CN212050695U - 一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，包括电源、氧化发生器、螺旋柱体和控制器，所述控制器分别连接电源、氧化发生器和螺旋柱体；所述螺旋柱体包括容器、顶盖和营养液管，所述营养液管首尾连接且呈螺旋状缠绕在容器外表面，顶盖密封容器，所述容器内预装有纳米超导材料，所述营养液管内盛装有液体。本实用新型对于水体和底泥高效治本，能够应用于大流域水环境治理项目，比如湖泊/水库/水源保护地/自然保护区/湿地/黑臭河道/城市公园/国考断面等领域，水域越大，优势越明显。

Description

一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备

技术领域

本实用新型涉及水库水质净化处理技术，具体涉及一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备。

背景技术

自然状况下，河流、湖泊、水库具有一定的自净能力，水体中的溶氧可以满足自净过程中微生物的分解、水生植物的生产、水生动物的消费。然而实践中：尤其是面对类雨源型工况，截污纳管后的跑冒滴漏、雨季期间的地表径流污染使治理水体仍然会承受污染负荷冲击，过量的有机物排入水中，溶氧急速降低、生态***被摧毁，生态容量衰竭主要表现在：

一、溶氧降低，威胁好氧生物生存，形成厌氧分解，发生黑臭；

二、营养缺失，致使原土著微生物、水生动植物处于衰弱状态；

三、雨源泄洪，导致已建立生物菌群及其生态***瞬间被冲垮。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述存在之不足，发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，该设备具有可一体化，体积小、安装使用方便、成本低廉等特点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其包括电源、氧化发生器、螺旋柱体和控制器，所述控制器分别连接电源、氧化发生器和螺旋柱体；所述螺旋柱体包括容器、顶盖和营养液管，所述营养液管首尾连接且呈螺旋状缠绕在容器外表面，顶盖密封容器，所述容器内预装有纳米超导材料。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：所述电源为太阳能电池板，太阳能电池板安装在氧化发生器上方。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：所述容器和顶盖为纳米材料制成。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：所述氧化发生器为纳米材料制成，且安装在螺旋柱体上方。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：在螺旋柱体下方设置有固定锚和浮力块。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：所述螺旋柱体上还通过连接杆设置有氧含量传感器。

根据本实用新型所提供的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其进一步地优选技术方案是：所述连接杆为1m或1m以上。

本实用新型是通过对外来污染的控制是水质改善和生态重建的前提，内源污染的净化是基础。污染物向水体的迁移过程中，通过一些高能物理的、载体固化生物的、高效赋能的，以及工程的方法等对污染物进行拦截阻断、强化净化，最大化减少其扩散到整个治理目标水体的污染物量。并通过对截污控源后的治理现场细致踏勘、资料收集及对项目水体类雨源型工况地表径流污染负荷的综合分析，采取以“活水+赋能+微生物”配套主流工艺，形成大工作半径的生物净化***，快速净化提升水质。该技术是以恢复生态学为基础，稳态转换理论为指导，生物操纵为方向，在长期大量的工程实践中，研发总结出的能够快速提升生态容量、稳定降低运管成本最终解决水体污染问题的复合式活水***集成技术。

本实用新型的有益效果是：本实用新型对于水体和底泥高效治本，能够应用于大流域水环境治理项目，比如湖泊/水库/水源保护地/自然保护区/湿地/黑臭河道/城市公园/国考断面等领域，水域越大，优势越明显。本技术中，发生光催化氧化还原的碳点，来自于水体中有机物结构的自身转化，太阳能利用载体的形成，无需高额的生产成本。同时，装置的影响范围是立体的，在水/土/气等周边环境中，有水分子存在有太阳光照射的情况下，均可实现有机物的降解。最后，本***中，只需在可见光范围内，均可实现太阳能的充分利用。理论上，地球表面垂直于光照方向，每平方米接收到来自太阳的功率为1.33kW，能量巨大，而太阳光能是取之不尽的，真正实现了以大自然的力量、解决大自然污染、恢复自然生态的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型结构示意图。

图中标记分别为：1、控制器，2、太阳能电池板，3、氧化发生器，4、顶盖，5、容器，6、营养液管，7、氧含量传感器，8、浮力块，9、固定锚。

具体实施方式

为使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例

本实施例提供了一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其结构如图1所示，其包括电源、氧化发生器3、螺旋柱体和控制器1。其中所述控制器1分别连接电源、氧化发生器和螺旋柱体。

所述螺旋柱体包括容器5、顶盖4和营养液管6，所述营养液管6是首尾连接且呈螺旋状缠绕在容器5的外表面，其在营养液管内盛装有微生物营养液(比如液体纳米材料)，且营养液管内的营养液可以在营养液管内循环流动，这样就可以为容器内提供营养。在所述容器5内预装有液体超导材料比如液体纳米材料，然后采用顶盖4将容器5密封，顶盖是采用纳米超导材料。这样当该螺旋柱体放入水中后，水中的微生物就可以通过纳米材料制成的顶盖处进入容器内，微生物在容器内生长变大后就不能再穿过纳米材料的顶盖出来，就只能住在容器内，然后成为母体生产出小的微生物，小的微生物则可以从顶盖出自由进出，故螺旋柱体成为微生物的一个培养器皿。本实用新型中螺旋柱体能够降解水体中污染物质，激活水体中原土著微生物的活性，协同处理受污染水体，恢复水体生态自净能力，实现受污水体的生态恢复及良性循环。

本实用新型还在容器5上安装有浮力块8和固定锚9，这样可以通过调节浮力块和固定锚来实现对整个设备位于水中的高度进行调节。

为了进一步检测水中含氧量，因此还在容器上采用一根1m以上的连接杆上设置一个氧含量传感器7，这样实现对设备周围水中的氧含量进行准确的判断。

具体工作时，本实施例在氧气发生器中放入碳纳米材料并用铜线串联起来然后连接电源，再通过外接一个调频器。这样就可以基于不同的电流，电压，以及频率，便可以实现对工作半径以及工作强度的调整，产生氧气的浓度与距离就是由调频器决定。

本实用新型以碳纳米复合材料架构的电极***，能够对水体和土壤施加协同作用，对水体中的有机聚合体、络合基团、粘结基团、细菌分泌集团、金属离子络合体等进行分解和氧化；水分子被被持续分解，产生水分子通常会分解为带正电荷的H+离子和带负荷的OH^-离子：

H₂O→H⁺+OH^- (1)

水分子会和高能态的空穴产生氧气：

H₂O+2h+→1/2O2+2H+ (2)

氧气又会被光生电子还原为超氧阴离子自由基O2^-：

O₂+e-→O₂-(超氧阴离子自由基) (3)

水中的带负电荷的OH-离子和带正电荷的空穴反应生成氢氧自由

基·OH(即羟基)，在低能处附近发生如下反应：

OH-+h+→·OH(氢氧自由基，即羟基) (4)

水中带正电荷的氢离子也会和带负电氢氧自由基荷的电子结合，

生成氢气：2H++2e-→H₂ (5)

工艺模块(2)——高级氧化模块【活水】

氧气、氢气、超氧阴离子自由基O2-和羟基自由基·OH等。水中络合物、有机物被单质氧、氧气及少量超氧阴离子自由基、羟基自由基氧化为碳点，碳点在光催化作用下继续对水体进行链式氧化还原反应，产生单质氢、单质氧、氢气、氧气等等。羟基自由基(·OH)是一种重要的活性氧，是由氢氧根(OH-)失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力，氧化电位2.8V，产生极强的氧化能力，羟基自由基可与大多数有机污染物发生无选择性的快速链式反应，氧化生成CO2、H2O无二次污染。超氧阴离子自由基和氢氧自由基具有超强的活性，和水中的污染物发生反应将污水净化，主要是超氧阴离子自由基O2^-和污水中细菌、霉藻、有机化合物等氧化为水和二氧化碳：

O2-+细菌、霉藻、有机化合物→mH₂O+nCO₂ (6)

氢氧自由基·OH和甲醛、笨等TVOC(总挥发性有机化合物)有害物质反应，生成无毒的水和二氧化碳：

·OH+甲醛、笨等TVOC有害物质→mH₂O+nCO₂ (7)

由于超氧阴离子自由基和氢氧自由基具有超强的活性，所以污水会向净化后的方向移动，很快也会被净化，并有气泡产生(主要是二氧化碳、氧气等)；新的污水又会流到已净化的区域被净化，很快将出现净化污水的链式反应。此外，流动的水又会将碳点带到其它的流域，并产生一系列的氧化基团，进一步对水体产生净化作用。

本实用新型使用时的原理是将碳纳米复合材料的电极构架(氧气发生器)放入治理区域与本实用新型的螺旋柱体形成协同一体化的工作***，利用交流高、低压电场驱动高浓度电子作用于治理区域，并形成一定频率的协同共振状态。这些释放出的电子在得失过程中不但能够分解水体及空气，产生活性氧、氧气、氢，还可以有效作用于水体及空气以络合态吸附在一起的分子集团之间的相互作用界面态，使水体及空气中的络合物(有机物簇合物)离散，形成大量的以碳为主要骨架的离散结构(简称碳点)。本实用新型还利用了光降解与催化大量碳点具有可见光光降解和光催化作用，也能够利用活性氧持续对水体及空气中的有机物、络合物进行氧化还原循环生成新的碳点，通过链式反应和水体、空气的流动，快速传播到更远的区域，并形成更多的碳点，持续进行光催化，降解更多污染物。

本实用新型随着水体中的污染物不断被分解，水体成分得到净化，碳点逐渐减少，工作过程中所产生的单质态氧会快速提升水体垂直溶解氧，进而构建水体的垂直生态体系。其中淤泥中的各种络合物也会逐渐分散消解，形成气体通道，释放出厌氧菌产生的臭气，并且水中的活性氧能够逐渐渗透到淤泥内部，氧化脱毒和降解其中的污染物。如此，通过碳纳米复合材料的电极构架装置产生的高浓度低能电子与阳光、可见光协同作用；配合本实用新型，最终实现整个区域水体和淤泥环境到根本净化。经过脱毒的有机基团能够成为水生物的饵料。进一步促进水生态快速恢复，使水体具备持续的自净功能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：包括电源、氧化发生器、螺旋柱体和控制器，所述控制器分别连接电源、氧化发生器和螺旋柱体；所述螺旋柱体包括容器、顶盖和营养液管，所述营养液管首尾连接且呈螺旋状缠绕在容器外表面，顶盖密封容器，所述容器内预装有纳米超导材料。

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：所述电源为太阳能电池板，太阳能电池板安装在氧化发生器上方。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：所述容器和顶盖为纳米材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：所述氧化发生器为纳米材料制成，且安装在螺旋柱体上方。

5.根据权利要求4所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：在螺旋柱体下方设置有固定锚和浮力块。

6.根据权利要求1所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：所述螺旋柱体上还通过连接杆设置有氧含量传感器。

7.根据权利要求6所述的一种基于纳米碳材料的水库、湖泊重污染水质的提升设备，其特征在于：所述连接杆为1m或1m以上。

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