自调节浮岛装载型河道水处理系统

赵耘凡

目前我国水质污染问题突出，许多水系污染超标。针对污染河道的水处理技术也层出不穷，如浮岛种植、曝气处理、生物填料、菌种投放等，这些技术各有特色，并适宜于不同水质。但上述技术通常都要独立实施，安装成本较大。

针对这一现状，本人在原专利（申请号：201210211639.5）的基础上，提出了基于水质实时监控的浮岛装载型曝气系统，将微孔曝气装置装载在浮岛上，使其利用浮岛的浮力随水位上下浮动，无需在水底固定或人工调节曝气管高度。

曝气机的运行基于实时水质监测数据，同时在浮岛的框架上悬挂生物填料，使其和曝气装置相辅相成，提高水处理效率，节约成本和能源。

本系统的整体框架如图1所示，主要由浮岛及其固定升降装置、微孔曝气系统、水质监控系统及生物填料组成。浮岛上部为植物浮床，浮床可以是各种合适形状，由各种牢固材料制成，浮床上布置相应的植物美化景观（见图2），植物根系吸收水中有害物质，浮床同时能为浮岛装载的曝气装置提供浮力。

浮岛中层为金属框架，用于放置微孔曝气管（图3）和水质监测传感器（图4），同时可悬挂生物填料（图5）。浮岛下层安装底板，防止水位过低时浮岛上的曝气系统受损。浮岛还配有垂直升降的固定装置，防止在水中位移过大影响处理效果。

在

实际使用过程中，在线水质测定仪实时监测水质状况，将信息反映给处理器，由处理器根据指定条件决定鼓风机开关状态。鼓风机开启后，气体通过输气管、水中的软管、各个浮岛上的输气管将气体输送至浮岛上的微孔曝气管，从而实现曝气。本系统采用的鼓风机、处理器（PLC）和水质分析系统则位于陆地设施内。

与通常使用的河道水处理系统相比，上述系统有以下优势：

1.实现了浮岛、微孔曝气系统、生物填料三位一体的水处理方式，综合利用了各种水处理方法的长处，通过集约化的方式，大大提高水处理效率，降低成本。

2.微孔曝气所需风力小，节省电力资源。以往在应用上受困于河底安装需要排水、找平，费时费力；河道由于季节或天气等原因水位变化很大，水位过高会引起曝气管压力过大，导致鼓风机烧坏，水位过低则会引起过量气泡浮出水面影响美观。本系统的设计则比较彻底地解决了这些问题，为微孔曝气在河道水处理中的应用提供了良好的解决方案。

3.本系统依据水质实时监测结果，对曝气系统进行控制，可以大大降低能耗，减少盲目性，有效解决了曝气系统由于耗电量过高难以推广应用的难题。

本系统在实施中可以选用多个浮岛在河道两岸排成序列，以达到较明显的水处理效果（如图6，浮岛A-A断面见图7）。具体设计时，必须综合考虑各系统协同工作，并具有足够的安全度和可靠度。

1.鼓风机2.主输气管4.输气软管

一、水质监测系统

1.在浮岛框架内，根据实际水质情况放置在线水质传感器，如氨氮、COD等。

2.分析仪和传感器相连，可置于岸基上，并通过线缆将数据传送至处理器。处理器（PLC）安置在岸边建造的机房内，根据预先编写的程序，控制鼓风机电源的开关。

3.根据实际需要，可使监测系统形成物联网——将处理器（PLC）与电信宽带连接，将实时监测数据通过电信宽带传输至指定的计算机。人们可以在远程计算机上看到同一河道中多组水处理系统测出的数据，观察河道总体水质状况及各系统工作情况。

二、曝气系统

目前水处理曝气设备很多，如推流曝气、浮筒曝气、微孔曝气、膜盘曝气等，这些曝气设备均可安装在本系统中。

本系统建议选择微孔曝气方式，它具有以下优点：360°打孔，出气更加均匀，不存在曝气死区；更适应曝气量要求很大、水面处理面积相对较小的情况。

鼓风机通过输气管、水中的软管、各个浮岛上的输气管将气体输送至浮岛上的微孔曝气管。输气管可分别和若干个浮岛的输气管之间用软管联接，使各个浮岛气体输送均匀。由于浮岛随水位同步升降，微孔管离水位面高度基本固定，不易发生水深过大引起鼓风机烧坏的情况。

浮岛中层并排排列有两组微孔管，曝气管长度约1米，深度约0.5米至3.0米，曝气量0～10m3/h·m；同组中两根曝气管间距20厘米左右。所采用的鼓风机为罗茨风机，功率0.75至10千瓦，风量根据实际工作情况设计。

三、生物填料

城市河道中经常出现富营养化问题，大多是由于含氮、磷污水的排入造成的，其中被藻类利用的氮以氨氮形式存在。生物填料可充当水中微生物的载体，在生物填料中培养用于生物硝化作用的细菌，以去除水中的氨氮，防止水体恶化；浮岛中采用模拟天然水草形态的软性填料。

2.主输气管3.支输气管（分配到每个浮岛的输气管）4.输气软管5.浮岛上的输气管（和数十根微孔曝气管直角交叉，并将空气输入曝气管）6.微孔曝气管7. 种植床8.“干”型支架（用于固定曝气管）9.生物填料10.框架11.内外金属杆（用于自动升降）12.框架底板

四、浮岛及支撑系统

浮岛上部为种植床，可以采用泡沫格栅结构的种植床，种植床种有植物并能为浮岛装载的曝气装置提供浮力，植物可以是美人蕉、香菇草、黄菖蒲等，它们具有一定吸收水中有害物质的能力。

浮岛的框架由防水耐腐蚀的空心镀锌钢管等金属材料制成，可以为宽1至3米、长3至10米左右的长方体框架，两个较长的侧面各焊接两组钢管，和底面连成三角形，加固框架。

浮岛配有垂直升降的固定装置，防止在水中发生位移影响处理效果。升降装置由两截空心钢管组成，一根较粗钢管（如直径100毫米）打桩固定于河床上，另一根钢管插入其中与浮岛框架固定，随浮岛自由上下浮动；浮岛下安装底板，当水位降低时，底板可以支撑整个系统（如图8），从而防止曝气系统等受损。

在以往申请专利的基础上，本文提出了浮岛、微孔曝气系统、生物填料三位一体的水处理系统，利用实时水质监测系统控制整个系统的运行，实现了高效率、低能耗地对河道水进行综合治理。

由于施工困难以及水位升降引起的问题，以往的微孔曝气系统在河道水处理中难以推广应用，本系统的设计大大克服了这些问题，并提高了水处理的针对性。

未来结合互联网技术，本系统可实现远程在线监控处理。随着我国对环保及河道水处理的日益重视，预期本系统能够获得更加广泛的应用，并在技术上实现进一步的提升。