一種浮力可調式水處理裝置的制作方法

本實用新型屬于環境工程技術領域，涉及一種浮力可調式水處理裝置。

背景技術：

隨著生態浮床等水體原位治理技術的開發和應用，我國水體富營養化及黑臭問題得到了一定程度的緩解。目前水體的修復技術可以分為物理修復、化學修復和生物修復。生物修復與物理化學修復相比具有設施簡單、投資少、易建造、管理方便、美化環境、適用范圍廣等優點。目前，人工濕地修復和浮床技術是植物修復最常用的技術。生態浮床技術作為有效的、經濟的以及符合可持續發展的要求的技術之一，目前已成為水環境綜合治理領域的研究和應用熱點。

然而生態浮床技術仍然存在制造成本高、水處理效果及其調節功能有限、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生的硝酸鹽氮過量積存于水體中，這對水環境質量升級和水體富營養化控制形成了很大的制約。現階段，生態浮床的技術主體為植物。不同植物去除氮、磷的能力已有所研究。事實證明，生態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。為了進一步強化生態浮床的凈化效果，就需要在浮床的功能和生物量上有所突破。然而現有的具備微生物富集功能的生態浮床技術中，存在一個普遍的缺陷是無法實現基質生物膜好氧、缺氧、厭氧等不同環境條件的分異水處理功能，從而限制了浮床的脫氮能力。另外一個現存的技術缺陷是浮床浮力有限且無法調節，使得浮床復合的水處理功能材料數量有限且結構單一，無法發揮浮床的全面凈化功能。

為了克服上述問題，本實用新型提出了一種浮力可調式水處理裝置。本實用新型的浮力可調式水處理裝置除了具備傳統浮床依靠植物吸收污染物質的功能外，還復合了水處理功能材料，包括無機濾料和生物膜載體，同時可通過調節該裝置的吃水深度，從而靈活調整基質層微生物的環境條件。

技術實現要素：

本實用新型提出了一種浮力可調式水處理裝置，包括：浮床框架，其內部設有空腔；設置在所述空腔內的充氣部件；設置在所述充氣部件上方的基質層，所述基質層中可栽種或播種植物；設置在所述浮床框架底部的水泵；及設置在所述基質層頂部的布水管，所述布水管的進水口穿過所述基質層與所述水泵連通。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述浮床框架具有柵格狀的底部結構及垂直設置在所述底部結構邊緣的腔體外緣。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述浮床框架采用輕質剛性材料，如：竹片、PVC、木條。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述充氣部件具有容納氣體的氣腔，所述充氣部件設有氣閥，用于向所述氣腔內充入或排除氣體，以調節浮力。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述基質層外包覆有包裝網。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述基質層由棕絲、甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花、輕質陶粒、沸石、礫石之一或其任意組合制成。

本實用新型提出的所述浮力可調式水處理裝置中，所述布水管上設有至少一個小孔，將所述布水管內的液體噴淋至所述基質層。

本實用新型的實質性特征及進步之處為：

(1)浮體浮力大，可承載比重較大的水處理材料

本實用新型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成的浮床框架作為輔助浮體。經測算，單位面積充氣盤管滿氣時的浮力是傳統板式浮床的3～5倍，這為本實用新型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，從而使得本實用新型水處理裝置相比其它浮床具有更強的吸氨除磷能力。

其次，基于本實用新型水處理裝置能夠承載更重的基質層，基質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。

另外，上述基質層的水處理材料可根據凈化目標實現優化組合。采用具有釋碳功能的有機基質如甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花等，可強化基質層微生物的脫氮功能；采用掛膜能力強、比表面積大的基質材料如棕絲、彈性填料、紗網等，可提高基質微生物的富集量；采用具有吸氨除磷功能的無機材料如陶粒、沸石、礫石等，可強化基質層的吸附、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，均能實現水處理功能的強化。

(2)浮力可調節，可根據水質特點及凈化目標靈活調控基質層微生物的環境條件

本實用新型水處理裝置可通過調節充氣盤管的氣量實現基質層處于不同的吃水深度，從而靈活調整基質層微生物的環境條件(好氧、缺氧或厭氧環境)。

當基質層處于深度吃水時：為全淹沒式浮床，基質層微生物以缺氧和厭氧環境為主，浮床具備強化脫氮功能。

當基質層處于淺度吃水時：為旱式浮床，基質層微生物以好氧環境為主，浮床具備強化去碳及硝化功能。

當基質層處于中度吃水時：浮床兼具上述兩種情形的特點和優勢。

綜上，本實用新型水處理裝置可根據水質特點及凈化目標(如針對黑臭水體或富營養化水體，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)，靈活調控基質層微生物的環境條件，從而達到預期水處理功效。譬如：針對氨氮污染為主的水質，適宜將水處理裝置浮力增大，使基質層處于淺度吃水，從而有利于微生物的硝化作用；針對易降解有機物污染為主的水質，適宜將水處理裝置浮力增大，使基質層處于淺度吃水，從而有利于微生物的好氧降解有機物作用；針對硝態氮污染為主的水質，適宜將水處理裝置浮力降低，使基質層處于深度吃水，從而有利于微生物的反硝化作用；針對難降解有機物污染的水質，適宜將水處理裝置浮力降低，使基質層處于深度吃水，從而有利于微生物的缺氧降解有機物作用。

(3)兼具生態浮床和人工濕地的功能

生態浮床利用植物及其根系的吸收、微生物的降解作用實現水體的原位凈化，人工濕地則通過水體在濕地中的循環，實現污水的物理過濾、吸附、微生物降解及植物吸收等綜合凈化作用。本實用新型水處理裝置即具備常規生態浮床的凈化機制，又具備豎流式人工濕地的功能，增強凈化效果的同時也強化了水體的循環與交換。

(4)成本低廉、便于維護

相比傳統浮床制作材料如PVC管、塑料泡沫板等，本實用新型所述水處理裝置的制作材料如，竹片、竹竿、麻繩、塑料軟管、基質等更為廉價易得。本實用新型水處理裝置采用在基質層上播灑種子或栽種幼苗的種植方式，相比傳統板式浮床用海綿、花盆等物品固定植物于預設栽種孔的方式，前者更簡單易行；收獲植物時，只需將基質層上的植物收割或將充氣盤管間隙的植物撥除，維護方便。

附圖說明

圖1為本實用新型浮力可調式水處理裝置的結構圖。

圖2為具體實施方式中浮床框架的結構圖。

圖3為具體實施方式中充氣盤管的結構圖。

圖4為具體實施方式中基質層的結構圖。

圖5為具體實施方式中布水管的結構圖。

具體實施方式

結合以下具體實施例和附圖，對實用新型作進一步的詳細說明。實施本實用新型的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本實用新型沒有特別限制內容。

圖1顯示的是本實用新型浮力可調式水處理裝置，該裝置具有浮床框架1、充氣部件2、基質層3、水泵4和布水管5。浮床框架1內部設有空腔，充氣部件2設置在空腔內，充氣部件2上方設有基質層3。浮床框架1的底部中央設有水泵4，水泵4與布水管5相連，布水管5設置在基質層3的頂部。

如圖2所示，本實用新型中的浮床框架1有柵格狀的底部結構11，以及垂直設置在底部結構11邊緣的腔體外緣12，腔體外緣12與底部結構11共同形成空腔。本實用新型具體實施例中，浮床框架1采用竹片彎曲相連形成腔體外緣12，底部用細竹竿連接成柵格狀的底部結構11，細竹竿與竹片的連接采用打孔穿繩的方式連接。

如圖3所示，本實用新型中的充氣部件2以螺旋狀排布于浮床框架1內的氣囊構成，氣囊內其具有可容納氣體的氣腔，充氣部件2還設有氣閥，用于向氣腔內充入或排除氣體，以調節浮力。本實用新型具體實施例中，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顯示的是本實用新型中的基質層3，基質層3的材料為輕質陶粒、棕絲、稻草墊的組合；具體地，稻草墊鋪設于充氣部件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10cm厚的棕絲，棕絲上方鋪設5cm厚的輕質陶粒。其中，輕質陶粒具有吸附磷酸鹽及固體懸浮顆粒物的作用。棕絲質地松軟蓬松，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，從而保證微生物進行反硝化作用所需的碳源。此外，本實用新型的基質層3可由棕絲、甘蔗渣、稻草墊、秸稈、木刨花、輕質陶粒、沸石、礫石之一或其任意組合制成。松散的基質層3的整體通過包裝網包裹，基質層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的進水口沉浸在水體中，泵入的水流入布水管5內。如圖5所示，布水管5可采用PP(DN60，厚度2mm)軟管制成，在軟管側上方45°處開至少一個小孔，小孔的孔徑參照實際水泵流量及需要任意調節，軟管的末端封閉。經水泵4泵入的水流從小孔向側上方45°方向噴淋至基質層3中。由基質層3凈化后流入原水體中。

基于上述浮力可調式水處理裝置，使用本實用新型進行凈水的方法包括如下步驟：

步驟一：將浮力可調式水處理裝置置于水中，向充氣部件2內充入氣體使浮力可調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，布水管5將水噴淋至基質層3；

步驟三：水經過基質層3的物理過濾、化學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，當基質層3的植物生長周期結束時，拔除或收割植物并在基質層3內重新栽種或播種。

步驟一中可根據需要調節基質層3的吃水深度，可根據水質特點及凈化目標靈活調控基質層微生物的環境條件。

當基質層處于深度吃水時：為全淹沒式浮床，基質層微生物以缺氧和厭氧環境為主，浮床具備強化脫氮功能。鑒于本實施例的治理目標是強化脫氮(對水體硝酸鹽濃度有嚴格要求)，故調節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境。

當基質層處于淺度吃水時：為旱式浮床，基質層微生物以好氧環境為主，浮床具備強化去碳及硝化功能。

當基質層處于中度吃水時：浮床兼具上述兩種情形的特點和優勢。

本實用新型的保護內容不局限于以上實施例。在不背離實用新型構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本實用新型中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。