一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置的制作方法

本实用新型涉及黑臭河道原位治理的装置，特别涉及一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置，属于环境保护与生物技术领域。

背景技术：

随着我国城市经济的快速发展，城市的污水排放量不断增加，大量污染物进入河道，导致水体出现季节性或者终年黑臭。底泥挥发性硫化物，包括硫化氢和硫化铁等，是城市河道底泥主要致黑臭物质。与传统的物化处理方法相比，生物法原位去除河道中的硫化氢具有去除效率高，运行费用低，二次污染小，管理维护方便，等优点，因而得到广泛的应用。硫细菌是参与生物氧化硫化氢的主要微生物。根据获取能量的方式，硫细菌分为无色硫细菌和有色硫细菌两大类。无色硫细菌需要以氧气或硝酸盐等作为电子受体才能氧化硫化物，因此，必须向水体曝气或投加氧化剂，存在能耗高或二次污染的风险。有色硫细菌属于光合细菌中的一类，能利用光能氧化硫化物，具有去除效率高、无须投加化学物质、不产生化学污泥等优点。但向河道水体批式投放脱硫光合细菌操需要经过菌种生产、运输和投放等环节，作管理复杂，并且由于黑臭河水透光性较差，投加到水中的脱硫光合细菌很难接受到光照，相应的脱硫效果也大打折扣。通过人工补光能够促进光合细菌对黑臭底泥中硫化物的转化，但由于光合细菌具有趋光性，易在光源表面形成生物膜，阻碍光线的传递。此外，补光还可能会促进藻类的生长。

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置，其能够实现脱硫光合细菌的原位培养、投加与补光强化，从而大大提升黑臭水体中硫化物的去除效率。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置，包括，培养系统，培养系统用于培养脱硫光合细菌，并提供浮力使整个装置能够漂浮于河面上；所述的培养系统，包括，顶盖、箱体，所述的箱体内部中空且顶部开口，顶盖密封箱体的顶部开口；所述的箱体由侧壁和底板构成；顶盖上设置有贯穿的清洁孔、防水穿线孔、排气口，且防水穿线孔外侧固定有控制器；

培养系统内的所有导线均穿过防水穿线孔后与相应设备连接，且穿出防水穿线孔上方的导线直接与控制器连接；控制器用于收发、解析控制指令，同时控制各个用电设备的电流通断；

顶盖内侧安装有LED灯带，控制器上安装有光感开关，光感开关根据周围环境光照度自动开启或关闭LED灯带；

箱体外侧上安装有漂浮物、储液箱、防水计量泵、防水进料泵、进液管和溢流管。

控制器可以由数个数控开关和单片机构成，其中单片机控制数控开关电流的通断，数控开关进电端与电源连通导电、出电端分别与各个用电设备进电端连通导电。这就实现了通过单片机控制各个用电设备的电流通断。光感开关可以检测光照强度，并将光照强度参数传输至单片机，单片机与预设数值进行比对后确定是否打开LED灯带。

而单片机内置有计时程序，当时间达到后，会控制红外补光系统的红外灯珠以及电机通电，从而使得红外补光系统工作。

优选地，光感开关的光照度阈值设定在500～1000lux之间。

优选地，排气口与排气管一端连通，排气管外接一段软管，软管通过卡环锁定在顶盖上，卡环固定在顶盖上。

优选地，侧壁由平直侧壁和弧形侧壁构成；

底板上设置有导流板，导流板与平直侧壁平行并与其长度相同，导流板两端各固定有一块推流泵挡板，推流泵挡板上装有推流泵，推流泵的推流方向相对。

优选地，漂浮物由轻质材料制作，对称安装于箱体两侧；

漂浮物下方设置储液箱，储液箱内装填有用于微生物培养的浓缩液体培养基，储液箱有两个且对称分布在箱体两侧，两个储液箱底部以连通管连通，使装置两侧储液箱内的液面始终一致，保持整个箱体的配重均匀；

储液箱旁装安装有防水进料泵，防水进料泵进液口与储液箱内的浓缩液体培养基连通、出液口与箱体内部连通，防水进料泵接受控制器的指令将储液箱内的浓缩液体培养基定量泵入箱体内；

防水进料泵下方安装有防水计量泵，防水计量泵接受控制器的指令将河水定量泵入箱体内，防水计量泵和防水进料泵共用一套进液管；侧壁上还设有溢流管，溢流管一端与箱体内部连通，另一端穿出箱体。

优选地，所述的底板与排放管装配固定，且底板两端分别与PVC阻燃软管一端装配固定，所述的PVC阻燃软管另一端与红外补光系统装配固定；

排放管贯穿底板装入箱体内，且装入箱体内的一端伸出底板、且其端面与底板顶面形成高度；

排放管上安装有投菌电磁阀，投菌电磁阀用于控制排放管的通断且其开闭由控制器控制，投菌电磁阀出口与投菌软管一端连通，投菌软管另一端固定有重物。

优选地，红外补光系统用于对河底的脱硫光合细菌提供光照，从而保证其活性；

红外补光系统由PVC阻燃软管和红外光源两部分组成，PVC阻燃软管一端固定于底板上、另一端与红外光源连接；

PVC阻燃软管内部包裹导线和绳索，导线用于为红外光源供电，绳索用于将红外光源悬挂于底板上；

红外光源外观为倒棱锥形状，顶面为不锈钢散热板，棱锥四个侧面为红外面板，红外面板内侧分别布设有红外灯珠阵列；红外面板与水平面呈夹角。

优选地，红外灯珠采用激光红外灯珠，波长在800~1500nm范围内；红外面板与水平面呈的夹角在30~75范围内。

优选地，红外面板外侧位置设置有清洁刷，清洁刷与红外面板外侧贴紧且呈圆弧状。

优选地，清洁刷的驱动端与电机的输出轴装配固定，红外灯珠位于清洁区域内。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型实现了脱硫光合细菌的原位培养与投加，同时能对已投加到底泥附近的光合细菌进行补光强化，能够显著提高水体中硫化物的生物去除效率，且操作管理简便，不产生二次污染。

2. 通过光感开关控制培养系统中光源的开闭，一方面可充分利用太阳光照，节省系统的光照能耗；另一方面可防止日晒较强时培养体系中温度过高。

3. 补光系统具有靶向性高、自清洁优点。补光系统采用定向激活光合细菌的近红外波段，该波段的光线藻类难以利用，不会激活藻类的光合作用。通过清洁刷定期开启能够有效清理光源表面的生物膜等遮光的杂物，提高光利用率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型的顶盖内侧结构示意图。

图4是本实用新型的红外补光系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

参见图1-图4，一种强化黑臭河道中硫化物原位生物修复的装置，包括，培养系统、红外补光系统，培养系统用于培养脱硫光合细菌，并提供浮力使整个装置能够漂浮于河面上；红外补光系统用于对河底的脱硫光合细菌提供光照，从而保证其活性；

所述的培养系统，包括，顶盖1、箱体100，所述的箱体100内部中空且顶部开口，顶盖1密封箱体100的顶部开口；所述的箱体100由侧壁和底板110构成，侧壁由平直侧壁25和弧形侧壁24构成；优选地，所述顶盖1、侧壁由亚克力或聚碳酸酯等透明材料制成，底板110采用不透明材料制成。

顶盖1上设置有贯穿的清洁孔3、防水穿线孔26、排气口101，且防水穿线孔26外侧固定有控制器4；清洁孔3通过螺纹与螺旋盖210旋合装配，从而实现螺旋盖210对清洁孔3的密封；当装置长期运行后需要清理箱体100内部时，可通过清洁孔3人工清理装箱体100内部的残渣或侧壁内侧上的污垢。

防水穿线孔26位于顶盖1中央位置，培养系统内的所有导线均穿过防水穿线孔26后与相应设备连接，且穿出防水穿线孔26上方的导线直接与控制器4连接；

控制器4用于收发、解析控制指令，同时控制各个用电设备的电流通断，包括光感开关5、推流泵14、红外补光系统、防水进料泵9、防水计量泵8等；

顶盖1内侧安装有LED灯带2，控制器4上安装有光感开关5，光感开关5能够根据周围环境光照度自动开启或关闭LED灯带2，也就是控制LED灯带2电流的通断。优选地，光感开关5的光照度阈值设定在500～1000lux之间。

排气口101与排气管6一端连通，排气管6外接一段软管，软管通过卡环7锁定在顶盖1上，卡环7固定在顶盖1上，所述的排气管6用于平衡系统内外的气压差，也就是使得箱体100内外连通，从而使得箱体内的气压与外部相同。

参见图2，底板110中央位置上设置有导流板12，导流板12与平直侧壁25平行并与其长度相同，导流板12两端各固定有一块推流泵挡板23，推流泵挡板23上装有推流泵14。推流泵14的推流方向相对，使用时，通不过两个推流泵的推流作用，使得箱体100内部的液体进行循环流动；

箱体100外侧上安装有漂浮物13、储液箱15、防水计量泵8、防水进料泵9、进液管10和溢流管11；

漂浮物13由轻质材料制作，可安装在平直侧壁25的中央位置，对称安装于箱体100两侧，用于辅助增加装置浮力，防止侧翻。

漂浮物13下方设置储液箱15，储液箱15内装填有用于微生物培养的浓缩液体培养基，储液箱15有两个且对称分布在箱体100两侧，两个储液箱15底部以连通管16连通，使装置两侧储液箱15内的液面始终一致，保持整个箱体的配重均匀；

储液箱15旁装安装有防水进料泵9，防水进料泵9进液口与储液箱15内的浓缩液体培养基连通、出液口与箱体100内部连通，防水进料泵9接受控制器4的指令将储液箱15内的浓缩液体培养基定量泵入箱体100内；

防水进料泵9下方安装有防水计量泵8，防水计量泵8接受控制器4的指令将河水定量泵入箱体100内，防水计量泵8和防水进料泵9共用一套进液管10；

平直侧壁25上还设有溢流管11，溢流管11一端与箱体100内部连通，另一端穿出箱体100，且其水平位置低于进液管10，当箱体100内进液量异常时（过多），多余的液体将通过溢流管11溢出。

所述的底板110与排放管17装配固定，且底板两端分别与PVC阻燃软管21一端装配固定，所述的PVC阻燃软管21另一端与红外补光系统装配固定，从而使得红外补光系统通过PVC阻燃软管21悬挂在底板110上。

排放管17贯穿底板装入箱体100内，且装入箱体100内的一端伸出底板形成一定高度，其高度可以根据实际投菌量的需求调节。优选地，排放管17装入箱体100内的高度与箱体100内的有效液位深度比为1:5。

排放管17上安装有投菌电磁阀18，投菌电磁阀18用于控制排放管17的通断且其开闭由控制器4控制。投菌电磁阀18出口与投菌软管19一端连通，投菌软管19另一端固定有重物20，重物20具有一定重量，从而克服投菌软管19浮力而向下垂直，使箱体内的菌液能够沿投菌软管19投加到河底底泥附近。

参见图4，红外补光系统由PVC阻燃软管21和红外光源22两部分组成，PVC阻燃软管21一端固定于底板110上、另一端与红外光源22连接；

PVC阻燃软管21内部包裹导线和绳索，导线用于为红外光源22供电，绳索用于将红外光源22悬挂于底板上；

红外光源22外观为倒棱锥形状，顶面为不锈钢散热板27，棱锥四个侧面为红外面板28，红外面板28内侧分别布设有红外灯珠30阵列。优选地红外灯珠30采用激光红外灯珠30，波长在800~1500nm范围内。

红外面板28与水平面（不锈钢散热板27）呈一定夹角，优选地，其夹角在30~75范围内。

红外面板28外侧几何中心位置设置有清洁刷29，清洁刷29与红外面板28外侧贴紧且呈圆弧状，且其驱动端291与电机的输出轴装配固定，使用时，电机可以驱动驱动端291转动，从而使得清洁刷29以驱动端291为中心转动，形成清洁区域281。清洁刷29由红外光源22内部的时控器定期开启，一般在红外灯珠30通电发光时，电机也启动，从而驱动清洁刷29转动以刮擦清洁区域281，使得红外光可以发出。优选地，红外灯珠30位于清洁区域281内，从而可以防止红外灯珠30发出的光被遮挡。

本实用新型的运行原理及过程：

将本实用新型放置于待治理的黑臭河段上，箱体100和漂浮物13的浮力使本实用新型能够漂浮于河面上。

打开清洁口3手动加入光合细菌种液并开启整个装置，主要是接通整个装置的电源。

控制器4首先开启防水进料泵9，将储液箱15中的浓缩培养液定量泵入装置内；然后控制器4打开防水计量泵8，将设定体积的河水泵入箱体100内。

进料结束后控制器4关闭防水进料泵9、防水计量泵8，并依次开启推流泵14和LED灯带2。

箱体内的液体在导流板12的作用下循环流动，使箱体内的培养基、菌液与河水混合均匀，在LED灯带2的照射下系统中的光合细菌开始生长繁殖，菌体生长产生的气体由排气口101排出。

当光感开关5探测到外界光照较强时，控制LED灯带2断电，此时系统内的光合细菌利用外部阳光进行光异养生长；当环境光线较弱时，LED灯带2通电开启，光合细菌利用LED光线生长。

为防止液面上生长生物膜影响光传递，将推流泵14设置为定期开启，通过推流作用既能改善装置内的传质，又能卷扫液面上的生物膜和杂质。连续培养5天后，控制器4关闭推流泵14和LED灯带2、并打开装置底部投菌电磁阀18，箱体100内的菌液在重力作用下通过投菌软管19投放到底泥附近区域。当装置内的液面下降至不超过排放管17顶端时，排放管17顶端以下的液体不能继续排出，剩余的液体作为种液用于下一批次的培养。可通过调整排放管17在箱体内的高度来设定投菌量。设置的投菌时间达到后控制器4关闭投菌电磁阀18，依次开启防水进料泵9和防水计量泵8，开始下一批次的培养。

为实现硫化物持续的光生物转化，红外补光系统处于长期开启状态。随着运行时间的延续，红外面板28上逐渐生长光合生物膜，开始阻碍光的传递。定期开启的清洁刷29能够清除红外面板28上的生物膜等杂物，保证红外光较高的透过性。

本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。