一种环境水体原位净化系统的制作方法

本发明涉及环境水体净化领域，特别是一种环境水体原位净化系统。

背景技术：

水资源危机是21世纪人类面临的最为严峻的资源问题。现有的生活、生产方式总伴随着一定程度的污染，然而，一方面由于污水处理设施覆盖度不全，另一方面经污水处理厂处理出水的水质不能完全达到环境地表水水质标准，排入环境中的污水处理厂出水加重了环境的污染负荷，随之的即是环境容量的逐渐减少和水质的逐渐恶化。

污水中氮、磷等污染元素易溶于水体或易被水生生物循环利用，因而，这些污染元素一旦进入水体则较难在自然条件下再脱离水体，只能在水环境中持续累积，加重水体污染程度的同时也在破坏生态环境的自我调节能力，随着环境污染负荷增大，环境水体对当地的生态及人们的生产、生活的影响日益增加。

现有的水体净化技术存在净化不彻底、环境水体净化效果差等技术缺陷，所述缺陷已经严重影响到整个社会的可持续发展。

有鉴于此，发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种环境水体原位净化系统，解决了现有技术净化能力差、净化效果不足等技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种环境水体原位净化系统，包括水质净化主体，所述水质净化主体为多级单元组合；动力系统，所述动力系统包括电源、压缩气体两种能源供给装置，还包括泵、空压机、电机三种驱动器；浮体系统，所述浮体系统包括浮体罐及仿生浮力调节区；传感系统，用于环境条件的监控及作为调控的参数依据，传感系统包括各类传感器；排淤系统，用于基质填料中净化衍生物的及时转移；收割系统，用于定时采收植物体；反馈调控系统，包括电动控制阀及微型处理终端，用于远程反馈、指令接收、进行调控。

作为上述技术方案的改进，所述水质净化主体内设置有气室和布气装置，所述气室为半封闭且开口朝下的呈“介”字形的空间，气室顶有导气管串联控制阀连接至系统表面，还设置有输气管串联控制阀与储气罐相连；所述布气装置为微孔式布气管或布气盘，该布气装置由储气罐通过控制阀输气；该所述布气装置按需布置于净化单元的基质内或转流管内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述水质净化主体上设置有液体输入装置和内循环泵，所述液体输入装置包括储液箱和输液导管；所述储液箱底部设置有用于箱内液体混匀的磁力搅拌装置，储液箱顶部设置有密封盖子及通气口；所述输液导管上接于储液箱底部，输液导管下分多个分支，输液导管的多个分支串联泵或/和控制阀后分别伸入于净化主体的预设单元内的预设区域；所述多个液体输入装置分别具有多套溶液类型；所述溶液类型包括：铁、钙、镁、铝的单一溶液或数种盐溶液混合的复合溶液、酸碱pH调节溶液、碳源溶液、菌剂溶液；所述内循环泵可将单元内特定深度的水抽至前端单元基质的特定深度内或转流管内，以促进液体的充分混合与生化反应，所述内循环泵为气动泵或电动泵。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动力系统中的电源储存于蓄电池，动力系统中压缩气体经由空压机压缩于储气罐中，驱动所述空压机的动力来源于太阳能、风能、潮汐能、水燃料发动、电网中的单一或混合能源；所述泵为压缩气体驱动泵或电动泵或蠕动泵或电动隔膜泵；所述电机用于驱动收割系统的运动、收割、传送及压缩处理过程。

作为上述技术方案的进一步改进，所述浮体系统包括浮体罐和仿生浮力调节区组成，动力系统中的压缩气体的储气罐可作为浮体罐，所述压缩气体的储气罐根据浮岛形状及重力平衡合理分布于净化系统的浮岛中，为浮岛形成平衡的浮力，不同储气罐间可通过管道联通；仿生浮力调节区包括设置在水质净化主体底部的仿生气囊及输气导管，所述仿生气囊为由橡胶类材质制作的密封囊体并连接输气导管；所述输气导管远离仿生气囊的另一端分两支，两分支串联控制阀后，其中一支置于浮岛表面，另一支与储气罐相连，可通过控制阀调节于仿生气囊中的气量以调整浮岛系统的沉浸深度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述排淤系统包括抽淤管、泵以及过滤箱，所述抽淤管为内置于净化系统底部的切缝管，其通过导管与泵的进水口相连；所述泵出水口连接过滤箱入口，固态淤积物被截留于过滤箱内的截留网上，排淤系统的排出滤液流入净化主体内，该过滤箱可内嵌于净化主体的基质内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述收割系统用于依据不同植物的特性及时收割其生长成熟的枝叶，以保持植物对营养物质的持续吸收和利用；所述收割系统包括植物收割器、轨道或/和机械臂、颗粒压缩机；收割系统采用轨道或/和机械臂作为植物收割器的运动载体实现植物收割，且所收割的植物通过轨道或/和机械臂传送至颗粒机压缩并初步储存。

作为上述技术方案的进一步改进，所述净化系统的净化过程根据传感系统反馈至反馈调控系统的参数进行调控；所述传感系统包括多种传感器；所述传感系统的传感器种类包括温度、pH、溶解氧、浊度、电导率、氧化还原电位、总溶解固体（TDS）、亚硝氮、硝氮、铵氮、磷酸盐、总有机碳（TOC）、光谱分析仪、离子选择电极、污泥界面、流速、液位感应、气压感应、摄像等，且不限于此公开类型，传感器按需设置于预设区域；所述光谱分析仪包含光源、微型光谱仪、光纤分析通道，用以分析水质特征；所述反馈调控系统包括电动控制阀及微型处理终端；所述电动控制阀为控制水路管道或输气管道的电动控制阀；所述微型处理终端，用于接收处理传感系统的数据，并控制净化主体中、动力系统、浮体系统、排淤系统及收割系统中的泵、空压机、电机、控制阀及外部能源的供给等多个电器部件；所述微型处理机可依据预存储调控方案自动化调控相关电器部件；所述微型处理机具有远程反馈功能，可实时通过无线网络将浮岛的各个传感数据及阀门状况反馈至网络服务器或指定终端；该所述微型处理机亦可通过无线网络接收服务器或指定终端的远程指令调控相关电器部件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述净化系统通过反馈调控系统和传感系统的调控作用在水质净化主体中的预设区域形成稳定的理化条件或使预设区域的理化条件形成有序变更；所述可调控的理化条件包括溶解氧、氧化还原电位、pH、碳源含量比、新菌液量、离子输入量、局部水力停留时间、局部循环比、排淤时间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述净化主体为通过轴对称或中心对称或层叠或其它等形式组合拼接形成平面或塔式或任意形状的净化复合体，通过泵在首级或末期驱动水体流动；将污水输入净化主体的首级单元驱动后续单元水体自流；或抽离净化主体末级净化后的水体驱动净化主体前端自吸污水；所述净化复合体可具有可调节式取水口，多个净化复合体可通过串联或通过分布式并联；所述净化复合体内单元级的面积和单元深度可依据实际需要而作调整；所述净化复合体可设置于岸基，亦可作为浮岛应用于水面治理，表面单元层上可种植植物。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种环境水体原位净化系统，其具有以下方面的优点，

1、水质净化主体通过轴对称或中心对称或层叠等形式组合拼接形成净化复合体，可以适应环境水体的环境特征，且可有效提高场地的利用效率；

2、水质净化主体设置有气室，可用于形成好氧与缺氧的交替环境；布气装置可助于在缺氧空间中形成稳定的富氧带，促进硝化与反硝化作用的同步进行，有利于提高净化效率和提升净化效果；

3、本技术方案设置有液体输入装置，可用于调节系统内pH、菌群，以及补充碳源、金属离子等，提升水质净化效果；补充的金属离子可与铵、磷等污染物形成固体沉淀沉积于集淤室，不会造成二次污染和浪费；

4、本技术方案可使用低压电源及由压缩空气驱动的气动隔膜泵，避免了高压电泄漏的危险，且环保节能无污染，具有安全性高、对环境友好的优点；

5、本技术方案中压缩空气储存的储气罐用作该净化工艺浮岛形式的浮体，一物多用，提高空间利用率，可节省材料，降低成本；另设置的仿生浮力调节区既节能又易于维护，便于后期的系统维护工作；

6、本技术方案中，有机地集成了多种传感器装置，用于反馈净化工艺的实时参数，并为相关工艺调控提供依据，具有智能化程度高的优点；

7、本技术方案中排淤系统采用高扬程及高固体受纳的隔膜泵，并借助泵的压力通过过滤箱将固态淤积物压滤于滤网上，流出废液流入净化系统，该局部循环除了可转移净化衍生的固体物质避免堵塞外，还可提升工艺的净化效果；

8、本技术方案采用自动化的植物收割策略，可及时对植物进行收割，使植物形成持续的养父汲取能力，有助于提高污染元素的吸收，提升净化效率，另外亦可降低劳动强度，节省人力成本；

9、本技术方案通过微型处理终端反馈及调控净化系统，实现了按预制方案自动调控策略，同时可远程反馈和远程发布调控指令，具备自主性和灵活性，实现了智能化改进。

该种环境水体原位净化系统可有效解决了现有技术净化能力差、净化效果不足等技术缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的局部结构原理示意图；

图3是本发明中塔式净化复合体的剖面结构示意图；

图4是本发明中浮岛的剖面结构示意图；

图5是本发明中植物收割系统的原理示意图。

图示说明：框架1，填料2，植物3，泵4，储气罐5，仿生浮力调节区6，传感器系统7，电动控制阀8，微型处理终端9，气室10，布气装置11，输气导管12，输液导管13，储液箱14，磁力搅拌装置15，通气口16，空压机17，过滤箱18，集於室19，排淤管道20，转流管21，可调节式取水口22，集水池23，布水池24，水面25，钢圈软管26，格栅网27，隔膜泵28，内循环泵29，净化复合体30，远程服务器31，客户终端32，水流方向33，收割系统34，电机35，机械臂36，固定乘载轨道37，运动乘载轨道38，颗粒压缩机39，植物收割器40。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-5。

一种环境水体原位净化系统，所述净化系统包含以下七个子系统或其中数个子系统的组合，所述子系统有：水质净化主体、动力系统、浮体系统、传感系统7、排淤系统、收割系统34、反馈调控系统。

所述水质净化主体为多级单元组合，单元级数大于或等于二，各单元内均装填合适的填料基质，前端至少有一级单元池底部设有集淤室和排淤管道，相邻单元之间通过转流管依次连通，基质表面种植恰当的植物形成水质净化主体。该净化主体可设置于岸基，亦可半沉浸于水中作为浮岛净化体应用。

优选地，所述水体净化主体首级单元可采用可调节式取水口22取水，所述可调节式取水口22为侧面开放的箱体，取水箱体开放口的对侧连接净化主体进水口，此取水箱体与净化主体进水口的之间亦可采用钢圈软管26连接，增加取水箱体的灵活度，可灵活调节取水的水层深度和方向，所述可调节式取水口22设置有格栅网27。

优选地，所述水体净化主体内设置有气室10和布气装置11，所述气室10为半封闭，开口朝下呈“介”字形的中空空间，其顶部设有导气管12串联控制阀8至系统表面，另有输气管12串联控制阀与储气罐5相连；所述布气装置11为微孔式布气管或布气盘，该布气装置由储气罐5通过控制阀输气；该所述布气装置按需布置于净化单元的基质2内或转流管21内。

优选地，所述水体净化主体上设置有液体输入装置，用于净化流程调控；所述液体输入装置由储液箱14和输液导管13组成；所述储液箱底设置有磁力搅拌装置15，用于箱内液体的混匀，箱顶设置有密封盖子以及通气口16；所述输液导管13上接于储液箱底，下分多个分支，并串联控制阀或/和蠕动泵4后可分别伸入于净化主体不同单元内的上、中、底区域、集淤室及转流管内。所述液体输入装置分别具有多套溶液类型分布于水体净化主体上；所述溶液类型包括：铁、钙、镁、铝的单一溶液或数种离子混合的复合溶液、酸碱pH调节溶液、碳源溶液、菌剂溶液等，且不限于此公开类型；所述溶液的添加依传感系统7的参数反馈由反馈调控系统控制。

优选地，所述水体净化主体各单元的基质内可设置有多套内循环泵29，该内循环泵29可为潜水泵或隔膜泵；所述内循环可将单元内特定深度的水抽至前端单元基质2的特定深度内或转流管21内。

优选地，所述动力系统有两类中间储存能源：电源、压缩气体，以及有泵4、空压机17、电机35三类驱动器；其中所述电源可储存于蓄电池，供应电源使用；所述压缩气体为经由空压机压缩于储气罐5中，压缩气体用于驱动气动隔膜泵28的运作和净化主体的空气供应；所述动力系统的两类中间储存能源的来源可由电网供应或绿色能源转化，如太阳能、风能、水燃料等；所述泵可用于驱动净化主体的水体流动，即将污水输入净化主体的首级单元驱动后续单元水体自流，亦或抽离净化主体末级或中心集水池23的净化后水体，驱动净化主体前端自吸污水，亦或驱动净化主体内水体内循环，或抽离固体净化衍生物，或驱动其它水体的流动；所述泵可以为电动泵，亦可为气动隔膜泵28；所述空压机经由中间储存的中间电源或由外部能源驱动，将空气压缩入储气罐5中；所述电机35用于驱动收割系统34的收割、传送及压缩处理等过程。

优选地，所述净化主体的水体流动驱动亦可依托外界环境设置，从而免去额外动力需求，如将净化主体衔接于水位落差的上游或下游。

优选地，所述浮体系统为该工艺作浮岛形式应用时采用，其可使水质净化主体及相关部件半沉浸于水中，并可调节浮岛系统的沉浸深度，其包括固定浮体罐5及仿生浮力调节区6;所述固定浮体罐为由动力系统中的压缩空气储气罐5组成，其按浮岛形状及重力分布，合理分布于浮岛系统中，为浮岛形成平衡的浮力；所述的不同储气罐5间可具有管道联通。所述仿生浮力调节区6为由水体净化复合体底部的输气导管及仿生气囊组成，所述仿生气囊为由橡胶类材质制作的密封囊体并连接输气导管12；所述输气导管12另一端分两支，串联控制阀后，一支置于浮岛表面，一支与储气罐5相连，可通过控制阀调节于仿生气囊中的气量以调整浮岛系统的沉浸深度。

优选地，所述传感系统7可用于环境的初步监控及作为调控的参数依据，包括各类传感器；所述传感器包括温度、pH、溶解氧、浊度、电导率、氧化还原电位、总溶解固体（TDS）、亚硝氮、硝氮、铵氮、磷酸盐、总有机碳（TOC）、光谱分析仪、离子选择电极、污泥界面、流速、液位感应、气压感应、摄像等传感器，且并不局限上述传感器；所述温度、pH、溶解氧、浊度、电导率、氧化还原电位、总溶解固体（TDS）、亚硝氮、硝氮、铵氮、磷酸盐、总有机碳（TOC）、光谱分析仪、离子选择电极传感器可分别安置于净化装置外，净化主体不同单元内的上、中、底区域，以及出水区域；所述光谱分析仪包含光源、微型光谱仪、光纤分析通道，用以分析水质特征；所述污泥界面传感器安装于集淤室和过滤箱内，用于监测污泥量；所述流速传感器用于监测净化装置的进出水量以及相关泵的水量；所述液位感应传感器用于监测环境水体的水量，或用于监测储液箱14的液位，或用于监控浮岛的沉浸深度；所述气压感应传感器用于监控储气罐内的气量；所述摄像传感器具有防水以及自带光源和清洁功能，用于指定区域的图像记录或分析，可分别安装于净化装置底部、外侧、集淤室、过滤箱以及装置外部环境监控。

优选地，所述排淤系统由抽淤管20、泵4以及过滤箱18组成。所述抽淤管为内置于集淤室19底部的切缝管，其通过导管与泵的进水口相连；若存在多个集淤室，则抽淤管间串联控制阀门8后再经由导管连接至泵，亦或经由多套泵4处理；所述泵可为气动泵或电动泵，气动泵由储气罐5及空压机驱动，由控制阀控制；所述泵出水口连接过滤箱入口，固态淤积物被截留于过滤箱内的截留网上，排出滤液流入净化主体的处理单元内，该过滤箱可内嵌于基质内。

优选地，所述收割系统34包括植物收割器、轨道或/和机械臂、颗粒压缩机；收割系统34采用轨道或/和机械臂作为植物收割器的运动载体实现“定时”、“定点”、“定高”收割，且所收割的植物通过轨道或机械臂传送至颗粒机压缩并初步储存；所述轨道为可承载植物收割器或机械臂运动的轨道，可有固定轨道和运动轨道；所述植物收割器为可割剪植物的部件；所述机械臂可乘载于轨道上，亦可固定于系统表面；所述颗粒机为可粉碎所收割植物枝叶且进行压缩的部件。

优选地，所述反馈调控系统包括电动控制阀8及微型处理终端9；所述电动控制阀为控制水路管道或输气管道的电动控制阀8；所述微型处理终端9，用于接收处理传感系统7的数据，并控制泵4、空压机17、电机35、各个电动控制阀8，以及控制外部能源供给开等多个电器部件；所述微型处理机可依据预存储调控方案自动化调控相关元器件；所述微型处理机具有远程反馈功能，可实时通过无线网络将浮岛的各个传感器参数及阀门状况反馈至网络服务器31或指定终端32；该所述微型处理机亦可通过无线网络接收服务器31或指定终端32的远程指令调节相关电器元件。

所述调控方法为：根据溶解氧或/和氧化还原电位传感器反馈参数调控气室和布气装置的气量；根据总溶解固体（TDS）或/和亚硝氮或/和硝氮或/和铵氮或/和磷酸盐或/和总有机碳（TOC）传感器反馈参数调控液体输入装置的输送，调控内循环泵29的运作，以及系统的进水和出水；根据污泥界面或/和摄像传感器调控抽淤系统的运行；液位感应传感器用于发送水位警报，用于调控系统浮力，反馈储液箱14的液位；气压感应传感用于调控空压机17的运行。

优选地，所述水质净化主体可以以前端某级或末级单元为中心，制成中心对称的同心式水体净化复合体；所述以前端某级为中心的同心圆或同心方水体净化复合体以中心区域为进水区域，净化复合体外侧为出水区域；所述以末级为中心的同心圆或同心方水体净化复合体以中心区域为出水区域，净化复合体外侧为进水区域；所述位于中心区域的进水或出水区域可增设一中心集水池；所述水质净化主体。亦可以联排的形式并联，形成轴对称的联排式净化复合体。

优选地，所述水体净化主体的各级单元间可通过层叠方式改进，形成塔式净化复合体，从而节省平面面积。

优选地，所述同心式或联排式或塔式净化复合体可以以并联的形式组成水质处理矩阵；所述同心式或联排式或塔式净化复合体可以以串联的形式链接组成水质深度处理链，即前一净化复合体的系统出水作为后一净化复合体的进水作进一步的深度净化处理；所述净化复合体内单元级的面积和单元深度可依据实际需要而作调整

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。