專利名稱：一種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)合生物、化學(xué)以及物理方法來修復(fù)富營養(yǎng)化的封閉水體或維護(hù)清潔的封閉水體的裝置，尤其是一種無能耗的可維護(hù)自然美觀的修復(fù)裝置。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也更加嚴(yán)格，但是許多湖泊、人造湖泊、小區(qū)景觀等水體，均出現(xiàn)了不同程度的水體富營養(yǎng)化、黑臭等問題。一方面是由于人們使用大量的洗滌劑、清潔劑等，使得氮、磷等元素大量排放進(jìn)入水體，另一方面，這些水體的流速較小，甚至處于靜止?fàn)顟B(tài)，水體的自凈能力很差，底層水質(zhì)處于缺氧的狀態(tài)，有機(jī)物在水底厭氧積累，更加重了富營養(yǎng)化的程度，嚴(yán)重影響著自然環(huán)境的美觀和人們的居住環(huán)境。由于上述封閉水體分布廣泛、水域面積大，水體附近無電力供應(yīng)設(shè)施，又考慮到自然環(huán)境的和諧優(yōu)美，無法采取傳統(tǒng)的高成本水處理方法進(jìn)行治理，這些水體的富營養(yǎng)化問題成了生·態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要難題。現(xiàn)有的對(duì)這些封閉水體的處理方法主要生物技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和生態(tài)技術(shù)。生物法主要是活性污泥法，但傳統(tǒng)好氧硝化所需的曝氣對(duì)電能消耗比較大，直接應(yīng)用不適合覆蓋面積廣泛且不具備便捷電力設(shè)施的封閉水體。化學(xué)方法能收到立竿見影的效果，但是頻繁地更換化學(xué)藥劑不僅不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求，而且大量的化學(xué)藥品投入封閉水體會(huì)造成水體的二次污染，不符合可持續(xù)的發(fā)展理念。電化學(xué)氫自養(yǎng)型反硝化工藝是近年來發(fā)展起來的一種新型水處理技術(shù)，其原理是將電化學(xué)法與生物膜法相結(jié)合，通過在電極上進(jìn)行微生物掛膜，在直流通電產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，陰極表面產(chǎn)生H原子代替有機(jī)物成為電子供體，來實(shí)現(xiàn)氨氮的硝化反硝化。專利號(hào)為201010201140. 7的發(fā)明專利公開了這樣一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，脫氮效率較高，但是其不具備除磷效果，且日處理量較小，不適宜廣泛應(yīng)用在封閉水體中。生態(tài)技術(shù)主要是利用植物、動(dòng)物對(duì)污染物質(zhì)的吸收，來進(jìn)行脫氮除磷，最具典型性的生態(tài)技術(shù)就是人工浮床技術(shù)。專利公開號(hào)為CN1355144A的發(fā)明專利公開了一種利用風(fēng)能和生物浮床式來治理污水的綜合方法，它在浮床式單元體上設(shè)置生物濾材及除氮磷的兩棲植物對(duì)氮磷進(jìn)行吸收去除，也考慮到電力的問題，利用風(fēng)能進(jìn)行水體曝氣及水底光照發(fā)電，但是植物對(duì)氮磷的吸收能力有限，資料顯示，目前氮磷吸收能力最強(qiáng)，危害最重的水葫蘆的含氮量也僅為濕重的O. 24%，含磷量也僅為濕重的O. 022%，同時(shí)，利用風(fēng)能為電力來源也存在相當(dāng)大的不穩(wěn)定性，在氣流相對(duì)穩(wěn)定的地帶，該發(fā)明的應(yīng)用及其處理效果將受到很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)中的不足之處，提出了一種結(jié)合生物、化學(xué)以及物理方法來修復(fù)富營養(yǎng)化的封閉水體或維護(hù)清潔的封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無能耗，脫氮除磷效果好的優(yōu)點(diǎn)，此外，本發(fā)明裝置與自然景觀融為一體，既可解決水體富營養(yǎng)化的問題，又可美化自然環(huán)境，符合和諧的可持續(xù)發(fā)展理念。一種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，包括硝化反應(yīng)區(qū)，微電場(chǎng)處理區(qū)及生物除磷區(qū)。所述的硝化反應(yīng)區(qū)，在其坡面沿岸設(shè)置流水渠，并與溢流堰連接。其作用是使流水渠中的水在坡面上緩慢均勻流淌，與大氣充分接觸，提高水中的溶解氧含量，這就節(jié)約了好氧硝化所需的曝氣系統(tǒng)，減少前期的建設(shè)投資。在硝化反應(yīng)區(qū)的坡面上布置橢圓的鵝卵石，所述的鵝卵石每一塊大小接近，長(zhǎng)徑為30 50mm，短徑為20 35mm，以長(zhǎng)徑與水平面垂直的方式鑲嵌在坡面上，以沿岸方向?yàn)樾?，排列成一行行，并呈整齊的錯(cuò)開排列，即每塊鵝卵石都在上一行與之相鄰的兩塊鵝卵石的中心線上。相鄰行的鵝卵石間距為90 110mm，相鄰列的鵝卵石間距為50 70mm。在鵝卵石與坡面所形成的夾角中各放置一行聚烯烴類和聚酰胺的組合材料固定硝化細(xì)菌。這樣，污水在從坡面流下的過程中，與軟性材料接觸，污水中的氨氮在硝化細(xì)菌的作用下，轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，鵝卵石錯(cuò)開排列的目的是延長(zhǎng)水流在坡面上的停留時(shí)間，增加污水與硝化細(xì)菌的反應(yīng)時(shí)間，提高脫氮的效率?？刂葡噜徯泻拖噜徚械涅Z卵石的間距，是為了提高鵝卵石的分布密度，幫助軟性材料抵抗水流的沖擊力。 所述的微電場(chǎng)處理區(qū)，設(shè)置陽極板和陰極板，所述的陽極材料為鈦基體二氧化鉛或鈦基體二氧化釕，所述的陰極材料為不銹鋼或石墨。陽極板和陰極板的面積相同，每立方微電場(chǎng)處理區(qū)配置O. 5 O. 8m2陰極板，陰陽兩極板的間距控制在300 500mm,陽極和陰極分別接在直流電壓為4 12V，電流為20 80mA的穩(wěn)流變壓器的正極和負(fù)極上。在直流通電的條件下，電場(chǎng)作用產(chǎn)生H2, H2代替有機(jī)物成為反硝化反應(yīng)的電子供體，這就節(jié)約了反硝化所需的碳源，形成了一個(gè)氫自養(yǎng)的反硝化環(huán)境。在整個(gè)微電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)還填充一定比例的粒徑為I 3_的活性炭粒子電極,這樣就構(gòu)成了一個(gè)三維電極,首先活性炭自身對(duì)有機(jī)物有一定的吸附作用，粒子電極在微電場(chǎng)的作用下，表面帶有電荷，加速了微生物在其表面的附著，既促進(jìn)了有機(jī)物的降解，又可防止污泥膨脹，加強(qiáng)了廢水的微電場(chǎng)作用，起到協(xié)同的效果。在活性炭中投放與之?dāng)?shù)量比例為5 : I 5 : 2的石英砂、沸石或分子篩等絕緣粒子，可有效減少短路電流，提高電場(chǎng)效率?；钚蕴亢徒^緣粒子在微電場(chǎng)處理區(qū)的配比率為25% 45%。所述的生物除磷區(qū)，在距底面10 20cm的位置設(shè)置鐵絲網(wǎng)，在鐵絲網(wǎng)上方利用高效吸附材料填充形成磷吸附層，所述的高效吸附材料為人造粉煤灰、沸石、蛭石等，如造粒粉煤灰的磷吸附速率可達(dá)30 70mg/(kg · d)，為水葫蘆的三十余倍以上，磷吸附容量可達(dá)10000mg/kg,約為水葫蘆的500倍。這些材料大量吸附氮磷之后，在其上種植生態(tài)植物進(jìn)行同化吸收，如美人蕉、再力花等，這些材料為植物提供了營養(yǎng)，既達(dá)到了去除污染物質(zhì)的目的，也提供了一定的觀賞價(jià)值。在鐵絲網(wǎng)下方，接有水泵的進(jìn)水管，將生物除磷區(qū)的水提升到流水渠中開始下一次的循環(huán)，之所以將進(jìn)水管設(shè)在鐵絲網(wǎng)下方，是為了提高磷吸附層的利用效率，而水循環(huán)至流水渠，則是通過這樣的往復(fù)方式確保水質(zhì)，本發(fā)明不僅僅是前期的修復(fù)，后期更是一種維護(hù)的裝置。穩(wěn)流變壓器和水泵外接太陽能動(dòng)力裝置，這樣，不僅解決了封閉水體附近一般不具備電力供應(yīng)設(shè)施的問題，也可使整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)無能耗，節(jié)省了運(yùn)行的費(fèi)用。本發(fā)明的有益效果在于本裝置在自然條件下進(jìn)行改造，將硝化細(xì)菌固定安置在坡面與鵝卵石的夾角中，既減少了裝置的面積，又使得水體與大氣處于自然的流動(dòng)接觸狀態(tài)中，提高水體的溶解氧含量，無需曝氣系統(tǒng)，卻可以實(shí)現(xiàn)硝化細(xì)菌的好氧硝化，節(jié)約了裝置建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用，并且不破壞自然景觀的整體美觀。由此，整個(gè)裝置便可采用太陽能的供電裝置，徹底實(shí)現(xiàn)無電耗的水處理模式。本裝置循環(huán)的水處理方式，解決了封閉水體流動(dòng)性小的問題，不僅可以用作富營養(yǎng)化水體的修復(fù)裝置，也可作為清潔水體的日常維護(hù)裝置，廣泛適用于湖泊、人造湖泊、小區(qū)景觀等水體。


圖I為本發(fā)明裝置的截面示意圖。圖2為圖I中所示硝化反應(yīng)區(qū)的正視圖。附圖標(biāo)記說明I-流水渠；2_溢流堪；3_軟性材料；4_鵝卵石；5_坡面；6_陽極板；7_陰極板；8-粒子電極；9_絕緣粒子；10_穩(wěn)流變壓器；11_生態(tài)植物；12_磷吸附層；13_水泵；14_鐵絲網(wǎng)；15_硝化反應(yīng)區(qū)；16_微電場(chǎng)處理區(qū)；17_生物除磷區(qū)；18_太陽能動(dòng)力裝置。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。一種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，如圖I、圖2所示，包括硝化反應(yīng)區(qū)15，微電場(chǎng)處理區(qū)16及生物除磷區(qū)17。硝化反應(yīng)區(qū)15具有傾斜的坡面5，在其坡面5沿岸設(shè)置流水渠1，并與溢流堰2連接。在坡面5上布置長(zhǎng)徑為30 50mm，短徑為20 35mm的橢圓的鵝卵石4，以長(zhǎng)徑與水平面垂直的方式鑲嵌在坡面上，以沿岸方向?yàn)樾?，排列成一行行，并呈整齊的錯(cuò)開排列，即每塊鵝卵石都在上一行與之相鄰的兩塊鵝卵石的中心線上。相鄰行的鵝卵石直線間距為90 110mm，相鄰列的鵝卵石間距為50 70mm。在鵝卵石4與坡面5所形成的銳角中各放置一行聚烯烴類和聚酰胺的組合材料3固定硝化細(xì)菌。在微電場(chǎng)處理區(qū)16，所述的陽極板6和陰極板7的面積相同，每立方微電場(chǎng)處理區(qū)配置O. 5 O. Sm2陰極板，陰陽兩極板的間距控制在300 500mm。以鈦基體二氧化鉛為陽極材料，以石墨為陰極材料，陽極和陰極分別接在直流電壓為4 12V，電流為20 80mA的穩(wěn)流變壓器10的正極和負(fù)極上,在整個(gè)微電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)填充25% 45%的活性炭電極8和沸石9，形成三維電極，活性炭8的粒徑為I 3mm，活性炭8和沸石9的投放數(shù)量比例為5 : I 5 : 2。在生物除磷區(qū)17，設(shè)置距底面的距離為10 20cm的鐵絲網(wǎng)14，在鐵絲網(wǎng)14上方利用人造粉煤灰、沸石、蛭石等吸附材料填充形成磷吸附層12，并在其上種植生態(tài)植物11 ;在鐵絲網(wǎng)14下方，與水泵13的進(jìn)水管相連接，將生物除磷區(qū)的水提升到流水渠I中開始下一次的循環(huán)。穩(wěn)流變壓器10和水泵13外接太陽能動(dòng)力裝置18。待處理污水從流水渠中流出，經(jīng)溢流堰在坡面均勻布水后緩緩流下，污水在下流的過程中，受到鵝卵石的阻力，速度減慢，并與軟性材料上固定的硝化細(xì)菌相接觸，經(jīng)過硝化細(xì)菌的作用，污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，繼而進(jìn)入微電場(chǎng)處理區(qū)。在直流通電的條件下，電場(chǎng)作用在陰極產(chǎn)生H2, H2代替有機(jī)物成為反硝化反應(yīng)的電子供體，將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，去除污水中的氮素。同時(shí)，在電場(chǎng)中的活性炭粒子電極構(gòu)成了一個(gè)三維電極，活性炭自身對(duì)有機(jī)物有一定的吸附作用，粒子電極在微電場(chǎng)的作用下，表面帶有電荷，加速了微生物在其表面的附著，促進(jìn)了有機(jī)物的降解，活性炭電極表面也產(chǎn)生大量H2，確保反硝化反應(yīng)順利進(jìn)行。接著，污水進(jìn)入生物除磷區(qū)，依靠人造粉煤灰、沸石、蛭石等的物理吸附以及生態(tài)植物的同化作用去除污水中的磷。污水經(jīng)磷吸附層滲濾后透過鐵絲網(wǎng)，由水泵提升回到流水渠，至此完成一次的脫氮除磷過程。多次循環(huán)，達(dá)到修復(fù)維護(hù)水體水質(zhì)的要求。使用例一利用該裝置進(jìn)行小區(qū)9m2的景觀水體水質(zhì)維護(hù)，實(shí)驗(yàn)初期水體中氨氮的含量為I. 7mg/L,總磷的含量為O. 14mg/L,總氮含量為I. 8mg/L,裝置的硝化反應(yīng)區(qū)面積為16. 3m2，經(jīng)過測(cè)定，循環(huán)一次的時(shí)間為22min，經(jīng)過25次的循環(huán)，可使水質(zhì)滿足地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的IV類水標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行2個(gè)月的結(jié)果表明，水體中氨氮的含量<=1.5mg/L，總磷的含量< =O. lmg/L，總氮含量<=I. 5mg/L，該裝置具有很好的保持水體水質(zhì)的作用。使用例二 利用該裝置對(duì)150m2的封閉湖泊進(jìn)行水體的水質(zhì)修復(fù)，實(shí)驗(yàn)初期水體中氨氮的含量為3mg/L,總磷的含量為O. 18mg/L,總氮含量為3. 4mg/L,裝置的硝化反應(yīng)區(qū)面積為100m2，經(jīng)過測(cè)定，循環(huán)一次的時(shí)間為45min，經(jīng)過60次的循環(huán)，水體各項(xiàng)指標(biāo)低于地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的IV類水標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行2個(gè)月的結(jié)果表明，水體中氨氮的含量<=1.5mg/L，總磷的含量<=O. lmg/L，總氮含量<=I. 5mg/L，該裝置對(duì)污染水體具有明顯的修復(fù)并維持作·用。以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
1.一種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，包括硝化反應(yīng)區(qū)，微電場(chǎng)處理 區(qū)及生物除磷區(qū)，其特征在于 所述的硝化反應(yīng)區(qū)，在其坡面沿岸設(shè)置流水渠，并與溢流堰連接； 所述的硝化反應(yīng)區(qū)，其坡面上布置整齊排列的豎狀鵝卵石，在鵝卵石與坡面所形成的夾角中各放置一行軟性材料固定硝化細(xì)菌； 所述的微電場(chǎng)處理區(qū)，設(shè)置陽極板和陰極板，陽極和陰極分別接在穩(wěn)流變壓器的正極和負(fù)極，在整個(gè)微電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)填充適當(dāng)比例的粒子電極和絕緣粒子，形成三維電極； 所述的生物除磷區(qū)，設(shè)置鐵絲網(wǎng)，在鐵絲網(wǎng)上方利用吸附材料填充形成磷吸附層，并在其上種植生態(tài)植物； 所述的生物除磷區(qū)，在鐵絲網(wǎng)下方，與水泵的進(jìn)水管相連接，將生物除磷區(qū)的水提升到流水渠中開始下一次的循環(huán)。
2.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的鵝卵石為橢圓，長(zhǎng)徑為30 50mm,短徑為20 35mm,以長(zhǎng)徑與水平面垂直的方式鑲嵌在坡面上，以沿岸方向?yàn)樾校帕谐梢恍行?，并呈整齊的錯(cuò)開排列，即每塊鵝卵石都在上一行與之相鄰的兩塊鵝卵石的中心線上。相鄰行的鵝卵石間距為90 110mm，相鄰列的鵝卵石間距為50 70mmo
3.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的軟性材料為聚烯烴類和聚酰胺的組合材料。
4.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的穩(wěn)流變壓器的直流電壓為4 12V，電流為20 80mA。
5.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的陽極板和陰極板的面積相同，每立方微電場(chǎng)處理區(qū)配置0. 5 0. Sm2陰極板，陰陽兩極板的間距控制在300 500mm。
6.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的陽極材料為鈦基體ニ氧化鉛或鈦基體ニ氧化釕，所述的陰極材料為不銹鋼或石墨。
7.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的粒子電極為活性炭，粒徑為I 3_ ;所述的絕緣粒子為石英砂或沸石或分子篩；所述的粒子電極和絕緣粒子的數(shù)量投放比例為5 : I 5 : 2，粒子在微電場(chǎng)處理區(qū)的配比率為25% 45%。
8.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的吸附材料為人造粉煤灰、沸石、蛭石。
9.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的鐵絲網(wǎng)距底面的距離為10 20cm。
10.如權(quán)利要求書I所述的ー種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，其特征在于所述的穩(wěn)流變壓器和水泵外接太陽能動(dòng)力裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種封閉水體的維護(hù)修復(fù)裝置，可廣泛應(yīng)用于新建的或者需要修復(fù)的景觀水、湖泊等封閉水體。該裝置可分為硝化反應(yīng)區(qū)，微電場(chǎng)處理區(qū)及生物除磷區(qū)。所述的硝化反應(yīng)區(qū)主要利用水體堤岸的坡面，在其上布置排列整齊的豎狀鵝卵石，在鵝卵石與坡面形成的夾角中放置軟性材料固定硝化細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)硝化作用。由坡面順流而下的水進(jìn)入所述的微電場(chǎng)處理區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置陰極和陽極，并在整個(gè)區(qū)域內(nèi)填充一定比例的粒子電極和絕緣粒子。所述的生物除磷區(qū)，利用高效吸附材料填充形成磷吸附層，并在其上種植生態(tài)植物。本發(fā)明供電來源依靠太陽能，實(shí)現(xiàn)無能耗；坡面水體與大氣充分接觸，節(jié)省了曝氣系統(tǒng)。本裝置與自然景觀融為一體，既可解決水體富營養(yǎng)化的問題，又可美化自然環(huán)境。
文檔編號(hào)C02F1/48GK102795743SQ201210288379
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者沈霞娟, 韓競(jìng)一, 余佩佩, 沈東升, 洪瑜潞, 馮華軍 申請(qǐng)人:杭州凈洋環(huán)保科技有限公司