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

背景技術(shù)：

1、近年來，農(nóng)村分散式供水收到越來越多的關(guān)注。在大多數(shù)農(nóng)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(shè)集中式飲用水處理廠供水模式由于占地大、建筑設(shè)施投資高、復(fù)雜的操作和維護(hù)以及能源和化學(xué)品的高消耗等不可避免的缺點，廣大農(nóng)村地區(qū)由于地理條件復(fù)雜、居住分散以及經(jīng)濟(jì)水平相對有限，傳統(tǒng)的凈水技術(shù)和裝置在農(nóng)村供水中存在各種“水土不服”病，難以推廣應(yīng)用。水庫水和湖水作為農(nóng)村分散式供水的重要飲用水水源，其水質(zhì)安全問題十分重要。然而，水庫水質(zhì)由于內(nèi)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(jī)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(nóng)村供水系統(tǒng)的水質(zhì)安全。

2、針對以上水質(zhì)污染問題，國內(nèi)外專家進(jìn)行了大量研究，國外通常使用等溫層充氧和人工強(qiáng)制混合技術(shù)。其中，等溫層充氧技術(shù)主要用于解決深水型水庫底部缺氧導(dǎo)致的沉積物內(nèi)源污染釋放問題，但無法有效處理藻類爆發(fā)；而人工強(qiáng)制混合技術(shù)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(yáng)水曝氣水質(zhì)改善技術(shù)將這兩種方法進(jìn)行了優(yōu)化結(jié)合，具備了消除分層、抑制藻華和增強(qiáng)功能性微生物活性等多重優(yōu)勢，從而有效控制外源和內(nèi)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(yáng)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(shè)定完成時間。然而，揚(yáng)水曝氣對鐵錳污染的去除效果不佳。

3、膜分離技術(shù)被譽(yù)為第三代飲用水處理技術(shù)，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(zhì)穩(wěn)定及便于自動化管理運(yùn)行等優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了水處理當(dāng)中。目前膜分離技術(shù)應(yīng)用最廣的是超濾膜凈水技術(shù)，但目前國內(nèi)外超濾工藝的工作壓力大多為50-200kpa，高壓運(yùn)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(xué)清洗來控制膜污染，保證產(chǎn)水量，還需要配備大量的附屬設(shè)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(xué)清洗來控制微生物污染，耗費(fèi)大量的化學(xué)藥劑，同時排放大量的化學(xué)廢水。此外，超濾工藝對水中的有機(jī)物和氨氮等溶解性物質(zhì)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(qiáng)化措施(如與粉末活性炭工藝或在線混凝工藝聯(lián)用)，有機(jī)物和氨氮的去除效果仍不明顯，而且顯著增加了運(yùn)行成本和維護(hù)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(yuǎn)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(qū)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(qiáng)了污染物的去除性能，也賦予gdm工藝優(yōu)異的預(yù)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(yùn)行過程中不采用任何的水力反沖洗和化學(xué)清洗來控制膜污染。在實際應(yīng)用過程中，用戶只需要打開或關(guān)閉出水閥門，即可控制gdm的運(yùn)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(xué)清洗系統(tǒng)等，同時也省去了上述各系統(tǒng)的維護(hù)工作，故gdm長期運(yùn)行過程中維護(hù)工作量極少。gdm所采用的過濾水頭為0.002～0.007mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)超濾工藝，顯著降低了工藝運(yùn)行能耗。gdm生物餅層的形成可以有效地促進(jìn)病毒、微量有機(jī)物(磺胺甲惡唑，smz)、氨和低分子量有機(jī)物(可同化有機(jī)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(chǔ)的膜濾凈水技術(shù)所面臨的問題與常規(guī)工藝的弊端，對原水水質(zhì)的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，是一種低成本、低維護(hù)水處理技術(shù)?？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(fù)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(fù)和水質(zhì)凈化，無需建設(shè)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(nóng)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(shù)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(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，為農(nóng)村分散式供水提供一種創(chuàng)新、高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案，確保農(nóng)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(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，包括導(dǎo)筒組件，所述導(dǎo)筒組件包括導(dǎo)筒上部集水區(qū)和導(dǎo)筒下部導(dǎo)流區(qū)，所述導(dǎo)筒組件通過支撐組件設(shè)置于水庫水體內(nèi)，所述導(dǎo)筒下部導(dǎo)流區(qū)可浮動地設(shè)有g(shù)dm膜池，所述gdm膜池內(nèi)設(shè)有g(shù)dm膜組件，所述gdm膜池的下部與進(jìn)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(shè)有強(qiáng)制曝氣組件和電解曝氣組件，所述gdm膜池的上方設(shè)有揚(yáng)水曝氣組件。

4、優(yōu)選地，所述導(dǎo)筒上部集水區(qū)為漏斗狀結(jié)構(gòu)且高出水面設(shè)置，所述導(dǎo)筒下部導(dǎo)流區(qū)為直筒狀結(jié)構(gòu)。

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(dǎo)筒下部導(dǎo)流區(qū)的底部固定連接。

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

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

8、優(yōu)選地，所述進(jìn)水組件包括進(jìn)水管道，所述進(jìn)水管道上設(shè)有第一止回閥和進(jìn)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(shè)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(shè)有排氣組件和排氣閥門。

10、優(yōu)選地，所述強(qiáng)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(qiáng)制曝氣盤連通，所述曝氣管道上設(shè)有空氣閥門和空氣流量計。

11、優(yōu)選地，所述揚(yáng)水曝氣組件包括揚(yáng)水曝氣器，所述揚(yáng)水曝氣器下方設(shè)有泡沫層浮板，所述揚(yáng)水曝氣器的入口設(shè)有第二止回閥和提水閥門，所述揚(yáng)水曝氣器的出口向上傾斜設(shè)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(shè)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(shù)取得了以下有益技術(shù)效果：

14、1、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，不依賴大型水廠建設(shè)，直接在水源地進(jìn)行水質(zhì)提升與凈化，降低供水系統(tǒng)的整體成本。利用揚(yáng)水曝氣對水源水原位修復(fù)，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(jī)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(biāo)均達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

15、2、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在設(shè)計中設(shè)置了導(dǎo)筒，其水面以下導(dǎo)流區(qū)的直筒結(jié)構(gòu)通過減小過水?dāng)嗝婷娣e，提高了gdm組件的進(jìn)水通量，促進(jìn)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(dǎo)筒水面上集水區(qū)呈漏斗型，水經(jīng)過揚(yáng)水曝氣裝置噴灑在空氣中，順導(dǎo)筒漏斗壁流下，使水流在揚(yáng)灑和掛壁流動的過程中再次充氧曝氣。此外，導(dǎo)筒還能有效防止風(fēng)浪對膜組件的直接沖擊，增強(qiáng)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(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在導(dǎo)筒內(nèi)的水面上安裝了揚(yáng)水曝氣裝置，通過抽取導(dǎo)筒外底層水并將其揚(yáng)灑至導(dǎo)筒內(nèi)。此過程使得導(dǎo)筒內(nèi)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(fù)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(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在揚(yáng)水曝氣對水源水良好的更新和充氧基礎(chǔ)上，在膜組件底部還設(shè)置電解曝氣，補(bǔ)充氧氣的同時促進(jìn)生物作用和有機(jī)物的分解。

19、6、本發(fā)明提供的一種水庫水體原位修復(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，在膜組件底部增設(shè)了強(qiáng)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(yáng)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(bǔ)充溶解氧，確保膜組件運(yùn)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(fù)與膜濾凈水耦合的一體化裝置，導(dǎo)筒內(nèi)設(shè)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(biāo)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。