一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法与装置与流程

本发明属于黑臭水环境治理技术领域，更具体地说，涉及一种快速、无生态破坏的黑臭水体原位治理与维护方法。

背景技术：

城市水体黑臭丧失使用功能，不仅影响景观与日常生活，而且对居民健康带来危害。2015年4月国务院正式发布的《水污染防治行动计划》明确规定，到2020年，我国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内。因此黑臭水体治理修复成为一个亟待解决的难题。

现阶段黑臭水体修复常用方法有化学修复、物理修复、生物修复。中国专利“一种原位化学治理修复重污染黑臭底泥的方法(CN201610048562.2)”，采用化学修复黑臭水体底泥，该方法能短时间迅速改善黑臭现象，但往往氧化剂利用率不高，对有机物降解不完全，只能为应急措施，且强氧化剂会抑制甚至杀死水体生物，会破坏水体生态系统。而物理修复常用技术有引水冲污、底泥疏浚、底泥掩蔽等，虽易操作，短期内见效快，但不能对污染物进行有效削减，污染物迁移还会破坏水体环境平衡。一旦物理修复进程停止，则其修复黑臭水体效果便会停止，黑臭现象重现。

中国专利“一种用于黑臭水体脱氮除磷复合菌的培育方法(ZL201410136717.9)”，以黑臭水体污水和营养元素，将活性污泥与黑臭底泥土著微生物培育驯化为具有脱氮除磷的复合菌，可有效避免化学试剂使用后残留二次污染，显著提升黑臭水体脱氮除磷效果，但人工培育的菌种在实际水体中由于环境因素多变而易退化，且复合菌培养工艺流程时间长成本高，在实际工程应用中受到限制。“一种水环境生态治理及修复系统及其应用(ZL201310387422.4)”结合生物修复和智能化控制，采用益生微生物菌群和辅酶能够短期高效分解水体中的富营养有机、无机污染物。但所需构筑物过多，智能化控制造价昂贵，且同样存在微生物菌种易变异退化等问题。

中国专利“一种用于水体修复的多功能太阳能船及其使用方法(ZL201410766185.7)”，提供的多功能太阳能船集美观、垃圾收集、水面监控功能为一体，能提高曝气复氧装置效率，节约资源。但仅仅曝气不能将水体底泥扰动，不能利用其中微生物降解水中污染物质，水体水质改善作用不大。中国专利“一种污染水体泥水同步修复船及使用方法(ZL201510222276.9)”能够实现泥水同步修复，避免污水穿透底泥污染地下水，提高了修复效率，并具有收集水中杂物等功能。但该申请案没有活性污泥投加装置，不能很好地去除水体中的氨氮污染，修复时会对水面的浮水植物进行干扰，并缺乏对多余的浮水植物进行收集与压缩功能。

为了解决现有专利没能解决的问题，更好地去除水体中有机污染物质，降低营养性污染氨氮，将治理与水体水质长期维护结合起来，需要新的技术方法与装置设备。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新的黑臭水体治理方法，并研发出与该方法适应的、多功能的黑臭水体治理与维护装置，本发明在水体中投加了高活性微生物，提高了水体中有机污染物质去除效果，降低了营养性污染氨氮，更有效地维护了水体水质长期稳定，具有广泛的应用范围。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法，以污水处理厂二沉池活性污泥为高活性接种污泥，采用活性污泥中微生物菌种和浮水植物同步治理黑臭水体，其步骤为：

1)筛选氨氮去除率高的乡土浮水植物，如水鳖等，种植在黑臭水体水面，降低水体氨氮浓度，种植面积为水面的1/4～1/3；

2)将污水处理厂二沉池活性污泥，经离心脱水处理后成干泥，作为高活性微生物种源装入作业船的贮泥池中备用；将作业船置于待修复黑臭水体中，利用污泥投加系统泵抽取黑臭水体的水到作业船的贮泥池中，对活性污泥进行搅拌，使其溶解成含水率高的泥浆流到水体中。控制活性污泥量与黑臭底泥量比例为1:5～1:10，比例过小，投加活性污泥量过大，既不经济又会增加水体底泥量；比例过大，投加量污泥量过小，水体净化效果差；

3)利用空压机对水体进行充氧，提高水体DO，为降解污染物质的微生物提供充足氧气。利用作业船的搅拌设备对黑臭水体底泥、水体、活性污泥泥浆进行搅拌，使其充分混合均匀。底泥中的微生物、污泥中高活性微生物利用空压机提供的充足氧气，进行好氧呼吸，将水体中的有机污染物高效分解。

作业船在搅拌、充氧、投加活性污泥的同时，在水体中前进。为了不破坏浮水植物，影响对水体氨氮去除，启动浮水植物收集系统输送带工作，聚集推板将作业船前方水面上的浮水植物聚集到传送位置，输送带将其输送到作业后方水体，继续悬浮在水面上吸收水体氨氮；

当浮水植物生长过多超过水体需求时，输送带一侧挡板的一段打开，多余的浮水植物被分离落入压缩箱中，在纵、横压缩齿杆的共同作用下，被脱水压缩成块到压缩箱出口中被移出作业船，作为动物饲料原料。

4)当作业后水体底泥变成没有活性的淤泥时，污泥投加采集系统的污泥泵抽取底泥，通过污泥出管排到水体岸边，改善土壤结构，为植物提高营养。

本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，该装置为一作业船，用于黑臭水体治理与维护，所述作业船船体上安装了泥水搅拌系统、增氧曝气系统、污泥投加与采集系统、浮水植物采集传输系统、浮水植物脱水压缩系统、动力系统与控制系统；其中，浮水植物采集传输系统将浮水植物无损失地收集起来再返回到水体中，并在浮水植物生长超过水体需求时，将部分浮水植物输送给浮水植物脱水压缩系统，由浮水植物脱水压缩系统脱水、压缩成块移出水体。

更进一步地，所述的泥水搅拌系统包括安装在作业船两边的4个搅拌设备，及其对应的驱动装置搅拌电动机，搅拌设备的内空杆穿过水平齿轮，搅拌电动机通过相交轴的竖向齿轮带动水平齿轮转动，水平齿轮带动内空杆转动，内空杆可根据水体深度相对水平齿轮进行升降高度调节；内空杆上安装橡胶搅拌桨片，下部连接搅拌钢丝纤维，搅拌钢丝纤维底部连接配重辊球。

更进一步地，所述增氧曝气系统包括空压机和曝气管，曝气管通过内空杆通入水体。

更进一步地，所述的污泥投加与采集系统包括贮泥池、污泥泵及其管道，贮泥池上设有加泥口、进水管、出泥管，贮泥池内部设有冲泥管和配水环管，冲泥管紧靠贮泥池内壁安装，向下倾斜30～60°。

更进一步地，所述的进水管上设有采泥管，采泥管接头上可连接喷射管。

更进一步地，所述的浮水植物采集传输系统包括输送带和辊柱，输送带一侧设有聚集推板，辊柱由输送电动机驱动，带动辊柱转动，输送带两侧设有输送挡板，输送带下方设有接水槽。

更进一步地，所述的输送带一侧输送挡板上设置可旋转去留分隔板，去留分隔板通过固定挂钩固定在输送挡板上，浮水植物被从输送带上分离并斜向挤压落入下部的压缩箱；固定挂钩上设有数个分隔竖杆，可以调节去留分隔板在输送带的位置。

更进一步地，所述的浮水植物脱水压缩系统包括压缩箱，纵向前进驱动电机连接纵向压缩齿杆，推动纵向挤压块板向前运动；横向前进驱动电机驱动横向压缩齿杆推动横向挤压块板运动；纵向后退驱动电机、横向后退驱动电机，带动压缩齿杆、挤压块板回归到初始位置，完成复位。

更进一步地，所述动力系统包括9台变频减速电动机，控制系统为PLC控制系统。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法，采用活性污泥中微生物的自身强降解作用提高有机污染物去除效果，利用浮水植物降低特征指标氨氮浓度，为黑臭水体治理提供新的技术方法，将黑臭水体治理与维护结合，原位治理，保持水体生态平衡，有利于黑臭水体长期水质稳定的运行管理；

(2)本发明配套设计出的治理与维护作业船，具有活性污泥投加、水体底泥采集、通气增氧、底泥搅拌、浮水植物收集与传输、压缩脱水等综合功能，具有广泛的应用范围；

(3)本发明中内空杆可根据水体深度进行升降高度调节，对不同深度水体具有很好的适应性；内空杆上橡胶搅拌桨片扰动，使水体泥水混合；搅拌设备底部配重辊球不仅可以让上部的搅拌钢丝纤维不会漂浮起来，而且可以沉入底泥中，但又不至于陷入底泥中增加旋转阻力，搅拌钢丝纤维可以将水体底泥完全地搅动起来，充分地将泥水混合，将底泥中的微生物、污染物质均释放到上部水中；

(4)本发明中曝气管通过搅拌设备的内空杆通入底部水体，一方面让结构更加简洁，另一方面进入水体的氧气处于搅拌作用中心，可迅速地溶于水中，与被扰动起来的微生物快速、充分地接触，提高微生物活性；

(5)本发明的污泥投加与采集系统能够自动从作业船前部吸水冲动贮泥池中的活性污泥，将其溶解成泥浆，从2台搅拌设备中间自流进入水体，在搅拌作用下，快速与被搅拌起来的泥水充分混合，为水体提供活性微生物，加快水体中有机污染物降解；

(6)本发明的浮水植物采集传输系统通过输送带的运输，可以将作业船前端截留的浮水植物向船后输送，到达船尾时又落入水体中，使得泥水搅拌作业过程中，浮水植物没有损伤地回到水面；同时，当浮水植物生长超过水体需要时，可通过去留分隔板截留出部分浮水植物浮水植物进入脱水压缩系统，挤压成块作为动物饲料原料，便于浮水植物的回收利用。

附图说明

图1为本发明装置作业船的平面图；

图2为本发明装置作业船的侧面图；

图3为本发明装置的搅拌设备示意图；

图4为本发明装置的污泥投加与采集系统平面图；

图5为本发明装置的污泥投加与采集系统贮泥池剖面图；

图6为本发明装置的浮水植物收集系统透视图；

图7为本发明装置的多余浮水植物分离进入压缩箱透视图；

图8为本发明装置的浮水植物压缩系统平面图；

图9为本发明装置的浮水植物压缩系统剖面图。

示意图中的标号说明：

101～104、搅拌设备；105、竖向齿轮；106、水平齿轮；107、内空杆；108、搅拌桨片；109、搅拌钢丝纤维；110、配重辊球；2、空压机；201～204、曝气管；3、贮泥池；301、加泥口；302、污泥泵；303、进水管；304、冲泥管；305、出泥管；306、采泥管；307、配水环管；4、浮水植物采集传输系统；401、聚集推板；402～405、辊柱；406、输送带；407、输送挡板；408、去留分隔板；409、固定挂钩；410、接水槽；5、脱水压缩系统；501、纵向压缩齿杆；502、纵向挤压块板；503、横向压缩齿杆；504、横向挤压块板；505、压缩箱；506、压缩箱出口；507、出水管；601～604、搅拌电动机；605、输送电动机；606、纵向前进驱动电机；607、纵向后退驱动电机；608、横向前进驱动电机；609、横向后退驱动电机；7、PLC控制系统；8、浮水植物。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

为了更好地去除水体中有机污染物质，降低营养性污染氨氮，将治理与水体水质长期维护结合起来。本实施例以污水处理厂二沉池活性污泥为高活性接种污泥，采用活性污泥中微生物菌种+浮水植物的方法同步治理黑臭水体。

本实施例进行黑臭水体治理与维护，主要采用专用装置----作业船完成其操作过程。本实施例在作业船船体上安装了泥水搅拌系统、增氧曝气系统、污泥投加与采集系统、浮水植物采集传输系统、浮水植物脱水压缩系统、动力系统与控制系统。

参看图1、图2和图3，所述的泥水搅拌系统由安装在作业船两边的4个搅拌设备101～104组成，其对应的驱动装置为搅拌电动机601～604，所述搅拌电动机601～604为变频减速电动机。动力传动通过相交轴的竖向齿轮105带动水平齿轮106转动，搅拌设备101～104的内空杆107通过螺丝固定在水平齿轮106上，在水平齿轮106带动下转动，内空杆107可根据水体深度相对水平齿轮106进行升降高度调节。内空杆上安装有橡胶搅拌桨片108，下部则连接搅拌钢丝纤维109，搅拌钢丝纤维109的底部连接配重辊球110。

PLC控制系统7启动4台搅拌电动机601～604带动相应的4台搅拌设备101～104运转，对黑臭水体底泥、水体进行搅拌。具体地，搅拌电动机601带动竖向齿轮105通过相交轴带动水平齿轮106转动，再带动通过螺丝固定的内空杆107转动。内空杆107可根据水体深度相对水平齿轮106进行升降高度调节，对不同深度水体具有很好的适应性。内空杆107上橡胶搅拌桨片108扰动，使水体泥水混合。搅拌设备101底部配重辊球110不仅可以让上部的搅拌钢丝纤维109不会漂浮起来，而且可以沉入底泥中，但又不至于陷入底泥中增加旋转阻力。搅拌钢丝纤维109如同刷子一样，可以将水体底泥完全地搅动起来，充分地将泥水混合，将底泥中的微生物、污染物质均释放到上部水中。

参看图1和图2，所述的增氧曝气系统由空压机2与曝气管201～204组成，曝气管201～204通过搅拌设备101～104的内空杆107通入底部水体。PLC控制系统7启动空压机2，压缩空气通过曝气管201～204进入水体中曝气，给扰动分散的底泥、投加的活性污泥中微生物提供充足的氧气，加速水中有机污染物质降解。曝气管201～204通过搅拌设备101～104的内空杆107通入底部水体，一方面让结构更加简洁，另一方面进入水体的氧气处于搅拌作用中心，可迅速地溶于水中，与被扰动起来的微生物快速、充分地接触，提高微生物活性。

参看图4和图5，所述的污泥投加与采集系统由贮泥池3、污泥泵302及其管道构成。贮泥池3上设有加泥口301、进水管303和出泥管305，贮泥池3内部设有冲泥管304和配水环管307，冲泥管304紧靠贮泥池3内壁安装，向下倾斜30°。所述的进水管303上设有采泥管306及其阀门，采泥管306接头上可连接喷射管。

本实施例中通过加泥口301将活性污泥添加到贮泥池3中，关闭采泥管306阀门，启动污泥泵302，通过进水管303从作业船的前部吸水进入贮泥池中的配水环管307中，然后进入冲泥管304。冲泥管304紧靠贮泥池内壁安装，向下倾斜30°，从冲泥管304冲出的水流沿着贮泥池3内壁产生旋流，冲动贮泥池3中的活性污泥，并将其溶解成泥浆状进入出泥管305中。出泥管305高于水体水位，泥浆从出泥管305中自流进入水体。进入水体的泥浆处于前后2台搅拌设备中间，在搅拌作用下，快速与被搅拌起来的泥水充分混合，为水体提供活性微生物，加快水体中有机污染物降解。

当水体底泥经搅拌有机污染分解变成没有活性的淤泥时，关闭进水管303上进入配水环管307的阀门，在采泥管306接头上连接喷射管，并打开阀门，启动污泥泵302从水体底部吸取淤泥，通过采泥管306将其喷射到水体岸边植物带，改善土壤，为植物提供营养。

参看图6和图7，所述的浮水植物采集传输系统4由输送带406、辊柱402-405及附属设施组成。输送带406前面两侧设有聚集推板401，辊柱403由输送电动机605驱动，带动辊柱402、404、405转动，输送电动机605为变频减速电动机。输送带406将作业船前段截留的浮水植物8向船后输送，输送带406两侧设有输送挡板407，下方设有接水槽410。所述的输送带406材料为钢丝尼龙编织网，可让传送过程中浮水植物8携带的水分滴漏到下部接水槽410中。

所述的输送带406一侧的输送挡板407上设置了可以旋转的去留分隔板408，通过其附件固定挂钩409固定在输送挡板407一定部位，浮水植物8被从输送带406上分离并斜向挤压落入下部的压缩箱505中。所述的固定挂钩409上设有数个分隔竖杆，可以调节去留分隔板408在输送带406的位置，从而可方便地调节浮水植物8采集量。

作业船向前行驶，启动PLC控制系统7，打开两侧收起紧靠船帮的聚集推板401将作业船前面的浮水植物8拦截到中间区域。开启输送电动机605带动辊柱403转动，再带动辊柱402、404、405转动，输送带406工作将作业船前段截留的浮水植物8向船后输送，到达船尾时又落入水体中，使得泥水搅拌作业过程中，浮水植物没有损伤地回到水面。输送挡板407可防止植物从输送带两侧跑料。输送带406材质为钢丝尼龙编织网，在浮水植物传送过程中，浮水植物携带的水分从钢丝尼龙编织网孔隙滴漏到下部的接水槽410中，汇集的水流从两端流回水体中。

当浮水植物8生长超过水体需要时，打开去留分隔板408旋转到输送带406的一定部位，通过其附件固定挂钩409固定在同侧的输送挡板407上。输送带406向前运动，部分浮水植物8被去留分隔板408向右分出并斜向挤压落入下部的压缩箱505中。固定挂钩409上设有数个分隔竖杆，可调节去留分隔板408在输送带406上的位置，通过调节分隔带的宽窄，方便地调节分隔出落入压缩箱505中的浮水植物8打捞量。

参看图8和图9，所述的浮水植物脱水压缩系统5由压缩箱505及其附属设备构成。纵向前进驱动电机606连接纵向压缩齿杆501，推动纵向挤压块板502向前运动。横向前进驱动电机608驱动横向压缩齿杆503推动横向挤压块板504运动；纵向后退驱动电机607、横向后退驱动电机609，带动压缩齿杆、挤压块板回归到初始位置，完成复位。所述的压缩箱5上部开有小孔连接出水管507，将浮水植物挤压渗透的水分排到水体中。所述动力系统由9台变频减速电动机组成，控制系统即为PLC控制系统7。

当压缩箱505中积满浮水植物8时，启动PLC控制开动纵向前进驱动电机606，带动纵向压缩齿杆501推动纵向挤压块板502向前挤压浮水植物8，当纵向挤压块板502到达末端时，停止前进。再启动横向前进驱动电机608驱动横向压缩齿杆503推动横向挤压块板504对浮水植物进行横向挤压。当挤压到末端压缩箱出口506成块时，从压缩箱505中移出，作为动物饲料原料。启动纵向后退驱动电机607、横向后退驱动电机609，带动压缩齿杆、挤压块板回归到初始位置，完成复位。挤压过程中，浮水植物中渗出的水分，从压缩箱505上部小孔通过出水管507排到水体中。

本实施例接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护具体过程为：

1)在黑臭水体中种植高效吸收氨氮的浮水植物，种植面积为水面的1/4～1/3；

2)将污水处理厂二沉池活性污泥，经离心脱水处理后成干泥，作为高活性微生物种源装投加到黑臭水体中，活性污泥与黑臭底泥质量比为1:5～1:10；对黑臭水体泥水进行充分搅拌，通气充氧，促进水中有机污染物降解；

3)水体搅拌作业过程中，先将浮水植物无损失地收集起来再返回到水体中，保持其对氨氮的去除作用；浮水植物生长超过水体需求时，被收集、脱水、压缩成块移出水体，可作为动物饲料的生产原料；

4)对搅拌作业后水体中没有活性的底泥，抽出排到水体岸边的绿化植物带，为植物提供营养，并改善土壤结构。

采用本实施例的方案对马鞍山市某小区内黑臭小河流进行治理，在河流水面种植乡土浮水植物--水鳖，种植于河流两岸的水面上，面积为水体面积的1/3；按照活性污泥与水体底泥质量比1:5的比例向河流中投加活性污泥，修复30天，污染物去除效果如下表所示。

治理后上覆水水质指标(NH₃-N＜8mg/L、DO＞3mg/L、化还原电位＞170mv)均优于黑臭水体指标，达到治理目标。底泥中污染指标(NH₃-N＜1.8mg/L)很低，不会持续向上覆水中释放NH₃-N。同时，对污泥也有很好的减量化效果。

实施例2

本实施例的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法与装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中冲泥管304向下倾斜60°。在河流水面种植乡土浮水植物--水鳖，种植于河流两岸的水面上，面积为水体面积的1/4；按照活性污泥与水体底泥质量比1:6的比例向河流中投加活性污泥。

实施例3

本实施例的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法与装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中冲泥管304向下倾斜45°。在河流水面种植乡土浮水植物--水鳖，种植于河流两岸的水面上，面积为水体面积的1/3；按照活性污泥与水体底泥质量比1:10的比例向河流中投加活性污泥。

上述实施方式为在黑臭水体治理中的应用，应该指出，本发明不仅限于上述实施例子，还有许多实施方式。凡本领域的技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的变形，均应属于本发明的保护范围。