浮岛式生物膜水生态修复治理装置及应用其的方法与流程

文档序号:11244126阅读:880来源:国知局
浮岛式生物膜水生态修复治理装置及应用其的方法与流程

本发明属于环境治理领域,具体涉及一种水体污染治理的装置及治理的方法。



背景技术:

目前,我国面临着水环境严重污染,水生态严重受损的问题。根据环保部监测数据,2016年上半年,十大流域劣ⅴ类水质断面占11.3%。自然水体污染问题严重,加之我国部分地区土地利用不合理,生态用地破坏,流域水生态系统的自我调节能力显著下降。然而随着我国城镇化水平的不断提高,水资源的需求仍将大幅增长,治理自然水体污染、提高水体自净能力、修复水生态环境,成为缓解水质型缺水困境的思路之一。

对于自然水体的治理修复,现有技术措施大多是从污染源头上进行管控和治理,比如严控污水排放、雨污分流、污废水集中处理等。针对已污染的河流、湖泊等自然水体的治理,目前长期有效且经济适用的办法较少。

硝化细菌能将水中的有毒的化学物质(氨和亚硝酸)分解去除,因而有净化水质的功能。例如亚硝酸菌属细菌所维生的食物来源是氨,硝酸菌属细菌可将亚硝酸分子氧化再转化为硝酸分子。但是在无光或者缺氧环境下,硝化细菌就很难发挥效果。固定化微生物技术是将具有分解水体污染物功能的细菌固定化在载体上,将游离的微生物限制或定位在某一特定空间范围内,保留其催化活性,使微生物能重复和连续使用(马明娟等,《江西农业学报》2007年07期)。固定化的细菌其生长条件也受到了限制,对于需要有氧条件的硝化细菌等,难以一直保持其活性。



技术实现要素:

针对目前自然水体治理与生活污水处理中存在的不足,本发明基于生物膜技术,提出一种浮岛式生物膜水生态修复治理装置,治理水体污染的同时能够提高自然水体的自净能力,并且不会对水生态环境形成干扰、改变和二次污染。

本发明的另一目的是提出应用所述浮岛式生物膜水生态修复治理装置的方法。

实现本发明目的技术方案为:

一种浮岛式生物膜水生态修复治理装置,包括活性载体生物膜反应器、增氧系统和浮岛平台;所述活性载体生物膜反应器设置在浮岛平台上,所述增氧系统包括喷洒装置和均洒布水仓,所述喷洒装置和均洒布水仓位于活性载体生物膜反应器上方;

所述活性载体生物膜反应器内填充有生物载体填料,在所述生物载体填料上挂膜固化有微生物菌群;所述活性载体生物膜反应器底部有孔。

其中,所述生物载体填料为陶瓷颗粒和/或火山岩颗粒。所述活性载体生物膜反应器内填料厚度为30~40cm。

所述微生物菌群包括普通异养好氧菌、硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌中的一种或多种;生物菌群培养挂膜过程为:在培养液中优选分离优良菌种,然后将载体填料浸没于培养液中进行挂膜。

其中普通异养好氧菌可以是酵母菌和/或放线菌。

其中,所述增氧系统包括输水管和喷洒装置,所述喷洒装置包括多个螺旋喷头,在所述输水管上设置有变频泵。

本发明的一个优选技术方案为,在所述生物载体填料上方设置有均洒布水仓,所述均洒布水仓的顶和底均以筛网制成;均匀洒布水仓上设置有把手。均洒布水仓使喷洒的水均匀分布到填料上,还能过滤水体中大的杂质;筛网堵塞时方便取出清洗。

其中,所述浮岛平台包括主浮筒、辅助浮筒和支架,所述主浮筒和辅助浮筒固定在支架上。用主浮筒和辅助浮筒控制所述活性载体生物膜反应器底部在水面上5~20cm。

所述的浮岛式生物膜水生态修复治理装置,还包括太阳能电池板、控制系统、供电装置,所述太阳能电池板设置在浮岛平台上,所述太阳能电池板与供电装置连接,所述供电装置连接所述控制系统。

应用本发明所述浮岛式生物膜水生态修复治理装置的方法,将所述装置置于水面上,所述水面为河流、湖泊、池塘、二级氧化塘、水库、养殖水的水面。

所述的方法包括以下操作:将增氧系统的输水管伸到水体下,用水泵从待处理水域中提取待处理水体,经喷洒装置喷洒到活性载体生物膜反应器中,水体经生物载体填料及微生物菌群的作用后,从活性载体生物膜反应器底部返回到水域中。

本发明的方法中,水泵可间歇运行,优化的参数为:运行时水泵提取的水体体积为1~5t/h。

水体经过输水管路到达螺旋喷射头,最初为柱状水体,经螺旋喷头喷出形成螺旋面水膜,完成一级增氧,再经过反应器箱体上方的均洒布水仓打散成水珠,完成二级增氧。

生物膜技术是水体自净原理的工程化,其实质是水体自净能力的一种人工强化,把缓慢少量且随机的自然过程变化为天然+人工过程的组合形式。

在应用生物膜技术时,由人工提供载体,采用复合材料经特殊工艺加工成多孔结构的粒状填料,由于生物载体填料是多孔结构,填料上能够同时形成好氧、厌氧和兼氧区,经实验室生物技术处理将微生物菌群挂膜固化在生物载体填料上,经长时间培养使许多习性迥异,生活环境差异极大的微生物能够在生物膜系统中共存,最终形成生态菌屋,这些微生物包括普通异养好氧菌、硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌等,同时发挥脱氮、去除有机物及除磷的作用。

与天然河床上附着的生物膜及其过滤与净化作用相似,生物膜技术发挥作用主要有以下4个阶段:

外部扩散阶段:污染物向生物膜表面移动;

内部扩散阶段:污染物在生物膜内移动;

化学反应阶段:微生物分泌的酵素与催化剂;

外排阶段:代谢生成物排出体外。

本发明的有益效果在于:

本装置是一种水体长效净化装置,采用生物膜技术,可有效降低水体氨氮、cod污染物浓度,同时通过不断富集在装置内的微生物群落,对消减bod、磷等其他污染物质也有一定的效果。具体地,

(1)该装置直接置于水面,可以根据水质水体条件灵活调整设备数量与分布,使用限制条件少。

(2)活性微生物高度富集在载体填料上,处理污染水体时无剩余污泥污染,可将污染物硝解、反硝化成氮气去除,而氮气对人体、动植物无害;

(3)活性生物膜载体上附着由人工培育挑选的优良菌种,且载体结构形式利于微生物生长繁殖,形成稳定的微生物生态系统,使得装置的污水处理效率高;

(4)反应器中大量放置的微生物群落,一部分补充固化载体生物膜,另一部分被循环的水体带入需处理的水体中,平衡水体中的微生物群落,提升水体自身修复净化能力;

(5)设备一体化程度高,安装简单,容易维护,占地面积小;

(6)活性生物膜载体寿命较长,无污染问题、无需冲洗等操作;

(7)装置无需土建池体施工,造价相对较低,且操作简单,自动化过程控制,操作成本低;

(8)装置不会产生二次污染,对环境友好。

(9)装置使用太阳能供电,绿色无污染。

(10)装置各组成部分相互配合使整套系统的运行达到一个最佳能耗与处理效果的平衡。

附图说明

图1为实施例1浮岛式生物膜水生态修复治理整体结构图,。

图2为实施例2浮岛式生物膜水生态修复治理整体结构图,

图3为生态菌屋菌群显微照片。

图4为螺旋喷洒装置结构示意图,

图5均洒布水仓纵剖示意图。

图6为水处理流程示意图,

图7实施例1水体的氨氮浓度变化过程曲线,

图8实施例1水体的cod浓度变化过程曲线,

图中:1、太阳能电池板;2、喷洒装置,201输水管;202螺旋喷头;3、活性载体生物膜反应器;4、浮岛平台;5、均洒布水仓,501、均洒布水仓顶部筛网,502、均洒布水仓底部筛网,6、支架。

具体实施方式

现以以下最佳实施例来说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

实施例中,如无特殊说明,所采用的手段均为本领域常规的技术手段。

实施例1:

参见图1,一种浮岛式生物膜水生态修复治理装置,包括活性载体生物膜反应器、增氧系统和浮岛平台4;所述活性载体生物膜反应器3设置在浮岛平台4上,所述增氧系统包括喷洒装置2,所述喷洒装置2位于活性载体生物膜反应器3的上方;所述活性载体生物膜反应器内填充有生物载体填料,在所述生物载体填料上挂膜固化有微生物菌群。所述浮岛平台4包括主浮筒、辅助浮筒和支架6,所述主浮筒和辅助浮筒固定在支架6上,浮筒的设置使活性载体生物膜反应器3底位于水面上10cm。浮岛平台上设置有太阳能电池板1,所述太阳能电池板与供电装置连接,所述供电装置连接控制器。本装置使用由太阳能板、蓄电池及控制器组成的系统供电,使本装置成为一个可以独立工作的闭合系统。供电装置中的蓄电池和控制器密封在严格防水的电池仓内。控制器可实现远程遥控水泵启闭的功能,并可根据需要设置水泵的工作时间。

本实施例中,所述生物载体填料为陶瓷颗粒,微生物菌群培养挂膜的过程为:在培养液中培养分离优良菌种,然后将载体填料浸没于培养液中进行挂膜。用于挂膜的培养液中:硝化细菌5g/l,酵母菌2.5g/l,放线菌1.5g/l。菌种均为市购。图3示出了生态菌群的微观照片。

参见图5,活性载体生物膜反应器包括圆筒形状的均匀洒布水仓5,仓顶和仓底为均洒布水仓顶部筛网501和均洒布水仓底部筛网502两层筛网,布水仓仓体整体置于支架上。仓上设置弯管形状把手,可将仓体与支架分离后整体取出,方便筛网的更换和清洗。在均匀洒布水仓5下方为填料厚度35cm的生物载体填料,

参见图4,所述增氧系统包括输水管201和喷洒装置2,所述喷洒装置包括多个螺旋喷头202,在所述输水管上设置有变频泵。

应用浮岛式生物膜水生态修复治理装置的方法,是将其置于二级氧化塘水面上。试验区位于广西省柳州市,试验时间从2017年2月至2017年4月,未放置本装置时水体中氨氮浓度为50mg/l,cod为206mg/l。

操作流程见图6。用水泵从待处理水域中提取待处理水体,经喷洒装置喷洒到活性载体生物膜反应器中,水体经生物载体填料及微生物菌群的作用后,从活性载体生物膜反应器底部返回到水域中。水体经过输水管路到达螺旋喷射头,最初为柱状水体,经螺旋喷头喷出形成螺旋面,完成一级增氧,再经过反应器箱体上方的均洒布水仓打散成水珠,完成二级增氧。

运行时,水泵提取的水体体积为5t/h。本装置运行90天的水体氨氮变化和cod变化情况参见图7和图8(第43日试验区有雨)。连续90天运行结果表明,水体中氨氮去除率达88%,cod去除率达51%,且运行过程中不需要提供电力,是一种绿色环保、可持续发展的污染治理方式。

实施例2:

参见图2,一种浮岛式生物膜水生态修复治理装置,包括活性载体生物膜反应器、增氧系统和浮岛平台4;所述活性载体生物膜反应器3设置在浮岛平台4上,所述增氧系统包括喷洒装置2,所述喷洒装置2位于活性载体生物膜反应器3的上方;所述活性载体生物膜反应器内填充有生物载体填料,在所述生物载体填料上挂膜固化有微生物菌群。所述浮岛平台4包括主浮筒、辅助浮筒和支架,所述主浮筒和辅助浮筒固定在支架上,浮筒的设置使活性载体生物膜反应器3底位于水面上15cm。浮岛平台上设置有太阳能电池板1,所述太阳能电池板与供电装置连接,所述供电装置连接所述控制系统。

本实施例中,所述生物载体填料为火山岩颗粒,所述微生物菌群包括普通异养好氧菌、硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌,所述活性载体生物膜反应器内填料厚度为40cm。本实施例中,活性载体生物膜反应器形状为方箱形,底部为网孔板制成。

应用浮岛式生物膜水生态修复治理装置的方法,是将其置于水库入库河流的水面上。试验区位于河北省潘家口水库,试验时间从2016年7月至2016年9月,水体取样点位于装置所在水域附近。未放置本装置时水体中氨氮浓度为62mg/l,cod为202mg/l。水泵运行时提取的水体体积为4t/h。其他设置同实施例1。

连续90天运行结果表明,水体中氨氮去除率达90%,cod去除率达55%。

本技术领域内的一般技术人员应当认识到,上述实施例仅是用来说明本发明,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

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