CN116040873B - 一种高效脱氮除磷的河道净化廊道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，旨在解决现有的人工湿地稳定性差，容易出现污泥膨胀现象的不足。该发明包括廊道框体、框体上的框体面板、鼓气泵和进水泵，廊道框体和框体面板形成了廊道容器，廊道容器包括沿着水流方向逐次设置的第一腔室和第二腔室，第一腔室填充有沸石，第二腔室填充有载体填料，鼓气泵通过管道连通第二腔室，进水泵通过管道连通廊道容器的头部，第一腔室和第二腔室通过筛网面板分隔，第二腔室远离第一腔室的一端设有出水口。廊道采用生物膜法，具有可靠的稳定性和适应性，不会出现污泥膨胀现象。

Description

一种高效脱氮除磷的河道净化廊道

技术领域

本发明涉及水质净化领域，更具体地说，它涉及一种高效脱氮除磷的河道净化廊道。

背景技术

近些年来，因经济的快速发展，资源利用强度加大，水体会出现富营养化的问题。水体富营养化（eutrophication）指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。其实质是由于营养盐的输入输出失去平衡性，从而导致水生态***物种分布失衡，单一物种疯长，破坏了***的物质与能量的流动，使整个水生态***逐渐走向灭亡。

中国专利公告号CN209890443U，名称为一种带曝气***和水位控制的好氧厌氧交替式脱氮除磷人工湿地，该申请案公开了一种带曝气***和水位控制的好氧厌氧交替式脱氮除磷人工湿地，包括高分子模块骨架，所述高分子模块骨架的内部设置有污水布水管、曝气层、土工布包裹层和挺水植物层，所述污水布水管、曝气层、土工布包裹层和挺水植物层依次从底部至顶部设置，所述高分子模块骨架的一侧通过管道连接有水流出口，所述高分子模块骨架与水流出口对应的另一侧设置有污水入口；本实用新型通过曝气间歇控制和水位控制实现好氧和厌氧状态的交替，培养硝化菌和反硝化菌，以及噬磷菌，从而达到脱氮除磷的作用。

这种装置的实质是采用污泥法，污泥法的优点是比较灵活，投资小，但是缺点是稳定性差，容易出现污泥膨胀现象。

本申请旨在提供一种更稳定的更广泛适应性的河道净化廊道。

发明内容

本发明克服了现有的人工湿地稳定性差，容易出现污泥膨胀现象的不足，提供了一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，它具有更好的稳定性和适应性，不易出现污泥膨胀现象。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，包括廊道框体、框体上的框体面板、鼓气泵和进水泵，廊道框体和框体面板形成了廊道容器，廊道容器包括沿着水流方向逐次设置的第一腔室和第二腔室，第一腔室填充有沸石，第二腔室填充有载体填料，鼓气泵通过管道连通第二腔室，进水泵通过管道连通廊道容器的头部，第一腔室和第二腔室通过筛网面板分隔，第二腔室远离第一腔室的一端设有出水口。

本申请作为一种主体浸没于河道中的净化廊道，充分利用难以利用的空间，起到了节约空间的作用。净化廊道通过廊道框体和框道廊道表面的框体面板构成了一个封闭的廊道容器。封闭的廊道容器将内部的待处理水和外部的自然水体分隔。廊道容器通过进水泵来进水，通过进水泵来调整进水速度和频率，从而适应净化廊道内部的净化能力，避免形成冲击，破坏内部微生物活性。通过进水泵进入的待处理水首先进入到第一腔室中。第一腔室的中沸石起到物理吸附和离子交换。具体的，沸石是由碱金属或碱土金属组成的含税网状铝硅酸盐物质，内部具有大量的空腔，比表面很大，可以吸附大量的氨氮，其次，沸石中的硅铝氧四面体单元带有部分的负电荷，会吸附带正电的氨离子，由于铵离子的直径小于沸石的空穴通道直径，通过沸石的吸附作用容易进入到沸石的空穴中并与沸石晶格中的金属阳离子交换而置换且交换后的沸石不发生结构变化。通过第一腔室的沸石对待处理水体中的氨氮进行初步吸附后，待处理水体中的氨氮含量下降，然后进入到第二腔室中，第二腔室中填充有载体填料。载体填料可种有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合和或聚磷微生物菌落。载体填料配合设置在鼓气泵的鼓气形成了一个高氧环境，进一步的将待处理水体中的氨氮和或磷元素除去，待处理水体最后通过出水口排出第二腔室。待出水水体的动力来自进水泵，进水泵向净化廊道中供水，净化廊道的水压提升，于是水体自然的向低压环境流动，第一腔室的水压大于第二腔室，第二腔室中的水压大于自然水体，于是，水自然从第一腔室流向第二腔室。

作为优选，还包括有第三腔室，第三腔室与第二腔室通过筛网面板分隔，第三腔室填充有载体填料，第三腔室远离第二腔室的一端设有筛网面板。在一些实施例中，种有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合和聚磷微生物菌落分别被设置在第二腔室和第三腔室中。这样的设置更利于调整第二腔室和第二腔室的环境，从而更精准的提供菌落的活跃环境，从而最大的提升脱氮除磷的效率。筛网面板为100-150目。

作为优选，廊道容器的顶部开放，廊道容器的顶部种植有挺水植物。挺水植物首先美化环境，其次标记净化廊道的位置，第三是吸收利用不参与短程硝化的硝酸根离子和磷元素。

作为优选，廊道容器顶部超过水平面。通过上述结构分隔待出水和自然水体。

作为优选，第二腔室和第三腔室的底部设有曝气管道，鼓气泵通过管道连通曝气管道。通过曝气管道和鼓气泵，为第二腔室和第三腔室维持高氧环境。对于聚磷微生物菌落来说，高氧环境下会吸收磷元素至微生物体内。对于载体填料表面的氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合来说，表层的氨氧化菌处于高氧环境，会将氨氮转为亚硝酸氮，其中一部分转为硝酸氮，硝酸氨部分随水流离开廊道，部分被挺水植物吸收是，亚硝酸氮则受到内层的亚硝酸盐氧化菌的处理，转为氮气进入大气中。

作为优选，还包括有若干浮力平衡件，浮力平衡件挂装在廊道容器上。通过浮力平衡件，廊道漂浮在水面上，还可以通过缆绳固定廊道，如此，廊道是可移动的，可以按需沿河道移动到需要位置。由于本申请采用生物膜阀，具有更好的抗冲击性和稳定性，在不同的环境下均可以维持正常工作。

作为优选，载体填料为聚氨酯MBBR填料。聚氨酯MBBR填料，其内含有亲水性凝胶成分，遇水会体积膨胀，其比表面积约为4000 m2/m3。

作为优选，廊道外框的材料为玻璃钢。玻璃钢的相对密度较小、抗拉强度高，具有良好的耐腐蚀性、良好的绝缘性能、良好的热性能。

作为优选，进水泵和鼓气泵均电连接有控制器。通过控制器控制进水泵的进水速度，也根据进水速度调整相应的曝气强度。

作为优选，还包括有挂装在廊道容器尾部的外挂转筒，第二腔室通过管道连通外挂转筒，外挂转筒传动连接有电机，电机驱动外挂转筒转动以廊道容器的长度方向为轴进行翻转，外挂转筒的内部充填有微生物载体填料，微生物载体填料种有聚磷微生物菌落，外挂转筒的底部设有曝气管道，曝气管道连通鼓气泵，外挂转筒远离第二腔室的一端靠近曝气管道的一侧设有排水口，排水口上设有单向阀，外挂转筒远离第二腔室的一端远离曝气管道的一侧设有回水管道，回水管道连通第一腔室。本申请在第二腔室后挂装外挂转筒。外挂转筒的作用是通过自体的旋转，调整外挂转筒中的好氧或厌氧环境，利用聚磷微的生物菌落在好氧环境下吸收磷元素，在厌氧环境下释放磷元素的特点，将磷元素富集后释放到廊道中，让挺水植物来吸收，避免微生物增值后产生大量生物膜片排出到自然水体中，在厌氧环境下再次释放磷元素导致作无用功。

作为优选，外挂转筒的数量为两个，连通外挂转筒的管道上设有电磁开关阀，电磁开关阀电连接有控制器，控制器交替切换两电磁开关阀的启闭并控制两外挂转筒的交替翻转。通过两外挂转筒的交替工作，实现任何时候都可以承接来自廊道的待处理水，维持廊道中的正常水位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）廊道采用生物膜法，具有可靠的稳定性和适应性，不会出现污泥膨胀现象；（2）廊道种植有挺水植物，可以就地消耗氮磷，提高出水品质；（3）廊道浮于水面，移动便捷，可以沿河道移动至需要位置，方便部署和调整。

附图说明

图1是本发明的实施例1的示意图；

图2是本发明的实施例2的示意图；

图3是本发明的实施例3的局部示意图。

图中：

廊道框体1、鼓气泵2、进水泵3、第一腔室4、第二腔室5、第三腔室6、沸石7、载体填料8、筛网面板9、排水管路10、挺水植物11、曝气管道12、外挂转筒13、电机14、单向阀15、回水管道16、电磁开关阀17、定位壳18、环槽19、滚轮20、中间传动轴21、传动开槽22、伞齿轮23、终端传动轴24。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

实施例1：

一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，如图1所示，包括廊道框体1、框体上的框体面板、鼓气泵2和进水泵3，廊道框体1和框体面板形成了廊道容器，廊道容器包括沿着水流方向逐次设置的第一腔室4和第二腔室5，第一腔室4填充有沸石7，第二腔室5填充有载体填料8，鼓气泵2通过管道连通第二腔室5，进水泵3通过管道连通廊道容器的头部，第一腔室4和第二腔室5通过筛网面板9分隔，第二腔室5远离第一腔室4的一端设有出水口。进水泵3和鼓气泵2均电连接有控制器。通过控制器控制进水泵3的进水速度，也根据进水速度调整相应的曝气强度，如此实现自动化控制。

廊道容器的顶部开放，廊道容器的顶部种植有挺水植物11。挺水植物11首先美化环境，其次标记净化廊道的位置，第三是吸收利用不参与短程硝化的硝酸根离子和磷元素。廊道容器顶部超过水平面。通过上述结构分隔待出水和自然水体。种植种类可选用美人蕉、芦苇、菖蒲、香蒲、风车草、花叶芦竹等，种植密度15——25株/m2。

还包括有若干浮力平衡件，浮力平衡件挂装在廊道容器上。通过浮力平衡件，廊道漂浮在水面上，在一些实施例中通过缆绳固定廊道，如此，廊道是可移动的，可以按需沿河道移动到需要位置。由于本申请采用生物膜阀，具有更好的抗冲击性和稳定性，在不同的环境下均可以维持正常工作。

载体填料8为聚氨酯MBBR填料。聚氨酯MBBR填料，其内含有亲水性凝胶成分，遇水会体积膨胀，其比表面积约为4000 m2/m3。

在一些实施例中，廊道外框的材料为玻璃钢。玻璃钢的相对密度较小、抗拉强度高，具有良好的耐腐蚀性、良好的绝缘性能、良好的热性能。

出水口在一些实施例中，为筛网面板9，筛网面板9为100-150目；在另一些实施例中，通过一排水管路10向外排水。

本申请作为一种主体浸没于河道中的净化廊道，充分利用难以利用的空间，起到了节约空间的作用。净化廊道通过廊道框体1和框道廊道表面的框体面板构成了一个封闭的廊道容器。封闭的廊道容器将内部的待处理水和外部的自然水体分隔。廊道容器通过进水泵3来进水，通过进水泵3来调整进水速度和频率，从而适应净化廊道内部的净化能力，避免形成冲击，破坏内部微生物活性。通过进水泵3进入的待处理水首先进入到第一腔室4中。第一腔室4的中沸石7起到物理吸附和离子交换。具体的，沸石7是由碱金属或碱土金属组成的含税网状铝硅酸盐物质，内部具有大量的空腔，比表面很大，可以吸附大量的氨氮，其次，沸石7中的硅铝氧四面体单元带有部分的负电荷，会吸附带正电的氨离子，由于铵离子的直径小于沸石7的空穴通道直径，通过沸石7的吸附作用容易进入到沸石7的空穴中并与沸石7晶格中的金属阳离子交换而置换且交换后的沸石7不发生结构变化。通过第一腔室4的沸石7对待处理水体中的氨氮进行初步吸附后，待处理水体中的氨氮含量下降，然后进入到第二腔室5中，第二腔室5中填充有载体填料8。载体填料8可种有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合和聚磷微生物菌落。载体填料8配合设置在鼓气泵2的鼓气形成了一个高氧环境，进一步的将待处理水体中的氨氮和或磷元素除去，待处理水体最后通过出水口排出第二腔室5。待出水水体的动力来自进水泵3，进水泵3向净化廊道中供水，净化廊道的水压提升，于是水体自然的向低压环境流动，第一腔室4的水压大于第二腔室5，第二腔室5中的水压大于自然水体，于是，水自然从第一腔室4流向第二腔室5。

实施例2：

实施例2在实施例1的基础上还具有以下特征：

如图2所示，还包括有第三腔室6，第三腔室6与第二腔室5通过筛网面板9分隔，第三腔室6填充有载体填料8，第三腔室6远离第二腔室5的一端设有用于出水的筛网面板9。在一些实施例中，种有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合和聚磷微生物菌落分别被设置在第二腔室5和第三腔室6中。这样的设置更利于调整第二腔室5和第二腔室5的环境，从而更精准的提供菌落的活跃环境，从而最大的提升脱氮除磷的效率。其中，第二腔室5中的载体填料8种有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合菌种，第三腔室6中的载体填料8种有聚磷微生物菌落。

第三腔室6的底部同样设有曝气管道12，鼓气泵2通过管道连通曝气管道12。通过曝气管道12和鼓气泵2，为第二腔室5和第三腔室6维持高氧环境。对于聚磷微生物菌落来说，高氧环境下会吸收磷元素至微生物体内。对于载体填料8表面的氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的组合来说，表层的氨氧化菌处于高氧环境，会将氨氮转为亚硝酸氮，其中一部分转为硝酸氮，硝酸氨部分随水流离开廊道，部分被挺水植物11吸收是，亚硝酸氮则受到内层的亚硝酸盐氧化菌的处理，转为氮气进入大气中。

实施例3：

实施例3在实施例1的基础上还具有以下特征：

如图3所示，还包括有挂装在廊道容器尾部的外挂转筒13，第二腔室5通过管道连通外挂转筒13，外挂转筒13传动连接有电机14，电机14驱动外挂转筒13转动以廊道容器的长度方向为轴进行翻转，外挂转筒13的内部充填有微生物载体填料8，微生物载体填料8种有聚磷微生物菌落，外挂转筒13的底部设有曝气管道12，曝气管道12连通鼓气泵2，外挂转筒13远离第二腔室5的一端靠近曝气管道12的一侧设有排水口，排水口上设有单向阀15，外挂转筒13远离第二腔室5的一端远离曝气管道12的一侧设有回水管道16，回水管道16连通第一腔室4。本申请在第二腔室5后挂装外挂转筒13。外挂转筒13的作用是通过自体的旋转，调整外挂转筒13中的好氧或厌氧环境，利用聚磷微的生物菌落在好氧环境下吸收磷元素，在厌氧环境下释放磷元素的特点，将磷元素富集后释放到廊道中，让挺水植物11来吸收，避免微生物增值后产生大量生物膜片排出到自然水体中，在厌氧环境下再次释放磷元素导致作无用功。

外挂转筒13的数量为两个，连通外挂转筒13的管道上设有电磁开关阀17，电磁开关阀17电连接有控制器，控制器交替切换两电磁开关阀17的启闭并控制两外挂转筒13的交替翻转。通过两外挂转筒13的交替工作，实现任何时候都可以承接来自廊道的待处理水，维持廊道中的正常水位。其中，翻转指的是正转180度后翻转180度的往复循环。

在一些实施例中，外挂转筒13与电机14的传动连接是这样的，第二腔室5采用管道方式与外挂转筒13连接，第二腔室5远离第一腔室4的一端具有伸出的定位壳18，外挂转筒13***定位壳18中，外挂转筒13的外壁设有若干环槽19，沿着外挂转筒13的周向方向，环槽19中等间距转动连接有滚轮20。滚轮20伸出环槽19并与定位壳18抵接。电机14传动连接有中间传动轴21，中间传动轴21的末端为传动齿轮，定位壳18设有传动开槽22，中间传动轴21伸入传动开槽22并通过传动齿轮和伞齿轮23的配合进行转向并通过终端传动轴24与外挂转筒13同轴连接，驱动外挂转筒13转动。

其原理是，当外挂转筒13处于正常位置时，曝气管道12位于液面以下，排水口也位于液面以下，回水管道16位于液面以上，聚磷微生物菌落在好氧环境吸收磷元素，待处理水体中的磷元素水平下降。经过一段时间后，外挂转筒13翻转，曝气管道12和排水口位于液面以上，液面以下处于间氧和厌氧环境，聚磷微生物菌释放磷元素，曝气管道12继续工作，液面以上的气压提高，将液体通过回水管道16压向输送至廊道容器中，为挺水植物11吸收。通过上述结构，减少了聚磷微生物菌落产生污泥的速度，从而减少了维保周期，降低维护成本。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，包括廊道框体、框体上的框体面板、鼓气泵和进水泵，廊道框体和框体面板形成了廊道容器，廊道容器包括沿着水流方向逐次设置的第一腔室和第二腔室，第一腔室填充有沸石，第二腔室填充有载体填料，鼓气泵通过管道连通第二腔室，进水泵通过管道连通廊道容器的头部，第一腔室和第二腔室通过筛网面板分隔，第二腔室远离第一腔室的一端设有出水口；

廊道容器的顶部开放，廊道容器的顶部种植有挺水植物；

还包括有挂装在廊道容器尾部的外挂转筒，第二腔室通过管道连通外挂转筒，外挂转筒传动连接有电机，电机驱动外挂转筒转动以廊道容器的长度方向为轴进行翻转，外挂转筒的内部充填有微生物载体填料，微生物载体填料种有聚磷微生物菌落，外挂转筒的底部设有曝气管道，曝气管道连通鼓气泵，外挂转筒远离第二腔室的一端靠近曝气管道的一侧设有排水口，排水口上设有单向阀，外挂转筒远离第二腔室的一端远离曝气管道的一侧设有回水管道，回水管道连通第一腔室。

2.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，还包括有第三腔室，第三腔室与第二腔室通过筛网面板分隔，第三腔室填充有载体填料，第三腔室远离第二腔室的一端设有筛网面板。

3.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，廊道容器顶部超过水平面。

4.根据权利要求2所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，第二腔室和第三腔室的底部设有曝气管道，鼓气泵通过管道连通曝气管道。

5.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，还包括有若干浮力平衡件，浮力平衡件挂装在廊道容器上。

6.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，载体填料为聚氨酯MBBR填料。

7.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，进水泵和鼓气泵均电连接有控制器。

8.根据权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的河道净化廊道，其特征是，外挂转筒的数量为两个，连通外挂转筒的管道上设有电磁开关阀，电磁开关阀电连接有控制器，控制器交替切换两电磁开关阀的启闭并控制两外挂转筒的交替翻转。