本发明属于环境保护中污水处理技术领域，具体涉及一种强化曝气生态修复装置。
背景技术：
曝气复氧是通过人工控制的方法向水体中充氧来恢复水体环境生态功能的一种措施。上世纪60年代起，人工曝气强化技术就被应用于河道治理。国内外的运行表明，在污染河道中进行人工曝气复氧能改变污染水体感官的黑臭状况，使河道上层底泥中还原性物质被氧化降解。曝气能在河道形成一个以好氧菌为主的生态环境，从而能在较短时间内降低水体中有机污染物，提高水体DO，增强水体的自净作用，使水体水质得到有效改善。
传统的曝气方式大多采用鼓风曝气，其结构简单，安装方便，但是，曝气性能较差，曝气设备一般安装在水底，污水的底部沉淀有大量的污泥和颗粒沉淀，不仅容易堵塞曝气口，还使得气体不能均匀地与污泥、污水进行接触，降低了处理效果；而且曝气设备能耗较高，曝气充氧的电耗一般占污水处理厂总能耗的50％以上，导致系统在长期运行时运行和维护费用较高，这也是许多已建污水处理厂难以维持正常运行的原因。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种强化曝气生态修复装置，利用太阳能绿色能源，强化曝气对水体增氧，实现对河道水体的生态修复，该装置结构简单、价格低廉、可移动、使用方便、维护成本低、无能耗。
一种强化曝气生态修复装置，包括：
浮箱，所述浮箱由上层的蓄电池和下层的封闭空腔构成；
太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述浮箱的上方，所述太阳能电池板与所述蓄电池电连接；
第一水管和第二水管，所述第一水管的顶端位于所述空腔内部，所述第一水管竖直向下延伸使得所述第一水管的底端置于所述空腔外部，所述第一水管内部填充有活性炭填料；所述第二水管的顶端位于所述空腔内部，所述第二水管竖直向下延伸使得所述第二水管的底端置于所述空腔外部，所述第二水管的底端设置有折弯部分，所述第二水管内部填充有生物填料；
水泵，所述水泵与所述蓄电池电连接，所述水泵的进水口与所述第一水管的顶端连接；所述水泵的出水口通过水平放置的连接管与所述第二水管的顶端连接；
阳极电极和阴极电极，所述阳极电极置于所述第一水管的底端下方，所述阳极电极通过从所述第一水管内穿过的第一导线与所述蓄电池的正极电连接，所述第一导线位于所述第一水管内的该部分导线的金属裸露在外，与所述活性炭填料直接接触；所述阴极电极置于所述第二水管的底端下方，所述阴极电极通过第二导线与所述蓄电池的负极电连接。
在本发明的一具体实例中，所述浮箱的外表面涂覆有防水涂层，这样一来，装置长期在河道水体中使用时，也可以避免水渗透进入所述浮箱内部。
在本发明的一具体实例中，所述浮箱为长方体形状。
在本发明的一具体实例中，所述第一水管和第二水管均采用PE管(聚乙烯塑料管)，成本低且不容易被腐蚀。
在本发明的一具体实例中，所述空腔的体积是所述蓄电池体积的10～20倍，能够更好地保持漂浮状态。
在本发明的一具体实例中，所述阳极电极为不锈钢板，所述阴极电极为钛板。
在本发明的一具体实例中，所述折弯部分和竖直方向夹角为30°。
在本发明的一具体实例中，所述活性炭填料为活性炭颗粒或活性炭纤维。
在本发明的一具体实例中，所述活性炭纤维外形直径为5～20微米，孔宽分布在0.5～1.5nm间的微孔体积占总孔体积的90％以上，比表面积为800～1500m2/g。
在本发明的一具体实例中，所述生物填料为多孔纤维织物，能够负载微生物生长。
本发明中，整体装置中设有空腔部分，使得装置投入到河道后能够漂浮在水面上，这样，设置在浮箱顶部(浮在水面以上的)上方的太阳能电池板在太阳光照下产生电力，并联合蓄电池的蓄电和供电功能，能够长期持续给水泵以及电解回路提供电力，从而无需额外提供动力设备；其中，电解回路由阳极电极和阴极电极与蓄电池电连接构成，与正极连接的阳极电极电解产生氧气，与负极连接的阴极电极电解产生氢气；此外，阳极电极设置在第一水管底端下方，其电解产生的纳米氧气气泡溶解在水中，当水泵运行将河道水通过第一水管抽上来时，溶解有纳米氧气气泡的水会随之抽上来，经过填充在第一水管中的活性炭填料，促进水体中好氧微生物生长和污染物降解，同时，由于活性炭填料与第一导线金属裸露部分直接接触，电流可流经活性炭填料，刺激和促进活性炭填料表面负载的好氧微生物生长；从水泵泵出的水进入第二水管后，与生物填料接触后进一步降解污染物，然后又回到河道水体，带着电解产生的氢气，排到河道的底部，促使河道底泥部分的厌氧微生物生长和消化有机物，并产生甲烷；折弯部分可以使水改变流动方向，推动整个装置在河道或池塘运动，以修复整个河道或池塘的生态环境。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1)本发明装置利用太阳能供电，无需配设动力装置，运行成本低，维护简便，适用范围广泛；
2)本发明装置中，充分利用电解产生的纳米氧气气泡对水体曝气增氧，并经过活性炭填料和生物填料，强化好氧微生物生长和污染物降解，并回到河道底部；同时，利用电解产生的氢气促使河道底泥部分的厌氧微生物生长和消化有机物，并通过折弯部分推动整个装置在河道运动，实现整个河道的生态修复；
3)本发明装置结构简单，制造容易，成本低廉，适合推广应用；
4)本发明装置占地小、可移动、使用方便、维护成本低，应用范围广。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明的强化曝气生态修复装置的一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。
如图1所示，本发明的一具体实施例中，一种强化曝气生态修复装置，包括浮箱1、太阳能电池板2、第一水管3和第二水管4、水泵5、活性炭填料6和生物填料7、阳极电极10和阴极电极11。
太阳能电池板2设置在浮箱1的上方，用于将太阳能转换成电能；
浮箱1分为上层和下层，上层固定有蓄电池1-1，蓄电池1-1与太阳能电池板2连接，并用于在有光照时太阳能电池板2产生的电能储存起来并在需要的时候再释放出来；下层为封闭的空腔1-2，由于空腔1-2的存在，浮箱1能够漂浮在水面上；
第一水管3和第二水管4接在空腔1-2的两侧下端，第一水管3的顶端位于空腔1-2的内部，第一水管3竖直向下延伸使得其底端置于空腔1-2外部(装置置于水中时第一水管3的底端位于浮箱1下方的水体中)，第一水管3内部填充有活性炭填料6；第二水管4的顶端位于空腔1-2的内部，第二水管4竖直向下延伸使得其底端置于空腔1-2外部(装置置于水中时第二水管4的底端位于浮箱1下方的水体中)，第二水管的底端设置有折弯部分12，第二水管4内部填充有生物填料7；
水泵5的进水口与第一水管3的顶端连接，水泵5的出水口通过水平放置的连接管与第二水管4的顶端连接，水泵5由蓄电池1-1供电，水泵5与蓄电池1-1电连接；
阳极电极10和阴极电极11分别置于第一水管3的底端下方和第二水管4的底端下方，阳极电极10通过第一导线8与蓄电池1-1的正极电连接，第一导线8从第一水管3内部穿过，并且第一导线8位于第一水管3内的该部分导线的金属裸露在外，与活性炭填料6直接接触；阴极电极11通过第二导线9与蓄电池1-1的负极电连接。
本发明的强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，浮箱1的外表面可以涂覆防水涂层，这样一来，即使将装置长期投入河道水体中使用，也不会有水渗透进入浮箱1内部。
本发明的强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，浮箱1可设置为方便加工的各种形状，例如如图1中所示的长方体形状。
本发明的强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，第一水管3和第二水管4均采用PE管，成本低且不容易被腐蚀。
本发明的强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，空腔1-2的体积是蓄电池1-1体积的10～20倍，从而更好地在水面上保持漂浮状态。
本发明的强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，阳极电极为不锈钢板，阴极电极为钛板。
本发明强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，折弯部分12和竖直方向夹角为30°。
本发明强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，活性炭填料6可以为活性炭颗粒或活性炭纤维。活性炭纤维外形直径为5～20微米，孔宽分布在0.5～1.5nm间的微孔体积占总孔体积的90％以上，比表面积为800～1500m2/g。该活性炭纤维为市售产品。采用该活性炭纤维，更有利于微生物附着和生长。
本发明强化曝气生态修复装置的上述具体实施方式中，生物填料7可以为常见的市售产品，例如，弹性立体填料等，也可以采用多孔纤维织物，同样能够负载微生物生长。
上述实施例中的强化曝气生态修复装置的使用方法和工作原理如下：
将上述实施例中的强化曝气生态修复装置投入到河道后，由于空腔1-2的存在，整个装置能够漂浮在水面上。由于浮箱1顶部浮在水面以上，所以设在浮箱1顶部的太阳能电池板2也在水面以上，在太阳光照下将太阳能转化为电能，产生的电力存储在蓄电池1-1中，蓄电池1-1向电解回路和水泵5供电。
电解回路中，阳极电极10和阴极电极11接通电源，开始工作，发生电解，与正极连接的阳极电极10电解产生氧气，溶入水中；与负极连接的阴极电极11电解产生氢气。
水泵5同时启动，将河道水体以及通过阳极电极10电解产生的氧气通过第一水管3抽入并经过活性炭填料6，在流经活性炭填料6的电流的电刺激下，充氧水体中好氧微生物生长和污染物降解得到促进，经过处理后的水体经由水泵5泵出后进入第二水管4，与生物填料7接触后，进一步强化好氧微生物生长和污染物降解，然后又回到河道水体，带着电解产生的氢气，排到河道的底部，促使河道底泥部分的厌氧微生物生长和消化有机物，并产生甲烷；折弯部分12可以使水改变流动方向，推动整个装置在河道运动，以修复整个河道的生态环境。
本发明中，整体装置中设有空腔1-2部分，使得装置投入到河道后能够漂浮在水面上，这样，设置在浮箱1顶部(浮在水面以上的)上方的太阳能电池板在太阳光照下产生电力，并联合蓄电池1-1的蓄电和供电功能，能够长期持续给水泵5以及电解回路提供电力，从而无需额外提供动力设备；其中，电解回路由阳极电极10和阴极电极11与蓄电池1-1电连接构成，与正极连接的阳极电极10电解产生氧气，与负极连接的阴极电极11电解产生氢气；此外，阳极电极10设置在第一水管3底端下方，其电解产生的纳米氧气气泡溶解在水中，当水泵5运行将河道水通过第一水管3抽上来时，溶解有纳米氧气气泡的水会随之抽上来，经过填充在第一水管3中的活性炭填料6，促进水体中好氧微生物生长和污染物降解，同时，由于活性炭填料6与第一导线8金属裸露部分直接接触，电流可流经活性炭填料6，刺激和促进活性炭填料6表面负载的好氧微生物生长；从水泵5泵出的水进入第二水管4后，与生物填料7接触后进一步强化好氧微生物生长和污染物降解，然后又回到河道水体，带着电解产生的氢气，排到河道的底部，促使河道底泥部分的厌氧微生物生长和消化有机物，并产生甲烷；折弯部分12可以使水改变流动方向，推动整个装置在河道运动，以修复整个河道的生态环境。
由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。