申请日2014.12.18
公开(公告)日2015.04.15
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32
摘要
本发明涉及一种用于污水处理的人工生态浮岛，包括位于一轻质盒体框架内的颗粒填料层;所述颗粒填料层上穿插固定有多条轻质波形条骨架;所述多条波形条骨架波形相同并在颗粒填料层上平行排列，形成同一波形的波形面;所述波形面被所述颗粒填料层分隔成上波面、中波面和下波面三个区域;所述上波面上铺设负载有光催化材料的活性炭纤维毡，中波面和下波面上铺设普通活性炭纤维毡或负载有光催化材料的活性炭纤维毡;该人工生态浮岛能对水环境进行深度处理、兼具脱氮除磷功能，且对表层难降解有机污染物也能够进行有效处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水处理人工生态浮岛，包括一轻质盒体框架，所述轻质盒体框架的底面设一筛网， 筛网上装填有一层颗粒填料，形成颗粒填料层，所述颗粒填料层的上表面上设有一固定 板，所述固定板上设有用于栽种水生植物的种植孔;所述颗粒填料层上穿插固定有多条 轻质波形条骨架;所述多条轻质波形条骨架波形相同并在所述颗粒填料层上平行排列， 形成同一波形的波形面;所述波形面被所述颗粒填料层分隔成上波面、中波面和下波面 三个区域;上波面突出于所述固定板之上，中波面位于所述颗粒填料层内，下波面突出 于所述筛网之下;所述上波面上铺设负载有光催化材料的活性炭纤维毡，中波面和下波 面上铺设有普通活性炭纤维毡或负载有光催化材料的活性炭纤维毡。
2.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述光催化材料选自纳 米TiO2、纳米ZnO、纳米WO3和纳米Fe2O3。
3.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述轻质波形条骨架的 波形为弧形波、三角波或矩形波。
4.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述多条轻质波形条骨 架等间距平行排列。
5.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述轻质波形条骨架由 竹条或由热塑性轻质材料制成;所述轻质盒体框由塑料管、竹筒或聚苯乙烯泡沫制成。
6.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述负载有光催化材料 的活性炭纤维毡的厚度为3～8mm;所述普通活性炭纤维毡的厚度为3～8mm。
7.如权利要求1所述的一种用于污水处理的人工生态浮岛，其特征在于，所述颗粒填料选 自陶粒、沸石颗粒和石英砂，粒径在1～50mm。
8.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述颗粒填料层的高度 为200～800mm;所述上波面的竖直高度为100～300mm;所述下波面的竖直高度为 400～1200mm;所述轻质波形条骨架，沿着波形发展方向，波形曲线长度为6～12m/m直 线距离。
9.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述轻质盒体框架为长 方体结构;所述轻质波形条骨架的波形发展方向与所述长方体结构的一边平行。
10.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，所述固定板上种植 孔的开孔密度为25～80个/m2;所述种植孔的直径为40～150mm。
11.如权利要求1所述的一种污水处理人工生态浮岛，其特征在于，还包括以下特征中 的任一项或两项：
(a)在所述轻质盒体框架的四周固定有泡沫塑料块;
(b)在所述轻质盒体框架的四周对称系有多个浮球或浮筒。
12.一种人工生态浮岛净水方法，包括以下步骤：
(1)将权利要求1-11任一所述的人工生态浮岛浮于待处理的污水中，并使波形条骨架 的波形发展方向与水流的方向相垂直;
(2)借助外力，使上波面上铺设的负载有光催化材料的活性炭纤维毡浸没于污水中吸 附污染物，并保持一段时间;
(3)撤除外力，使上波面上铺设的负载有光催化材料的活性炭纤维毡暴露于空气中进 行光催化分解吸附的污染物。
13.如权利要求12所述的一种人工生态浮岛净水方法，其特征在于，步骤(1)中，所 述人工生态浮岛的种植孔内栽种有具有净水功能的水生植物，且植物根部浸没于水体 中。
14.如权利要求13所述的一种人工生态浮岛净水方法，其特征在于，所述具有净水功 能的水生植物选自香根草、牛筋草、石营蒲、灯芯草、黄花鸳尾、香蒲、美人蕉、慈菇、 马蹄莲中的一种或任意几种的组合。
15.如权利要求13所述的一种人工生态浮岛净水方法，其特征在于，在所述种植孔的 孔隙内加设柔性材料用于固定所述栽种的水生植物。
16.如权利要求12所述的一种人工生态浮岛净水方法，其特征在于，还包括以下特征 中的任一项：
(a)所述人工生态浮岛四周的水体底部对称设置有多个锚桩，锚桩上系有一长度固定 的定位钢绳，定位钢绳的自由端连接有一个套环;在所述人工生态浮岛上，系有 与所述锚桩位置对应的多条长度可调的调节钢绳;所述调节钢绳穿过对应位置调 节钢绳上的套环，自由端绕于位于岸上的滚轮上，通过调节绕在滚轮上的调节钢 绳的长度的方式对所述浮岛施加外力;
(b)通过在所述人工生态浮岛上增加或减少重力部件的方式对所述浮岛施加外力。
说明书
一种用于污水处理的人工生态浮岛及净水方法
技术领域
本发明涉及一种用于污水处理的人工生态浮岛及净水方法，属于污水治理领域。
背景技术
由于目前我国的市政设施还不完善，较大一部分未经处理的生活污水、工业废水直接 或顺着雨水排入河流、湖泊等受纳水体中;同时，由于农业的机械化及农药化肥的大量使 用，大量废水也排入江河湖泊中，导致水环境的恶化，污水中的氮、磷易导致水体富营养 化。工业污水、农业污水等水源夹杂一些特殊污染物，如酰胺类、氨基甲酸酯类、苯氧羧 酸类、苯类等，较难降解，易被带入生物链，造成严重后果。水资源的短缺及水质恶化使 得水环境的生态系统遭到严重破坏，对水环境的修复治理是目前亟待解决的问题。目前水 体的净化技术主要有曝气增氧、植物驳岸修复带、人工湿地、生物膜技术、人工浮岛技术 等。运用生态修复技术可以净化水质、改善生态系统，且较物理、化学方法更经济可行， 生态修复中的人工浮岛技术较其他方法其投资省、灵活性高、对水体净化效果好等优点。 但对于水体的深度处理及对较难降解的特殊污染物的处理效果不够理想。
本发明在现有人工浮岛基础上，开发一种新型人工浮岛水体净化的方法及装置，该发 明适用于水体的深度处理，同时，对水体中较难降解的特殊污染物的去除有较好的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水处理人工生态浮岛及净水方法，能对水环境进行深度 处理、兼具脱氮除磷功能，且对表层难降解有机污染物也能进行有效处理。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种污水处理人工生态浮岛，包括一轻质盒体框架，所述轻质盒体框架的底面设一筛 网，筛网上装填有一层颗粒填料，形成颗粒填料层，所述颗粒填料层的上表面上设有一固 定板，所述固定板上设有用于栽种水生植物的种植孔;所述颗粒填料层上穿插固定有多条 轻质波形条骨架;所述多条波形条骨架波形相同并在颗粒填料层上平行排列，形成同一波 形的波形面;所述波形面被所述颗粒填料层分隔成上波面、中波面和下波面三个区域;上 波面突出于所述固定板之上，中波面位于所述颗粒填料层内，下波面突出于所述筛网之下; 所述上波面上铺设负载有光催化材料的活性炭纤维毡，中波面和下波面上铺设普通活性炭 纤维毡或负载有光催化材料的活性炭纤维毡。
其中，
优选的，所述轻质波形条骨架的波形为弧形波、三角波或矩形波等。
优选的，所述多条轻质波形条骨架等间距平行排列。
优选的，所述轻质波形条骨架由轻质材料制成，如竹条或由热塑性轻质材料。
所述波形条骨架的宽度和厚度没有具体要求，只要起到支撑所述活性炭纤维毡，且牢 固即可。
优选的，所述光催化材料选自纳米TiO2、纳米ZnO、纳米WO3和纳米Fe2O3等光催 化材料。负载方法采用现有技术;如可参考文献《活性炭纤维负载TiO2薄膜的制备及对亚 甲基蓝的光催化降解》，作者员汝胜;或参照硕士论文《ZnO/活性炭纤维复合材料的研究》， 作者张宗见，济南大学。
更优选的，所述光催化材料选自纳米TiO2。
优选的，所述负载有光催化材料的活性炭纤维毡的厚度为3～8mm;所述普通活性炭纤 维毡的厚度为3～8mm。
光催化技术，具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使 用等优点。已经研究过的光催化剂包括TiO2、ZnO、WO3和Fe2O3等，而纳米TiO2由于 活性高、稳定性好、对人体无毒、成本低，在废水处理(有机污染物以及无机离子的降解、 空气净化以及杀菌)等方面可以发挥很大的作用。
所述生态浮岛使用时，将波形骨架整体浸入污水中，上波面上铺设的负载有光催化材 料的活性炭纤维毡对表层有机污染物进行充分吸附;当上波面材料凸出于水面以上，在阳 光下或在紫外线辐射下，有机物的降解反应速度快，几分钟到几小时有机物的降解即告完 成。同时，由于光催化技术对污染物的降解没有选择性，能降解任何有机物，特别是多环 芳烃和多氯联苯类化合物也能被正常降解，最终可降解为CO2和H2O，消除二次污染，对 于难降解污染物的降解是一条有效途径。
下波面区域的活性炭纤维毡，长期置于水中，活性炭纤维(ACF)可促进水体污染物 的降解，由于ACF具有微孔结构，比表面积大，且孔隙直接开口在纤维表面，污染物到达 吸附位的路径较活性炭填料或一般纤维填料更短。ACF挂膜后，微生物主要包裹在纤维束 的表面，或生长在纤维束与束之间，采用ACF，其单位处理量最高可达到1600mL/g，而目 前常用的活性炭填料仅为500mL/g。
优选的，所述颗粒填料选自陶粒、沸石颗粒、石英砂等，粒径在1～50mm，优选粒径为 10～20mm。
颗粒填料层除了起到支撑固定波形条骨架的作用，还用于植物根系的固着，同时，由 于填充有颗粒物，为微生物的生长提供载体，形成丰富的微生物群;由于根系对污染物吸 收耗氧，填料上微生物对污染物的吸附降解过程消耗氧气，形成了缺氧环境，有利于去除 氮类污染物。陶粒等填料物质中的部分无机物质，如氧化硅、氧化镁、氧化钙等成分，能 够通过吸附共沉淀作用去除水体中的磷，提高人工浮岛的磷去除能力。
优选的，所述轻质盒体框架由轻质材料制成。所述轻质材料选自塑料管、竹筒、聚苯 乙烯泡沫等材料，有利于提高浮岛的浮力。
优选的，在所述轻质盒体框架的四周固定有泡沫塑料块，用于进一步增加浮岛的浮力。
优选的，在所述轻质盒体框架的四周对称系有多个浮球或浮筒。
优选的，所述颗粒填料层的高度为200～800mm;横截面尺寸没有特殊限定，可根据实 际需要灵活选择。
优选的，所述上波面的竖直高度为100～300mm。
优选的，所述下波面的竖直高度为400～1200mm。
优选的，所述轻质波形条骨架，沿着波形发展方向，波形曲线长度为6～12m/m直线距 离。
优选的，所述轻质盒体框架为长方体结构;所述轻质波形条骨架的波形发展方向与所 述长方体结构的一边平行。
优选的，所述固定板上种植孔的开孔密度为25～80个/m2。
优选的，所述种植孔的直径为40～150mm。
在所述污水处理人工生态浮岛的基础上，本发明进一步提供一种生态浮岛净水方法， 包括以下步骤：
(1)将所述的人工生态浮岛浮于待处理的污水中，并使波形条骨架的波形发展方向与
水流的方向相垂直;
(2)借助外力，使上波面上铺设的负载有光催化材料的活性炭纤维毡浸没于污水中吸 附污染物，并保持一段时间;
(3)撤除外力，使上波面上铺设的负载有光催化材料的活性炭纤维毡暴露于空气中进 行光催化分解吸附的污染物;
其中，
优选的，步骤(1)中，所述人工生态浮岛的种植孔内栽种有具有净水功能的水生植物， 且植物根部浸没于水体中。
优选的，所述具有净水功能的水生植物选自香根草、牛筋草、石营蒲、灯芯草、黄花 鸳尾、香蒲、美人蕉、慈菇、马蹄莲中的一种或任意几种的组合。
优选的，在所述种植孔的孔隙内加设柔性材料用于固定所述栽种的水生植物。所述柔 性材料选自海绵、聚苯乙烯泡沫。
优选的，所述人工生态浮岛四周的水体底部对称设置有多个锚桩，锚桩上系有一长度 固定的定位钢绳，定位钢绳的自由端连接有一个套环;在所述人工生态浮岛上，系有与所 述锚桩位置对应的多条长度可调的调节钢绳;所述调节钢绳穿过对应位置调节钢绳上的套 环，自由端绕于位于岸上的滚轮上，通过调节绕在滚轮上的调节钢绳的长度的方式对所述 浮岛施加外力。通过所述锚桩、定位钢绳以及调节钢绳的配合作用，在外力作用下，沿着 滚轮拉动或放松调节钢绳，即可达到调节所述污水处理人工生态浮岛在水体内的位置的目 的。定位钢绳的长度可根据水深来定。
作为另一位置调节方法，通过在所述污水处理人工生态浮岛上增加或减少重力部件的 方式对所述浮岛施加外力。
步骤(2)，所述污水处理人工生态浮岛浸没的深度和时间可根据包覆的纳米光催化活 性碳纤维材料的种类、水质、水深以及浮岛本身的大小等综合条件确定。
可以重复步骤(2)和(3)，多次重复吸附和降解。
本发明的技术效果及优点在于：
1.本发明将光催化技术运用到人工浮岛技术中，对于水体中的难降解有机污染物有良 好的去除效果。
2.本发明应用光催化技术，具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗 低、可重复使用等优点。
3.本发明利用活性炭纤维的特殊结构，具有比表面积大，挂膜效果好的优点，增加微 生物量，对污染物的去除具有良好效果。
4.本发明通过不同区域填料的疏密排列，形成缺氧和好氧区，有利于脱氮;并利用颗 粒填料无机物质与磷的共沉淀性能，以去除污水中的磷，从而实现对污水的脱氮除磷功能。
5.本发明采用使水体污染物高效降解的骨架结构，能够满足污水的充分接触，同时， 将活性炭纤维覆盖其上，不易破损，从而提高活性炭纤维使用寿命。
6.本发明可有效改善水体富营养化情况，改善难降解污染物对生物链的影响，对水环 境的净化具有重要作用。
