CN113582346A - 一种用于河流净化的生态浮床及方法 - Google Patents

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周心怡
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Abstract

本发明公开了一种用于河流净化的生态浮床及方法。配套设施包括浮床主体和配套设施。每个昼夜循环为一个运转周期。白天光照时，浮床中的水生植物光合作用释放氧气并降解部分污染物，生物填料吸附河流中污染物。氮化碳复合氧化钨光催化剂产生活性自由基，氧化去除邻苯二甲酸酯污染物。同时，光催化剂将部分光生电子储存供后续使用。晚上无光照时，生物填料持续吸附河流中污染物，氮化碳复合氧化钨光催化剂释放电子促进生物填料的微生物脱氮效率。本发明装置绿色环保，可稳定昼夜持续运行，提高了太阳能利用效率，实现了微生物与水生植物协同脱氮，增强去除河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐，提高河水净化效率，无二次污染且处理效果稳定。

Description

一种用于河流净化的生态浮床及方法
技术领域
本发明属于河流修复技术领域，具体涉及一种用于河流净化的生态浮床及方法。
背景技术
随着社会的不断进步和工业的快速发展，水环境污染问题日益凸显，给人类健康及社会生活造成直接或间接的潜在威胁。传统的水污染治理方法存在着处理成本高、易造成二次污染、处理周期较长且对水环境条件较为敏感等弊端。因此，有效治理水环境中各种污染物已成为一项紧迫的需要日益受到重视。
光催化技术以半导体材料为催化材料，可有效地利用太阳能资源催化去除水中各类污染物。生物反硝化和光催化结合的耦合***是一项新型应用技术，而现有的用于河流水质修复的光催化反应器存在着现有的光催化材料仅限于对于连续照射下的太阳能的利用的问题。当光照停止时，光催化过程将在短时间内因为半导体中电子空穴产生的停止而停止。一种新型光催化材料——氮化碳复合氧化钨，具有独特的记忆催化效应，其可在光照条件下将部分电子储存，并在黑暗环境中将储存的电子释放，即在黑暗条件下仍可持续表现出一定的催化性能。将新型光催化材料氮化碳复合氧化钨应用于河流水质修复的光催化反应体系将有望解决上述普通光催化反应体系存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于河流净化的生态浮床及方法，能够绿色、高效、可持续处理污水，有利于修复复合污染河流。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种生态浮床，包括浮板和通过连接链悬挂在所述浮板下方表面设置有可供水流进入的小孔的透明开口亚克力反应槽；所述浮板上设置黄菖蒲、小香蒲以及千屈菜等水生植物；
所述反应槽内填设有包裹所述水生植物根系的修复材料；所述修复材料包括含反硝化菌、沸石土壤及石英砂混合物的生物填料及具有太阳能储存功能的光催化剂；
所述水生植物用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进反应槽中的生物填料的微生物脱氮效率。
进一步的，所述反应槽为亚克力反应槽，所述反应槽垂直悬挂在所述浮板下方。
进一步的，所述光催化剂为氮化碳复合氧化钨光催化剂。
进一步的，所述浮床还包括用于固定所述浮板的固定杆；所述浮板上设有连接索和设置在所述连接锁末端的可活动连接环；所述浮板通过所述可活动连接环及连接索与所述固定杆滑动连接。
浮板通过所述可活动连接环随水位的变化沿固定杆方向上下移动，同时浮板也可被限制在一个固定区域内，不会影响正常功能。
第二方面，本发明提供一种用于净化河流的方法，包括以下步骤：
在水面上设置水生植物，水生植物下方设置有包裹所述水生植物的根系的修复材料；所述修复材料包括含反硝化菌的生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂；
所述水生植物用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应有效去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进反应槽中的生物填料的微生物脱氮效率。
所述光催化剂为氮化碳复合氧化钨光催化剂。
进一步的，所述方法还包括设置用于固定所述修复材料的固定杆；所述修复材料通过连接索和设置在所述连接锁末端的可活动连接环与所述固定杆滑动连接。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1、本发明采用水生植物、生物填料和光催化剂，绿色环保，材料绿色，微生物、水生植物对环境友好；
2、本发明通过水生植物、生物填料和光催化剂相组合，全天稳定运行，实现了微生物与水生植物协同脱氮，显著提高了***脱氮净化效率；
3、本发明利用太阳光、储备太阳光，植物固定材料，解决回收利用问题。
附图说明
图1为本发明一种生态浮床结构示意图；
图2为本发明一种生态浮床对河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐的去除效果图。
图中：
1、浮板；2、水生植物；3、反应槽；4、修复材料；5、连接链；6、固定杆；7、活动连接环；8、连接索；9、河流底部沉积物；10、河流生物；11、水面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。
实施例一：
本实施例提供一种生态浮床，包括浮板1和通过连接链5悬挂在所述浮板1下方的表面设置有可供水流进入的小孔的透明开口亚克力反应槽3；所述浮板1上设置如黄菖蒲、小香蒲以及千屈菜等水生植物2；
所述反应槽3内填设有包裹所述水生植物2的根系的修复材料4；所述修复材料4包括含反硝化菌、沸石土壤及石英砂混合物的生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂；
所述水生植物2用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进反应槽3中的生物填料的微生物脱氮效率。
所述浮床还包括用于固定所述浮板1的固定杆6；所述浮板1上设有连接索和设置在所述连接锁末端的可活动连接环；所述浮板1通过所述可活动连接环7及连接索8与所述固定杆6滑动连接。浮板1通过所述可活动连接环7随水位的变化沿固定杆6方向上下移动，同时浮板1也可被限制在一个固定区域内，不会影响正常功能。
每个浮床单元均有种有水生植物2的浮板1，所述浮板1下方通过连接链5悬挂着设有内部包裹有含反硝化菌生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂的亚克力主反应槽3。该反应槽3可以将反硝化菌生物填料及光催化记忆材料包裹在水生植物2根部，提高微生物和水生植物2之间的协同脱氮作用，有效防止水流冲刷导致的生物填料及光催化记忆材料的损失，从而加强河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐去除的效果。
水面11下，本浮床单元对河流生物10友好，有利于河流生物10的发展生存，河流底部沉积物9沉积在水底，本发明也具有一定的净化作用。
实施原理：在白天的光照条件下，生态浮床中发生以下反应：① 物理反应，亚克力反应槽3中包裹的含反硝化菌生物的生物填料将对河流中的污染物起到一定的吸附作用，从而降低河流中污染物的浓度；② 化学反应，亚克力反应槽3中包裹的氮化碳复合氧化钨光催化剂将在太阳光的作用下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应有效去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物。同时，氮化碳复合氧化钨光催化剂可将部分光生电子储存在其中供后续使用；③ 生物作用，浮床上层浮板1所种植的水生植物2，将进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物。
当晚上持续光照消失时，在所述生态浮床中发生以下反应：① 物理反应，亚克力反应槽3包裹的生物填料将对河流中的污染物持续起吸附作用，降低河流污染物浓度；②化学反应及生物反应，氮化碳复合氧化钨光催化剂中储存的太阳能将被释放出来，释放的电子将促进反应槽3中的生物填料的微生物脱氮效率。每个工作日，即一次昼夜循环为一个工作周期，即可稳定昼夜持续运行的绿色、高效、可持续处理污水，致力于修复复合污染河流。
该高效运行的昼夜持续运行的生态浮床对河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐的去除实施例：分别在反应器的左右两端进行取样，两端各取3个重复水样，每天取一次水样，反应器持续运行7天后结束取样。选取邻苯二甲酸酯及硝酸盐这两种常见的水中污染物作为代表，实施例结果表明（图2），该该高效运行的昼夜持续运行的生态浮床对河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐的去除效率分别超过85%和95%。并且，在连续的重复实验中，其去除效率波动不大，效果稳定。
实施例二：
本实施例提供一种用于净化河流的方法，包括以下步骤：
在水面11上设置水生植物2，水生植物2下方设置有包裹所述水生植物2的根系的修复材料4；所述修复材料4包括含反硝化菌的生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂；
所述水生植物2用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应有效去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进反应槽3中的生物填料的微生物脱氮效率。
光催化剂为氮化碳复合氧化钨光催化剂。
所述方法还包括设置用于固定所述修复材料4的固定杆6；所述修复材料4通过连接索8和设置在所述连接锁末端的可活动连接环7与所述固定杆6滑动连接。
在白天的光照条件下，发生以下反应：① 物理反应，含反硝化菌生物的生物填料将对河流中的污染物起到一定的吸附作用，从而降低河流中污染物的浓度；② 化学反应，氮化碳复合氧化钨光催化剂将在太阳光的作用下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应有效去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物。同时，氮化碳复合氧化钨光催化剂可将部分光生电子储存在其中供后续使用；③ 生物作用，水生植物2，将进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物。
当晚上持续光照消失时，发生以下反应：① 物理反应，生物填料将对河流中的污染物持续起吸附作用，降低河流污染物浓度；② 化学反应及生物反应，氮化碳复合氧化钨光催化剂中储存的太阳能将被释放出来，释放的电子将促进反应槽3中的生物填料的微生物脱氮效率。每个工作日，即一次昼夜循环为一个工作周期，即可稳定昼夜持续运行的绿色、高效、可持续处理污水，致力于修复复合污染河流。
该高效运行的昼夜持续运行的生态浮床对河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐的去除实施例：分别在反应器的左右两端进行取样，两端各取3个重复水样，每天取一次水样，反应器持续运行7天后结束取样。选取邻苯二甲酸酯及硝酸盐这两种常见的水中污染物作为代表，实施例结果表明（图2），该该高效运行的昼夜持续运行的生态浮床对河水中邻苯二甲酸酯及硝酸盐的去除效率分别超过85%和95%。并且，在连续的重复实验中，其去除效率波动不大，效果稳定。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于河流净化的生态浮床，其特征在于，包括浮板和通过连接链悬挂在所述浮板下方的透明开口亚克力反应槽，其表面设置有可供水流进入的小孔；
所述浮板上设置黄菖蒲、小香蒲以及千屈菜等水生植物；
所述反应槽内填设有包裹所述水生植物根系的修复材料；所述修复材料包括含反硝化菌、沸石土壤及石英砂混合物的生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂；
所述水生植物用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进反应槽中的生物填料中微生物脱氮效率。
2.根据权利要求1所述的的生态浮床，其特征在于，所述反应槽为亚克力反应槽，所述反应槽垂直悬挂在所述浮板下方。
3.根据权利要求1所述的的生态浮床，其特征在于，所述光催化剂为氮化碳复合氧化钨光催化剂。
4.根据权利要求1所述的的生态浮床，其特征在于，所述浮床还包括用于固定所述浮板的固定杆；所述浮板上设有连接索和设置在所述连接锁末端的可活动连接环；
所述浮板通过所述可活动连接环及连接索与所述固定杆滑动连接。
5.一种用于净化河流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在水面上设置水生植物，水生植物下方设置有包裹所述水生植物根系的修复材料；所述修复材料包括含反硝化菌的生物填料及具有太阳能储存功能的氮化碳复合氧化钨光催化剂；
所述水生植物用于进行光合作用释放氧气优化环境，并降解部分硝酸盐污染物；
所述生物填料用于吸附河流中的污染物；
所述光催化剂用于在光照条件下通过光催化反应产生活性自由基，经由氧化反应去除河水中的邻苯二甲酸酯污染物，同时储存太阳能，并在无光照条件下促进生物填料的微生物脱氮效率。
6.根据权利要求5所述的用于净化河流的方法，其特征在于，所述光催化剂为氮化碳复合氧化钨光催化剂。
7.根据权利要求5所述的用于净化河流的方法，其特征在于，所述方法还包括设置用于固定所述修复材料的固定杆；所述修复材料通过连接索和设置在所述连接锁末端的可活动连接环与所述固定杆滑动连接。
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