一种河道水原位净化系统的制作方法

本发明涉及生态治理技术领域，具体地指一种河道水原位净化系统。

背景技术：

光催化技术是一种利用光能在催化剂条件下作用于物质，进而催化物质进行分解的技术，直到近30年，才用于对污染水体进行处理，目前还处于快速发展阶段，1976年，John.H.Carey等人将光催化技术应用于多氯联苯体系中，添加二氧化钛作为催化剂以实现脱氮，近年来，随着对环境污染控制技术的日益重视，光催化技术应用于液相中难降解污染物的处理得到了充分的发展，研究表明，其对卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、其他烃类、酚类、染料、表面活性剂、农药等均能有效地进行降解，最终生成水、二氧化碳和无机盐等，达到无害化的处理要求。

现代城市、乡村等地的河道存在严重的环保隐患，其往往发绿、变臭，严重影响周边环境。

授权公告号为CN 205241448 U的中国实用新型专利公开了一种移动式一体化河道净化系统，包括进水泵、过滤模块、高能分子降解反应器和生化净化模块，其缺点在于处理量小和能耗高，且见效慢，增大处理量要大大输送增加能耗，得不偿失。

本来光催化技术是用于处理该类型河道的优选技术，如授权公告号为CN 204508925 U的中国实用新型专利公开了一种光催化净化河道水体的集成装置，将光催化降解技术和微生物降解技术集成为一体对河道水进行处理，降解较为彻底，但其还处于实验室研究阶段，缺乏在河道体系中实际应用的经验，使用成本高的问题也没有明确的解决方案，并且，现有河道水中往往含有藻类植物和污染颗粒等，使得水体的透光性大打折扣，严重影响了光催化的催化降解效率，限制了该技术在河道水处理中的应用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种净化系统，处理效率高、节能减耗且不影响河道生态系统的稳定。

一种河道水原位净化系统，其与水面之间设置有安全通道、与水底之间设置有扩流通道；其包括沿水流方向依次设置于河道内的颗粒沉降装置和光催化装置；所述颗粒沉降装置由至少一个颗粒沉降器组成；所述光催化装置包括光催化框架和设置在所述光催化框架上的催化载体。

本发明为了更好地利用光催化区的催化效果，通过颗粒沉降装置预先将河水中阻碍光线射入的淤泥等颗粒污染物去除，使得河水在光催化区具有较高的透明度，光线更多的射入到河水中，作用于催化载体上以提高光催化的效率和效果，将河水中的有机发色基团分解去除，达到净化河道水的效果，经过处理，可有效降低河道水的COD、NH₃-N、TP、SS等含量，使河道水体清澈透明且无异味。

本发明的系统本身为多孔疏松的结构，水体可自行穿过系统，不会阻滞。

所述安全通道的深度为0.4~0.5m，为船只航运和人为活动留下了安全的活动空间，不致影响系统运行，同时和所述扩流通道一起增加了河水/生物流动的通畅性，对保持河道内生物系统的稳定性做出了贡献。

本发明所述的系统在流速较低的水体中，如平均流速为0.1~0.2m/s的河水中净化效果更佳；流速较大时，河水在净化系统尤其是光催化装置上的停留时间变短，河水经过颗粒沉降装置时的颗粒沉降效果变差，导致后续的光催化效率变低，这使得该净化系统的净化效果打了折扣。

作为优选，本发明所述的系统更适用于城市内河道。城市内河道水流速很慢、极易发臭，所以一般城市都通过水泵翻水，提高河道水流速，不仅耗能高，还导致河水中的颗粒物难沉降，冲刷河岸，并是微生物无法长期停留，河道生态系统脆弱。利用本系统，可调低水泵功率，不仅节能还有利于河道生态稳定。

作为上述技术方案的优选，所述颗粒沉降器由多个阵列排布的沉降板构成，所述沉降板与河水流动方向之间设置有阻挡结构。

作为上述技术方案的优选，所述阻挡结构为所述沉降板与河水流动方向斜置时所形成的斜面，所述斜面与河水流动方向的夹角为30~60°。

作为上述技术方案的优选，竖直方向上相邻的所述沉降板之间设置有河水通道，所述河水通道的高度大于等于20mm，水平方向上相邻的所述沉降板通过连接件相连，所述沉降板与河床的侧壁也通过连接件相连。

作为上述技术方案的优选，所述沉降板为矩形板，其宽长比为1:2~1:4。

所述沉降板与河水流动方向形成斜面，当颗粒物/淤泥随着水流撞击到该斜面时，其动能被消耗，其中一部分便会随着自身的重力在斜面上滑落，从而实现沉降，由此可知，所述沉降板不能与水流方向相平行，这样起不到消耗颗粒动能/沉降的作用，也不能与水流方向相垂直，否则水体流过的阻力太大，斜面与河水流动方向的夹角为30~60°时，沉降效果最佳。

所述连接件可以是以承插式链接的相连接的板状件。

所述连接件可以分成2部分，被连接件上分别带有插槽和突出件，可做承插式连接。

所述连接件也可以分成3部分，被连接件分别作为受体，通过借助中间部分间接连接。中间部分可以是板状件，一端固定在一个受体上，另一端和另一个受体活动连接；中间部分可带有两个接收端，分别与两个受体活动连接。

作为上述技术方案的优选，所述颗粒沉降器为多个，沿河水流动方向布置，相邻的两个颗粒沉降器之间设置有沉降缓冲区域，所述沉降缓冲区域沿河水流动方向的长度为100~300m。

通常而言，颗粒沉降器要放置在河水深度大于1m的河段上，能够使得颗粒/淤泥等与颗粒沉降器能有较大的接触面积，增强沉降效果。

作为上述技术方案的优选，所述沉降板为有机合成材料制成的矩形板。作为优选，所述沉降板为矩形波纹板。

作为上述技术方案的优选，所述光催化框架为设置在水下的催化网，所述催化网由吸附有催化剂的空心珠所串成的珠线编制而成，并沿河水流动方向延伸铺设5~10m。

作为上述技术方案的优选，河水流入所述颗粒沉降装置之前的区域内还设置有拦污减速装置，所述拦污减速装置由一组固定在河床内壁上的滤网构成，相邻的所述滤网之间设置有拦污缓冲区域，所述拦污缓冲区域沿河水流动方向的长度为100~200m。

对于水流较快的河段，可应预先设置降速系统以降低河水流速，使得后续的净化效果提升，本发明采用一组滤网增大河水运行阻力，以达到降低河水流速的目的，所述滤网还能过滤杂物，防止其卡、堵在后续的颗粒沉降器上。

所述滤网通常采用较为坚韧和稳定的尼龙材料制成，其可与河道的截面相平行的设置，长度与河道横截面的长度基本相同，而高度则小于河道的深度，滤网的下边沿距离河道底部0.05~0.2m，上边沿距离水面0.4~0.5m。

作为上述技术方案的优选，所颗粒沉降装置和所述光催化装置之间设置有吸附过滤装置，所述吸附过滤装置由至少一个吸附过滤器组成。

作为上述技术方案的优选，所述吸附过滤器沿河水流动方向设置有多个其沿河水流动方向的长度为5~10m，相邻的两个吸附过滤器之间设置有吸附缓冲区域，所述吸附缓冲区域沿河水流动方向的长度为200~500m，所述吸附过滤器包括框架和填充在所述框架内的吸附填料。

所述框架由耐腐蚀的金属或合金制成，表面设置有阻挡将吸附填料漏出的筛网，所述吸附填料由陶瓷制成。

吸附填料对水中的颗粒污染物具有吸附过滤作用，能进一步的对水体进行脱色，增强后续光催化效力；而吸附填料本身具有多孔结构，其孔隙结构为硝化细菌等微生物提供了生存繁衍的场所，即被吸附的污染物在吸附填料内部会被慢慢分解，因此所述过滤器具有持续的净化效果。

与此同时，吸附过滤装置运行过程中形成生物流化床系统，该系统中可培养长周期微生物，形成比较丰富的微生物群落，提高生态稳定性，微生物随水流迁移到河道其他区域，提高整个河道的生态稳定性和自净能力，成为河道的微生物培养基地。

所述沉降缓冲区域、拦污缓冲区域和吸附缓冲区域为河道内的动植物的生存繁衍和活动提供了必要的空间，亦能够缓解由于净化系统的装置紧凑设置带来的阻力问题。

作为上述技术方案的优选，河道的岸上还设置有打捞装置，所述打捞装置位于所述拦污减速装置所在的河岸上，或位于所述拦污减速装置前后所在河岸上。

所述打捞装置通常为打捞机，实际操作时，可灵活根据情况将打捞机设置于悬浮物较多的区段上。

一种河道水的净化方法，包括如下步骤：

①澄清：河道水通过颗粒沉降装置使颗粒物沉降，增大河道水的透明度；

②催化分解：澄清后的河道水通过光催化装置，对污染物进行催化分解。

作为上述技术方案的优选，在步骤①之前为拦污减速步骤，河水先通过拦污减速装置，滤除杂物。

作为上述技术方案的优选，步骤①和步骤②之间还有吸附过滤步骤，河水通过吸附过滤装置进一步吸附滤除有色杂质。

作为上述技术方案的优选，拦污减速步骤之前，或拦污减速步骤之后、步骤①之前还有打捞步骤，通过打捞机打捞漂浮在河道水上的杂物。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本申请不采用任何动力系统将河水输送至净化系统中，利用河水的流动处理水体，节能减耗；

（2）本发明所述的净化系统不采用清淤方法，河道中的微生物不流失，保证了河道生态系统的稳定；

（3）本发明所述的净化系统具有疏松的孔结构，不影响河体过水，且水体与净化设备的接触面积大，从净化效率高；

（4）本发明所述的净化系统距离河水上下留有安全高度，既保证了生态系统稳定，又使得系统运行高效安全；

（5）本发明所述的净化系统与河道内壁固定连接，确保不会随水流漂移，系统净化效果稳定。

附图说明

图1为实施例1所述河道水原位净化系统示意图。

图2为颗粒沉降器11置于河道中的示意图。

图中：颗粒沉降装置1、颗粒沉降器11、光催化装置2、光催化框架21、拦污减速装置3、滤网31、吸附过滤装置4、吸附过滤器41、打捞装置5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：参考图1，绍兴某段河道，平均宽度为5m，水深2m，河道长2km，河水呈黄绿色，有臭味，水体表面有藻类，取样检测发现上下游水质差别不大，COD_Cr=48.6mg/L，SS=13mg/L，氨氮=2.64m/L，总磷=0.43mg/L，此水域为地表水劣V类水质。

在河道上水流动的起点0km处设蓝藻的打捞装置5，0.2km处布设拦污减速装置3，包括3张间距为100米的尼龙滤网31，0.4km处开始将颗粒沉降装置1、吸附过滤装置4、光催化装置2依次铺设；所述颗粒沉降装置1包括2个间距为300米的颗粒沉降器11，由若干沉降板阵列的组成，所述沉降板为矩形板，宽长比为1:2，竖直方向的沉降板之间留有河水通道，所述河水通道的高度为20mm；所述吸附沉降装置4包括若2个间距为500米的吸附过滤器41；所述光催化装置2铺设有光催化网。

其中，颗粒沉降器11中的沉降板与河水流动方向夹30°角，颗粒沉降器11沿水流方向铺设5m；吸附过滤器41采用不锈钢做成立方体的框架，用尼龙绳编成的网做成立方体的面，向其中投加陶瓷吸附填料，整个吸附过滤器41沿水流方向延伸5m；光催化网沿水流方向铺设10m。

该系统运行1月之后的检测1km处的水质，结果如下：COD=25mg/L、NH3-N=1.3mg/L、TP=0.2mg/L、SS=4mg/L。

其净化方法，包括如下步骤：

打捞步骤：通过打捞机打捞漂浮在河道水上的杂物；

拦污减速步骤：河水先通过拦污减速装置3，滤除杂物；

澄清：河道水通过颗粒沉降装置1使颗粒物沉降，增大河道水的透明度；

吸附过滤步骤：河水通过吸附过滤装置4进一步吸附滤除有色杂质；

催化分解：澄清后的河道水通过光催化装置2，对污染物进行催化分解。

实施例2：参考图1，绍兴某段河道，平均宽度为4.8m，水深1.5m，河道长3.2km，河水呈黄绿色，无臭味，水体表面有藻类，取样检测发现上下游水质差别不大，COD_Cr=43.2mg/L，SS=15.2mg/L，氨氮=2.33m/L，总磷=0.31mg/L，此水域为地表水劣V类水质。

在河道上水流动的起点0km处设蓝藻的打捞机，0.2km处布设拦污减速装置3，包括两张间距为200米的尼龙滤网31，0.4km处开始将颗粒沉降装置1、吸附过滤装置4、光催化装置2依次铺设；所述颗粒沉降装置1包括3个间距为100米的颗粒沉降器11，由若干沉降板阵列的组成，所述沉降板为矩形板，宽长比为1:4，竖直方向的沉降板之间留有河水通道，所述河水通道的高度为30mm；所述吸附沉降装置4包括3个间距为200米的吸附过滤器41；所述光催化装置2铺设有光催化网。

其中，颗粒沉降器11中的斜板与河水流动方向夹60°角，颗粒沉降器11沿水流方向铺设5m；所述吸附过滤器41采用不锈钢做成立方体的框架，用尼龙绳编成的网做成立方体的面，向其中投加陶瓷吸附填料，整个吸附过滤器41沿水流方向延伸10m；光催化网沿水流方向铺设5m。

系统运行1月之后的检测1km处的水质，结果如下：COD=23mg/L、NH₃-N=1.1mg/L、TP=0.11mg/L、SS=3.5mg/L。

该河道水的净化方法，包括如下步骤：

打捞步骤：通过打捞机打捞漂浮在河道水上的杂物；

拦污减速步骤：河水先通过拦污减速装置3，滤除杂物；

澄清：河道水通过颗粒沉降装置1使颗粒物沉降，增大河道水的透明度；

吸附过滤步骤：河水通过吸附过滤装置4进一步吸附滤除有色杂质；

催化分解：澄清后的河道水通过光催化装置2，对污染物进行催化分解。