专利名称：外加碳源复合深度净化生态浮床及其净化处理方法
技术领域：
本发明涉及的是一种外加碳源与复合深度净化共结合式生态浮床及其净化处理方法，属于污水处理领域。
背景技术：
生态浮床是20世纪70年代兴起的一种处理污水的方式，运用无土栽培技术原理，将陆生植物经培育后引入水体种植，以高分子材料为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植技术。通过植物在生长过程中对N、P等植物必须元素的吸收以及植物根系的吸附作用及其表面生物膜的水解代谢作用，使有机物及营养物质分解，并最终通过收获植物体的形式，将N、P等营养物质和吸附累积在植物体内和根系表面的微生物搬离水体，使污染物大幅度减少，从而提高水质，为高等水生生物的生存、繁衍创造条件。1988年，Hoeger首次提出将生态浮床用作水体生态修复技术，并阐述了浮床在德国湖泊的应用情况，至此，生态浮床才被用于改善水质，消除水体污染，开始得到广泛研究及应用。自1991年以来，我国利用生态浮床技术在大型水库、湖泊等不同水域，成功种植了46个科的130多种陆生植物，累积面积10余hm2，取得了较好的效果。然而在生态浮床的实际运用过程中，也存在一定问题；首先，部分河流水流流速较快，使得浮床植物的根部不容易固定，同时容易使根部表面的生物膜脱落，从而影响处理效果；其次，浮床植物只是作为营养物质存储的临时介质，最终必须从水体中移出才能去除污染物，而且浮床植物根部的吸收能力有限，对于污染较重的水体，导致传统的浮床处理工艺效果受到很大的限制；再次 ，浮床中附着的填料，由于反硝化细菌缺乏足够的碳源，使得脱氮过程受到明显的抑制，从而影响净化效果；最后，浮床植物及生物膜对有机物的降解能力有限，对难降解有机物的降解能力更是有限，同时若不及时收割植物及对填料载体进行处理，则植物体内的营养物质会重新释放到水体，生物膜也容易脱落，导致水体二次污染。
发明内容
本发明提供一种外加碳源复合深度净化生态浮床及其净化处理方法，以改善传统浮床中浮床主体易受流速的影响和反硝化碳源不足，以及污染物特别是难降解污染物净化能力有限的问题。本发明的技术解决方案:外加碳源复合深度净化生态浮床，其结构包括由浮床框架、A竹排，土工格栅、苯板、植物、尼龙扎带、球形骨架、纱网、淀粉/PHB共混物、固定杆、长方体石笼、B竹排，其中A竹排、B竹排用铁丝固定在框架上，植物固定在苯板上，土工格栅包裹住苯板，尼龙扎带将土工格栅固定在框架上；在土工格栅的下部系一悬挂绳，纱网包裹住淀粉/PHB共混物，经纱网包裹住的淀粉/PHB共混物放入骨架中，骨架固定在固定杆上；长方体石笼用铁丝固定在框架上。外加碳源复合深度净化生态浮床的净化处理方法，包括如下步骤:1)初级处理，污水流经A竹排，呈悬浮或漂浮状态的固体污染物被阻截，同时能降低水体流速，当水体流过A竹排到达B竹排时，受B竹排的阻截作用可以絮凝沉淀下来，两个竹排之间形成絮凝沉淀区，同时竹排表面的微生物也可以挂膜去除一小部分氮磷等污染物；
2)二级处理，当水体流过B竹排后，被植物根部吸收吸附，同时球形骨架上附着的生物膜可以对污染物进行有效的去除，而骨架内部的淀粉/PHB固体混合物可以为反硝化细菌提供足够的碳源，从而加强反硝化效率，提高净化效率；
3)三级处理，当水体到达长方体石笼时，零价铁能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物，对一些无机阴离子如S042—，NO3-, PO/—等也有很好的去除效果；同时活性炭通过物理化学以及生物作用可以有效吸附水中的微生物及难以降解的重金属和有机污染物等；此夕卜，水流缓慢流过时，在活性炭滤料上生长有大量的微生物，对水质进行深层净化。与传统的生态浮床相比，本发明具有以下优点:
I)首先，带有一定间距的竹排2可以阻截呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞填料载体，同时能够减小水体的流速；水体流经A竹排2后到达B竹排12，受到B竹排12的阻挡作用，水流可以絮凝沉淀去除部分颗粒污染物；其次，经过有效微生物菌液强化处理后，竹片能有效促进水体中微生物的附着生长，具有挂膜速度快，生物活性高等优点，能吸附部分有机物及氮磷等污染物，同时在一定程度上起到抑制藻类生长的作用。2)生态浮床与球形骨架相组合，显著增加了生态浮床的微生物数量，进一步提高了对水体中有机物，氮磷的去除能力。3)球形骨架具有良好的生物亲和性，挂膜速度快，微生物种类丰富，构成细菌，原生动物，后生动物等食物链，使得生物膜内微生物之间共生和互生关系复杂，有利于微生物获取营养物质。4)淀粉/PHB混合 物具有吸水率低，浸出效果稳定，启动速度快，去除效果好等优点，能为反硝化细菌提供足够的碳源，从而加快反硝化速率，提高处理效果。5)当水流经长方体石笼时，零价铁能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物，对一些无机阴离子如SO广，NO3-, PO43-等也有很好的去除效果；同时活性炭通过物理化学以及生物作用可以有效吸附水中的污染物质；此外，水流缓慢流过时，在活性炭滤料上生长有大量的微生物，对水质进行深层净化。6)复合深度净化技术作为一种原位修复技术，反应介质消耗很慢，且能够长期有效运行，不需要运行费用，管理方便；此外，零价铁取材容易，价格低廉，吸收效果好；活性炭处理程度高，应用范围广，适应性强，可再生重复使用。
附图1是外加碳源复合深度净化生态浮床的剖面图。附图2是外加碳源复合深度净化生态浮床的俯视图。附图3是外加碳源复合深度净化生态浮床的主视图。图中的I是浮床框架、2是A竹排、3是土工格栅、4是苯板、5是植物、6是尼龙扎带、7是球形骨架、8是纱网、9是淀粉/PHB共混物、10是固定杆、11是复合深度净化的长方体石笼、12是B竹排。
具体实施例方式对照图1，2，3，外加碳源复合深度净化生态浮床，其结构包括由浮床框架1、A竹排2，土工格栅3、苯板4、植物5、尼龙扎带6、球形骨架7、纱网8、淀粉/PHB共混物9、固定杆10、长方体石笼11、B竹排12，其中A竹排2、B竹排12用铁丝固定在框架I上，植物5固定在苯板4上，土工格栅3包裹住苯板4，尼龙扎带6将土工格栅3固定在框架I上；在土工格栅3的下部系一悬挂绳10，纱网8包裹住淀粉/PHB共混物9，经纱网8包裹住的淀粉/PHB共混物9放入骨架7中，骨架7固定在固定杆10上；长方体石笼11用铁丝固定在框架上。所述的浮床主体为50mmPVC管，其相应规格为2*1.2*0.4m，用相应的三通接头连接在一起。所述的竹排为长0.02m,宽0.38m,高0.005m的竹片连接而成，各竹片之间间距为
0.0lm ;使用前，竹片放入有效微生物菌剂溶液中浸泡30min，避光通风干燥；通过竹片中空洞将竹排2，12固定在浮床框架上，两个竹排之间的距离为0.2m。所述的苯板的规格为2*0.7*0.05m。所述的植物固定在苯板上，是使用土工格栅包裹苯板，边缘处用尼龙扎带固定，同时，将土工格栅用尼龙扎带固定在浮床框架上。所述的淀粉/PHB共混物9，用玉米淀粉10g，木粉lg，90°C蒸馏水30g，NaCl 0.7g放入烧瓶中，然后机械搅拌.一段时间后向浆液混合物中加入PHB 6.25g继续搅拌；搅拌后用0.5mol/L NaoH调节pH到9.5。加入0.8ml表`氯醇，反应烧瓶移到50°C水浴锅中，机械搅拌5h ;将泥浆倒入IL的蒸馏水中，然后离心机分离，沉淀产物清洗多次后，60°C烘干一夜；灌入模具中，将混合物用挤压机挤压成直径为3mm左右的固体小球；其中淀粉占48%，PHB占30%，木粉5%，添加剂17%。其干重0.0296g,比表面积18.12cm2/g。所述的在土工格栅下部系一固定杆，将淀粉/PHB混合物用纱网包裹住后放入骨架内，将载体悬挂在固定杆上，固定杆下部固定在浮床框架上。所述的复合深度净化的长方体石笼由铁丝制成的长0.4*0.15*0.38m的所述的长方体石笼，其中网孔距离不超过0.1mm ;在长方体石笼底部铺一层粒径为0.5mm左右的石子约IOcm厚，然后在石子上面铺一层由活性碳，零价铁，石英砂组成的混合物；其中零价铁占40%，活性炭30%，石英砂30%，这一层混合物大约18cm厚，然后在混合物上面继续铺一层IOcm厚的石子。本发明中共有3个长方体复合深度净化装置，间距0.lm，用铁丝固定在浮床框架上。在水流方向的浮床框架上系一重物以维系浮床整体的浮力。外加碳源复合深度净化生态浮床的净化处理方法，包括如下步骤:
1)初级处理，污水流经A竹排2，呈悬浮或漂浮状态的固体污染物被阻截，同时能降低水体流速，当水体流过A竹排2到达B竹排12时，受B竹排12的阻截作用可以絮凝沉淀下来，两个竹排之间形成絮凝沉淀区，同时竹排表面的微生物也可以挂膜去除一小部分氮磷等污染物；
2)二级处理，当水体流过B竹排12后，被植物根部吸收吸附，同时球形骨架上附着的生物膜可以对污染物进行有效的去除，而骨架内部的淀粉/PHB固体混合物可以为反硝化细菌提供足够的碳源，从而加强反硝化效率，提高净化效率；3)三级处理，当水体到达长方体石笼时，零价铁能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物，对一些无机阴离子如SO广，N03_，P0广等也有很好的去除效果；同时活性炭通过物理化学以及生物作用可以有效吸附水中的微生物难以降解的重金属和有机污染物等；此外，水流缓慢流过时，在 活性炭滤料上生长有大量的微生物，对水质进行深层净化。
权利要求
1.外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是包括由浮床框架、A竹排，土工格栅、苯板、植物、尼龙扎带、球形骨架、纱网、淀粉/PHB共混物、固定杆、长方体石笼、B竹排，其中A竹排、B竹排用铁丝固定在框架上，植物固定在苯板上，土工格栅包裹住苯板，尼龙扎带将土工格栅固定在框架上；在土工格栅的下部系一悬挂绳，纱网包裹住淀粉/PHB共混物，经纱网包裹住的淀粉/PHB共混物放入骨架中，骨架固定在固定杆上；长方体石笼用铁丝固定在框架上。
2.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的浮床主体为50mmPVC管，其相应规格为2*1.2*0.4m，用相应的三通接头连接在一起。
3.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的竹排为长0.02m，宽0.38m，高0.005m的竹片连接而成，各竹片之间间距为0.0lm ;使用前，竹片放入有效微生物菌剂溶液中浸泡30min，避光通风干燥；通过竹片中空洞将A竹排，B竹排固定在浮床框架上，两个竹排之间的距离为0.2m。
4.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的苯板的规格为 2*0.7*0.05m。
5.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的植物固定在苯板上，是使用土工 格栅包裹苯板，边缘处用尼龙扎带固定，同时，将土工格栅用尼龙扎带固定在浮床框架上。
6.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的淀粉/PHB共混物，用玉米淀粉10g，木粉lg，90°C蒸馏水30g，NaCl 0.1g放入烧瓶中，机械搅拌；然后向浆液混合物中加入PHB 6.25g继续搅拌；搅拌后用0.5mol/l NaOH调节pH到9.5 ;加入0.8ml表氯醇，反应烧瓶移到50°C水浴锅中，机械搅拌5h ;将泥浆倒入IL的蒸馏水中，然后离心机分离，沉淀产物清洗多次后，60°C烘干一夜；灌入模具中，将混合物用挤压机挤压成直径为3mm的固体小球，小球比表面积18.12cm2/g。
7.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的在土工格栅下部系一固定杆，将淀粉/PHB混合物用纱网包裹住后放入骨架内，将载体悬挂在固定杆上，固定杆下部固定在浮床框架上。
8.根据权利要求1所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的复合深度净化的长方体石笼由铁丝制成的长0.4*0.15*0.38m的所述的长方体石笼，其中网孔距离不超过0.1mm ;在长方体石笼底部铺一层粒径为0.5mm的石子约IOcm厚,然后在石子上面铺一层由活性碳，零价铁，石英砂组成的混合物；其中零价铁占40%，活性炭30%，石英砂30%，这一层混合物大约18cm厚，然后在混合物上面继续铺一层IOcm厚的石子。
9.根据权利要求8所述的外加碳源复合深度净化生态浮床，其特征是所述的复合深度净化的长方体石笼共有3个，间距0.lm，用铁丝固定在浮床框架上，在水流方向的浮床框架上系一重物以维系浮床整体的浮力。
10.外加碳源复合深度净化生态浮床的净化处理方法，其特征是该方法包括如下步骤: I)初级处理，污水流经A竹排；，呈悬浮或漂浮状态的固体污染物被阻截，同时能降低水体流速，当水体流过A竹排到达B竹排时，受B竹排的阻截作用使絮凝沉淀下来，两个竹排之间形成絮凝沉淀区，同时竹排表面的微生物也可以挂膜去除一小部分氮磷污染物；2)二级处理，当水体流过B竹排后，被植物根部吸收吸附，同时球形骨架上附着的生物膜对污染物进行有效的去除，而骨架内部的淀粉/PHB固体混合物为反硝化细菌提供足够的碳源，从而加强反硝化效率，提高净化效率； 3)三级处理，当水体到达长方体石笼时，零价铁能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物，对一些无机阴离子如SO广，N03_，PO广也有很好的去除效果；同时活性炭通过物理化学以及生物作用有效吸附水中的微生物及难以降解的重金属和有机污染物；此外，水流缓慢流过时， 在活性炭滤料上生长有大量的微生物，对水质进行深层净化。
全文摘要
本发明涉及一种外加碳源复合深度净化生态浮床及其净化处理方法，净化生态浮床的结构包括由浮床框架、A竹排，土工格栅、苯板、植物、尼龙扎带、球形骨架、纱网、淀粉/PHB共混物、固定杆、长方体石笼、B竹排，其中A竹排、B竹排用铁丝固定在框架上，植物5固定在苯板上，土工格栅包裹住苯板，尼龙扎带将土工格栅固定在框架上；在土工格栅的下部系一悬挂绳，纱网包裹住淀粉/PHB共混物，经纱网包裹住的淀粉/PHB共混物放入骨架中，骨架固定在固定杆上；长方体石笼用铁丝固定在框架上。本发明优点具有取材方便，成本低廉，净化效率高，功效明显，管理方便等特点。
文档编号C02F9/14GK103204610SQ20131016087
公开日2013年7月17日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者侯俊, 王沛芳, 钱进, 敖燕辉, 王永泉 申请人:河海大学