一种高挂膜量螺旋形柔性载体结构及其应用

本发明涉及水生态修复技术领域，特别是涉及一种高挂膜量螺旋形柔性载体结构及其应用。

背景技术：

生态浮床又称人工浮床和生态浮岛，是20世纪80年代发展起来并成为污染水体生态修复的主要技术手段之一。生态浮床的构造，一般包括浮床上的水生植物、浮床床体和浮床下方的柔性载体。其去除污染物的机制主要是靠浮床上的植物根系和柔性载体上的生物膜吸收转化，还有少量为柔性载体吸附。

柔性载体是生态浮床中重要的人工介质填料。柔性载体的主要作用是为微生物提供一个寄居环境，水体中的微生物、浮游植物等附在其表面形成一层生物膜。生物膜以水中的污染物质合成自身生长所需物质，利用自身代谢功能的吸收、降解、转化，去除水中污染物质。柔性载体的微生物挂膜效果将直接影响生态浮床对污染水体的净化效果,但是，目前使用的柔性载体微生物挂膜量较少，挂膜效果较差，很难达到较好的净化效果。

因此，通过一定的技术手段或方法对柔性载体加以改进，提高其挂膜量，对生态浮床中柔性载体的除污效果有着重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中柔性载体微生物挂膜量较少的缺陷，而提供一种高挂膜量螺旋形柔性载体结构，将柔性载体缠绕在螺旋形固定结构上，通过增加水中污染物与柔性载体的接触时间，提高柔性载体上的不动杆菌属(acinetobacter)、肠杆菌属(enterobacter)和柠檬酸杆菌属(citrobacter)等微生物挂膜量。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种高挂膜量螺旋形柔性载体结构，包括可供微生物附着的柔性载体和为所述柔性载体提供结构支撑的的螺旋形固定结构，所述柔性载体缠绕在所述螺旋形固定结构上。

在上述技术方案中，所述柔性载体包括辫带式柔性载体、超细纤维柔性载体、细纤维式柔性载体、螺旋式柔性载体、组合式柔性载体、细绳状柔性载体和立体弹性柔性载体中的一种或任意长度比例的组合。

在上述技术方案中，所述螺旋形固定结构为硬性塑料材质。

在上述技术方案中，所述螺旋形固定结构中螺旋单体的环直径为80-100mm。

在上述技术方案中，所述螺旋形固定结构的上下两个相邻螺旋单体结构间距为75-100mm。

在上述技术方案中，所述螺旋形固定结构的两端通过细线固定(即使用一根细线，将其两端分别系在螺旋形固定结构的两端)。

在上述技术方案中，所述螺旋形固定结构的底端连接有重力坠子。

本发明的另一个目的，高挂膜量螺旋形柔性载体结构在生态浮床中的应用，所述高挂膜量螺旋形柔性载体结构垂直悬挂于生态浮床的下方。

在上述技术方案中，所述高挂膜量螺旋形柔性载体结构的最上端与水面距离为500mm。

在上述技术方案中，柔性载体为立体弹性柔性载体的高挂膜量螺旋形柔性载体结构相比于直接悬挂的立体弹性柔性载体，单位质量的柔性载体脂磷量提高幅度大于20％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的高挂膜量螺旋形柔性载体结构，利用直接浸没在水中的螺旋形柔性载体结构，在不影响水流使用功能的前提下，该螺旋形柔性载体结构对水体流动方向产生一定的扰动，增加水中污染物与载体的接触时间，促进螺旋形柔性载体结构上的微生物挂膜量的提高。

2.本发明提供的高挂膜量螺旋形柔性载体结构，由于其高挂膜性能，便于生物膜对水中污染物的去除。同时由于螺旋形柔性载体结构上形成了生物膜的好氧与厌氧层，可以有效的对河水进行脱氮。

附图说明

图1所示为实施例1中螺旋形柔性载体的结构示意图。

图中：1—柔性载体，2—水面，3—螺旋形固定结构，4—细线，5—重力坠子，6—河底，d1—螺旋形固定结构中螺旋单体的环直径，d2—螺旋形固定结构的上下两个相邻螺旋单体结构间距。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

市面上(江苏金派斯环保科技有限公司)购买立体弹性柔性载体，弹性纤维丝直径为φ150mm，长度为1000mm。如图1所示，将其缠绕在硬性塑料材质的螺旋形固定结构上(称之为螺旋形柔性载体)。其中螺旋形固定结构中螺旋单体的环直径为100mm，上下两个相邻螺旋单体结构间距为75mm。螺旋形固定结构的两端通过尼龙细线固定，以确定最大受力距离，防止螺旋形柔性载体因重力过大变形。将上述螺旋形柔性载体垂直悬挂于直径为500mm的木质圆环上，底端连接有重力坠子对其进行竖直拉伸。

将悬挂有螺旋形柔性载体的木质圆环(编号为8)用尼龙绳栓紧，放入天津大学东北门处的洪泥河中挂膜，螺旋形柔性载体的最上端与水面距离为500mm，挂膜实验周期为31天。

本结构设计以生物接触氧化法为原理，以在河道水中放置柔性载体，将柔性载体完全浸没与水中，使载体上形成生物膜，生物膜吸附、吸收降解河水中污染物，净化河道水质。

对比例1

市面上购买立体弹性柔性载体，弹性纤维丝直径为φ150mm，长度为1000mm，垂直悬挂于直径为500mm的木质圆环上，底端连接有重力坠子对其进行竖直拉伸。

将悬挂有立体弹性柔性载体的木质圆环(编号为7)用尼龙绳栓紧，放入天津大学东北门处的洪泥河中挂膜，螺旋形柔性载体的最上端与水面距离为500mm，挂膜实验周期为31天。

对比例2

市场上购买以下柔性载体，分别是：辫带式柔性载体、超细纤维柔性载体、细纤维式柔性载体、螺旋式柔性载体、组合式柔性载体、细绳状柔性载体，各种柔性载体详情见表1。

分别垂直悬挂于直径为500mm的木质圆环(编号一次为1-6)上，底端连接有重力坠子对其进行竖直拉伸。

表1各柔性载体基本特征

将悬挂有立体弹性柔性载体的木质圆环用尼龙绳栓紧，放入天津大学东北门处的洪泥河中挂膜，螺旋形柔性载体的最上端与水面距离为500mm，挂膜实验周期为31天。

实施例2

本实施例对实施例1和对比例1和2进行数据分析。通过监测螺旋形柔性载体的生物量变化，并与其他六种柔性载体对比分析，评价螺旋形柔性载体的挂膜效果。

所有柔性载体置于相同环境条件下，其环境指标见表2：

表2所处环境指标

实施例1、对比例1和对比例2中单位质量的柔性载体的脂磷量含量如表3：

表3单位质量的柔性载体脂磷量含量(nmolp/g)

注：1nmolp约相当于大肠杆菌(e.coli)大小的细胞10⁸个。

从表3可以看出，第18天时，部分开始出现脂磷含量峰值，第25天时，基本成熟，第31天时，所有柔性载体挂膜完全成熟并稳定。

经过挂膜实验结果分析可知，立体弹性柔性载体(编号7)的脂磷含量要远高于其他六种(编号1-6)，增幅范围为77.98％～200.93％，说明立体弹性柔性载体的挂膜效果优于其他种类的柔性载体。而螺旋形柔性载体(编号8)与相同材料的普通立体弹性柔性载体(编号7)相比，其脂磷含量明显提高(增幅23.41％)，说明螺旋形柔性载体的挂膜效果优于同材料的立体弹性柔性载体。亦说明螺旋形柔性载体挂膜效果优于其他各种柔性载体。

这主要是因为，螺旋形柔性载体在不影响水流使用功能的前提下，该结构载体对水体流动方向产生一定的扰动，增加水中污染物与载体的接触时间，促进载体上的微生物挂膜量的提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。