专利名称：光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于处理富营养化水体的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，属于环保工程与水处理技术领域。
背景技术：
长期以来，湖泊、河流中氮、磷超标，导致蓝藻过量繁殖，困扰着水污染治理工作。随着经济的发展，大量エ业废水、生活污水有机污染物的超标排放，导致湖泊等水体内总氮、总磷等营养元素含量过高，超过湖体的自浄能力，引起藻类大量繁殖，破坏了原有的生态平衡，降低了水体使用功能。治理富营养化水体的方法很多，主要有(I)物理法如过滤除藻、黏土除藻、气浮除藻、换水/稀释、挖泥、机械收藻等，投资大、运行成本高，有时效率欠佳；(2)化学法如氯除藻、臭氧除藻、高锰酸钾除藻等，该方法存在二次污染问题；(3)生物-生态法如水生植物修复技术、水生动物修复技术、生物膜技术等，较适合对富营养化进行预防，由于生物生长对外界环境有一定的要求，当外界环境条件发生改变时，势必影响其处理效果。利用纳米光催化技术治理水污染是近年来污水处理的新领域，光催化反应具有较强的杀菌消毒作用，能分解藻毒素，分解有机污染物，对藻类具有较强的杀灭作用，但脱氮除磷效果并不理想，若与生物生态技术联用，则会得到满意的处理效果。光催化氧化是一种有催化剂參与的光化学氧化过程，在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用，产生OH等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿化。光催化氧化技术的核心是高效半导体光催化剂，目前应用最多的是半导体材料纳米ニ氧化钛(TiO2),优点是能有效吸收太阳光谱中的弱紫外辐射部分；氧化还原性较强；在较大PH值范围内的稳定性強；无毒。TiO2光催化杀灭藻类(或细菌)的机理主要包括直接反应和间接反应，直接反应是光生电子和空穴直接和藻类(或细菌)细胞的组成成分反应，从而杀灭藻类(或细菌)；间接反应是光生电子或光生空穴与水或水中的溶氧反应，形成0H、H2O2等具有很强氧化能力的活性氧类，这些活性氧类一方面能穿透藻类细胞壁，扩散至细胞内部氧化叶绿素，使藻类代谢終止、死亡，从而有效地杀灭藻类；另ー方面能穿透菌类的细胞壁，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭菌类，被杀灭的浮游菌类和藻类沉积在河床底部，形成藻泥。生物浮床技术是按照自然规律在以富营养化为主体的污染水域水面种植水生或陆生植物等各种适宜的植物，通过植物根部的吸收吸附以及根际微生物的各种新陈代谢活动削减富集水体中氮磷及有害物质，从而达到净化水质的效果同时又可美化水域景观。生物浮床技术主要由以下途径净化水质(I)吸附、过滤、沉淀作用，生物浮床中的植物，能促进水体中悬浮物的沉积，降低水体的浊度；(2)吸收作用，水生植物在生长过程中需要吸收大量的氮、磷、ニ氧化碳和有机物等营养物质；(3)微生物的辅助作用，水生植物通过植株枝条和根系的气体传输和释放作用，氧气部分通过根系向根区释放，扩散到周围缺氧的环境中，形成好氧/厌氧微环境。好氧生物对有机物进行分解，硝化菌和反硝化菌进行硝化和反硝化反应，最終将氮素以氮气的形式去除；厌氧微生物进行厌氧降解。袋式过滤技术是ー种新型的过滤系统，过滤装置内部由金属内胆支撑着立体式锥形过滤袋，液体由进水管流迸，经滤袋过滤后由出水管流出，杂质则被拦截在滤袋中，滤袋可更换后继续使用。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于处理富营养化水体的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置。本实用新型的目的通过以下技术方案来实现
浮床，光催化氧化装置安装在轻质防腐框上，光催化氧化装置的左右两侧均与一浮体连接，左右浮体的前侧和光催化氧化装置的前侧连接一生物浮床，相对称地，左右浮体的后侧和光催化氧化装置的后侧也连接一生物浮床，所述生物浮床上种植有植物，所述光催化氧化装置包含光催化膜组件、增氧装置和聚光板，光催化膜组件安装在增氧装置上，光催化膜组件上安装有聚光板，在轻质防腐框的ー侧设有泵槽，自吸式水泵放置于泵槽中，自吸式水泵与袋式过滤装置相连，所述袋式过滤装置包括缸体、内胆、立体式锥形过滤袋、进水管和出水管，缸体中安装有内胆，内胆内设有立体式锥形过滤袋，缸体的上端连通进水管，缸体的下端连通出水管，自吸式水泵的出口与缸体的进水管相连通。进ー步地，上述的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，其中，所述光催化膜组件包括固载有ニ氧化钛光催化材料和催化剂的玻璃纤维网、空心石英管和紫外灯管，固载有ニ氧化钛光催化材料和催化剂的玻璃纤维网包裹在空心石英管上，空心石英管中内置有紫外灯管。更进一歩地，上述的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，其中，所述袋式过滤装置的缸体上安装有压カ控制器。本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在①本实用新型将固载型光催化反应装置及其配套装置等安装在可自由移动的浮体上，固载后的光催化剂利用太阳光进行光催化氧化反应，将藻类及细菌灭活，并可分解藻毒素，降解有机物等其他污染物质；该装置不仅具有灵活性，而且原位处理节约占地，污染水体可通过浮体的移动得到循环处理，水质净化效果较好；②充分利用光催化氧化与生物浮床技术的优势，一方面通过生物浮床弥补光催化氧化技术去除有机物及氮磷能力相对弱的缺陷，另一方面通过光催化氧化技术杀除藻类、细菌，分解水体中难降解有机物；装置除藻、杀菌、脱氮除磷等多功能复合于一体，使被处理的富营养化水体得到彻底的治理；③由于水体表面的藻类等有机物在水体的表层密度较低，占用体积较大，若单用自吸式水泵处理，达不到很好的去除效果；通过上述光催化氧化与生物浮床技术两种技术把藻类、细菌和水体中难降解的有机物杀死之后，使被杀灭的浮游菌类和藻类等沉积在河床底部，密度较高，可形成厚厚的藻泥，在轻质防腐框上进行沉积；自吸式水泵对此部分藻泥的吸取，可大大提高吸取效率，加上袋式过滤装置的过滤作用，可去除大部分失去生命的藻类、细菌和水体中难降解有机物，使被处理的富营养化水体得到彻底的治理；④节省能源，采用太阳光为辐射光源，仅部分运行时间需开启紫外灯，且增氧装置无需连续工作。
以下结合附图
对本实用新型技术方案作进ー步说明图I :本实用新型装置的平面布置示意图；图2 :本实用新型装置的纵剖面示意图；图3 :光催化膜组件的纵剖面示意图。
具体实施方式
本实用新型将光催化技术、生物浮床技术和收藻装置进行组合，设计ー种用于处理富营养化水体的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，充分利用三者的优点对富营养化水体进行治理，具有处理效率高、见效快、净化彻底、无二次污染、操作灵活、适用范围广等特点。如图I所示，光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，包括光催化氧化装置I、浮体2和生物浮床3，光催化氧化装置I安装在轻质防腐框上，光催化氧化装置I的左右两侧均与一浮体2连接，左右浮体的前侧和光催化氧化装置的前侧连接一生物浮床3，相对称地，左右浮体的后侧和光催化氧化装置的后侧也连接一生物浮床，生物浮床3上种植有植物。采用光催化氧化深度水处理技术与生物浮床技术集成，并与其配套装置一同连接于可自由移动的浮体，组装成固载式光催化氧化除藻收藻装置；因地制宜地选择浮床载体和浮床植物，载体各单元结构相连接，其上种植去污能力强和景观效果好的水生植物。其中，光催化氧化装置I光源选用太阳光，电光源备用，光照强烈时采用阳光照射，阴雨天气时采用电光源紫外光照射光催化，光源聚光采用复合抛物面采光板聚光。光催化氧化反应装置刚好浸没在水面下，通过装置两端连接的浮体使装置大部分在水面以上；富营养化水通过接触光催化氧化装置的光催化膜组件，经过增氧装置提高水体溶解氧，一定时间反应后，去除藻类、细菌及有机物等污染物质。生物浮床3因地制宜地选择浮床载体和浮床植物，根据生态学原理及低成本的要求，选取去污能力强和景观效果好的植物，进行种植后投放水体，与光催化氧化装置组合使用，充分利用两种技术的优势，使被处理的富营养化水体得到彻底的治理。如图2所示，光催化氧化装置I包含光催化膜组件4、增氧装置6和聚光板5，光催化膜组件4安装在增氧装置6上，光催化膜组件4上安装有聚光板5，在轻质防腐框7的一侧设有泵槽15，自吸式水泵14放置于泵槽15中，自吸式水泵14与袋式过滤装置相连，袋式过滤装置包括缸体16、内胆17、立体式锥形过滤袋18、进水管20和出水管21，缸体16中安装有内胆17，内胆17内设有立体式锥形过滤袋18，缸体16的上端连通进水管20，缸体16的下端连通出水管21，袋式过滤装置的缸体上安装有压カ控制器19，自吸式水泵14的出ロ与缸体的进水管20相连通。增氧装置6提高水体溶解氧，一定时间反应后，去除藻类、细菌及有机物等污染物、质。水体经处理后，藻类浓度可逐渐降低，水体其他污染指标也降低到一定水平，减轻水体富营养化状況。生物浮床2上种植植物10，通过植物10根部的吸收吸附以及根际微生物的各种新陈代谢活动，进ー步削减富集水体中氮磷及有害物质，并使水体維持良好的生态环境。光催化氧化装置I负载的光催化膜组件4刚好浸没在水面下，通过装置两端连接的浮体2提高装置的浮力使装置大部分在水位8以上；光催化氧化装置I底部装有轻质防腐框7，一方面防止光催化氧化装置I在水位低的部位受到污泥等的污染，另一方面便于光催化氧化装置I与浮体2和生物浮床3的连接。泵槽15与轻质防腐框7 —端相连，自吸式水泵14放置泵槽15中，自吸式水泵14与袋式过滤装置的进水管20相连，含有机物的藻类通过进水管20进入立体式锥形过滤袋18，藻类停留在立体式锥形过滤袋18中，水流经内胆17收集后，由出水管21流回水体中。如图3所示，光催化膜组件包括固载有ニ氧化钛光催化材料和催化剂的玻璃纤维网11、空心石英管13和紫外灯管12，固载有ニ氧化钛光催化材料和催化剂的玻璃纤维网11包裹在空心石英管13上，空心石英管13中内置有紫外灯管12。 光催化氧化装置I由多个光催化膜组件4构成，选用玻璃纤维网11作为固载催化剂的载体，将固载纳米TiO2催化剂的玻璃纤维网11包裹在空心石英管13上，内置紫外灯管12，紫外灯管12为应急光源，当太阳光弱时开启，形成一个管式光催化膜组件，反应装置中安装多个光催化膜组件用于扩大水-固相接触面。在纳米TiO2制备过程中掺杂金属，提高催化活性，扩大吸收光波的波长范围，提高太阳光光照的利用率。光照强烈时采用阳光照射，阴雨天气时采用蓄电池9电光源紫外光照射光催化，光源聚光采用非成像聚光器原理设计的结构简单、光能利用率高的复合抛物面聚光板5聚光，太阳光聚集后照射到光催化膜表面，促使发生光催化氧化反应。安装要求I)光催化氧化浮床的安装可拆卸式的光催化氧化浮床，有利于浮床新旧材料的更换、浮床上载重的植物的新老更换；2)泵槽的安装要求普通的自吸式水泵泵槽的安装位置为距离河底30cm的距离，由于被杀灭的浮游菌类和藻类会大量沉积在轻质防腐框，形成较厚的藻泥，所以，泵槽的安装位置为轻质防腐框的一端，其距离河底至少50cm的距离，给自吸式水泵预留足够的空间。3)自吸式水泵的安装要求在绝对真空的状态下流程是14米，在普通环境下吸力最強的时候是6. 5米，放于普通水体中，自吸式水泵的吸程一般都在6米到9米之间，考虑到该装置所处理的藻类等有机物是光催化氧化装置杀除的藻类、细菌和水体中被分解的有机物形成的藻泥，几乎没有生命特征，所以可以每10米放置一个自吸式水泵。利用光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置处理富营养化水体，一方面通过生物浮床可弥补光催化氧化技术去除氮磷能力相对较弱的缺陷，另一方面通过光催化氧化技术可以杀除藻类、细菌，分解水体中难降解有机物，从而使生物浮床能良好运营并提高其净化效率，第三方面，通过收藻装置，可以彻底去掉水中的藻类、菌类以及有机物，避免死亡的藻类、细菌以及微生物等在河床底部沉积，再次释放营养物质。该装置能充分利用多种技术的优势，使被处理的富营养化水体得到彻底的治理。本装置处理污水的方法与传统的方法相比，原位处理更节约面积、管理维护方便、见效迅速、无二次污染，并且能够维持景观水体的良好水质。综上，光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置高效去除水藻，能大大降低富营养水体中的污染物质。该装置充分利用浮体及浮床的灵活性，可根据不同污染程度、不同位置的水域灵活使用，安装和操作简便，污染水体得到原位处理，节约占地；光催化氧化装置是ー种节能技术，把太阳能转化为化学能加以利用，大大降低了处理成本；此外，本装置整个处理过程中无二次污染产生，构建了ー个健康的水体生态系统，是ー种具有普遍实用性的高效处理技木。本装置能够满足我国污染水体处理技术的迫切需求，对保持我国水资源实现可持续发展，具有重要的社会和经济意义。需要理解到的是以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。·
权利要求1.光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，其特征在于包括光催化氧化装置、浮体和生物浮床，光催化氧化装置安装在轻质防腐框上，光催化氧化装置的左右两侧均与一浮体连接，左右浮体的前侧和光催化氧化装置的前侧连接一生物浮床，相对称地，左右浮体的后侧和光催化氧化装置的后侧也连接一生物浮床，所述生物浮床上种植有植物，所述光催化氧化装置包含光催化膜组件、增氧装置和聚光板，光催化膜组件安装在增氧装置上，光催化膜组件上安装有聚光板，在轻质防腐框的ー侧设有泵槽，自吸式水泵放置于泵槽中，自吸式水泵与袋式过滤装置相连，所述袋式过滤装置包括缸体、内胆、立体式锥形过滤袋、进水管和出水管，缸体中安装有内胆，内胆内设有立体式锥形过滤袋，缸体的上端连通进水管，缸体的下端连通出水管，自吸式水泵的出口与缸体的进水管相连通。
2.根据权利要求I所述的光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，其特征在于所述袋式过滤装置的缸体上安装有压カ控制器。
专利摘要本实用新型涉及光催化氧化-生物浮床除藻收藻装置，光催化氧化装置安装在轻质防腐框上，光催化氧化装置的左右两侧均与一浮体连接，左右浮体的前侧和光催化氧化装置的前侧连接一生物浮床，左右浮体的后侧和光催化氧化装置的后侧也连接一生物浮床，生物浮床上种植有植物，光催化氧化装置包含光催化膜组件、增氧装置和聚光板，光催化膜组件安装在增氧装置上，光催化膜组件上安装有聚光板，在轻质防腐框的一侧设有泵槽，自吸式水泵放置于泵槽中，自吸式水泵与袋式过滤装置相连。该装置将水体的除藻、杀菌、脱氮除磷、收藻等多功能复合于一体，使被处理的富营养化水体得到彻底的治理。
文档编号C02F3/32GK202449950SQ20112047353
公开日2012年9月26日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者张瑛 申请人:苏州工业园区风神新能源科技有限公司