申请日2007.01.19
公开(公告)日2007.08.01
IPC分类号C02F3/32
摘要
本发明是污水生物处理模块化气浮式人工沉床及制作方法和净化方法。主框架床体为杆系框架结构，整体呈立方箱体，床底、床角和床帮由若干根管柱状管材等距相连接，顶部为敞口，床底放置网格板，网格板上放置若干个种植箱，种植箱的种植孔内种植种植物，床帮上设置若干个浮子，浮子的浮力抵消主框架床体的部分重力，保持主框架床体在水体中处于平衡，床底的浮筒固定架上至少固定设置2个以上浮筒，浮筒的下部设置排水孔，充气管的一端部由排水孔插入浮筒内固定，充气管的另一端部设置充气闸阀。本发明科学设计，结构合理，制作简单，使用方便，通过浮筒的调节实现床体在水中的升降，控制调控种植物在水下的深度，提高了水生种植物的成活率。
权利要求书
1、一种污水生物处理模块化气浮式人工沉床，其特征是主框架床体(1) 为杆系框架结构，整体呈立方箱体，主框架床体(1)的床底(16)部由若 干根管柱状管材等距相连接，主框架床体(1)床底(16)的周边至少等距 设置3个以上床角(2)，床角(2)呈管柱状，床角(2)与床底(16)部 相连接，主框架床体(1)的床底部周边向上延伸的环形床帮(3)，主框架 床体(1)的床帮(3)由若干根管柱状管材与床角(2)相连接构成，主框 架床体(1)顶部为敞口，主框架床体(1)的床底部下方相对设置若干个U 形浮筒固定架(5)，浮筒固定架(5)的U形端部与主框架床体(1)的床 底(16)管材相连接;主框架床体(1)的床底(16)上至少放置1块以上 网格板(4)，网格板(4)铺满整个床底(16)，用连接件固定在床底(16) 上，网格板(4)整体呈网格状，网格板(4)上布满网格孔，网格板(4) 在床底(16)上支撑和承载种植箱(9)，水体通过网格板(4)的网格孔贯 穿流动;主框架床体(1)内排列放置若干个种植箱(9)，种植箱(9)与 种植箱(9)之间相互独立，种植箱(9)整体呈立方箱形，种植箱(9)四 周箱壁和箱底部设置透水孔(13)，水体对箱体内的种植物(11)的根系和 多孔基质(10)充分交换，种植箱(9)上部至少设置1个以上种植孔(12)， 种植箱(9)箱体内放置填充基质(10)，种植孔(12)内种植种植物(11)， 种植物(11)的根系扎于填充基质(10)内，填充基质(10)固定种植物(11) 的根系，填料基质(10)为微生物提供附着载体，微生物附着在种植箱(9)、 种植物(11)的根系和填料基质(10)表面形成微生物膜，增强微生物的降 解作用，通过种植物(11)吸收去除水体中的污染物;种植孔(12)内种植 种植物(11)，种植物(11)直接吸收水体中的营养物质净化水体，在光合 作用和输氧作用下，对好氧微生物提供氧源，形成植物-微生物的协同净 化;主框架床体(1)周边的床帮(3)上设置若干个浮子(8)，浮子(8) 的浮力抵消主框架床体(1)、种植箱(9)和填充基质(10)的部分重力， 保持主框架床体(1)在水体中处于平衡;主框架床体(1)床底(16)的 浮筒固定架(5)上至少固定设置2个以上浮筒(6)，浮筒(5)呈筒状中 空密闭，调节主框架床体(1)的整体浮力，浮筒(5)沿浮筒固定架(5) 贯穿床底(16)，浮筒(5)的下部设置排水孔(14)，排水孔(14)贯通浮 筒(5)，充气管(7)的一端部由排水孔(14)插入浮筒(6)内固定，充 气管(7)的另一端部设置充气闸阀(15)，控制充气管(7)向浮筒(5) 充气量和气流方向，通过充气管(7)向浮筒(5)内充气，浮筒(5)内的 水体由排水孔(14)排出，增加浮筒(5)的浮力，主框架床体(1)整体 上浮，通过充气管(7)排出浮筒(5)内气体，浮筒(5)内减压水体从排 水孔(14)进入浮筒(5)内，降低浮筒(5)的浮力，主框架床体(1)整 体下沉。
2、根据权利要求1所述的污水生物处理模块化气浮式人工沉床，其特 征在于所述的主框架床体(1)截面呈矩形或正方形或圆形或多边形，至少 采用1种以上;种植箱(9)的截面积呈矩形或正方形或圆形或多边形，至 少采用1种以上;种植箱(9)内的填充基质(10)为碎石、陶粒、火山玄 武岩、聚苯乙烯球，粒径为10-15mm，至少采用1种以上;主框架床体(1) 上的种植箱(9)种植的种植物(11)为水陆两栖植物，水陆两栖植物采用 水生植物中挺水植物，挺水植物为黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、 美人蕉，至少种植1种以上。
3、一种污水生物处理模块化气浮式人工沉床的制作方法，其特征是主 框架床体(1)采用杆系框架结构，由若干根管柱状管材相连接，主框架床 体(1)整体呈立方箱体，采用若干根管柱状管材等距焊接或螺栓连接成床 底(16)，在床底(16)的周边至少等距设置3个以上床角(2)，床角(2) 呈管柱状，采用管材制作，采用焊接或螺栓把床角(2)与床底(16)的周 边相连接，床底(16)的周边向上延伸的环形床帮(3)，床帮(3)由若干 根管柱状管材与床角(2)相连接构成，主框架床体(1)顶部为敞口;床 底(16)下方相对焊接或螺栓连接若干个U形浮筒固定架(5)，浮筒固定 架(5)的U形端部与主框架床体(1)的床底(16)管材相连接;床底(16) 上部放置网格板(4)，网格板(4)采用板材制作，网格板(4)整体呈网 格状，采用整块或多块网格板(4)铺敷满整个床底(16)，网格板(4)上 放置种植箱(9)，水体能通过网格板(4)的网格孔贯穿流动;主框架床体 (1)内排列放置若干个种植箱(9)，种植箱(9)采用板材制作，整体呈 立方箱形，种植箱(9)四周箱壁和箱底部设置透水孔(13)，种植箱(9) 上部至少设置1个以上种植孔(12)，种植孔(12)内种植种植物(11)，种 植箱(9)箱体内放置填充基质(10)，填充基质(10)采用粒径为10-15mm 的碎石、陶粒、火山玄武岩、聚苯乙烯球，至少采用1种以上，水体对箱 体内的种植物(11)的根系和多孔基质(10)充分交换，种植物(11)的根 系扎于填充基质(10)，填充基质(10)固定种植物(11)的根系，填料基 质(10)为微生物提供附着载体，微生物附着在种植箱(9)、种植物(11) 的根系和填料基质(10)表面形成微生物膜，增强微生物的降解作用，通 过种植物(11)吸收去除水体中的污染物，种植物(11)直接吸收水体中的 营养物质净化水体，在光合作用和输氧作用下，对好氧微生物提供氧源， 形成植物一微生物的协同净化;在主框架床体(1)周边的床帮(3)上设 置若干个浮子(8)，保持主框架床体(1)在水体中处于平衡;在床底(16) 的浮筒固定架(5)上至少固定安装2个以上浮筒(6)，浮筒(5)制作成 筒状，整体中空密闭，浮筒(5)的下部设置排水孔(14)，排水孔(14) 贯通浮筒(5)，浮筒(5)沿浮筒固定架(5)贯穿床底(16)，充气管(7) 的一端部由排水孔(14)插入浮筒(6)内固定，充气管(7)的另一端部 安装充气闸阀(15)，控制充气管(7)向浮筒(5)充气量和气流方向。
4、一种污水生物处理模块化气浮式人工沉床的净化方法，其特征是将 安装设置了网格板(4)、浮子(8)、浮筒(6)、种植箱(9)和种植物(11) 的主框架床体(1)放入水体，打开充气闸阀(15)通过充气管(7)抽出 床底(16)下部的浮筒(6)内的空气，随着空气的排出水体由排水孔(14) 逐渐进入浮筒(6)内，浮筒(6)的浮力逐渐减小，主框架床体(1)随着 浮筒(6)的浮力减小逐渐沉入水体内，当主框架床体(1)到达水体中光 照充足的深度则关闭充气闸阀(15)，浮筒(6)的浮力保持主框架床体(1) 在水体的深度，适宜种植物(11)生长繁衍的生态环境，提高种植物(11) 的成活率;或者当水位升高，沉在水体中的主框架床体(1)改变了种植物 (11)的生长繁衍的生态环境，打开充气闸阀(15)通过充气管(7)对床 底(16)下部的浮筒(6)充气，空气一进入浮筒(6)内则增加浮筒(6) 的气压，随着浮筒(6)内气压加大浮筒(6)内的水体从排水孔(14)排 出，浮筒(6)的浮力加大，主框架床体(1)上浮，当主框架床体(1)到 达水体中光照充足的深度则关闭充气闸阀(15)，浮筒(6)的浮力保持主 框架床体(1)在水体的深度，适宜种植物(11)生长繁衍的生态环境，提 高种植物(11)的成活率;或者当维修主框架床体(1)时，打开充气闸阀 (15)通过充气管(7)对床底(16)下部的浮筒(6)充气，空气一进入 浮筒(6)内则增加浮筒(6)的气压，随着浮筒(6)内气压加大浮筒(6) 内的水体从排水孔(14)排出，浮筒(6)的浮力加大，直至主框架床体(1) 浮出水面;当维修结束，打开充气闸阀(15)通过充气管(7)抽出床底(16) 下部的浮筒(6)内的空气，随着空气逐渐的排出浮筒(6)，水体由排水孔 (14)逐渐进入浮筒(6)内，浮筒(6)的浮力随之逐渐减小，主框架床 体(1)随着浮筒(6)的浮力减小逐渐沉入水体内，当主框架床体(1)恢 复到水体中光照充足的深度则关闭充气闸阀(15)。
说明书
污水生物处理模块化气浮式人工沉床及制作方法和净化方法
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理设施，尤其涉及一种污水生物处理模块化 气浮式人工沉床及制作方法和净化方法。
背景技术
20世纪70年代以来，以大型水生植物为核心的生物-生态水体修复技术 开始受到人们的关注，成为当前水环境技术领域的研究热点。但，对于富营 养化和重富营养化的水体，水体的透明度较低，水底光照明显不足，限制了 大型水生植物的生长，特别是沉水植物。当水底光照强度小于植物的光补偿 点时，会造成沉水植物难以成活，群落无法形成。在植物移植过程中，水越 深，植株的死亡速度越快。在植物的生长期，水位的变化也会直接影响植物 的生长，沉水植物生物量与高水位呈反比例，沉水植物生物量与透明度呈正 比例。当遇到突发的灾害，如洪涝引起湖泊水位升高，沉水植物往往得不到 充足的光照，会大面积烂死在湖底。对于重污染水体的生态修复，其重点和 难点都在于沉水植被的恢复，要有效恢复沉水植被，必须克服水体透明度的 限制。
发明内容
本发明的主要目的在于解决上述生物-生态水体修复中存在的问题，提供 一种能克服重污染水体透明度、光照强度及水深等不利条件，快速规模化的 移栽沉水植物，恢复水生植被的污水生物处理模块化气浮式人工沉床及制作 方法和净化方法。
人工沉床技术是一种生物-生态水体原位修复技术，是利用沉床载体和人 工基质栽植大型水生植物，主要是挺水植物和沉水植物，通过床体的升降， 人为调控植物在水下的深度，克服水深、透明度等不利因素对植物生长的制 约，对修复低透明度和水深较大的重污染水体具有明显优势和应用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
主框架床体为杆系框架结构，整体呈立方箱体，主框架床体的床底部 由若干根管柱状管材等距相连接，主框架床体床底的周边至少等距设置3 个以上床角，床角呈管柱状，床角与床底部相连接，主框架床体的床底部 周边向上延伸的环形床帮，主框架床体的床帮由若干根管柱状管材与床角 相连接构成，主框架床体顶部为敞口，主框架床体的床底部下方相对设置 若干个U形浮筒固定架，浮筒固定架的U形端部与主框架床体的床底管材 相连接。
模块化气浮式人工沉床的主框架床体是由床底、床角、床帮和浮筒固 定架组成，采用杆系框架结构构成，整体为立方箱体，顶部为敞口。床底 和床帮均采用管材制作，焊接或螺栓连接。床底的底部设置浮筒固定架， 浮筒固定架相对设置。
主框架床体的床底上至少放置1块以上网格板，网格板铺满整个床底， 用连接件固定在床底上，网格板整体呈网格状，网格板上布满网格孔，网 格板在床底上支撑和承载种植箱，水体通过网格板的网格孔贯穿流动。
网格板放置在主框架床体的床底上，网格板可以是一整块，也可以是 多块拼接而成，用连接件固定在床底上，起到支撑种植箱的作用，并使种 植箱的重力均匀分布于主框架床体上。
主框架床体内排列放置若干个种植箱，种植箱与种植箱之间相互独立， 种植箱整体呈立方箱形，种植箱四周箱壁和箱底部设置透水孔，水体对箱 体内的种植物的根系和多孔基质充分交换，种植箱上部至少设置1个以上 种植孔，种植箱箱体内放置填充基质，种植孔内种植种植物，种植物的根 系扎于填充基质内，填充基质固定种植物的根系，填料基质为微生物提供 附着载体，微生物附着在种植箱、种植物的根系和填料基质表面形成微生 物膜，增强微生物的降解作用，通过种植物吸收去除水体中的污染物。
主框架床体内网格板上排列放置若干个种植箱，网格板使种植箱及填 充基质的重力均匀分布于主框架床体上。种植箱置于网格板的上面，种植 箱内放置填充基质，每个植物种植箱相互独立。种植箱的上部留有种植孔， 为植物生长提供支撑体。种植物通过种植孔栽植于多孔基质上，种植物的 根系扎根于基质内部，种植箱四壁和底部均设置透水孔，以保证水体通过 种植物的根系和填充基质内部，实现箱体内外进行水体的交换。
种植孔内种植种植物，种植物直接吸收水体中的营养物质净化水体， 在光合作用和输氧作用下，对好氧微生物提供氧源，形成植物一微生物的 协同净化。
大型水生植物通过直接吸收营养物质(N、P)和富集重金属，去除水 体中的污染物，将通过植物体的收割将污染物从水体中移出，实现对水体 的净化，水生植物的生长为低成本、高效率的水体净化提供了条件。大型 水生植物通过光合作用和输氧过程，将氧气释放到水体中，增加水体中溶 解氧含量，提高水体的自净能力。
主框架床体周边的床帮上设置若干个浮子，浮子的浮力抵消主框架床 体、种植箱和填充基质的部分重力，保持主框架床体在水体中处于平衡。
浮子通过连接件固定在主框架床体周边的床帮的上方，浮子的浮力可以 抵消主框架床体、种植箱和填充基质的部分重力，保持主框架床体整体在 水体中处于平衡状态。
主框架床体床底的浮筒固定架上至少固定设置2个以上浮筒，浮筒呈 筒状中空密闭，调节主框架床体的整体浮力，浮筒沿浮筒固定架贯穿床底， 浮筒的下部设置排水孔，排水孔贯通浮筒，充气管的一端部由排水孔插入 浮筒内固定，充气管的另一端部设置充气闸阀，控制充气管向浮筒充气量 和气流方向，通过充气管向浮筒内充气，浮筒内的水体由排水孔排出，增 加浮筒的浮力，主框架床体整体上浮，通过充气管排出浮筒内气体，浮筒 内减压水体从排水孔进入浮筒内，降低浮筒的浮力，主框架床体整体下沉。
浮筒置于主框架床体的下方，用固定件固定，浮筒起到调节整体主框架 床体的浮力作用，充气管的一端固定在浮力调节管内，由浮筒上的排水孔 插入浮筒内，另一端连接充气闸阀。当充气管向浮筒内充气时，通过增大 浮筒内的气压，将浮筒内的水由排水孔排出，此时整体主框架床体的浮力 增大，整体主框架床体在水体中向上浮;当充气管向外排气时，由于浮筒 内的气压减少，水体通过排水孔进入浮筒内，此时整体主框架床体的浮力 减少，整体主框架床体在水体中向下沉，通过浮筒的浮力变化，实现整体 主框架床体在水体中的上下移动。
主框架床体截面呈矩形或正方形或圆形或多边形，至少采用1种以上。 种植箱的截面积呈矩形或正方形或圆形或多边形，至少采用1种以上。种 植箱内的填充基质为碎石、陶粒、火山玄武岩、聚苯乙烯球，粒径为 10-15mm，至少采用1种以上。主框架床体上的种植箱种植的种植物为水陆 两栖植物，水陆两栖植物采用水生植物中挺水植物，挺水植物为黄花鸢尾、 千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种以上。
根据要净化的水域的实际情况主框架床体的截面积制作成不同的形状， 可以是矩形、正方形、圆形、多边形等等。填充基质采用碎石、陶粒、火 山玄武岩、聚苯乙烯球等材料，至少采用1种以上。大型水生植物包括： 沉水植物、挺水植物和浮叶植物。填充基质不仅为植物生长提供支撑，同 时，与植物根系一起为微生物附着提供载体，微生物附着于种植箱、填充 基质及植物根系表面，形成微生物膜，增强微生物的降解作用。种植物一 方面通过直接吸收水体中的营养物质实现对水体的净化作用，另一方面通 过光合作用和输氧作用，为好氧微生物提供氧源，形成植物—微生物的协 同净化。
主框架床体采用杆系框架结构，由若干根管柱状管材相连接，主框架 床体整体呈立方箱体，采用若干根管柱状管材等距焊接或螺栓连接成床底， 在床底的周边至少等距设置3个以上床角，床角呈管柱状，采用管材制作， 采用焊接或螺栓把床角与床底的周边相连接，床底的周边向上延伸的环形 床帮，床帮由若干根管柱状管材与床角相连接构成，主框架床体顶部为敞 口。
床底下方相对焊接或螺栓连接若干个U形浮筒固定架，浮筒固定架的 U形端部与主框架床体的床底管材相连接。床底上部放置网格板，网格板采 用板材制作，网格板整体呈网格状，采用整块或多块网格板铺敷满整个床 底，网格板上放置种植箱，水体能通过网格板的网格孔贯穿流动;主框架 床体内排列放置若干个种植箱，种植箱采用板材制作，整体呈立方箱形， 种植箱四周箱壁和箱底部设置透水孔，种植箱上部至少设置1个以上种植 孔，种植孔内种植种植物，种植箱箱体内放置填充基质，填充基质采用粒 径为10-15mm的碎石、陶粒、火山玄武岩、聚苯乙烯球，至少采用1种以 上，水体对箱体内的种植物的根系和多孔基质充分交换，种植物的根系扎 于填充基质，填充基质固定种植物的根系，填料基质为微生物提供附着载 体，微生物附着在种植箱、种植物的根系和填料基质表面形成微生物膜， 增强微生物的降解作用，通过种植物吸收去除水体中的污染物，种植物直 接吸收水体中的营养物质净化水体，在光合作用和输氧作用下，对好氧微 生物提供氧源，形成植物微—生物的协同净化。
在主框架床体周边的床帮上设置若干个浮子，保持主框架床体在水体 中处于平衡。在床底的浮筒固定架上至少固定安装2个以上浮筒，浮筒制 作成筒状，整体中空密闭，浮筒的下部设置排水孔，排水孔贯通浮筒，浮 筒沿浮筒固定架贯穿床底，充气管的一端部由排水孔插入浮筒内固定，充 气管的另一端部安装充气闸阀，控制充气管向浮筒充气量和气流方向。
将安装设置了网格板、浮子、浮筒、种植箱和种植物的主框架床体放入 水体，打开充气闸阀通过充气管抽出床底下部的浮筒内的空气，随着空气的 排出水体由排水孔逐渐进入浮筒内，浮筒的浮力逐渐减小，主框架床体随着 浮筒的浮力减小逐渐沉入水体内，当主框架床体到达水体中光照充足的深度 则关闭充气闸阀，浮筒的浮力保持主框架床体在水体的深度，适宜种植物生 长繁衍的生态环境，提高种植物的成活率。
当水位升高，沉在水体中的主框架床体改变了种植物的生长繁衍的生态 环境，打开充气闸阀通过充气管对床底下部的浮筒充气，空气一进入浮筒内 则增加浮筒的气压，随着浮筒内气压加大浮筒内的水体从排水孔排出，浮筒 的浮力加大，主框架床体上浮，当主框架床体到达水体中光照充足的深度则 关闭充气闸阀，浮筒的浮力保持主框架床体在水体的深度，适宜种植物生长 繁衍的生态环境，提高种植物的成活率。
当维修主框架床体时，打开充气闸阀通过充气管对床底下部的浮筒充气， 空气一进入浮筒内则增加浮筒的气压，随着浮筒内气压加大浮筒内的水体从 排水孔排出，浮筒的浮力加大，直至主框架床体浮出水面。
当维修结束，打开充气闸阀通过充气管抽出床底下部的浮筒内的空气， 随着空气逐渐的排出浮筒，水体由排水孔逐渐进入浮筒内，浮筒的浮力随之 逐渐减小，主框架床体随着浮筒的浮力减小逐渐沉入水体内，当主框架床体 恢复到水体中光照充足的深度则关闭充气闸阀。
本发明是污水生物处理模块化气浮式人工沉床及制作方法和净化方法。 科学设计，结构合理，制作简单，使用方便，通过水生种植物直接吸收营养 物质(N、P)和富集重金属，达到去除水体的污染物的目的，收割种植物将 污染物从水体中移出，实现对水体的净化，水生种植物的生长成本低，水生 种植物净化水体高效率。水生种植物的光合作用和输氧过程将氧气释放到水 体中，增加水体中溶解氧含量，提高水体的自净能力。水生种植物通过它感 作用和营养物质的吸收，抑制藻类生长，防止水体富营养化。填充基质的物 理吸附和化学过程，降解水体中的污染物，实现水体净化。同时，植物、填 充基和种植箱体的表面又为微生物提供附着的载体，形成微生物膜，水生种 植物又为好氧微生物提供氧源，实现基质—植物—微生物的协同净化，极大 地提高了对水体的净化功能。通过浮筒的调节实现床体在水中的升降，控制 调控种植物在水下的深度，克服了水深、重污染、透明度低等不利于水生种 植物的生长不利因素，创建适宜于水生种植物生长繁衍的生态环境，提高了 水生种植物的成活率。采用模块化设计，设备安装、运输非常方便，不需在 河道内实施其它辅助工程既可施工，投资省，建设周期短，修复大面积水域 的水体。整体床体的透水性好，对水体阻力小，适合净化河道和湖泊的水体。 整体床体的升降通过调节浮筒来实现，操作方便，自动化程度高，便于后期 的维护和管理。
