一种基于生态透水混凝土的水体净化装置

技术领域

本发明属于水体净化技术领域，具体涉及一种基于生态透水混凝土的水体净化装置。

背景技术

近年来，我国在社会经济快速发展的同时，忽略了生态环境的协调发展，由于前期城市排水管网规划的滞后，城市排水体制多数停留在雨污合流的合流制状态，城市雨水与污水一套系统，导致大量污水入河，造成城市生态环境质量的日益下降。我国将近80％的湖泊水体存在富营养化现象,水中溶氧量大幅下降，湖泊生态系统遭到严重破坏。40％以上的河流水体已经遭受了污染,无法为人们直接提供生活用水。难以降解的有机污染物如白色泡沫等污染量加大，水面垃圾污染严重。目前，水面漂浮垃圾清理方法大多为清理船清理或人工清理，存在耗时耗力并且对狭窄水域不适用，长期定期清理难以实现等缺点导致当前湖泊水质治理效果不明显。同时现阶段我国对于湖泊内水质净化技术还不成熟，多利用湖泊自净能力改善水质，治理已经污染水体问题刻不容缓。为响应系统治理、生态优先，遵循方案、确保成效的总体要求，本发明牢固树立山水林田湖草一个生命共同体的理念，为改善环境，建设水清、河畅、岸绿、景美的水美乡村出一份力；在农村水系综合整治过程中，其中的一项重要工作是针对农村的山塘和门前塘的综合治理，本发明用于山塘和门前塘的综合治理中，不仅能够起到清理水上垃圾净化水质以及防止水体富营养化的功能，还可以起到提升农村生态景观效果的作用。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种基于生态透水混凝土的水体净化装置。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于生态透水混凝土的水体净化装置，包括用于为整个装置运行提供能量的太阳能发电系统、作为进水容器的金属筒、若干组作为净化主单元的生态净化组件、作为生态净化组件承载容器的滤水框、将金属筒内水体喷入生态净化组件的散射喷头；太阳能发电系统包括太阳能板、蓄能组件，太阳能板位于金属筒正上方，蓄能组件位于金属筒内；金属筒的腔内安装拦污网和潜水泵，拦污网与金属筒进水口进行可拆卸式连接；潜水泵位于金属筒腔底，潜水泵出水口连接出水管，出水管向上延伸直至金属筒外与散射喷头相连通；各组滤水框均匀环绕在金属筒外，且金属筒的顶端外沿与滤水框外部相连接；滤水框包括框体、置于框体下方的浮力海绵支撑板，浮力海绵支撑板上开有排水口，排水口延伸至框体底部；生态净化组件置于框体内部，生态净化组件包括水生植物、两层生态透水混凝土、矿物材料过滤层，其中水生植物位于上方，矿物材料过滤层夹在两层生态透水混凝土之间。

进一步地，金属筒的顶端安装伸缩桁架，伸缩桁架的顶端与太阳能板固定相连，进而可调节伸缩调节太阳能板位置，伸缩桁架的侧部设有向外延伸的若干根固定杆，用于与滤水框固定连接。

进一步地，金属筒外部涂抹防水胶泥，防止污水腐蚀。

进一步地，拦污网为金属孔状拦污栅格网，其孔隙直径为10mm；拦污网采用收口球形袋式结构。

进一步地，散射喷头采用散射式雾化喷头；散射喷头上方安装防水射灯。

进一步地，浮力海绵支撑板的面积大于框体底部截面面积。

进一步地，本发明还包括水质监测系统，其包括安装在金属筒内的腔内监测系统、安装在滤水框的排水口中的腔外监测系统。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

(1)本发明装置以金属筒作为初滤的水体容器、以环绕分布的生态净化组件作为过滤净化单元，有效地降解了COD、TP、TN，可实现水面垃圾清理、水质净化、湖面景观、增加水中溶氧多功能一体化。

(2)本发明装置生态净化组件采用水生植物、生态透水混凝土、矿物材料过滤层复合而成，水生植物利用富集氮磷的功能改善水体环境，生态透水混凝土起到种植植物、稳定结构、防止下部水体反滤的作用，矿物材料过滤层利用其吸附和过滤性能去除水中的有机物和油类物质，进而实现水质净化。

(3)本发明的水体净化装置采用新型能源太阳能作为能源，无需补充外部能源，可实现持续自我运行。

(4)本发明的水体净化装置体积较小，移动方便，适用水域更加广泛。

(5)本发明的水体净化装置设置有节能涌泉防水射灯和散射式雾化喷头，两者同时运行可达到湖面灯光喷泉效果，实现湖面景观功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图示说明：1-太阳能发电板；2-蓄能组件；3-滤水框，31-框体，32-浮力海绵支撑板，33-排水口；4-生态净化组件，41-水生植物，42-生态透水混凝土，43-矿物材料过滤层；5-金属筒；6-拦污网；7-潜水泵；8-散射喷头；9-水质监测系统，91-腔内监测系统，92-腔外监测系统；10-防水射灯；11-伸缩桁架；12-出水管。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体地连接；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步地说明。

如图1和图2所示，一种基于生态透水混凝土的水体净化装置，包括用于为整个装置运行提供能量的太阳能发电系统、作为进水容器的金属筒5、若干组作为净化主单元的生态净化组件4、作为生态净化组件4承载容器的滤水框3、将金属筒5内水体喷入生态净化组件4的散射喷头8。

太阳能发电系统包括太阳能板1、蓄能组件2，所述太阳能板1位于金属筒5正上方，太阳能板1采用300W光伏发电太阳能板，将太阳能转化为电能用于整个装置的运行；蓄能组件2位于金属筒5内，蓄能组件2包括蓄能电池组以及控制器，蓄能组件2用于储存太阳能板1多余能量并在夜晚无光照条件下为整个装置提供能量，实现整个装置的一体化运行，无需特别补充外部能量，并控制整个装置的启闭。

金属筒5的顶端安装伸缩桁架11，伸缩桁架11的顶端与太阳能板1固定相连，进而可调节伸缩调节太阳能板1位置，伸缩桁架11的侧部设有向外延伸的若干根固定杆，用于与滤水框3固定连接；此外，金属筒5外部涂抹防水胶泥，防止污水腐蚀。

金属筒5的腔内安装拦污网6和潜水泵7，拦污网6与金属筒5进水口进行可拆卸式连接，具体实施中水体从金属筒5进水口进入，由拦污网6将大颗粒的污染物进行拦截，初滤后再进入金属筒5腔内下方；拦污网6为金属孔状拦污栅格网，其孔隙直径为10mm，拦污网6设计为收口球形袋式结构，水面垃圾进入金属筒5腔内后经过拦污网6将固体垃圾过滤于其中，收口式设计防止水面垃圾回流至湖面。

潜水泵7位于金属筒5腔底，潜水泵7出水口连接出水管12，出水管12向上延伸直至金属筒5外与散射喷头8相连通；

散射喷头8采用散射式雾化喷头，通过控制喷头形态将吸入的水以雾化或散射状的形式喷洒入滤水框3中；散射喷头8上方安装防水射灯10，防水射灯10由太阳能发电系统供应能量，可在夜晚散射喷头8喷射水流时开启，塑造湖面喷泉式城市景观。

各组滤水框3均匀环绕在金属筒5外，且金属筒5的顶端外沿通过伸缩桁架11侧部固定杆与滤水框3外部相连接；滤水框3包括框体31、置于框体31下方的浮力海绵支撑板32，浮力海绵支撑板32上开有排水口33，排水口33延伸至框体31底部；框体31外部与水接触部分设计为流线型便于整个装置在水面流动，浮力海绵支撑板32位于滤水框3底部，其将整个滤水框3的框体31浮于水面上，产生一定水头差便于滤水框3中污水过滤净化后流入湖中，并防止下部湖水回流影响装置净化效率。浮力海绵支撑板32的面积大于框体31底部截面面积，进而产生充足的支撑浮力，以保证滤水框3浮于水面。

生态净化组件4置于框体31内部，生态净化组件4包括水生植物41、两层生态透水混凝土42、矿物材料过滤层43，其中水生植物41位于上方，矿物材料过滤层43夹在两层生态透水混凝土42之间；

水生植物41采用本领域允许的任意净化水生植物，如浮萍、水葱、茭白、芦苇、蒲草、苦草的一种或几种，有效降解COD、TP、TN等，水生植物可调节湖中水体的营养浓度，水生植物可直接吸收利用污水中的营养物质及吸附、富集一些有毒有害物质，还有输送氧气至根区和维持水力传输的作用，为微生物和微型动植物提供了良好的微生态环境，其大量繁殖为污染有机物的高效降解、迁移和转化提供了保证。

生态透水混凝土42是由小石子、高标号混凝土、掺和透水外加剂、水、彩色强化剂以及稳定剂等经一定比例调配拌制而成的一种多孔轻质的新型环保地面铺装材料，其用粗骨料表面包裹着一层薄浆料相互粘结成蜂窝状，能让水体流入地下，生态透水混凝土42在本装置中起到种植植物、稳定结构、防止下部水体反滤的作用；

矿物材料过滤层43用于过滤水体中杂质，利用沸石、硅藻土、浮石等多孔矿物材料的吸附和过滤性能去除水中的有机物和油类物质，实现水质净化，通过两组生态透水混凝土42来固定矿物材料过滤层43，整体上来说水体进入生态透水混凝土42后，再流入矿物材料过滤层43进行过滤，再从生态透水混凝土42流出。

本发明还设置水质监测系统9，其包括安装在金属筒5内的腔内监测系统91、安装在滤水框3的排水口33中的腔外监测系统92，两者同时运行以实时监测装置净水效率；主要监测项目为主要监测项目为pH值、COD、总氮、总磷及石油类。

本发明水体净化工作过程如下：

1、湖水通过进水泵或其他设备从金属筒5的进水口进入金属筒5腔内，先油拦污网6将水面垃圾等大颗粒的污染物进行拦截，初滤后再进入金属筒5腔内下方；

2、潜水泵7将初滤后的水体抽出通过管道引入散射喷头8，由散射喷头8雾化后向外散射喷出滤水框3中；

3、进入滤水框3的水体依次经过水生植物41、一组生态透水混凝土42、矿物材料过滤层43、另一组生态透水混凝土42，有效降低水体中COD、TN、TP；

4、经过生态透水混凝土42净化处理后的水体经过滤水框3的出水口33返回至湖内。

本发明过程中由腔内监测系统91、腔外监测系统92分别对金属筒5内、净化后的水体的水质进行监测，主要实时监测pH值、COD、总氮、总磷及石油类等指标。

本发明装置中潜水泵7、水质监测系统9、防水射灯10均由太阳能发电系统提供电源。

本发明装置由各组浮力海绵支撑板32提供支撑力，经计算，浮力海绵支撑板33具有充足的浮力使得生态净化组件4浮于水体表面上，同时使得金属筒5部分浸入水面下、上端部分分浮于水体表面之上使得四周的水流入腔体中，再通过潜水泵7通过管道将其喷射出去，本实施例中浮力海绵支撑板32与滤水框3俯视截面均为扇形环状，对浮力海绵支撑板32的支撑力进行了计算，具体如下：

生态透水混凝土42孔隙率比普通混凝土大，故密度比普通混凝土小，计算为保证安全取普通混凝土密度，即ρ

太阳能发电板1及蓄能组件2共计5kg，潜水泵7重量为3kg，其余部件如伸缩桁架11、金属筒5、拦污网6等共计40kg；整个装置重量为259.95kg；整个装置所需浮力：

F

底部浮力海绵支撑板32体积略大于滤水框3，其外部直径D

从上述计算公式可以明显看出本装置可提供浮力大于整个装置所需浮力，且以上计算仅考虑浮力海绵支撑板32提供的浮力，其他部件浮力未考虑，可靠性较大。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。