一种梯级交错式生物膜板水质净化组件的制作方法

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种可应用于人工湿地、污水处理、景观池塘等系统中梯级交错式生物膜板水质净化组件。

背景技术：

水污染是目前环境问题的主要方面，我国现阶段用于治理受污染水体主要通过活性污泥法以及其衍生出的其他方法。活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，利用其吸收和分解水体中的污染物质达到净化水质的目的，为确保整个处理流程中活性污泥的活性、保证处理效率需要为水体中提供稳定的溶解氧。因此，曝气系统应运而生。传统的曝气方式主要有机械曝气和鼓风曝气两种，其连续运行时存在能耗高、噪音大、设备费用昂贵、控制不当会破坏活性污泥团体稳定性降低处理效果等缺点，应用受到限制。

现有的生物膜板技术主要是采用悬浮布设接种丝状藻类来净化水质，菌群单一、处理效率较低、自身稳定性和环境适应性较差，水体流动性差、复氧能力低，生物膜易老化脱落，造成水体二次污染。

发明专利cn104478107a采用了鱼鳞状的梯田式跌水曝气组件，相对于传统的跌水曝气工艺来说，强化了曝气效果，但是其上所挂膜的自然生长繁殖的微生物周期长、功能菌的种类和密度都比较低，虽然有较高的复氧能力和多流态水体交换效果，整体的污染物去除能力较低，对水质净化的效果有限。

技术实现要素：

针对上述常规微生物培养效率低，生物膜活性容易衰退，导致水质净化能力降低的技术问题，本发明提出一种新的水质净化组件，通过交错镶嵌的复合结构，能够实现更高效、简便的水质净化效果，连续性强，污染物去除效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种梯级交错式生物膜板水质净化组件，所述组件呈阶梯状，每级由多个生物膜基座连续拼接而成，相邻两级生物膜基座相互嵌入错位分布，所述生物膜基座表面固定有生物膜组件。

所述的生物膜组件为培养完成的生物膜板或网格状生物膜培养槽。

所述的生物膜培养槽宽0.005m，深0.005m，纵横交错分布于所述生物膜基座表面。

所述的生物膜基座尺寸均一，生物膜基座的水流断面为弧形，使得所述水质净化组件整体上呈鱼鳞状。

所述弧形的半径优选为0.5-1m。

所述弧形的扇面角度优选为120°-140°。

所述的水质净化组件，优选的梯级数为5-10级。

所述的水质净化组件，阶梯数根据水体净化程度和复氧量自由设定，每级阶梯高度差均一，每级阶梯高度差优选0.2-0.5m。采用这种级数与高度差的设置，能够保证本发明所述的净化程度和复氧率。

所述的水质净化组件，每隔3-5级阶梯设置有生态稳定沟，所述生态稳定沟底面高度低于下一梯级，所述生态稳定沟内种植有漂浮植物，所述生态稳定沟底部设置有排泥口。生态稳定沟可用于收集脱落生物膜和废弃物。

所述的生态稳定沟宽0.3-0.5m,深1-1.5m。

本发明水流断面的设计并不具有严格局限性，可根据景观需要灵活选择半圆形、椭圆形、三角形、六边形等其他形状，但以弧形的应用效果最佳。

本发明所述梯级交错式生物膜板水质净化组件的跌水区域宽度可视具体情况而定，如8-20m，优选10m。

本发明所述梯级交错式生物膜板水质净化组件的跌水区域宽度与长度比可视具体情况而定，优选4:3，以使最合理的设计实现最好的曝气效果。

本发明还有一个目的在于提供所述梯级交错式生物膜板水质净化组件在景观设计中及曝气装置中的应用，具体应用形式为本领域技术人员所掌握，如应用在人工湿地预处理复氧系统中，或人造假山的造型设计中等，本发明对此不作特别限定。

本发明提供的水质净化组件，通过交错镶嵌的复合结构，可实现跌水曝气单元多紊态流场状态（既有简单的推流、跌水，还有相邻弧区的对流冲击）和水体多样的溶氧环境（即在扇面扩散区域的过饱和溶氧区和弧形交错结点区域的较低溶氧区），在提高跌水曝气整体复氧效果的同时，也使得在该单元具有更强的污染净化能力。利用微生物作用，水流下落过程中与生物膜组件充分接触的特点，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌气层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉，收集至生态稳定沟排入污泥干化池，生物膜板上得以生长新的生物膜，如此往复以达到降解水体污染物、增加氧的传质速率，实现快速补充生物降解污染物消耗的溶解氧，净化水质的目的。其具有较强的连续性，污染物去除效果好、布设高差灵活，能耗低，构造简单等优点。

通过在交错式梯级跌水区增加经过功能菌培养的生物模板或生物膜培养槽，可以在提高梯级平台功能菌种类和密度的同时，利用梯级跌水形成的多形态水流和氧化环境，实现污染物净化能力的极大提升，并通过便捷的生物模板或培养槽的替换结构，达到系统稳定高效运行

本发明所述梯级交错式生物膜板水质净化组件具有如下特点：①采用分级多段式跌水方案，一般以5~10级为佳，可根据净化程度和复氧量的需要在设计时自由调节。设置梯田的地点可根据处理工艺本身水位落差而定，避免了使用水泵提升水位而产生的不必要能耗。施工时可采用向下挖深或者人工垫高的方式建设，表面采用防水材料铺设，避免长期使用后污水下渗引起地基不稳等问题。②每级跌水曝气元件由多个尺寸均一的弧形跌水曝气单元连续拼接而成，相邻两级跌水曝气元件相互嵌入，交错分布。增加了紊流区和扇形扩展区，即水流经过此组件，可以产生独特的紊流状态，并形成由中心向弧形扇面扩散的水流形态，提高了空间利用率，增加了水体的滞留时间和复氧效果（比传统工艺提高2-4倍）。③生物膜与鱼鳞结构相结合。弧形断面保证水流下落过程中与生物膜板和空气充分接触，采用上下级交错排列的方式（类似鱼鳞），高低错落产生的紊流状态具有极好的复氧效果，保证水流扰动且增加了水力停留时间和氧传质动力，实现快速补充生物降解污染物消耗的溶解氧，最大限度发挥生物膜活性，提高生物膜利用效率，达到净化水质的目的。④作为废水处理的预处理环节，其多级断面为微生物的生长提供了良好的附着环境，有利于解决传统生物滤池工艺中微生物挂膜困难的问题，其自身形成一个小型系统，既可以对进入整个大处理流程的废水起到一个预处理的作用，也可作为独立净化工艺，对水体中的污染物进行高效去除。⑤进水负荷适应程度高。高污染负荷下可通过在生物膜板上覆盖活性污泥池中的高活性污泥，增强污水水质适应能力，保证净化效果。低污染负荷下可在生物膜板培养池中通过投加有强成膜能力的细菌，促使附着型生物的大量生长，当生物膜活性降低老化时，有助于生物膜的更新换洗和再培养，维持净化效果。生物膜培养槽可实现表层好养硝化和底层厌氧反硝化作用，具有脱氮功能。⑥生态稳定沟不仅能收集并脱落的生物膜和废弃物，其1-1.5m的深度足以产生好氧、兼氧及局部缺氧环境，有助于脱氮。

附图说明

图1为弧形生物膜基座示意图。

图2为本发明所述梯级交错式生物膜板水质净化组件的侧视图。

图3为本发明所述梯级交错式生物膜板水质净化组件的俯视图。

图中，1为生物膜基座，2为生物膜培养槽；5为梯级基础；6为生态稳定沟；7为排泥口；8为漂浮植物。

具体实施方式

以下实施例用于说明本应用，但不用来限制本应用范围。

实施例1

如图2所示，本实施例所述的梯级交错式生物膜板水质净化组件共设置8级阶梯，每相邻两级高差0.2m，跌水区域宽10m，长7.5m（该长度是从进入跌水区至出该区域水流的投影长度），总面积75m²。

每个生物膜基座上都用螺丝固定有培养完成的生物膜板。

本实施例所述的梯级交错式生物膜板水质净化组件采用向下挖深的方式建设，整体呈鱼鳞状分布，生物膜基座的水流断面为弧形，弧形的扇面角度为120°-140°，弧形的半径为0.5m。

本实施例所述的梯级交错式生物膜板水质净化组件从最高的梯级向下，在第三级和第四级之间，第七级和第八级之间分别设置有两个生态稳定沟，每个生态稳定沟宽0.3m，深1.5m，其内种植有漂浮植物，底部设置有排泥口，排泥口通过管道连通污泥干化池。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于：所述梯级交错式生物膜板水质净化组件共设置有10级梯级，每相邻两级高差0.5m，生物膜基座的水流断面为弧形，弧形的半径为1。生态稳定沟设置有一条，位于第5级和第6级之间，生态稳定沟宽0.5m，深1m。生物膜基座表面固定有网格状生物膜培养槽，槽宽0.005m，深0.005m，纵横交错分布于所述生物膜表面。

实施例3

与实施例1相比，区别点仅在于：所述梯级交错式生物膜板水质净化组件共设置有5级梯级。