一种太阳能地表水环境修复装置的制作方法

本实用新型属于环境保护技术领域，具体涉及一种太阳能地表水环境修复装置。

背景技术：

从20世纪30年代首次发现富营养化现象到现在，全世界已有30％～40％的湖泊和水库受到不同程度富营养化影响，我国湖泊和水库也受到不同程度的污染，富营养化显现逐年加剧态势，如无锡太湖、长春新立城水库、江苏赣榆县塔山水库、安徽巢湖等，而西安黑河水库、山西汾河水库、重庆的大宁河水库等也因氮、磷浓度高而呈现出藻类高发和富营养化趋势。水体富营养严重的湖泊和水库会导致水体缺氧，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。此外，由于我国部分城市污水直排河道，流经城镇河段污染严重，水体出现季节性或终年黑臭，均成为我国城市河道污染问题中亟待解决的水环境问题。

对于河湖水体富营养化治理和城市河道黑臭水体的治理，各个国家和地区采用不同的物理、化学、生物方法对其进行预防、控制和修复，并且取得了一定的成效。主要的物理处理方法有底泥疏浚、引水冲洗、机械曝气等，一方面工程量巨大、运行成本高，另一方面对污染严重的河湖进行底泥疏浚，易导致底层的沉积物发生悬浮和扩散，促进了沉积物中的氮、磷营养盐及其所吸附的金属离子的释放，从而使水体环境面临受沉积物中释放的重金属离子及氮、磷营养盐二次污染的风险；化学方法有投加混凝剂和除藻剂等，虽然能在短期内取得一定效果，但也存在着治理不彻底、成本高的问题，特别是会产生二次污染，引发新的生态问题；现流行的生物和生态修复，虽避免了二次污染问题，但受自然环境影响大，要求条件苛刻，同时相对于其它处理技术而言，更有周期长、见效慢的缺点。

目前，国内环保公司也先后开发了一些机械表面曝气装置。但是这些装置在实际的使用中均存在一定的弊端:

(1)市场上售卖的射流式、推流式、潜水式或表面机械曝气装置需要打混凝土基桩将轴固定在湖面或河道里，往往因深度(一般为2～3m)限制了装置在水体富营养的深水湖泊或水库中的推广使用。本次开发的装置可浮在水面上，通过调整钢丝绳索的长度，来适应河道、湖泊、水库的水深变化，克服了传统机械曝气装置的弊端。

(2)现售卖的机械曝气装置，工作原理为依靠电机带动位于液体表面的叶轮或涡轮的高速旋转，搅动和提升曝气池混合液，不断更新与水接触面，达到充氧和混合的要求。这种设备的弊端主要存在需要功率大、能耗高、氧转移效率和利用效率低下的问题。本次开发的装置为鼓风曝气设备，具有克服水压的功率消耗低，半柔性微孔曝气管产生的微气泡直径小、气泡核数量多、比表面积大，溶解氧转移效率和利用效率高等显著优势。此外，本次研发的装置中还首次提出增设电极组，通过阴、阳电极棒电解作用，去除污水中的难降解的有机污染物质和破坏黑臭水体中有色基团链，达到净化水质和脱色的作用。

(3)现存的机械表面曝气装置，需要河道、湖泊、水库附近具有良好的供电条件，通过防水电线与水体中布设的机械表面曝气装置电连接。对于野外或无人区河道、湖泊、水库、海湾等地表水水体富营养化曝气、增氧受条件限制而显得很困难，设备的安装和广泛推广使用具有明显局限性。此外，水下布线一方面存在可能出现漏电等安全隐患，另一方面存在对渔业养殖中渔船通航造成不便的问题。

(4)太阳能光伏板与蓄电池组成的蓄供电模块，不仅可破解野外或无人区河道、湖泊、水库、海湾无供电基础设施带来机械表面曝气无法安装使用等技术难题，且可规避水下布线存在的安全隐患、渔船通行不便的风险。

(5)目前市场上售卖的太阳能曝气装置多为不可移动的基桩固定式。本次研发中创新型的首次提出装置采用钢丝绳索+配重的固定方式移动起来显得更加灵活多变，可根据水域水体富营养化变化范围，灵活的移动。且可在水域范围内按照水体富营养化程度大量的安置，尤其对于大型湖泊、水库的地表水体富营养化修复具有非常突出的优势。

(6)成本、效率在装置能否得到大范围推广使用因素中占有决定性的作用。本次研发的装置生产过程相对简单、制造成本低廉，太阳能光伏发电可有效降低运行成本费用。曝气增氧、电极组电解措施较传统设施效率可显著提升。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种太阳能地表水环境修复装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种太阳能地表水环境修复装置，包括持水桶、太阳能蓄供电模块、电极组和曝气增氧系统；

所述持水桶的桶壁沿周向开设有多个排水孔，所述持水桶顶部设置有浮力盖板，底部中心通过钢丝绳索锚固连接有配重；所述浮力盖板边缘向外延伸形成挡沿，所述太阳能蓄供电模块通过支架架设在所述浮力盖板顶部；

所述电极组由多个阴极棒和阳极棒组成，所述浮力盖板边缘沿周向均匀开设有多个通孔，多个所述阴极棒和阳极棒交替固定在所述通孔内，多个所述阴极棒和阳极棒分别通过导线与所述太阳能蓄供电模块的阴极和阳极电连接；

所述曝气增氧系统包括增压空压机和多个半柔性微孔曝气管；所述增压空压机设置在所述浮力盖板顶部，多个所述半柔性微孔曝气管沿周向等间距设置在所述浮力盖板底部边缘，所述增压空压机的排气口通过空气输送管路与多个所述半柔性微孔曝气管连通；每个所述半柔性微孔曝气管外壁均套设有一个薄壁橡胶短管，所述薄壁橡胶短管的长度小于所述半柔性微孔曝气管的长度。

优选地，所述太阳能蓄供电模块包括太阳能光伏板和铅酸蓄电池，所述太阳能光伏板通过支架架设在所述浮力盖板顶部，所述铅酸蓄电池设置在所述浮力盖板上的防雨保护箱内，并通过太阳能控制器与所述太阳能光伏板电连接；多个所述阴极棒均通过导线与所述铅酸蓄电池的阴极电连接，多个所述阳极棒均通过导线与所述铅酸蓄电池的阳极电连接；所述铅酸蓄电池与增压空压机电连接。

优选地，所述浮力盖板包括上下相对设置的上层pvc板材和下层pvc板材，所述上层pvc板材和下层pvc板材之间设置有8cm厚的夹心硬质聚氨酯泡沫保温板。

优选地，使用时，所述持水桶全部浸没于地表水体中，所述阴极棒和阳极棒伸入水面以下20cm。

优选地，所述钢丝绳索的直径为3mm。

本实用新型提供的太阳能地表水环境修复装置具有以下有益效果：

(1)本申请采用的上、下双层pvc板材、夹心泡沫、持水桶及钢丝绳索配重组合构件，不仅攻克了大风天气下常规水面装置易被风浪打翻、下沉、水流冲走的技术壁垒，还可确保一体化装置在湖库水域限定小范围内的灵活漂移，扩大净化水域；

(2)本申请采用太阳能光伏发电与蓄电池储电的供电技术方案，不仅破解了传统意义上湖库水体利用电解、曝气技术对水体净化需大量布设防水电线，影响船只通航、渔业捕捞作业等难题，而且贯彻了节能、环保，绿色能源的可持续利用理念；

(3)本申请采用阴、阳电极组成的电极组，不仅兼具气浮、凝聚、调整ph值和吸附共沉淀等多种功能，实现对湖库水体常规有机污染物净化处理，而且阴阳电极的氧化还原和化学共沉淀作用可去除水体中重金属等非常规、有毒、难降解污染物质；

(4)本申请采用集成曝气装置和微孔扩散器装置，发挥对湖库水体的微曝气增氧功效，改变水体的局部微环境，激活不同水深微生物酶活性，强化菌藻共生体系新陈代谢和光合作用，加速水体中污染物质分解，实现大面积水体净化目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的太阳能地表水环境修复装置的结构示意图。

附图标记说明：

太阳能光伏板1、紧固件2、上层pvc板材3、下层pvc板材4、阴极棒5、阳极棒6、薄壁橡胶短管7、半柔性微孔曝气管8、光伏发电板与蓄电池连接导线(9/10)、支架11、蓄电池与电极组连接导线12、夹心硬质聚氨酯泡沫保温板13、增压空压机14、空气输送管15、铅酸蓄电池16、持水桶17、排水孔18、钢丝绳索19、配重20。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型的技术方案和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本实用新型提供了一种太阳能地表水环境修复装置，具体如图1所示，包括持水桶17、太阳能蓄供电模块、电极组和曝气增氧系统；

持水桶17的桶壁沿周向开设有多个排水孔18，持水桶17顶部设置有浮力盖板，底部中心通过直径为3mm的钢丝绳索19锚固连接有配重20；浮力盖板边缘向外延伸形成挡沿，太阳能蓄供电模块通过支架11架设在浮力盖板顶部；使用时持水桶部分全部浸没于地表水体中，通过内、外两侧的水压可确保装置能够相对平稳，防止大风、大浪等极端不利天气下，装置发生侧翻事故。配重块浸没于湖(库)底泥中，保证装置不被水流带走。绳索长度可根据湖(库)水深进行调整，长度一般由丰水期最高水位对应水深确定，保证装置能够随水位变化而上下浮动，且满足在小范围内灵活漂移，扩大净水区域。

具体的，本实施例中，浮力盖板包括上下相对设置的上层pvc板材3和下层pvc板材4，上层pvc板材3和下层pvc板材4之间设置有8cm厚的夹心硬质聚氨酯泡沫保温板13。本实施例中，通过类似螺栓或螺丝的紧固件2将上、下层pvc板材及硬质聚氨酯泡沫保温板固定组装，保证装置能够有足够的浮力支撑上部的太阳能光伏板、小型增压空压机和铅酸蓄电池，并处于漂浮状态，防止下沉。

电极组由多个阴极棒5和阳极棒6组成，浮力盖板边缘沿周向均匀开设有多个通孔，多个阴极棒5和阳极棒6交替固定在通孔内，多个阴极棒5和阳极棒6分别通过导线与太阳能蓄供电模块的阴极和阳极电连接；使用时，持水桶17全部浸没于地表水体中，阴极棒和阳极棒伸入水面以下20cm。本实施例提供的阴、阳电极棒组成的电极组，不仅兼具气浮、凝聚、调整ph值和吸附共沉淀等多种功能，实现对湖库水体常规有机污染物净化处理，而且阴阳电极的氧化还原和化学共沉淀作用可去除水体中重金属等非常规、有毒、难降解污染物质。

曝气增氧系统包括增压空压机14和多个半柔性微孔曝气管8；增压空压机14设置在浮力盖板顶部，多个半柔性微孔曝气管8沿周向等间距设置在浮力盖板底部边缘，增压空压机14的排气口通过空气输送管15与多个半柔性微孔曝气管8连通；每个半柔性微孔曝气管8外壁均套设有一个薄壁橡胶短管7，薄壁橡胶短管7的长度小于半柔性微孔曝气管8的长度。增加空压机产生的气体通过空气输配送管路，将气体输送传递至半柔性微孔曝气管；曝气管外套的薄壁橡胶短管可上、下滑动，达到控制曝气量及实现对地表水体的不同水层深度进行曝气作用。本实施例中，半柔性微孔曝气管8选择能够防堵塞、防微生物污染的曝气材料制成。

进一步地本实施例中，太阳能蓄供电模块包括太阳能光伏板1和铅酸蓄电池16，太阳能光伏板1通过支架11架设在浮力盖板顶部，铅酸蓄电池16设置在浮力盖板上的防雨保护箱内，并利用光伏发电板与蓄电池连接导线(9、10)、通过太阳能控制器与太阳能光伏板1电连接；多个阴极棒5和阳极棒6分别通过蓄电池与电极组连接导线12与铅酸蓄电池16的阴极和阳极电连接；铅酸蓄电池16与增压空压机14电连接。

本申请采用太阳能光伏发电与蓄电池储电的供电技术方案，不仅破解了传统意义上湖库水体利用电解、曝气技术对水体净化需大量布设防水电线，影响船只通航、渔业捕捞作业等难题，而且贯彻了节能、环保，绿色能源的可持续利用理念。

本实用新型提供的太阳能地表水环境修复装置的工作原理如下所述：

太阳能光伏板1斜向下45°倾斜放置，通过四根相同支架11支撑，用螺丝固定在浮力盖板上。为保证阴雨天光照差等特殊天气下装置能发生持续的净化水体目的，利用太阳能光伏发电板1将绿色太阳能转化成电能，通过连接导线9、10输送并存储在蓄供电模块铅蓄电池中16，铅蓄电池通过导线与多组阳极棒5和阴极棒6组成的电极组连接，通过阴、阳电极棒电解作用，去除污水中的难降解的有机污染物质。蓄供电模块16与小型空压机14连接，空压机与半柔性微孔曝气管8通过空气输送管连接。半柔性微孔曝气管外套一根薄壁橡胶短管7。可以上、下调节薄壁橡胶短管的位置控制曝气量及实现对地表水体的浅层曝气和深层曝气作用。为保证和避免装置在大风、大浪的作用下侧翻，持水桶17四周打一排小孔排水，使装置稳定漂浮在湖面水库上。为适应湖面或水库因汇水水位升高或泄水水位下降及避免装置被冲走，将柔性钢丝绳19的一端固定在盖板下底，另一端与配重锁扣连接。

本实施例通过采用的上、下双层pvc板材、硬质聚氨酯泡沫保温板(8cm)、持水桶及细钢丝绳索配重组合构件，不仅攻克了大风天气下常规水面装置易被风浪打翻、下沉、水流冲走的技术壁垒，还可确保一体化装置在湖库水域限定小范围内的灵活漂移，扩大净化水域。

该装置发挥对湖库水体的微曝气增氧功效，改变水体的局部微环境，激活不同水深微生物酶活性，强化菌藻共生体系新陈代谢和光合作用，加速水体中污染物质分解，实现大面积水体净化目的。

以上所述实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本实用新型的保护范围。