БИОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПЛАВУЧЕГО ОСТРОВА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДОЕМОВ СО СТОЧНЫМИ И ПАХУЧИМИ ВОДАМИ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Российский патент 2021 года по МПК C02F3/32 C02F7/00 

Область техники

Настоящая заявка относится к экологической очистке, в частности, к биоэкологическому микроэнергетическому устройству плавучего острова и способу очистки водоемов со сточными и пахучими водами с его использованием.

Уровень техники

Быстрое развитие экономики, ускорение урбанизации и резкий рост населения приводят к различной степени загрязнения воды и даже появлению водоемов со сточными и пахучими водами. В соответствии с “Планом действий по предупреждению и борьбе с загрязнением воды”, в котором говорится о том, что водоемы со сточными и пахучими водами в населенных пунктах города на уровне префектуры и выше в Китае будут контролироваться в пределах 10% к 2020 году и полностью ликвидированы к 2030 году, были составлены стратегия и план, касающиеся очистки водоемов со сточными и пахучими водами. В настоящее время, водоемы со сточными и пахучими водами, как правило, перекачиваются на станцию очистки сточных вод для очистки, а затем сбрасываются в реку по трубопроводам после соблюдения стандартов сброса сточных вод. Такая очистка требует не только строительства подъемных насосных станций и очистных сооружений, но также занимает большую часть городской земли и приводит к повреждению городских дорог и зеленых насаждений, а также увеличивает затраты на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа очистки водоемов со сточными и пахучими водами, в котором биохимическая очистка улучшается за счет водных растений и искусственных наполнителей без дополнительного источника электроэнергии и топлива, что обеспечивает высокую эффективность обработки и низкое энергопотребление, и, следовательно, данный способ считается экологически чистым. Более того, настоящая заявка также обеспечивает биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова, применяемое в указанном выше способе, которое характеризуется высокой стабильностью и эффективностью, меньшим объемом занимаемого пространства, низким потреблением энергии и красивым ландшафтом, что отвечает концепции развития зеленой очистки.

Ниже описаны технические решения настоящего изобретения.

Согласно первому аспекту, настоящее изобретение обеспечивает способ очистки водоема со сточными и пахучими водами, включающий:

плавание биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова на поверхности водоема со сточными и пахучими водами; при этом в корпусе плавучего острова биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова предусмотрены модуль биологического носителя и модуль растений; на биоэкологическом микроэнергетическом устройстве плавучего острова предусмотрена ветряная лопасть для создания ветровой нагрузки с целью приведения в действие воздушного компрессора с ветросиловым приводом для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранится в резервуаре для хранения сжатого воздуха; сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха используется для обеспечения вращения, перемещения и аэрации корпуса плавучего острова; забор и отвод воды осуществляется посредством вращения корпуса плавучего острова, что позволяет очистить водоем со сточными и пахучими водами.

Модуль биологического носителя и модуль растений составляют симбиотическую биологическую систему обработки водное растение-искусственный наполнитель пленки ила, в которой формируется пространственная биологическая сеть пищевой цепи для реализации биоэкологической очистки. В настоящем изобретении, после размещения в водоеме со сточными и пахучими водами, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова играет роль биологического аэробного резервуара, и плавание на поверхности, вращение, перемещение, аэрация, а также забор и отвод воды биоэкологическим микроэнергетическим устройством плавучего острова может осуществляться с использованием природной энергии без дополнительного энергоснабжения для обеспечения очистки водоема со сточными и пахучими водами. В нормальных условиях, аэрация биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова осуществляется при вращении на поверхности водоема со сточными и пахучими водами, и в этот момент, сточная и пахучая вода поступает в биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова для очистки. Когда водоем со сточными и пахучими водами очищен в определенной области, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова можно переместить в другую область, чтобы продолжить вращение с целью очистки.

Согласно варианту осуществления изобретения, модуль биологического носителя снабжен слоем наполнителя, и слой наполнителя представляет собой слой волокнистого наполнителя в виде занавеса, который соткан от внутренней части к внешней от плотного до неплотного; и толщина слоя волокнистого наполнителя в виде занавеса составляет 2-5 мм. Благодаря такому способу плетения, в слое волокнистого наполнителя в виде занавеса формируется анаэробная, факультативная и аэробная микросреда, поэтому он подходит для одновременной нитрификации и денитрификации (ОНД), что способствует повышению эффективности системы по удалению азота и фосфора.

Согласно варианту осуществления изобретения, корпус плавучего острова является цилиндрическим, и внешняя окружность корпуса плавучего острова снабжена множеством впускных отверстий для воды, множеством выпускных отверстий для воды и множеством воздушных винтов, где количество впускных отверстий для воды и выпускных отверстий для воды совпадает;

при необходимости вращения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из множества воздушных винтов располагается под углом 30-45° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова, и множество воздушных винтов выполнены с возможностью вращения корпуса плавучего острова;

при необходимости перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова в горизонтальном направлении, каждый из множества воздушных винтов располагается под углом 90° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова; и вместе с тем, один из множества воздушных винтов поворачивается согласно направлению движения, а все остальные воздушные винты не работают, благодаря чему корпус плавучего острова движется в горизонтальном направлении.

Воздушный винт работает следующим образом. Сжатый воздух толкает поршень для перемещения в цилиндре, чтобы осуществить вращение коленчатого вала, а вращение коленчатого вала приводит к вращению лопастей винта, таким образом, приводя в движение путем вращения или перемещения биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова.

Согласно второму аспекту, настоящее изобретение обеспечивает биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова, применяемое в приведенном выше способе, включающее:

корпус плавучего острова;

множество резиновых колец;

множество окон для забора и отвода воды;

ветряную лопасть;

воздушный компрессор с ветросиловым приводом;

резервуар для хранения сжатого воздуха; и

опорный цилиндр;

при этом множество резиновых колец расположено вокруг корпуса плавучего острова для обеспечения плавучести, позволяя корпусу плавучего острова стабильно плавать в водоеме со сточными и пахучими водами, таким образом, исполняя роль установки подготовки сточных вод в водоеме со сточными и пахучими водами. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в верхней части корпуса плавучего острова жестко закреплены резиновые кольца для повышения стабильности корпуса плавучего острова. В некоторых вариантах осуществления изобретения, четное количество окон расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова, и все окна связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова; все окна расположены на одной высоте в корпусе плавучего острова, что обеспечивает забор и отвод воды; опорный цилиндр является полым и неподвижно расположен в центре верхней части корпуса плавучего острова; сторона нижней части опорного цилиндра жестко соединена с резервуаром для хранения сжатого воздуха, и верхняя часть опорного цилиндра снабжена воздушным компрессором с ветросиловым приводом; сторона воздушного компрессора с ветросиловым приводом соединена с ветряной лопастью посредством передаточного механизма; в опорном цилиндре предусмотрены первая соединительная труба и вторая соединительная труба; один конец первой соединительной трубы связан с воздушным компрессором с ветросиловым приводом, и другой конец первой соединительной трубы связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха; один конец второй соединительной трубы связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха, и другой конец второй соединительной трубы вытянут в корпус плавучего острова для аэрации. Ветряная лопасть, расположенная в верхней части опорного цилиндра, приводит в действие воздушный компрессор с ветросиловым приводом посредством передаточного механизма для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранится в резервуаре для хранения сжатого воздуха. Воздушный компрессор приводится в действие природной энергией ветра. В некоторых вариантах осуществления изобретения, передаточный механизм включает горизонтальный вал, первую коническую зубчатую передачу, вторую коническую зубчатую передачу и вертикальный вал; при этом один конец горизонтального вала снабжен ветряной лопастью, и другой конец горизонтального вала горизонтально соединен с первой зубчатой передачей; первая зубчатая передача сцеплена со второй зубчатой передачей; вторая зубчатая передача вертикально соединена с вертикальным валом, и конец вертикального вала, удаленный относительно второй зубчатой передачи, соединен с воздушным компрессором с ветросиловым приводом; воздушный компрессор с ветросиловым приводом включает шатун, первый поршень и первый цилиндр; при этом один конец шатуна соединен с вертикальным валом, и другой конец шатуна соединен с первым поршнем; первый поршень размещен с возможностью скольжения в первом цилиндре; и конец первого цилиндра, удаленный относительно вертикального вала, соединен с концом первой соединительной трубы. Когда ветряная лопасть приводится в движение ветром, осуществляется круговое движение вокруг горизонтального вала, а также вращение первой конической зубчатой передачи, второй конической зубчатой передачи и вертикального вала. Вертикальный вал приводит в движение шатун для создания относительного перемещения между первым поршнем и первым цилиндром воздушного компрессора с ветросиловым приводом, образуя, таким образом, сжатый воздух. Производство сжатого воздуха не требует внешнего источника электроэнергии и топлива, является энергосберегающим и экологически чистым. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха применяется для поддержания вращения, перемещения и биохимической аэрации биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова.

Согласно варианту осуществления изобретения, в корпусе плавучего острова предусмотрены аэрационная труба, множество модулей биологического носителя, множество модулей растений и фиксированная рама; множество модулей растений и множество модулей биологического носителя расположены на фиксированной раме; в нижней части корпуса плавучего острова горизонтально установлена аэрационная труба, и аэрационная труба связана с концом второй соединительной трубы, удаленным от резервуара для хранения сжатого воздуха. Корпус плавучего острова и расположенные в нем модули биологического носителя и модули растений вместе составляют резервуар биохимической реакции для биоэкологической обработки сточных вод. В некоторых вариантах осуществления изобретения, микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, и микроскопические живые организмы, в частности одноклеточные и многоклеточные организмы, прикрепляются к модулям биологического носителя и модулям растений для роста и размножения, тем самым формируя активный ил-биопленку. При воздействии на биопленку, органические загрязняющие вещества в водоеме со сточными и пахучими водами поглощаются микроорганизмами на биопленке в качестве питательных веществ, обеспечивая очистку водоема со сточными и пахучими водами и рост микроорганизмов. Модули биологического носителя и модули растений используются в качестве носителей микроорганизмов, и в корпусе плавучего острова может быть создана высоко разнообразная экосистема, которая способствует повышению эффективности удаления загрязняющих веществ в водоеме со сточными и пахучими водами, основываясь на метаболизме микроорганизмов, водных растений и водных живых организмов в каждой суб-экосистеме.

В основном микроорганизмы растут прикрепленными к носителю, что может снизить концентрацию взвешенного ила, уменьшить образование ила и повысить эффективность переноса кислорода. Вместе с тем, эквивалентная концентрация ила в резервуаре биохимической реакции может значительно увеличиться, тем самым улучшая эффективность очистки сточных вод. В случае соответствия тому же стандарту качества сточной воды, предлагаемое в данном документе устройство значительно сокращает время пребывания воды в резервуаре биохимической реакции и уменьшает размер корпуса плавучего острова, также устройство имеет меньшую площадь. Иными словами, микроорганизмы, прикрепленные к модулям биологического носителя и корням растений в модулях растений, вместе образуют биопленку, которая обеспечивает более высокую плотность ила, способствуя повышению адаптируемости к динамической нагрузке воды для формирования стабильной и эффективной системы очистки сточных вод. Корни в модулях растений также могут поглощать азот и фосфор из водоема со сточными и пахучими водами, что способствует удалению азота и фосфора. Аэрация в корпусе плавучего острова осуществляется с помощью сжатого воздуха, выработанного воздушным компрессором с ветросиловым приводом без дополнительного источника электроэнергии и топлива, что обеспечивает меньшее потребление энергии.

Согласно варианту осуществления изобретения, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова дополнительно включает:

множество третьих соединительных труб и множество воздушных винтов;

при этом множество воздушных винтов расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова; каждый из множества воздушных винтов соединен с одной из множества третьих соединительных труб; конец каждой из множества третьих соединительных труб, удаленный от воздушного винта, связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха; каждая из множества третьих соединительных труб снабжена клапаном; каждый из множества воздушных винтов включает второй цилиндр, второй поршень, коленчатый вал и лопасть винта; второй поршень установлен с возможностью скольжения во втором цилиндре; конец второго цилиндра связан с третьими соединительными трубами, сторона второго поршня, удаленная относительно третьих соединительных труб, соединена с коленчатым валом; лопасть винта расположена на расстоянии на конце коленчатого вала, удаленном относительно второго поршня; и сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха подается к воздушным винтам через третьи соединительные трубы. Принцип работы воздушного винта заключается в том, что сжатый воздух толкает поршень для перемещения в цилиндре, чтобы осуществить вращение коленчатого вала, а вращение коленчатого вала далее приводит к вращению лопастей винта, таким образом, приводя в движение путем вращения или перемещения биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова. В некоторых вариантах осуществления изобретения, лопасть винта каждого воздушного винта вращается вместе с коленчатым валом для всасывания воды с засасывающей поверхности лопасти винта и отвода воды с выпускной поверхности, что позволяет противодействующей силе воды толкать корпус плавучего острова таким образом, чтобы он осуществлял вращение или перемещение. Работает воздушный винт или не работает, определяется клапаном на отдельных третьих соединительных трубах.

Согласно варианту осуществления изобретения, корпус плавучего острова является цилиндрическим, что способствует повышению устойчивости к воздействию внешней среды и структурной стабильности. Каждое из окон имеет трубчатую структуру с двумя открытыми концами, сформированную направляющей пластиной; четное количество окон расположено на расстоянии друг от друга по окружности корпуса плавучего острова; направляющие пластины окон с одной стороны окружности корпуса плавучего острова расположены наклонно и по часовой стрелке относительно окружности корпуса плавучего острова; и направляющие пластины окон на другой стороне окружности корпуса плавучего острова расположены наклонно и против часовой стрелки относительно окружности корпуса плавучего острова. Основываясь на упомянутом выше расположении, направление направляющих пластин окон с одной стороны окружности корпуса плавучего острова является противоположным направлению направляющих пластин окон на другой стороне окружности корпуса плавучего острова, необходимо всегда следить за тем, что окна на одной стороне используются для забора воды, а окна на другой стороне применяются для отвода воды.

Согласно варианту осуществления изобретения, поперечное сечение внутри каждого из окон дополнительно оснащено вставной пластиной, подвижной в вертикальном направлении. Вставная пластина соответствует форме поперечного сечения окон, следовательно, поперечное сечение окон может быть заблокировано, когда вставная пластина полностью опущена; окна разблокированы, когда вставная пластина размещена над окнами; поперечное сечение окон частично заблокировано, когда вставная пластина частично опущена. Соответственно, может регулироваться забор и отвод воды, таким образом контролируя время пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова. Для водоема со сточными и пахучими водами с экстремально низким качеством воды, незаблокированная область окна регулируется таким образом, чтобы она была меньше, для увеличения времени пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова, тем самым повышая эффективность очистки. Напротив, для водоема со сточными и пахучими водами с относительно хорошим качеством воды, незаблокированная область окна регулируется таким образом, чтобы она была больше, для сокращения времени пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова, обеспечивая повышенную эффективность очистки.

Согласно варианту осуществления изобретения, воздушные винты соединены с возможностью вращения с внешней стороной корпуса плавучего острова для регулирования угла расположения воздушных винтов. В некоторых вариантах осуществления изобретения, воздушные винты соединены с внешней стороной корпуса плавучего острова посредством штифта. Угол между отдельными воздушными винтами и касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова может регулироваться вручную в соответствии с вращением или перемещением корпуса плавучего острова, и затем фиксироваться с помощью штифта после регулирования. При необходимости вращения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из воздушных винтов располагается под углом 30-45° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова для осуществления вращения корпуса плавучего острова. В ходе вращения корпуса плавучего острова, углы расположения направляющих пластин окон на двух полуокружностях корпуса плавучего острова являются противоположными, так что согласно принципу струйной технологии последующий результат воздействия может быть достигнут без какой-либо внешней силы: окна на одной стороне окружности используются для забора воды, и окна на другой стороне окружности применяются для отвода воды. При необходимости перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова в горизонтальном направлении, каждый из воздушных винтов располагается под углом 90° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова, и вместе с тем, один из воздушных винтов поворачивается в соответствии с направлением движения, и все другие воздушные винты отключаются путем закрытия клапанов на соответствующих третьих соединительных трубах, обеспечивая горизонтальное перемещение корпуса плавучего острова. Кроме того, сжатый воздух, выпускаемый воздушными винтами, также может применяться для биохимической аэрации водоема со сточными и пахучими водами.

Согласно варианту осуществления изобретения, растение в каждом из модулей растений представляет собой надводное растение. Модули биологического носителя и модули растений расположены в корпусе плавучего острова, оптимизируя производительность биологического модуля. Каждый из модулей биологического носителя включает несущую раму, слой наполнителя и крепежный элемент, где слой наполнителя жестко закреплен на несущей раме с помощью крепежного элемента, и слой наполнителя представляет собой слой волокнистого наполнителя в виде занавеса. В некоторых вариантах осуществления изобретения, слой волокнистого наполнителя в виде занавеса представляет собой слой экологичного волокна в виде занавеса. После гидрофильной обработки, на поверхности волокон образуется большое количество микропор, что приводит к большей удельной площади поверхности, способствующей адгезии микроорганизмов к пленке. Слой экологичного волокна в виде занавеса соткан от внутренней части к внешней от плотного до неплотного, и на основе такого способа плетения, в слое волокнистого наполнителя в виде занавеса создается анаэробная, факультативная и аэробная микросреда, в результате чего он подходит для одновременной нитрификации и денитрификации (ОНД), что способствует повышению эффективности системы по удалению азота и фосфора. Каждый из модулей растений последовательно включает посадочную корзину, сито, субстрат и растение от внешней части к внутренней. В некоторых вариантах осуществления изобретения, посадочная корзина представляет собой внешнюю раму, в которой предусмотрен субстрат, и растение выращивают в субстрате. Над субстратом расположено сито для закрепления субстрата, чтобы предотвратить потери субстрата. Субстрат представляет собой керамзитный материала или т.п. В настоящей заявке, надводное растение заключено в модулях растений для формирования экологической системы, подходящей для роста и размножения микроорганизмов, которая может не только частично удалять органические вещества в водоеме со сточными и пахучими водами посредством роста растений, но также создавать вспомогательные биологические носители через корни растений, тем самым уменьшая количество остаточного ила и запах, появляющийся при обработке водоема со сточными и пахучими водами, и улучшая ландшафт окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения, надводное растение представляет собой тростник, Typha angustifolia (рогоз узколистный), лотос, жерушник, Zizania latifolia (цицания широколистная), лотос, болотный камыш, стрелолист и т.д. Корневая система модулей растений может поглощать азот и фосфор из водоема со сточными и пахучими водами, что способствует удалению азота и фосфора.

В сравнении с известным уровнем техники, настоящая заявка имеет следующие преимущества.

1. Представленное в данном документе устройство имеет такие преимущества, как подходящая стабильность, высокая эффективность, небольшой объем занимаемого пространства, низкое энергопотребление и красивый ландшафт при использовании для очистки городских водоемов со сточными и пахучими водами, что соответствует национальной концепции развития зеленой очистки.

2. В настоящей заявке, воздушный компрессор приводится в действие природной энергией ветра, поэтому не образуется отработанный газ и не требуется дополнительный источник электроэнергии и топлива, что делает устройство энергосберегающим, экологически чистым и безопасным. Кроме того, сжатый воздух, выпускаемый воздушным винтом, также может применяться для биохимической аэрации сточных и пахучих вод.

3. Представленное в данном документе устройство обеспечивает биоэкологическую обработку сточных вод благодаря наличию модулей биологического носителя и модулей растений. Симбиотическая биологическая система водное растение-искусственный наполнитель пленки ила создается в корпусе плавучего острова, чтобы сформировать пространственную биологическую сеть пищевой цепи, которая имеет эквивалентную концентрацию ила 8 г/л или более, что способствует повышению эффективности очистки сточных вод, сокращая время пребывания сточных вод в реакционном резервуаре и уменьшая размер корпуса плавучего острова (по крайней мере, на 40%). Биопленка прилипает к искусственному наполнителю, и в биопленке создается градиент растворенного кислорода, который способствует одновременной нитрификации и денитрификации. Настоящая заявка характеризуется степенью удаления аммиачного азота 95% или более и общей степенью удаления азота 85% или более.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой продольное сечение биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой вид сверху биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 схематически иллюстрирует забор и отвод воды биоэкологическим микроэнергетическим устройством плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения при вращении по часовой стрелке.

Фиг. 5 схематически изображает забор и отвод воды биоэкологическим микроэнергетическим устройством плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения при вращении против часовой стрелки.

Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 представляет собой другое схематическое изображение перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 схематически изображает полную блокировку окна с помощью вставной пластины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 схематически изображает частичную блокировку окна с помощью вставной пластины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 схематически изображает расположение вставной пластины над окном согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На чертежах, 1, корпус плавучего острова; 2, резиновое кольцо; 3, окно для забора и отвода воды; 4, воздушный винт; 5, ветряная лопасть; 6, воздушный компрессор с ветросиловым приводом; 7, резервуар для хранения сжатого воздуха; 8, аэрационная труба; 9, модуль биологического носителя; 10, модуль растений; 11, опорный цилиндр; 12, первая соединительная труба; 13, вторая соединительная труба; 14, фиксированная рама; 15, третья соединительная труба; 16, направляющая пластина; и 17, вставная пластина.

Настоящее изобретение дополнительно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи и вариантами осуществления изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Вариант 1 осуществления изобретения

Как показано на Фиг. 1-7, представлен способ очистки водоемов со сточными и пахучими водами, согласно которому биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова плавает на поверхности водоема со сточными и пахучими водами. В корпусе плавучего острова 1 биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова предусмотрены модуль биологического носителя 9 и модуль растений 10. На биоэкологическом микроэнергетическом устройстве плавучего острова предусмотрена ветряная лопасть 5 для создания ветровой нагрузки с целью приведения в действие воздушного компрессора с ветросиловым приводом 6 для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранится в резервуаре для хранения 7. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 применяется для обеспечения вращения, перемещения и аэрации корпуса плавучего острова 1, и забор и отвод воды реализуется посредством вращения корпуса плавучего острова 1, осуществляя очистку водоема со сточными и пахучими водами.

Модуль биологического носителя 9 и модуль растений 10 составляют симбиотическую биологическую систему обработки водное растение-искусственный наполнитель пленки ила, в которой формируется пространственная биологическая сеть пищевой цепи для реализации биоэкологической очистки. В настоящем изобретении, после размещения в водоеме со сточными и пахучими водами, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова играет роль биологического аэробного резервуара, и плавание на поверхности, вращение, перемещение, аэрация, а также забор и отвод воды биоэкологическим микроэнергетическим устройством плавучего острова может осуществляться с использованием природной энергии без дополнительного источника энергии для обеспечения очистки водоема со сточными и пахучими водами.

Согласно варианту осуществления изобретения, модуль биологического носителя 9 снабжен слоем наполнителя, и слой наполнителя представляет собой слой волокнистого наполнителя в виде занавеса, который соткан от внутренней части к внешней от плотного к неплотному. Толщина слоя волокнистого наполнителя в виде занавеса составляет 2-5 мм. В варианте осуществления изобретения, толщина слоя волокнистого наполнителя в виде занавеса составляет 3 мм, что позволяет легко удалять старые микроорганизмы из пленки, способствуя поддержанию относительно высокой метаболической активности. Слой волокнистого наполнителя в виде занавеса соткан от внутренней части к внешней от плотного к неплотному, и на основе такого способа плетения, в слое волокнистого наполнителя в виде занавеса создается анаэробная, факультативная и аэробная микросреда, так что он подходит для одновременной нитрификации и денитрификации (ОНД), способствуя повышению эффективности системы по удалению азота и фосфора.

Согласно варианту осуществления изобретения, корпус плавучего острова 1 является цилиндрическим, и внешняя окружность корпуса плавучего острова 1 снабжена множеством впускных отверстий для воды, множеством выпускных отверстий для воды и множеством воздушных винтов, при этом количество впускных отверстий для воды и выпускных отверстий для воды одинаковое. При необходимости вращения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из множества воздушных винтов 4 располагается под углом 30°-45°, например 33° и 40°, относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова 1. Воздушный винт 4 вращает корпус плавучего острова 1. При необходимости перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова в горизонтальном направлении, каждый из множества воздушных винтов 4 располагается под углом 90° относительно касательной к внешней окружности цилиндрического корпуса плавучего острова 1. Вместе с тем, один из множества воздушных винтов 4 поворачивается в соответствии с направлением движения, и все остальные воздушные винты 4 не работают для обеспечения возможности корпусу плавучего острова перемещаться горизонтально. Воздушный винт работает следующим образом. Сжатый воздух толкает поршень для перемещения в цилиндре, чтобы осуществить вращение коленчатого вала, и вращение коленчатого вала приводит к вращению лопастей винта, приводя в движение путем вращения или перемещения биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова.

Вариант 2 осуществления изобретения

Как показано на Фиг. 1-3, представлено биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова, применяемое в способе очистки водоемов со сточными и пахучими водами, которое включает корпус плавучего острова 1, множество резиновых колец 2, множество окон 3 для забора и отвода воды; ветряную лопасть 5, воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6, резервуар для хранения сжатого воздуха 7 и опорный цилиндр 11. Множество резиновых колец 2 расположено вокруг корпуса плавучего острова 1 для обеспечения плавучести, позволяя корпусу плавучего острова 1 стабильно плавать на поверхности водоема со сточными и пахучими водами, таким образом, играя роль установки подготовки сточных вод в водоеме со сточными и пахучими водами. В некоторых вариантах осуществления изобретения, резиновые кольца 2 жестко закреплены в верхней части корпуса плавучего острова 1 для повышения стабильности корпуса плавучего острова 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения, четное количество окон 3 расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, и все связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова 1. Все окна 3 расположены на одинаковой высоте в корпусе плавучего острова 1, что обеспечивает забор и отвод воды. Опорный цилиндр 11 является полым и неподвижно размещен в центре верхней части корпуса плавучего острова 1. Сторона нижней части опорного цилиндра 11 жестко соединена с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и в верхней части опорного цилиндра 11 предусмотрен воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6. Сторона воздушного компрессора с ветросиловым приводом 6 соединена с ветряной лопастью 5 посредством передаточного механизма. В опорном цилиндре 11 предусмотрены первая соединительная труба 12 и вторая соединительная труба 13. Один конец первой соединительной трубы 12 связан с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6, и другой конец первой соединительной трубы 12 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7. Один конец второй соединительной трубы 13 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и другой конец второй соединительной трубы 13 вытянут в корпус плавучего острова 1 для аэрации. Ветряная лопасть 5, расположенная в верхней части опорного цилиндра 11, приводит в действие воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 посредством передаточного механизма для получения сжатого воздуха, который хранится в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 приводится в действие с помощью природной энергии ветра. В некоторых вариантах осуществления изобретения, передаточный механизм включает горизонтальный вал, первую коническую зубчатую передачу, вторую коническую зубчатую передачу и вертикальный вал. Один конец горизонтального вала соединен с ветряной лопастью 5, и другой конец горизонтального вала горизонтально соединен с первой конической зубчатой передачей. Первая коническая зубчатая передача сцеплена со второй конической зубчатой передачей. Вторая коническая зубчатая передача вертикально соединена с вертикальным валом, и конец вертикального вала, удаленный от второй конической зубчатой передачи, соединен с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 включает шатун, поршень и цилиндр. Один конец шатуна соединен с вертикальным валом, и другой конец шатуна соединен с поршнем. Поршень расположен в цилиндре с возможностью скольжения, и конец цилиндра, удаленный относительно вертикального вала, соединен с концом первой соединительной трубы 12. Ветряная лопасть 5 приводится в движение ветром для осуществления кругового движения вокруг горизонтального вала и вращения первой конической зубчатой передачи, второй конической зубчатой передачи и вертикального вала. Вертикальный вал приводит в движение шатун для создания относительного перемещения между поршнем и цилиндром воздушного компрессора с ветросиловым приводом, таким образом получая сжатый воздух. Производство сжатого воздуха не требует внешнего источника электроэнергии и топлива, является энергосберегающим и экологически чистым. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 применяется для поддержания вращения, перемещения и биохимической аэрации биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, в корпусе плавучего острова 1 предусмотрены аэрационная труба 8, множество модулей биологического носителя 9, множество модулей растений 10 и фиксированная рама 14. Сто модулей растений 10 и сто сорок четыре модуля биологического носителя 9 расположены в фиксированной раме 14. В нижней части корпуса плавучего острова 1 горизонтально установлена аэрационная труба 8, и аэрационная труба 8 связана с концом второй соединительной трубы 13, удаленным от резервуара для хранения сжатого воздуха 7. Корпус плавучего острова 1 и расположенные в нем модули биологического носителя 9 и модули растений 10 вместе составляют резервуар биохимической реакции для биоэкологической обработки сточных вод. В некоторых вариантах осуществления изобретения, микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, и микроскопические живые организмы, в частности одноклеточные и многоклеточные организмы, прикрепляются к модулям биологического носителя 9 и модулям растений 10 для роста и размножения, тем самым формируя комбинацию активного ила и биопленки. Сточная и пахучая вода контактирует с илом-биологической мембраной, и органические загрязняющие вещества в сточной и пахучей воде поглощаются микроорганизмами на биологической мембране в качестве питательных веществ. В результате, сточная и пахучая вода очищается, и сами организмы также размножаются. Модули биологического носителя 9 и модули растений 10 применяются в качестве носителей микроорганизмов, и в корпусе плавучего острова 1 может быть сформирована высоко разнообразная экосистема, которая способствует повышению эффективности удаления загрязняющих веществ в водоеме со сточными и пахучими водами, основываясь на метаболизме микроорганизмов, водных растений и водных живых организмов в каждой суб-экосистеме. В основном микроорганизмы растут прикрепленными к носителю, что может снизить концентрацию взвешенного ила, уменьшить образование ила и повысить эффективность переноса кислорода. Вместе с тем, эквивалентная концентрация ила в резервуаре биохимической реакции может значительно увеличиться, тем самым улучшая эффективность очистки сточных вод. В случае соответствия тому же стандарту качества сточной воды, представленное в данном документе устройство значительно сокращает время пребывания воды в резервуаре биохимической реакции и уменьшает размер корпуса плавучего острова 1, также устройство имеет меньшую площадь. Иными словами, микроорганизмы, прикрепленные к модулям биологического носителя 9 и корням растения в модулях растений 10, вместе образуют биопленку, которая обеспечивает более высокую плотность ила, способствуя повышению адаптируемости к динамической нагрузке воды для формирования стабильной и эффективной системы очистки сточных вод. Корни в модулях растений 10 также могут поглощать азот и фосфор из водоема со сточными и пахучими водами, что способствует удалению азота и фосфора. Аэрация в корпусе плавучего острова 1 осуществляется с помощью сжатого воздуха, выработанного воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6, и воздушный компрессор с ветросиловым приводом приводится в действие природной энергией ветра без дополнительного источника электроэнергии и топлива, что является более энергоэффективным и экологически безопасным.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, растение в каждом из модулей растений 10 представляет собой надводное растение. Модули биологического носителя 9 и модули растений 10 расположены в корпусе плавучего острова 1, оптимизируя производительность биологического модуля. Каждый из модулей биологического носителя включает несущую раму, слой наполнителя и крепежный элемент, где слой наполнителя жестко закреплен на несущей раме с помощью крепежного элемента, и слой наполнителя представляет собой слой волокнистого наполнителя в виде занавеса. В некоторых вариантах осуществления изобретения, слой волокнистого наполнителя в виде занавеса представляет собой слой экологичного волокна в виде занавеса. После гидрофильной обработки, на поверхности волокон образуется большое количество микропор, что приводит к большей удельной площади поверхности, способствуя адгезии микроорганизмов к пленке. Слой экологичного волокна в виде занавеса соткан от внутренней части к внешней от плотного до неплотного, и на основе такого способа плетения, в слое волокнистого наполнителя в виде занавеса создается анаэробная, факультативная и аэробная микросреда, в результате чего он подходит для одновременной нитрификации и денитрификации (ОНД), что способствует повышению эффективности системы по удалению азота и фосфора. Каждый из модулей растений последовательно включает посадочную корзину, сито, субстрат и растение от внешней части к внутренней. В некоторых вариантах осуществления изобретения, посадочная корзина представляет собой внешнюю раму, в которой предусмотрен субстрат, и растение выращивают в субстрате. Над субстратом представлено сито для закрепления субстрата, чтобы предотвратить потери субстрата. Субстрат представляет собой керамзитный материала или т.п. В настоящей заявке, надводное растение заключено в модулях растений 10 для формирования экологической системы, подходящей для роста и размножения микроорганизмов, которая может не только частично удалять органические вещества в сточных и пахучих водах посредством роста растений, но также создавать вспомогательные биологические носители через корни растений, тем самым уменьшая количество остаточного ила и запах, появляющийся при обработке сточных и пахучих вод, и улучшая ландшафт окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения, надводное растение представляет собой тростник, Typha angustifolia (рогоз узколистный), жерушник, Zizania latifolia (цицания широколистная), лотос, болотный камыш, стрелолист и т.д. Корневая система модулей растений 10 может поглощать азот и фосфор из сточных и пахучих вод, что способствует удалению азота и фосфора.

Вариант 3 осуществления изобретения

Как показано на Фиг. 1-3, представлено биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова, применяемое в способе очистки водоемов со сточными и пахучими водами, которое включает корпус плавучего острова 1, множество резиновых колец 2, множество окон 3 для забора и отвода воды; ветряную лопасть 5, воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6, резервуар для хранения сжатого воздуха 7 и опорный цилиндр 11. Множество резиновых колец 2 расположены вокруг корпуса плавучего острова 1 для обеспечения плавучести, позволяя корпусу плавучего острова 1 стабильно плавать на поверхности сточных и пахучих вод, таким образом, играя роль установки подготовки сточных вод в водоеме со сточными и пахучими водами. В некоторых вариантах осуществления изобретения, резиновые кольца 2 жестко закреплены в верхней части корпуса плавучего острова 1 для повышения стабильности корпуса плавучего острова 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения, четное количество окон 3 расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, и все связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова 1. Все окна 3 расположены на одинаковой высоте в корпусе плавучего острова 1, что обеспечивает забор и отвод воды. Опорный цилиндр 11 является полым и неподвижно расположен в центре верхней части корпуса плавучего острова 1. Сторона нижней части опорного цилиндра 11 жестко соединена с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и в верхней части опорного цилиндра 11 предусмотрен воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6. Сторона воздушного компрессора с ветросиловым приводом 6 соединена с ветряной лопастью 5 посредством передаточного механизма. В опорном цилиндре 11 предусмотрены первая соединительная труба 12 и вторая соединительная труба 13. Один конец первой соединительной трубы 12 связан с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6, и другой конец первой соединительной трубы 12 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7. Один конец второй соединительной трубы 13 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и другой конец второй соединительной трубы 13 вытянут в корпус плавучего острова 1 для аэрации. Ветряная лопасть 5, расположенная в верхней части опорного цилиндра 11, приводит в действие воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 посредством передаточного механизма для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранится в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 приводится в действие с помощью природной энергии ветра. В некоторых вариантах осуществления изобретения, передаточный механизм включает горизонтальный вал, первую коническую зубчатую передачу, вторую коническую зубчатую передачу и вертикальный вал. Один конец горизонтального вала соединен с ветряной лопастью 5, и другой конец горизонтального вала горизонтально соединен с первой конической зубчатой передачей. Первая коническая зубчатая передача сцеплена со второй конической зубчатой передачей. Вторая коническая зубчатая передача вертикально соединена с вертикальным валом, и конец вертикального вала, удаленный от второй конической зубчатой передачи, соединен с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 включает шатун, первый поршень и первый цилиндр. Один конец шатуна соединен с вертикальным валом, и другой конец шатуна соединен с первым поршнем. Первый поршень расположен в первом цилиндре с возможностью скольжения, и конец первого цилиндра, удаленный относительно вертикального вала, соединен с концом первой соединительной трубы 12. Ветряная лопасть 5 приводится в движение ветром для осуществления кругового движения вокруг горизонтального вала и вращения первой конической зубчатой передачи, второй конической зубчатой передачи и вертикального вала. Вертикальный вал приводит в движение шатун для создания относительного перемещения между первым поршнем и первым цилиндром воздушного компрессора с ветросиловым приводом, таким образом получая сжатый воздух. Производство сжатого воздуха не требует внешнего источника электроэнергии и топлива, является энергосберегающим и экологически чистым. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 применяется для поддержания вращения, перемещения и биохимической аэрации биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова дополнительно включает множество третьих соединительных труб 15 и множество воздушных винтов 4. Множество воздушных винтов 4 расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1. Каждый из воздушных винтов 4 соединен с одной из множества третьих соединительных труб 15, и конец каждой из множества третьих соединительных труб 15, удаленный от воздушного винта, связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7. Каждая из множества третьих соединительных труб 15 снабжена клапаном. Каждый из множества воздушных винтов 4 включает второй цилиндр, второй поршень, коленчатый вал и множество лопастей винта, и второй поршень расположен в цилиндре с возможностью скольжения. Конец второго цилиндра связан с третьими соединительными трубами 15. Сторона второго поршня, удаленная от третьих соединительных труб 15, соединена с коленчатым валом, и лопасти винта расположены на расстоянии друг от друга на конце коленчатого вала, удаленного относительно второго поршня. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 доставляется к воздушным винтам 4 через третьи соединительные трубы 15. Принцип работы воздушного винта 4 заключается в том, что сжатый воздух толкает второй поршень для перемещения в цилиндре, чтобы осуществить вращение коленчатого вала, а вращение коленчатого вала далее приводит к вращению лопастей винта, таким образом приводя в движение путем вращения или перемещения биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова. В некоторых вариантах осуществления изобретения, лопасти винта каждого из воздушных винтов 4 вращаются вместе с коленчатым валом для всасывания воды с засасывающей поверхности лопасти винта и отвода воды с выпускной поверхности, что позволяет противодействующей силе воды толкать корпус плавучего острова 1 таким образом, чтобы он осуществлял вращение или перемещение. Работает воздушный винт или не работает, определяется клапаном на отдельных третьих соединительных трубах. Принцип, на основе которого передаточный механизм приводит в действие воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 для производства сжатого воздуха, является прямо противоположным принципу работы воздушного винта 4. В частности, в первом случае, ветер используется для производства сжатого воздуха; в то время как в последнем случае, сжатый воздух используется для выработки энергии. Данные устройства могут быть выбраны из известного уровня техники.

Согласно варианту осуществления изобретения, корпус плавучего острова 1 является цилиндрическим, что способствует повышению устойчивости к воздействию внешней среды и структурной стабильности. Корпус плавучего острова 1 также может иметь кубическую форму. Каждое из окон 3 имеет трубчатую структуру с двумя открытыми концами, сформированную направляющей пластиной 16. Четное количество окон 3 расположено на расстоянии друг от друга по окружности корпуса плавучего острова 1. Направляющие пластины 16 окон 3 с одной стороны окружности корпуса плавучего острова 1 расположены наклонно и по часовой стрелке относительно окружности корпуса плавучего острова 1; и направляющие пластины 16 окон 3 на другой стороне окружности корпуса плавучего острова 1 расположены наклонно и против часовой стрелки относительно окружности корпуса плавучего острова 1. Основываясь на упомянутом выше расположении, направление направляющих пластин 16 окон 3 с одной стороны окружности корпуса плавучего острова 1 является противоположным направлению направляющих пластин 16 окон 3 на другой стороне окружности корпуса плавучего острова 1, необходимо всегда следить за тем, что окна 3 на одной стороне используются для забора воды, а окна 3 на другой стороне применяются для отвода воды. Как показано на Фиг. 8-10, отдельное окно 3 может быть выполнено прямоугольным, сформированным четырьмя направляющими пластинами 16, или круглым, сформированным путем смыкания одной направляющей пластины 16, или в форме многогранника, образованного пятью направляющими пластинами 16.

Поперечное сечение внутри каждого из окон 3 дополнительно оснащено вставной пластиной 17, подвижной в вертикальном направлении. Вставная пластина 17 соответствует форме поперечного сечения окон 3. Как показано на Фиг. 8, окно 3 заблокировано, когда вставная пластина 17 полностью опущена. Как показано на Фиг. 10, окно 3 разблокировано, когда вставная пластина 17 размещена над окнами 3. Как показано на Фиг. 9, поперечное сечение окна 3 частично заблокировано, когда вставная пластина 17 опущена частично. Соответственно, может регулироваться забор и отвод воды, таким образом контролируя время пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова 1. Для водоема со сточными и пахучими водами с экстремально низким качеством воды, незаблокированная область окна 3 регулируется таким образом, чтобы она была меньше, для увеличения времени пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова 1, тем самым повышая эффективность очистки. Напротив, для водоема со сточными и пахучими водами с относительно хорошим качеством воды, незаблокированная область окна 3 регулируется таким образом, чтобы она была больше, для сокращения времени пребывания сточных и пахучих вод в корпусе плавучего острова 1, обеспечивая повышенную эффективность очистки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, четыре окна 3 расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1 и связаны с корпусом плавучего острова 1. Четыре воздушных винта 4 расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, каждый из которых соединен с третьей соединительной трубой 15. Конец третьей соединительной трубы 15, удаленный от воздушных винтов 4, связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7.

Вариант 4 осуществления изобретения

Как показано на Фиг. 1-3, представлено биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова, применяемое в способе очистки водоемов со сточными и пахучими водами, которое включает корпус плавучего острова 1, множество резиновых колец 2, множество окон 3 для забора и отвода воды; ветряную лопасть 5, воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6, резервуар для хранения сжатого воздуха 7 и опорный цилиндр 11. Множество резиновых колец 2 расположено вокруг корпуса плавучего острова 1 для обеспечения плавучести, позволяя корпусу плавучего острова 1 стабильно плавать на поверхности сточных и пахучих вод, таким образом, играя роль установки подготовки сточных вод в водоеме со сточными и пахучими водами. Резиновые кольца 2 жестко закреплены в верхней части корпуса плавучего острова 1 для повышения стабильности корпуса плавучего острова 1. Четное количество окон 3 расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, и все связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова 1. Все окна 3 расположены на одинаковой высоте в корпусе плавучего острова 1, что обеспечивает забор и отвод воды. Опорный цилиндр 11 является полым и неподвижно расположен в центре верхней части корпуса плавучего острова 1. Сторона нижней части опорного цилиндра 11 жестко соединена с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и в верхней части опорного цилиндра 11 предусмотрен воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6. Сторона воздушного компрессора с ветросиловым приводом 6 соединена с ветряной лопастью 5 посредством передаточного механизма. В опорном цилиндре 11 предусмотрены первая соединительная труба 12 и вторая соединительная труба 13. Один конец первой соединительной трубы 12 связан с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6, и другой конец первой соединительной трубы 12 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7. Один конец второй соединительной трубы 13 связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7, и другой конец второй соединительной трубы 13 вытянут в корпус плавучего острова 1 для аэрации. Ветряная лопасть 5, расположенная в верхней части опорного цилиндра 11, приводит в действие воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 посредством передаточного механизма для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранится в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 приводится в действие с помощью природной энергии ветра. Передаточный механизм включает горизонтальный вал, первую коническую зубчатую передачу, вторую коническую зубчатую передачу и вертикальный вал. Один конец горизонтального вала соединен с ветряной лопастью 5, и другой конец горизонтального вала горизонтально соединен с первой конической зубчатой передачей. Первая коническая зубчатая передача сцеплена со второй конической зубчатой передачей. Вторая коническая зубчатая передача вертикально соединена с вертикальным валом, и конец вертикального вала, удаленный от второй конической зубчатой передачи, соединен с воздушным компрессором с ветросиловым приводом 6. Воздушный компрессор с ветросиловым приводом 6 включает шатун, первый поршень и первый цилиндр. Один конец шатуна соединен с вертикальным валом, и другой конец шатуна соединен с первым поршнем. Первый поршень расположен в первом цилиндре с возможностью скольжения, и конец первого цилиндра, удаленный относительно вертикального вала, соединен с концом первой соединительной трубы 12. Ветряная лопасть 5 приводится в движение ветром для осуществления кругового движения вокруг горизонтального вала и вращения первой конической зубчатой передачи, второй конической зубчатой передачи и вертикального вала. Вертикальный вал приводит в движение шатун для создания относительного перемещения между поршнем и цилиндром воздушного компрессора с ветросиловым приводом, таким образом получая сжатый воздух. Производство сжатого воздуха не требует внешнего источника электроэнергии и топлива, является энергосберегающим и экологически чистым. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 применяется для поддержания вращения, перемещения и биохимической аэрации биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова дополнительно включает множество третьих соединительных труб 15 и множество воздушных винтов 4. Множество воздушных винтов 4 расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1. Каждый из воздушных винтов 4 соединен с одной из множества третьих соединительных труб 15, и конец каждой из множества третьих соединительных труб 15, удаленный от воздушного винта, связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7. Каждая из множества третьих соединительных труб 15 снабжена клапаном. Каждый из множества воздушных винтов 4 включает второй цилиндр, второй поршень, коленчатый вал и множество лопастей винта, и второй поршень расположен в цилиндре с возможностью скольжения. Конец второго цилиндра связан с третьими соединительными трубами 15. Сторона второго поршня, удаленная от третьих соединительных труб 15, соединена с коленчатым валом, и лопасти винта расположены на расстоянии друг от друга на конце коленчатого вала, удаленном относительно второго поршня. Сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха 7 доставляется к воздушным винтам 4 через третьи соединительные трубы 15. Принцип работы воздушного винта 4 заключается в том, что сжатый воздух толкает второй поршень для перемещения в цилиндре, чтобы осуществить вращение коленчатого вала, а вращение коленчатого вала далее приводит к вращению лопастей винта, таким образом приводя в движение путем вращения или перемещения биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова. Лопасти винта каждого из воздушных винтов 4 вращаются вместе с коленчатым валом для всасывания воды с засасывающей поверхности лопасти винта и отвода воды с выпускной поверхности, что позволяет противодействующей силе воды толкать корпус плавучего острова 1 таким образом, чтобы он осуществлял вращение или перемещение. Работает воздушный винт или не работает, определяется клапаном на отдельных третьих соединительных трубах.

Согласно варианту осуществления изобретения, корпус плавучего острова 1 является цилиндрическим, что способствует повышению устойчивости к воздействию внешней среды и структурной стабильности. Корпус плавучего острова 1 также может иметь кубическую форму. Каждое из окон 3 имеет трубчатую структуру с двумя открытыми концами, сформированную направляющей пластиной 16. Четное количество окон 3 расположено на расстоянии друг от друга по окружности корпуса плавучего острова 1. Направляющие пластины 16 окон 3 с одной стороны окружности корпуса плавучего острова 1 расположены наклонно и по часовой стрелке относительно окружности корпуса плавучего острова 1; и направляющие пластины 16 окон 3 на другой стороне окружности корпуса плавучего острова 1 расположены наклонно и против часовой стрелки относительно окружности корпуса плавучего острова 1. Основываясь на упомянутом выше расположении, направление направляющих пластин 16 окон 3 с одной стороны окружности корпуса плавучего острова 1 является противоположным направлению направляющих пластин 16 окон 3 на другой стороне окружности корпуса плавучего острова 1, необходимо всегда следить за тем, что окна 3 на одной стороне используются для забора воды, а окна 3 на другой стороне применяются для отвода воды. Как показано на Фиг. 8-10, отдельное окно 3 может быть выполнено прямоугольным, сформированным четырьмя направляющими пластинами 16, круглым, сформированным путем смыкания одной направляющей пластины 16, или в форме многогранника, образованного пятью направляющими пластинами 16.

Воздушные винты 4 соединены с возможностью вращения с внешней частью корпуса плавучего острова 1 для регулирования угла расположения воздушного винта 4. Воздушные винты 4 соединены с внешней частью корпуса плавучего острова посредством штифта. Угол между отдельными воздушными винтами 4 и касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова 1 может регулироваться вручную в соответствии с вращением или перемещением корпуса плавучего острова 1, и затем фиксироваться с помощью штифта после регулирования. Как показано на Фиг. 4-5, при необходимости вращения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из воздушных винтов 4 располагается под углом 30°-45°, например 45°, относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова 1 для вращения корпуса плавучего острова 1. В ходе вращения корпуса плавучего острова 1, углы расположения направляющих пластин окон 3 на двух полуокружностях цилиндрического корпуса плавучего острова 1 являются противоположными, так что последующий результат воздействия может быть достигнут без какой-либо внешней силы: окна 3 на одной стороне окружности применяются для забора воды, и окна 3 на другой стороне окружности применяются для отвода воды. Как показано на Фиг. 6-7, при необходимости перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова в горизонтальном направлении, каждый из воздушных винтов располагается под углом 90° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова 1. В то же время, один из воздушных винтов 4 поворачивается в соответствии с направлением движения, и все другие воздушные винты 4 отключаются посредством закрытия клапанов на соответствующей третьей соединительной трубе 15, обеспечивая горизонтальное перемещение корпуса плавучего острова 1. Кроме того, сжатый воздух, выпускаемый воздушным винтом 4, также может применяться для биохимической аэрации сточных и пахучих вод.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, шесть окон 3 расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, и связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова 1. Шесть воздушных винтов 4 расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова 1, каждый из которых соединен с третьей соединительной трубой 15. Конец третьей соединительной трубы 15, удаленный от воздушных винтов 4, связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха 7.

Изобретение относится к экологической очистке, в частности к биоэкологическому микроэнергетическому устройству плавучего острова и способу очистки водоемов со сточными и пахучими водами с его использованием. Способ включает размещение плавучего биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова на поверхности водоема со сточными и пахучими водами. В корпусе плавучего острова (1) предусмотрены модуль биологического носителя (9) и модуль растений (10). На устройстве предусмотрена ветряная лопасть (5) для создания ветровой нагрузки для приведения в действие воздушного компрессора с ветросиловым приводом (6) для получения сжатого воздуха. Сжатый воздух хранят в резервуаре для хранения сжатого воздуха (7). Сжатый воздух используют для обеспечения вращения, перемещения и аэрации корпуса плавучего острова (1). Забор и отвод воды выполняют посредством вращения корпуса плавучего острова (1). Очистку водоема со сточными и пахучими водами осуществляют посредством аэрации в корпусе плавучего острова (1) и синергетического действия модуля биологического носителя (9) и модуля растений (10). Технический результат: высокая эффективность очистки сточных и пахучих вод за счет синергетического действия модуля биологического носителя и модуля растений, а также аэрации вод, отсутствие использования дополнительных источников энергии и топлива за счет использования природной энергии ветра. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ очистки водоема со сточными и пахучими водами, включающий:

размещение плавучего биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова на поверхности водоема со сточными и пахучими водами;

при этом в корпусе плавучего острова (1) биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова предусмотрены модуль биологического носителя (9) и модуль растений (10); на биологическом микроэнергетическом устройстве плавучего острова предусмотрена ветряная лопасть (5) для создания ветровой нагрузки для приведения в действие воздушного компрессора с ветросиловым приводом (6) для получения сжатого воздуха, и сжатый воздух хранят в резервуаре для хранения сжатого воздуха (7); сжатый воздух в резервуаре для хранения сжатого воздуха (7) используют для обеспечения вращения, перемещения и аэрации корпуса плавучего острова (1); забор и отвод воды выполняют посредством вращения корпуса плавучего острова (1); и очистку водоема со сточными и пахучими водами осуществляют посредством аэрации в корпусе плавучего острова (1) и синергетического действия модуля биологического носителя (9) и модуля растений (10).

2. Способ согласно п. 1 формулы изобретения, отличающийся тем, что модуль биологического носителя (9) снабжен слоем наполнителя, и слой наполнителя представляет собой слой волокнистого наполнителя в виде занавеса, который соткан от плотного во внутренней части до неплотного во внешней части.

3. Способ согласно п. 1 формулы изобретения, отличающийся тем, что корпус плавучего острова (1) является цилиндрическим, и внешняя окружность корпуса плавучего острова (1) равномерно снабжена впускными отверстиями для воды, выпускными отверстиями для воды и воздушными винтами, при этом количество впускных отверстий для воды и выпускных отверстий для воды совпадает;

при необходимости вращения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из воздушных винтов (4) располагают под углом 30-45° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова (1), и воздушные винты (4) выполняют с возможностью вращения корпуса плавучего острова (1); и

при необходимости перемещения биоэкологического микроэнергетического устройства плавучего острова, каждый из воздушных винтов (4) располагают под углом 90° относительно касательной к внешней окружности корпуса плавучего острова (1); и вместе с тем, один из воздушных винтов (4) поворачивают в соответствии с направлением движения, и все остальные воздушные винты (4) отключают для перемещения корпуса плавучего острова (1) горизонтально.

4. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова для очистки водоема со сточными и пахучими водами, включающее:

корпус плавучего острова (1);

резиновые кольца (2);

окна (3) для забора и отвода воды;

ветряную лопасть (5);

воздушный компрессор с ветросиловым приводом (6);

резервуар для хранения сжатого воздуха (7); и

опорный цилиндр (11);

при этом корпус плавучего острова (1) содержит модули биологического носителя (9) и модули растений (10); вокруг корпуса плавучего острова (1) расположены резиновые кольца (2) для обеспечения плавучести; четное количество окон (3) расположено на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова (1), и все связаны с внутренней частью корпуса плавучего острова (1); опорный цилиндр (11) является полым и неподвижно расположен в центре верхней части корпуса плавучего острова (1); сторона нижней части опорного цилиндра (11) жестко соединена с резервуаром для хранения сжатого воздуха (7), и верхняя часть опорного цилиндра (11) снабжена воздушным компрессором с ветросиловым приводом (6); сторона воздушного компрессора с ветросиловым приводом (6) соединена с ветряной лопастью (5) посредством передаточного механизма; в опорном цилиндре (11) предусмотрены первая соединительная труба (12) и вторая соединительная труба (13); один конец первой соединительной трубы (12) связан с воздушным компрессором с ветросиловым приводом (6), и другой конец первой соединительной трубы (12) связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха (7); один конец второй соединительной трубы (13) связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха (7), и другой конец второй соединительной трубы (13) вытянут внутрь корпуса плавучего острова (1) для аэрации.

5. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 4, отличающееся тем, что корпус плавучего острова (1) содержит аэрационную трубу (8) и фиксированную раму (14); модули растений (10) и модули биологического носителя (9) расположены на фиксированной раме (14); аэрационная труба (8) расположена горизонтально в нижней части корпуса плавучего острова (1), и аэрационная труба (8) связана с концом второй соединительной трубы (13), удаленным от резервуара для хранения сжатого воздуха (7).

6. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 4, дополнительно включающее:

третьи соединительные трубы (15); и

воздушные винты (4)

при этом воздушные винты (4) расположены на расстоянии друг от друга вокруг корпуса плавучего острова (1); каждый из воздушных винтов (4) соединен с одной из третьих соединительных труб (15), и конец каждой из третьих соединительных труб (15), удаленный от воздушного винта (4), связан с резервуаром для хранения сжатого воздуха (7); и каждая из третьих соединительных труб (15) снабжена клапаном.

7. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 6, отличающееся тем, что корпус плавучего острова (1) является цилиндрическим; каждое из окон (3) имеет трубчатую структуру с двумя открытыми концами, которая сформирована направляющей пластиной (16); четное количество окон (3) расположено на расстоянии друг от друга по окружности корпуса плавучего острова (1); направляющие пластины окон (3) на одной стороне окружности корпуса плавучего острова (1) расположены наклонно и по часовой стрелке относительно окружности корпуса плавучего острова (1); и направляющие пластины окон (3) на другой стороне окружности корпуса плавучего острова (1) расположены наклонно и против часовой стрелки относительно окружности корпуса плавучего острова (1).

8. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 7, отличающееся тем, что поперечное сечение внутри каждого из окон (3) дополнительно оснащено вставной пластиной (17), подвижной в вертикальном направлении.

9. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 7, отличающееся тем, что воздушные винты (4) соединены с возможностью вращения с внешней частью корпуса плавучего острова (1).

10. Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова по п. 5, отличающееся тем, что растение в модуле растений (10) представляет собой надводное растение.