一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置

本發(fā)明涉及供水，特別是涉及一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置。

背景技術：

1、近年來，農村分散式供水收到越來越多的關注。在大多數(shù)農村地區(qū)，采用傳統(tǒng)的飲用水處理工藝，包括混凝、沉淀、過濾和消毒。但傳統(tǒng)建設集中式飲用水處理廠供水模式由于占地大、建筑設施投資高、復雜的操作和維護以及能源和化學品的高消耗等不可避免的缺點，廣大農村地區(qū)由于地理條件復雜、居住分散以及經濟水平相對有限，傳統(tǒng)的凈水技術和裝置在農村供水中存在各種“水土不服”病，難以推廣應用。水庫水和湖水作為農村分散式供水的重要飲用水水源，其水質安全問題十分重要。然而，水庫水質由于內源污染與外源污染，底部水體的溶解氧低，常存在富營養(yǎng)化、有機物污染、藻類爆發(fā)以及季節(jié)性鐵錳污染等問題。這些問題不僅影響了水庫水體的生態(tài)平衡，也直接威脅到農村供水系統(tǒng)的水質安全。

2、針對以上水質污染問題，國內外專家進行了大量研究，國外通常使用等溫層充氧和人工強制混合技術。其中，等溫層充氧技術主要用于解決深水型水庫底部缺氧導致的沉積物內源污染釋放問題，但無法有效處理藻類爆發(fā)；而人工強制混合技術通過破壞水體的熱分層，能夠控制藻類生長和富營養(yǎng)化，但其缺點是能耗較高。揚水曝氣水質改善技術將這兩種方法進行了優(yōu)化結合，具備了消除分層、抑制藻華和增強功能性微生物活性等多重優(yōu)勢，從而有效控制外源和內源污染引起的水體富營養(yǎng)化問題。與自然條件下難以實現(xiàn)的完全混合不同，揚水曝氣系統(tǒng)能夠人工促使水體充分混合，并根據(jù)實際需求設定完成時間。然而，揚水曝氣對鐵錳污染的去除效果不佳。

3、膜分離技術被譽為第三代飲用水處理技術，能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體以及病原微生物，具有占地面積小、截留率高、出水水質穩(wěn)定及便于自動化管理運行等優(yōu)點，目前已經被廣泛地應用到了水處理當中。目前膜分離技術應用最廣的是超濾膜凈水技術，但目前國內外超濾工藝的工作壓力大多為50-200kpa，高壓運行環(huán)境大幅增加了超濾凈水成本，同時加重了膜污染，需要通過頻繁的物理清洗和化學清洗來控制膜污染，保證產水量，還需要配備大量的附屬設備，增加成本和操作維修工作量。目前的超濾裝置都采用化學清洗來控制微生物污染，耗費大量的化學藥劑，同時排放大量的化學廢水。此外，超濾工藝對水中的有機物和氨氮等溶解性物質去除效果較差，通常對水中doc的去除率低于15％，對氨氮的去除率低于10％，即使采取了一定的強化措施(如與粉末活性炭工藝或在線混凝工藝聯(lián)用)，有機物和氨氮的去除效果仍不明顯，而且顯著增加了運行成本和維護工作量。并且由于超濾膜對污染物的截留是基于膜孔尺寸起到選擇透過能力，而fe2+和mn2+尺寸遠小于超濾膜孔徑，因此也不能被有效去除。

4、重力流超濾工藝(gravity?driven?membrane?system，gdm)是利用重力壓差作為膜的驅動力的一種工藝。在長期過濾過程中，生物濾餅層會逐漸在膜表面形成，使gdm工藝可以通過濾餅層的生化作用與濾餅層和超濾膜的雙層截留作用處理原水中污染物，顯著增強了污染物的去除性能，也賦予gdm工藝優(yōu)異的預過濾能力。與傳統(tǒng)超濾不一樣的是，gdm工藝采用連續(xù)過濾模式，即gdm長期運行過程中不采用任何的水力反沖洗和化學清洗來控制膜污染。在實際應用過程中，用戶只需要打開或關閉出水閥門，即可控制gdm的運行，獲取所需的飲用水，因此操作極為簡單。gdm工藝采用無清洗過濾模式，故相比于傳統(tǒng)的超濾工藝，其不需要配備水力反沖洗系統(tǒng)、錯流系統(tǒng)(如錯流管路和控制系統(tǒng))、化學清洗系統(tǒng)等，同時也省去了上述各系統(tǒng)的維護工作，故gdm長期運行過程中維護工作量極少。gdm所采用的過濾水頭為0.002～0.007mpa，遠遠低于傳統(tǒng)超濾工藝，顯著降低了工藝運行能耗。gdm生物餅層的形成可以有效地促進病毒、微量有機物(磺胺甲惡唑，smz)、氨和低分子量有機物(可同化有機碳，aoc)的去除，還可以有效地去除水中鐵、錳和氨氮等污染物。因此，gdm工藝可以有效克服目前以超濾為基礎的膜濾凈水技術所面臨的問題與常規(guī)工藝的弊端，對原水水質的變化有很強的適應能力，是一種低成本、低維護水處理技術?？梢暂^為完美的適用于分散式供水，保障山區(qū)等分散式供水區(qū)域居民用水安全。

5、綜上所述，亟需一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，可以同步實現(xiàn)水源水源頭修復和水質凈化，無需建設水廠，無需投加藥劑，實現(xiàn)無廠無藥無耗凈水，顯著降低制水成本，有助于解決農村分散式供水面臨的困境，具有迫切的市場需求和重要的社會意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，為農村分散式供水提供一種創(chuàng)新、高效、經濟的解決方案，確保農村居民能夠便捷地獲取到安全、可靠的飲用水。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，包括導筒組件，所述導筒組件包括導筒上部集水區(qū)和導筒下部導流區(qū)，所述導筒組件通過支撐組件設置于水庫水體內，所述導筒下部導流區(qū)可浮動地設有gdm膜池，所述gdm膜池內設有gdm膜組件，所述gdm膜池的下部與進水組件連通，所述gdm膜池的上部與出水組件連通，所述gdm膜組件的下方設有強制曝氣組件和電解曝氣組件，所述gdm膜池的上方設有揚水曝氣組件。

4、優(yōu)選地，所述導筒上部集水區(qū)為漏斗狀結構且高出水面設置，所述導筒下部導流區(qū)為直筒狀結構。

5、優(yōu)選地，所述支撐組件包括錨固墩，所述錨固墩的上表面通過支架與所述導筒下部導流區(qū)的底部固定連接。

6、優(yōu)選地，所述導筒上部集水區(qū)的頂部設有防落層，所述導筒下部導流區(qū)的底部設有攔魚網(wǎng)。

7、優(yōu)選地，所述導筒下部導流區(qū)的側部設有滑動軌道，所述gdm膜池可滑動地設置于所述滑動軌道上，所述gdm膜池的頂部連接有浮標。

8、優(yōu)選地，所述進水組件包括進水管道，所述進水管道上設有第一止回閥和進水閥門。

9、優(yōu)選地，所述出水組件包括出水管道和排氣管道，所述出水管道上設有液體流量計、壓力表、出水閥門和溶解氧在線監(jiān)測組件；所述排氣管道上設有排氣組件和排氣閥門。

10、優(yōu)選地，所述強制曝氣組件包括空氣泵，所述空氣泵通過曝氣管道與底部強制曝氣盤連通，所述曝氣管道上設有空氣閥門和空氣流量計。

11、優(yōu)選地，所述揚水曝氣組件包括揚水曝氣器，所述揚水曝氣器下方設有泡沫層浮板，所述揚水曝氣器的入口設有第二止回閥和提水閥門，所述揚水曝氣器的出口向上傾斜設置。

12、優(yōu)選地，還包括太陽能供電組件，所述太陽能供電組件包括太陽能浮板，所述太陽能浮板的底部設有泡沫層；所述電解曝氣組件包括陰極與陽極，所述電解曝氣組件與太陽能浮板相連。

13、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術取得了以下有益技術效果：

14、1、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，不依賴大型水廠建設，直接在水源地進行水質提升與凈化，降低供水系統(tǒng)的整體成本。利用揚水曝氣對水源水原位修復，以及gdm膜組件生物濾餅層和超濾膜對水源的雙重凈化作用，對水中有機物、鐵、錳、氨氮、微生物以及濁度都有很好的去除，其中，出水濁度在0.05～0.1以下，鐵去除率98％以上，錳去除率90％以上，氨氮去除率80％以上，noc去除率50％以上，微生物等其他指標均達到生活飲用水標準。

15、2、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在設計中設置了導筒，其水面以下導流區(qū)的直筒結構通過減小過水斷面面積，提高了gdm組件的進水通量，促進生物濾餅層的脫落和更新，緩解膜污染，但同時避免了其因水流沖擊而完全脫落，實現(xiàn)雙重截留效果；導筒水面上集水區(qū)呈漏斗型，水經過揚水曝氣裝置噴灑在空氣中，順導筒漏斗壁流下，使水流在揚灑和掛壁流動的過程中再次充氧曝氣。此外，導筒還能有效防止風浪對膜組件的直接沖擊，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性。

16、3、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在導筒內的水面上安裝了揚水曝氣裝置，通過抽取導筒外底層水并將其揚灑至導筒內。此過程使得導筒內的水垂直向下流動，從而提升底層水體的溶解氧含量，并在等溫層缺氧區(qū)域形成持續(xù)的循環(huán)充氧。

17、4、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，安裝了太陽能浮板，太陽能電池向一體化裝置供電，節(jié)省電能消耗，同時太陽能板與底部泡沫層共同提供浮力，確保裝置穩(wěn)定浮于水面。

18、5、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在揚水曝氣對水源水良好的更新和充氧基礎上，在膜組件底部還設置電解曝氣，補充氧氣的同時促進生物作用和有機物的分解。

19、6、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在膜組件底部增設了強制曝氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為備用或輔助手段，在溶解氧在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到揚水曝氣和電解曝氣無法滿足系統(tǒng)對高溶解氧要求的情況下，迅速啟動并有效補充溶解氧，確保膜組件運行環(huán)境的優(yōu)化，從而提高整體處理效率和穩(wěn)定性。

20、7、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復與膜濾凈水耦合的一體化裝置，導筒內設置滑軌，與膜組件連接，允許膜組件在滑軌上自由上下滑動，利用浮標來控制與液面的高差，隨水位上下浮動，適用于枯水期和豐水期。