本實(shí)用新型涉及水環(huán)境生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，特別一種黑臭水體曝氣增氧生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

曝氣增氧是消除黑臭水體、修復(fù)水生態(tài)環(huán)境的常用方法。一方面，水體中高溶解氧濃度有利于好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而有效的降解水中的污染物質(zhì)。另一方面，水體中的溶解氧可以氧化黑臭水體中的還原性物質(zhì)如MnS、FeS等，且曝氣可以去除H₂S、NH₃等揮發(fā)性氣體，從而消除臭味。

然而目前水體修復(fù)方法中，曝氣增氧存在著效率低下的問(wèn)題。傳統(tǒng)的曝氣方式中氣水混合物是豎向流動(dòng)的。當(dāng)水溫為25℃時(shí)，氧氣在水中的飽和溶解度僅為8.2mg/L，氣水混合物豎向向上流動(dòng)，曝氣中心的水體溶解氧達(dá)到飽和，而周邊區(qū)域水體溶解氧含量較低，使傳統(tǒng)曝氣方式中溶解氧的擴(kuò)散效率較低。傳統(tǒng)的曝氣方式耗能大、效率低，雖然間斷曝氣和微氣泡曝氣得到了廣泛的研究，但其曝氣效率還有待進(jìn)一步提高。

水環(huán)境生態(tài)修復(fù)中，微生物是水體污染物的主要分解者。目前水體修復(fù)中常用的微生物載體有生態(tài)浮島、生物毯等。但這些設(shè)備放置于水環(huán)境中，由于水體流動(dòng)性差，污染物到微生物表面的傳質(zhì)速度較慢，影響了水體中污染物降解效率，導(dǎo)致治理效果不理想。

中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 102948393 A記載了一種保溫大棚條件下的養(yǎng)殖池塘水循環(huán)處理系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。它包括漂浮在水面上的浮式生物過(guò)濾器，浮式生物過(guò)濾器包括豎直設(shè)于其中心的提水管，提水管穿過(guò)生物氈倉(cāng)，生物氈倉(cāng)下部周向設(shè)有溢水柵欄，生物氈倉(cāng)外側(cè)還設(shè)有生物濾料倉(cāng)，生物濾料倉(cāng)上部周向設(shè)有溢水柵欄，浮式生物過(guò)濾器橫向固定，并能夠隨水位升降豎直移動(dòng) ；部分或全部出氣終端與進(jìn)氣管的下端連接，進(jìn)氣管的上端與提水管連通，提水管內(nèi)還設(shè)有曝氣砂石 ；水流從提水管進(jìn)入浮式生物過(guò)濾器，完成過(guò)濾后從生物濾料上部周向的溢水柵欄溢出，進(jìn)入池塘。生物氈倉(cāng)的設(shè)計(jì)在初期能夠提高曝氣效率，通過(guò)增加比表面積增大微生物的處理效率，也能夠增加微生物表面的傳質(zhì)速度，但是在污染較為嚴(yán)重的黑臭水體，或者使用較長(zhǎng)時(shí)間后，生物氈倉(cāng)的內(nèi)部孔隙堵塞，曝氣效率、微生物處理效率和傳質(zhì)速度均大幅降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種黑臭水體曝氣增氧生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，能夠適用于污染較為嚴(yán)重的黑臭水體，提高曝氣效率，并且能夠在較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)使用，而不會(huì)降低曝氣效率、微生物處理效率和傳質(zhì)速度。在優(yōu)選的方案中，還能夠具有較好的景觀效果，便于后期維護(hù)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種黑臭水體曝氣增氧生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，包括多個(gè)垂直交錯(cuò)布置的下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)，上凸式托盤(pán)的中間設(shè)有頂部通孔，在下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)上設(shè)有填料。

優(yōu)選的方案中，所述的下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)位于曝氣裝置的上方。

優(yōu)選的方案中，上凸式托盤(pán)的外徑大于下凹式托盤(pán)的外徑。

優(yōu)選的方案中，所述的下凹式托盤(pán)設(shè)有下凹的上表面，填料位于下凹式托盤(pán)上表面，下凹式托盤(pán)的底面中間較低、邊緣較高。

優(yōu)選的方案中，所述的下凹式托盤(pán)的底面還設(shè)有用于分散氣流的錐形底部。

優(yōu)選的方案中，所述的上凸式托盤(pán)的底面中間較高、邊緣較低，頂部通孔位于底面中間的位置。

優(yōu)選的方案中，在上凸式托盤(pán)的邊緣設(shè)有上翹邊沿。

優(yōu)選的方案中，在下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)的上方設(shè)有植物托盤(pán)，植物托盤(pán)采用凹陷盤(pán)狀結(jié)構(gòu)、帶有透水孔的凹陷盤(pán)狀結(jié)構(gòu)或者采用透水柵格結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的方案中，還設(shè)有支架，支架上設(shè)有多層的層架，下凹式托盤(pán)、上凸式托盤(pán)和植物托盤(pán)放置在層架上。

優(yōu)選的方案中，所述的支架上設(shè)有浮筒，支架的底部設(shè)有用于固定曝氣裝置排氣管的層架。

本實(shí)用新型提供的一種黑臭水體曝氣增氧生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，通過(guò)垂直交錯(cuò)布置的下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)，延長(zhǎng)了氣泡流動(dòng)路徑，增大了氣泡與水體的接觸面積，有效的提高了曝氣效率和溶解氧的擴(kuò)散速率，通過(guò)折流曝氣的擾動(dòng)，加快了水體污染物到微生物表面的傳質(zhì)速率。由于不存在微孔的結(jié)構(gòu)，隨著微生物的生長(zhǎng)和繁殖，也不會(huì)存在微孔堵塞的技術(shù)問(wèn)題。優(yōu)選的方案中，曝氣增氧為下凹式托盤(pán)和上凸式托盤(pán)上生長(zhǎng)的好氧微生物生長(zhǎng)繁殖提高了良好的好氧環(huán)境。頂層水生植物進(jìn)行光合作用可提高水體溶解氧含量，其生長(zhǎng)過(guò)程中也會(huì)吸收水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，和藻類(lèi)形成營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；水生植物的根莖也是良好的微生物棲息場(chǎng)所；水生植物中的沉水植物分泌的化感物質(zhì)可對(duì)藻類(lèi)產(chǎn)生抑制作用，即沉水植物化通過(guò)向環(huán)境釋放特定的次生物質(zhì)從而對(duì)藻類(lèi)產(chǎn)生生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生的抑制的影響。位于頂層的水生植物也具有較好的景觀效果。本實(shí)用新型的水生植物收割、微生物填料更換非常方便，將托盤(pán)從支架上取下即可。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中下凹式托盤(pán)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型中上凸式托盤(pán)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的整體主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：曝氣裝置1，曝氣盤(pán)101，下凹式托盤(pán)2，第一下凹式托盤(pán)21，第二下凹式托盤(pán)22，第三下凹式托盤(pán)23，錐形底部201，上凸式托盤(pán)3，第一上凸式托盤(pán)31，第二上凸式托盤(pán)32，第三上凸式托盤(pán)33，頂部通孔301，上翹邊沿302，填料4，水生植物5，氣流方向6，植物托盤(pán)7，支架8，立柱81，層架82，浮筒83，吊耳84，錨85。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖1~4中，一種黑臭水體曝氣增氧生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，包括多個(gè)垂直交錯(cuò)布置的下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3，優(yōu)選的方案中，所述的下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3位于曝氣裝置1的上方。

上凸式托盤(pán)3的中間設(shè)有頂部通孔301，在下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3上設(shè)有填料4。填料選用陶粒、YDT彈性立體填料、聚氯乙烯塑料或聚丙烯塑料等皆可。曝氣量大時(shí)水力作用較大，宜選擇密度大的陶粒作為填料。選擇密度較輕的YDT、聚氯乙烯塑料等填料時(shí)，應(yīng)增高托盤(pán)側(cè)面高度，例如設(shè)置更高的上翹邊沿302。

優(yōu)選的方案如圖1中，上凸式托盤(pán)3的外徑大于下凹式托盤(pán)2的外徑，各個(gè)上凸式托盤(pán)3與下凹式托盤(pán)2同心布置。由此結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更好的氣泡折流效果。氣泡折流方式對(duì)水體擾動(dòng)大，有利于溶解氧向該系統(tǒng)周邊水體擴(kuò)散。

優(yōu)選的，下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3的材質(zhì)為陶瓷或不銹鋼。

優(yōu)選的方案如圖2中，所述的下凹式托盤(pán)2設(shè)有下凹的上表面，填料4位于下凹式托盤(pán)2上表面，下凹式托盤(pán)2的底面中間較低、邊緣較高。

優(yōu)選的方案如圖2中，所述的下凹式托盤(pán)2的底面還設(shè)有用于分散氣流的錐形底部201。由此結(jié)構(gòu)，便于氣泡沿著下凹式托盤(pán)2的底面從中間向邊緣爬升。

優(yōu)選的方案如圖3中，所述的上凸式托盤(pán)3的底面中間較高、邊緣較低，頂部通孔301位于底面中間的位置。由此結(jié)構(gòu)，便于氣泡沿著上凸式托盤(pán)3的底面從邊緣向中間集中，并經(jīng)過(guò)合并后穿過(guò)頂部通孔301。

優(yōu)選的方案如圖3中，在上凸式托盤(pán)3的邊緣設(shè)有上翹邊沿302。由此結(jié)構(gòu)便于在上凸式托盤(pán)3的頂部固定填料4。

優(yōu)選的方案如圖1中，在下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3的上方設(shè)有植物托盤(pán)7，植物托盤(pán)7采用凹陷盤(pán)狀結(jié)構(gòu)、帶有透水孔的凹陷盤(pán)狀結(jié)構(gòu)或者采用透水柵格結(jié)構(gòu)。植物托盤(pán)7內(nèi)種植水生植物，包括沉水植物和挺水植物。根據(jù)水體的狀況進(jìn)行選擇。水生植物進(jìn)行光合作用可提高水體溶解氧含量，其生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收水體氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并具有更佳的景觀效果。

優(yōu)選的方案如圖4中，還設(shè)有支架8，支架8上設(shè)有多層的層架82，各層的層架82與立柱81固定連接，下凹式托盤(pán)2、上凸式托盤(pán)3和植物托盤(pán)7放置在層架82上。由此結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)，例如收割水生植物，更換填料等。

優(yōu)選的方案如圖4中，所述的支架8上設(shè)有浮筒83，用于使整個(gè)支架8漂浮在水面，支架8的底部設(shè)有用于固定曝氣裝置1排氣管的層架，優(yōu)選的，在排氣管的出口處設(shè)有曝氣盤(pán)101，例如微孔曝氣盤(pán)，以便于產(chǎn)生較小的氣泡。進(jìn)一步優(yōu)選的，在支架8的頂部設(shè)有吊耳84，以便于吊裝，在支架8的底部設(shè)有錨85，用于固定支架的位置。由此上述的結(jié)構(gòu)便于布置本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例的基礎(chǔ)上，更詳細(xì)的示例如下：

第一下凹式托盤(pán)21、第二下凹式托盤(pán)22和第三下凹式托盤(pán)23的直徑為0.8m。第一上凸式托盤(pán)31、第二上凸式托盤(pán)32和第三上凸式托盤(pán)33的直徑為1.2m，中間頂部通孔301直徑為15cm。植物托盤(pán)7直徑為1.2m。

所有托盤(pán)圓心對(duì)齊，在支架上豎向放置，凈間距為20cm。

曝氣系統(tǒng)1從底部曝氣，調(diào)整曝氣系統(tǒng)1位置，使曝氣中心正對(duì)第一下凹式托盤(pán)21的錐形底部201，氣泡接觸第一下凹式托盤(pán)21的錐形底部201后，分散斜向上流動(dòng)到第一下凹式托盤(pán)21邊緣。接著豎直向上流動(dòng)到第一上凸式托盤(pán)31的底部，再?gòu)牡谝簧贤故酵斜P(pán)31底部邊緣斜向上流動(dòng)到第一上凸式托盤(pán)31的中心，經(jīng)第一上凸式托盤(pán)31中心頂部通孔301流動(dòng)到第二下凹式托盤(pán)22底部。氣泡以同樣方式流經(jīng)第二上凸式托盤(pán)32、第三下凹式托盤(pán)23、第三上凸式托盤(pán)33和植物托盤(pán)7，直至流出水體表面。

氣泡在上升過(guò)程中，不斷地分散、聚攏，氣泡和水體的接觸面積以及氣泡在水體中的停留時(shí)間皆顯著增大，曝氣效率因此得以提高。

下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3的表面均固定經(jīng)微生物掛膜的填料，托盤(pán)側(cè)面高度為3cm。填料比表面積巨大，可以很好地附著微生物，增加微生物量。

填料先經(jīng)掛膜后，再放置于托盤(pán)上固定。掛膜方式如下，將填料堆放在一圓柱形反應(yīng)器中，將接種的污泥和待修復(fù)水體按體積比為1:1混合后加入圓柱形反應(yīng)器中，靜置8h后排出。再泵送不含污泥的待修復(fù)水體進(jìn)入反應(yīng)器中，連續(xù)進(jìn)水并逐漸縮短水力停留時(shí)間。同時(shí)進(jìn)行低強(qiáng)度曝氣，并逐漸增加曝氣強(qiáng)度。掛膜初期，氣水比宜為0.5:1。3～4天即可完成掛膜。其中所接種污泥由待修復(fù)水體馴化而成。

將已掛膜的填料從反應(yīng)器中轉(zhuǎn)移到所有的下凹式托盤(pán)2和上凸式托盤(pán)3。

氣泡帶著水流向上流動(dòng)時(shí)，加快了水體中污染物到填料表面的傳質(zhì)速率，污染物在填料表面被微生物快速降解。

優(yōu)選的，對(duì)植物托盤(pán)7進(jìn)行覆土處理，并移栽沉水植物和挺水植物；植物托盤(pán)7側(cè)面高度為8cm，覆土厚度為6cm；植物托盤(pán)7也可不覆土，將沉水植物和挺水植物的盆栽直接放置在透水柵格結(jié)構(gòu)的植物托盤(pán)7上。

沉水植物和挺水植物進(jìn)行光合作用，可提高水體溶解氧含量，其自身生長(zhǎng)也會(huì)吸收水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并具有景觀效果。沉水植物以及挺水植物的根莖也微生物生長(zhǎng)提供適合的場(chǎng)所。且水生植物會(huì)分泌化感物質(zhì)，對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)有抑制作用，防止藻類(lèi)爆發(fā)生長(zhǎng)。

本實(shí)施例中，僅以6層托盤(pán)、一層植物托盤(pán)7為例來(lái)說(shuō)明，在實(shí)際設(shè)置中，并不具體限定托盤(pán)的數(shù)量、直徑及側(cè)邊高度，可根據(jù)當(dāng)?shù)厮睢⑽廴境潭却_定，托盤(pán)層數(shù)越多、托盤(pán)直徑越大，水體修復(fù)效果越佳。本例中的托盤(pán)可以循環(huán)重復(fù)使用。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型中記載的技術(shù)特征，在不沖突的前提下，能夠互相組合使用，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。