用于富营养化污染水体修复的浮岛系统及水体修复方法

摘要

本发明提供了一种用于富营养化污染水体修复的浮岛系统及水体修复方法，所述浮岛系统包括漂浮在水面上的基体、设置在基体上的微纳米气泡发生装置和设置在基体上的控制装置以及基体上的植物无土种植装置；所述微纳米气泡发生装置所产生的气泡的直径为1至50μm。本发明的浮岛系统操作使用方便，将多种处理方式有机结合，并且本发明的增氧方式不会破坏自然水体的温度跃层，不会改变整个水域的生态环境。

权利要求

1.一种用于富营养化污染水体修复的浮岛系统，其特征在于，所述系统包括漂浮在水面上的基体、设置在基体上的微纳米气泡发生装置和设置在基体上的控制装置；

所述微纳米气泡发生装置包括进水管路、气水混合单元、进气管路和喷射单元；

所述进水管路的一端与所述气水混合单元连接，所述进气管路与所述进水管路相通，所述喷射单元与所述气水混合单元连接；

所述喷射单元设置在污染水体的水面下方；

所述微纳米气泡发生装置所产生的气泡的直径为1至50μm；

所述浮岛系统还包括水平方向的水下搅拌装置，所述水下搅拌装置固定在所述基体上并设置在污染水体的水平面以下；

所述浮岛系统还包括固定在基体上的集水装置和水流控制装置，所述集水装置通过管路与水下搅拌装置连接，并且所述微纳米气泡发生器放置在集水装置内部，所述水流控制装置设置在所述集水装置与所述水下搅拌装置连接的管路上；

所述集水装置和所述水流控制装置用来控制含有微纳米气泡的水流。

2.根据权利要求1所述的浮岛系统，其特征在于，所述喷射单元包括气水导出管和微纳米气泡发生器，所述气水导出管的一端与所述气水混合单元连接，所述气水导出管的另一端与所述微纳米气泡发生器连接，所述微纳米气泡发生器设置在污染水体的水面以下。

3.根据权利要求2所述的浮岛系统，其特征在于，所述微纳米气泡发生装置还包括预处理装置，所述预处理装置设置在所述进水管路的前端，水经过预处理装置处理后进入进水管路。

4.根据权利要求1所述的浮岛系统，其特征在于，所述基体由能够漂浮在水面上的材料制成，所述基体是树脂筒或白色泡沫，所述白色泡沫是聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯。

5.根据权利要求4所述的浮岛系统，其特征在于，所述基体表面还设置有用于种植植物的种植孔或种植槽，在所述种植孔或种植槽内填充有植物生长基质，所述种植孔或种植槽内种植的水生植物的根系直接浸泡在富营养化污染水体中。

6.根据权利要求1所述的浮岛系统，其特征在于，所述浮岛系统还包括加药装置，所述加药装置包括药物储存槽和进药管，所述进药管的一端与所述药物储存槽连接，所述进药管的另一端伸入所述污染水体的水面以下，所述药物储存槽设置在所述基体上。

7.根据权利要求6所述的浮岛系统，其特征在于，所述控制装置包括操作面板、水位传感器、压力计传感器、压力阀、气体自吸量调整阀、加药控制阀和中央处理器；

所述水位传感器设置在所述气水混合单元的内部，所述气体自吸量调整阀设置在进气管路上，所述压力计传感器和压力阀设置在气水导出管上，所述加药控制阀设置在加药装置上。

8.一种水体修复方法，其特征在于，使用权利要求1～7任意一项所述的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统。

说明书

用于富营养化污染水体修复的浮岛系统及水体修复方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水污染治理的技术领域，特别是涉及一种用于富营养化污染水体修复的浮岛系统及水体修复方法。

背景技术

[0002] 目前我国水体污染的情况比较普遍，尤其是一些水流流动性较小的水体污染更加严重，并且现在水体的富营养化非常严重，水体富营养化使得藻类大量繁殖，进而水体进一步发臭。目前国内外去除水体富营养化的方法主要分为药剂法、生物法、工程方法。其中药剂法主要是通过加药抑制水体中N、P元素的析出，药剂投加量大，且存在有效分布问题，对于大面积和较深的水体去富营养化存在难度；生物法主要面临生物活性低和水体中溶氧情况低且存在分布不均匀的问题；而现有工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源；深层曝气，可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥中的磷及重金属的释放。

[0003] 但是目前人们多数是使用机械搅拌或曝气来提高水中的溶解氧量。一般的曝气设备，由于产生的气泡直径较大，上升速度很快，即使是在深层水体中注入气体产生气泡，经气泡增氧后的水体也会随气泡的上升而不能留存在深水缺氧的位置，并且由于者不能够使增氧后的水体与周围缺氧的水体之间充分混合，收效甚微；另外，通过全层曝气结合机械搅拌的方式来推动富营养化水体的流动混合的方式，该方法由于需要使水域中的大部分水体产生流动，所需要的能耗很高，并且全层曝气的方式破坏了自然水体中的温度跃层，改变了整个水域的生态环境，由此引发的生态链条的调整变化难以预料。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对现有技术的问题，提供一种结构简单、使用方便的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统和水体修复方法。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] 一种用于富营养化污染水体修复的浮岛系统，所述系统包括漂浮在水面上的基体、设置在基体上的微纳米气泡发生装置、设置在基体上的控制装置、设置在基体上的植物种植装置、设置在基体上的水流控制装置；

[0007] 所述微纳米气泡发生装置包括进水管路、气水混合单元、进气管路和喷射单元；

[0008] 所述进水管路的一端与所述气水混合单元连接，所述进气管路与所述进水管路相通，所述喷射单元与所述气水混合单元连接；

[0009] 所述喷射单元设置在污染水体的水面下方；

[0010] 所述微纳米气泡发生装置所产生的气泡的直径为1至50μm。

[0011] 在其中一个实施例中，所述喷射单元包括气水导出管和微纳米气泡发生器，所述气水导出管的一端与所述气水混合单元连接，所述气水导出管的另一端与所述微纳米气泡发生器连接，所述微纳米气泡发生器设置在污染水体的水面以下。

[0012] 在其中一个实施例中，所述微纳米气泡发生装置还包括预处理装置，所述预处理装置设置在所述进水管路的前端，水经过预处理装置处理后进入进水管路。

[0013] 在其中一个实施例中，所述基体由能够漂浮在水面上的材料制成，所述基体是树脂筒、浮筒或白色泡沫，所述白色泡沫是乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯。

[0014] 在其中一个实施例中，所述基体表面还设置有用于种植植物的种植孔或种植槽，在所述种植孔或种植槽内填充有植物生长基质，所述种植孔或种植槽内种植的水生植物的根系直接浸泡在富营养化污染水体中。。

[0015] 在其中一个实施例中，所述浮岛系统还包括加药装置，所述加药装置包括药物储存槽和进药管，所述进药管的一端与所述药物储存槽连接，所述进药管的另一端伸入所述污染水体的水面以下，所述药物储存槽设置在所述基体上。

[0016] 在其中一个实施例中，所述浮岛系统还包括水平方向的水下搅拌装置，所述水下搅拌装置固定在所述基体上并设置在污染水体的水平面以下。

[0017] 在其中一个实施例中，所述浮岛系统还包括固定在基体上的集水装置和水流控制装置，所述集水装置通过管路与水下搅拌装置连接，并且所述微纳米气泡发生器放置在集水装置内部。

[0018] 在其中一个实施例中，所述控制装置包括操作面板、水位传感器、压力计传感器、压力阀、气体自吸量调整阀、加药控制阀和中央处理器；

[0019] 所述水位传感器设置在所述气水混合单元的内部，所述气体自吸量调整阀设置在进气管路上，所述压力计传感器和压力阀设置在气水导出管上，所述加药控制阀设置在加药装置上。

[0020] 一种水体修复方法，使用如上所述的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] 1本发明同时考虑了推动水体流动、增加溶解氧、修复生物链三个因素，从三个方面综合考虑污染水体的修复问题；首先本发明仅在小范围促进并控制水体流动；其次本发明采用的微纳米气泡发生装置所产生的微纳米气泡在水中的停留时间长，再次本发明通过增加溶解氧修复水体的生物链；

[0023] 2本发明的浮岛系统操作使用方便，将多种处理方式有机结合，并且本发明的增氧方式不会破坏自然水体的温度跃层，不会改变整个水域的生态环境；

[0024] 3本发明的浮岛系统是一种局部水环境改善的物质循环通路，可以以点带面，改善整体生态系统。

附图说明

[0025] 以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

[0026] 图1为本发明的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统的一个实施例的整体示意图；

[0027] 图2为本发明的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统的俯视示意图；

[0028] 图3为本发明的微纳米气泡发生装置的示意图；

[0029] 图4为本发明的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统的另一个实施例的整体示意图。

具体实施方式

[0030] 本发明提供一种新的修复富营养化污染水体的浮岛系统及方法，本发明的浮岛系统采用新的增氧方式，能够对污染水体的缺氧层增加氧气，进而促进污染水体底层的泥水界面的好氧反应，并修复缺氧水体中的物质平衡。以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

[0031] 参见图1至图4，本发明提供一种用于富营养化污染水体修复的浮岛系统，所述系统包括漂浮在水面上的基体1、设置在基体上的微纳米气泡发生装置2和设置在基体上的控制装置3；所述微纳米气泡发生装置2包括进水管路21、气水混合单元22、进气管路23和喷射单元；所述进水管路21的一端与所述气水混合单元22连接，所述进气管路23与所述进水管路相通，所述喷射单元与所述气水混合单元22连接；所述喷射单元设置在污染水体的水面下方；所述微纳米气泡发生装置所产生的气泡的直径为1至50μm，其中直径为1至20μm的气泡占50%以上。

[0032] 本实施例的浮岛系统中的基体是浮在水面上的，主要用于提供微纳米气泡发生装置和控制装置等的安装位置；所述微纳米气泡发生装置是本发明的浮岛系统的主体部分，主要用于发生微纳米气泡；控制系统主要用于控制整个浮岛系统，实现浮岛系统的自动化，并且可以通过控制系统对整个污染水体的水质状况进行记录等。

[0033] 本实施例中的微纳米气泡发生装置主要是使进入微纳米气泡发生装置的气液混合流体在压力作用下高速旋转，，当高速旋转的液体和气体在适当的压力下从喷射单元的喷射口喷出时，由于喷口处混合气液的超高的旋转速度与气液密度比（1∶1000）的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果可以分解富营养化水体中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度可以达到10mg/l以上，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间存留在水中，其上升速度大约为3小时/米，可以随着溶解氧的消耗不断地向水中补充活性氧，为处理水中污染物、吸收营养物质的微生物提供了充足的活性氧、强氧化性离子团，并保证了活性氧充足的反应时间。微纳米气泡上升速度慢，并且多数微纳米气泡在上升过程中溶解到周围的水体中而不会象毫米、厘米级气泡那样上升到水面，不会破坏原有水体的生态结构，这是现有的曝气增氧技术所不能比拟的，最大程度地保护了原生态，并从根本上改变了深层水体的生物生存环境。

[0034] 一般的，污染水体的表面漂浮一层藻类，污染水体的内部根据温度可以自水面而下可以分为高温水层和低温水层，污染水体的表面并不缺氧，而是水面以下的水体因水面被藻类覆盖而缺氧。因此如何给水面以下的水体增氧是解决水体富营养化的重要问题。现有的曝气设备所产生的气泡直径较大，上升速度很快，即使是在深层水体中曝气，经气泡增氧后的水体也会随着气泡的迅速上升而不能留存在深水的缺氧区，并且增氧后的水体很难与周围的缺氧水体充分混合。而本发明的微纳米气泡发生装置所产生的气泡的直径为1至50μm，并且气泡数量多，体积小，上升速度很慢，能够长时间停留在水中，因此可以很好的对水中的缺氧区补充溶解氧，这样解决了缺水区域的溶解氧的问题，同时可以使周围的缺氧水体有足够的时间与带有微纳米气泡的水体相混合。

[0035] 较佳的，作为一种可实施方式，所述喷射单元包括气水导出管24和微纳米气泡发生器25，所述气水导出管24的一端与所述气水混合单元22连接，所述气水导出管24的另一端与所述微纳米气泡发生器25连接，所述微纳米气泡发生器25设置在污染水体的水面以下。本实施例中微纳米气泡发生器的位置可以根据需要设置，可以通过控制装置操作微纳米气泡发生器在水中的深度，更优的，可以将微纳米气泡发生器放置在水体底层，这样可以对水体底层进行增氧，进而能够抑制水体底层底泥中氮磷的溢出。微纳米气泡发生器最好设置在靠近水体底层的位置。

[0036] 较佳的，作为一种可实施方式，所述浮岛系统还包括水平方向的水下搅拌装置5，所述水下搅拌装置5固定在所述基体1上并设置在污染水体的水平面以下。本实施例中采用水平方向的水下搅拌装置，可以扩大微纳米气泡在水平方向上的分布范围，使得微纳米气泡最大可能的与周围水体充分混合，进行氧化反应，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，保持有氧状态，有利于抑制底泥的氮磷释放。所述的水下搅拌装置可以是常用的扇叶状的搅拌装置。所述的水下搅拌装置与微纳米气泡发生器之间的水平距离为10至50厘米，与微纳米气泡发生器之间的垂直距离为10至30厘米。这样既不会影响微纳米气泡发生器以及气水导出管，同时能更好的发挥搅拌作用。较佳的，作为一种可实施方式，参见图4，所述浮岛系统还包括固定在基体上的集水装置6和水流控制装置，所述集水装置6通过管路7与水平方向的水下搅拌装置5连接，并且所述微纳米气泡发生器25放置在集水装置6内部，所述水流控制装置设置在所述集水装置与所述水下搅拌装置连接的管路上。本实施例中的集水装置和水流控制装置用来控制含有微纳米气泡的水流，此时上层水体收集至集水装置中，通过管路进入搅拌装置，同时下层的贫氧水体也进入搅拌装置，在搅拌装置中实现上层水体、包含微纳米气泡的水体和下层贫氧水体的混合，然后释放出来，这样可以推动小范围内的水体流动，并且不会破坏整个水体的分布，同时使得微纳米气泡的分布范围和含有微纳米气泡的水流的流动方向和大小可控，从而可以更好的修复污染水体。将微纳米气泡发生器放置在集水装置中，集水装置通过导管与设置在水面以下的水平方向的水下搅拌装置相连。本实施例中微纳米气泡发生器产生的含有大量微小气泡的水，在搅拌器产生的水流吸力作用下通过导管输送到搅拌装置，并通过搅拌装置与周围缺氧水体混合。本实施例中的集水装置优选为漏斗形的集水装置，所述集水装置可以设置在污染水体的水面以下，此时集水装置与污染水体的水面的距离至少为10厘米；或者集水装置也可以设置在污染水体的水面以上，此时集水装置和水流控制装置起到控制微纳米气泡水流的作用。

[0037] 较佳的，作为一种可实施方式，所述微纳米气泡发生装置还包括预处理装置26，所述预处理装置设置26在所述进水管路21的前端，水经过预处理装置26处理后进入进水管路21。本实施例中，可以通过吸水泵27直接从污染水体中取水，并且为了保护微纳米气泡发生装置，将水体预先进行处理后才进入进水管路。

[0038] 较佳的，作为一种可实施方式，所述的预处理装置26是滤网、滤网箱或其他过滤3
器。所述的预处理装置也可以是超滤膜组件，所述超滤膜组件的处理量为5m/小时。因为本发明的浮岛系统的体积较小，因此超滤膜组件的处理量可以较小，本实施例中的气水混
3
合单元的体积为0.1m。这样设置整个浮岛系统的灵活性更大。

[0039] 较佳的，作为一种可实施方式，所述基体1由能够漂浮在水面上的材料制成，所述基体是树脂筒、浮筒或白色泡沫，所述白色泡沫是乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯。这是为了使本发明的浮岛系统能够漂浮在水面上。所述基体可以由若干个基体块拼接而成，这样方便浮岛系统的重复利用及运输的方便。

[0040] 较佳的，作为一种可实施方式，所述基体1表面还设置有用于种植植物的种植孔11，所述基体表面还设置有用于种植植物的种植孔或种植槽，在所述种植孔或槽内填充有植物生长基质，在所述种植孔或种植槽内种植的水生植物的根系直接浸泡在富营养化污染水体中。本实施例在所述种植孔内填充植物生长基质，所述的植物生长基质同时可以固定水生植物；在所述种植孔内种植水生植物。通过在浮岛系统上设置水生植物能够形成以浮岛系统为核心的来吸收水中的营养物质，围绕水生植物群落形成适于微生物以及大小鱼类生存的环境，同时，浮岛系统可以将水面的藻类随包含微纳米气泡的水体吸引到深水区，抑制藻类生长，并将藻类在深水区分解，减少水华现象的发生；部分的藻类可以通过基体的隔离吸附打捞直接减少水中的营养物质含量；从根本上改善富营养化水体的物质循环。所谓的基体的隔离吸附打捞是指随着基体的移动，水面的藻类可以被吸附至基体的附近，然后人工打捞即可。当集水装置设置在污染水体水面以下，则水生植物的根部应当靠近集水装置，这样有利于水生植物的根部的氧气供应。

[0041] 较佳的，作为一种可实施方式，所述浮岛系统还包括加药装置，所述加药装置包括药物储存槽41和进药管42，所述进药管42的一端与所述药物储存槽41连接，所述进药管42的另一端伸入所述污染水体的水面以下，所述药物储存槽41设置在所述基体上。本实施例将增氧方式和药剂处理方式相结合，根据实际需要来决定是否加药及加药量，这样可以实现定点的精确加药，避免影响整体水体环境。

[0042] 较佳的，作为一种可实施方式，所述控制装置3包括操作面板、水位传感器31、压力计传感器32、压力阀33、气体自吸量调整阀34、加药控制阀和中央处理器；所述水位传感器31设置在所述气水混合单元22的内部，所述气体自吸量调整阀34设置在进气管路23上，所述压力计传感器32和压力阀33设置在气水导出管24上，所述加药控制阀设置在加药装置上。本实施例中的控制装置是用来控制整个浮岛系统的，所有操作是在操作面板上进行的；其中通过水位传感器的信息来控制气体自吸量调整阀使气水混合单元中的水位维持预设水平，并获得预设浓度的气体溶解水；通过压力计传感器检测气水混合单元中的压力，通过压力阀调节气水混合单元中的压力。

[0043] 使用时，首先通过吸水泵从污染水体中吸水进入预处理装置，经过预处理装置处理后的水进入进水管路，此时进气管路呈负压，从而自吸气体，在气水混合单元中形成气液混合的压力液体，然后气水混合液通过气水导出管进入微纳米气泡发生器，通过微纳米气泡发生器的作用产生微纳米气泡，微纳米气泡进入缺氧水体，对水体进行增氧，改变水体的缺氧状态。

[0044] 本发明的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统将水力、生物和生物化学有机结合，高效能，低能耗，并且不改变整个水体的环境，是一种环境友好的水体修复系统。

[0045] 基于同一构思，本发明还提供一种利用上述的浮岛系统修复富营养化污染水体的方法，只要将上述实施例中的用于富营养化污染水体修复的浮岛系统放置在污染水体中即可，当水体范围较大时，可以人工移动浮岛系统。

[0046] 最后，需要说明的是，在本专利文件中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何关系或者顺序。而且，在本专利文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，其意在涵盖而非排他性包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备，不仅包括这些要素，而且还包括没有明确列出而本领域技术人员能够知晓的其他要素，或者还包括为这些过程、方法、物品或者设备所公知的必不可少的要素。

[0047] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。