境為主，浮床具備強(qiáng)化去碳及硝化功能。

當(dāng)基質(zhì)層處于中度吃水時：浮床兼具上述兩種情形的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

綜上，本發(fā)明水處理裝置可根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)及凈化目標(biāo)(如針對黑臭水體或富營養(yǎng)化水體，針對氨氮污染為主還是硝氮污染為主，針對水體不同碳/氮/磷的比值)，靈活調(diào)控基質(zhì)層微生物的環(huán)境條件，從而達(dá)到預(yù)期水處理功效。譬如：針對氨氮污染為主的水質(zhì)，適宜將水處理裝置浮力增大，使基質(zhì)層處于淺度吃水，從而有利于微生物的硝化作用；針對易降解有機(jī)物污染為主的水質(zhì)，適宜將水處理裝置浮力增大，使基質(zhì)層處于淺度吃水，從而有利于微生物的好氧降解有機(jī)物作用；針對硝態(tài)氮污染為主的水質(zhì)，適宜將水處理裝置浮力降低，使基質(zhì)層處于深度吃水，從而有利于微生物的反硝化作用；針對難降解有機(jī)物污染的水質(zhì)，適宜將水處理裝置浮力降低，使基質(zhì)層處于深度吃水，從而有利于微生物的缺氧降解有機(jī)物作用。

(3)兼具生態(tài)浮床和人工濕地的功能

生態(tài)浮床利用植物及其根系的吸收、微生物的降解作用實(shí)現(xiàn)水體的原位凈化，人工濕地則通過水體在濕地中的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污水的物理過濾、吸附、微生物降解及植物吸收等綜合凈化作用。本發(fā)明水處理裝置即具備常規(guī)生態(tài)浮床的凈化機(jī)制，又具備豎流式人工濕地的功能，增強(qiáng)凈化效果的同時也強(qiáng)化了水體的循環(huán)與交換。

(4)成本低廉、便于維護(hù)

相比傳統(tǒng)浮床制作材料如PVC管、塑料泡沫板等，本發(fā)明所述水處理裝置的制作材料如，竹片、竹竿、麻繩、塑料軟管、基質(zhì)等更為廉價易得。本發(fā)明水處理裝置采用在基質(zhì)層上播灑種子或栽種幼苗的種植方式，相比傳統(tǒng)板式浮床用海綿、花盆等物品固定植物于預(yù)設(shè)栽種孔的方式，前者更簡單易行；收獲植物時，只需將基質(zhì)層上的植物收割或?qū)⒊錃獗P管間隙的植物撥除，維護(hù)方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明浮力可調(diào)式水處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為具體實(shí)施方式中浮床框架的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為具體實(shí)施方式中充氣盤管的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為具體實(shí)施方式中基質(zhì)層的結(jié)構(gòu)圖。

圖5為具體實(shí)施方式中布水管的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施本發(fā)明的過程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。

圖1顯示的是本發(fā)明浮力可調(diào)式水處理裝置，該裝置具有浮床框架1、充氣部件2、基質(zhì)層3、水泵4和布水管5。浮床框架1內(nèi)部設(shè)有空腔，充氣部件2設(shè)置在空腔內(nèi)，充氣部件2上方設(shè)有基質(zhì)層3。浮床框架1的底部中央設(shè)有水泵4，水泵4與布水管5相連，布水管5設(shè)置在基質(zhì)層3的頂部。

如圖2所示，本發(fā)明中的浮床框架1有柵格狀的底部結(jié)構(gòu)11，以及垂直設(shè)置在底部結(jié)構(gòu)11邊緣的腔體外緣12，腔體外緣12與底部結(jié)構(gòu)11共同形成空腔。本發(fā)明具體實(shí)施例中，浮床框架1采用竹片彎曲相連形成腔體外緣12，底部用細(xì)竹竿連接成柵格狀的底部結(jié)構(gòu)11，細(xì)竹竿與竹片的連接采用打孔穿繩的方式連接。

如圖3所示，本發(fā)明中的充氣部件2以螺旋狀排布于浮床框架1內(nèi)的氣囊構(gòu)成，氣囊內(nèi)其具有可容納氣體的氣腔，充氣部件2還設(shè)有氣閥，用于向氣腔內(nèi)充入或排除氣體，以調(diào)節(jié)浮力。本發(fā)明具體實(shí)施例中，充氣部件2采用PE吹塑軟管制作，厚度為0.3mm，其一端密封，另一端設(shè)有氣閥。充氣部件2充氣后與浮床框架1用麻繩捆綁為一體。

圖4顯示的是本發(fā)明中的基質(zhì)層3，基質(zhì)層3的材料為輕質(zhì)陶粒、棕絲、稻草墊的組合；具體地，稻草墊鋪設(shè)于充氣部件2的上方，并與充氣部件2的氣囊間隙處下壓呈V字形，稻草墊上方鋪設(shè)10cm厚的棕絲，棕絲上方鋪設(shè)5cm厚的輕質(zhì)陶粒。其中，輕質(zhì)陶粒具有吸附磷酸鹽及固體懸浮顆粒物的作用。棕絲質(zhì)地松軟蓬松，是富集微生物的良好載體。稻草墊除了作為微生物生長載體，還具有緩釋碳源的作用，從而保證微生物進(jìn)行反硝化作用所需的碳源。此外，本發(fā)明的基質(zhì)層3可由棕絲、甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花、輕質(zhì)陶粒、沸石、礫石之一或其任意組合制成。松散的基質(zhì)層3的整體通過包裝網(wǎng)包裹，基質(zhì)層3中可種植水生植物，水生植物的根系可穿過充氣部件2的間隙蔓延到水體中。

水泵4位于浮床框架1的底部，水泵4的進(jìn)水口沉浸在水體中，泵入的水流入布水管5內(nèi)。如圖5所示，布水管5可采用PP(DN60，厚度2mm)軟管制成，在軟管側(cè)上方45°處開至少一個小孔，小孔的孔徑參照實(shí)際水泵流量及需要任意調(diào)節(jié)，軟管的末端封閉。經(jīng)水泵4泵入的水流從小孔向側(cè)上方45°方向噴淋至基質(zhì)層3中。由基質(zhì)層3凈化后流入原水體中。

基于上述浮力可調(diào)式水處理裝置，本發(fā)明提出的凈水方法包括如下步驟：

步驟一：將浮力可調(diào)式水處理裝置置于水中，向充氣部件2內(nèi)充入氣體使浮力可調(diào)式水處理裝置浮于水面；

步驟二；開啟水泵4將水泵入布水管5內(nèi)，布水管5將水噴淋至基質(zhì)層3；

步驟三：水經(jīng)過基質(zhì)層3的物理過濾、化學(xué)吸附和微生物生化得到凈化；

步驟四：凈化后的水透過浮床框架1流回水體中。

其中，當(dāng)基質(zhì)層3的植物生長周期結(jié)束時，拔除或收割植物并在基質(zhì)層3內(nèi)重新栽種或播種。

步驟一中可根據(jù)需要調(diào)節(jié)基質(zhì)層3的吃水深度，可根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)及凈化目標(biāo)靈活調(diào)控基質(zhì)層微生物的環(huán)境條件。

當(dāng)基質(zhì)層處于深度吃水時：為全淹沒式浮床，基質(zhì)層微生物以缺氧和厭氧環(huán)境為主，浮床具備強(qiáng)化脫氮功能。鑒于本實(shí)施例的治理目標(biāo)是強(qiáng)化脫氮(對水體硝酸鹽濃度有嚴(yán)格要求)，故調(diào)節(jié)浮床吃水深度為陶粒層下方5cm與水位齊平，以利于墊層下半部分處于反硝化所需的厭氧環(huán)境。

當(dāng)基質(zhì)層處于淺度吃水時：為旱式浮床，基質(zhì)層微生物以好氧環(huán)境為主，浮床具備強(qiáng)化去碳及硝化功能。

當(dāng)基質(zhì)層處于中度吃水時：浮床兼具上述兩種情形的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。