全空间原位氮磷拦截水生态修复方法
【专利摘要】本发明涉及一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，包括如下步骤：（1）单元生物膜载体结构的设置；（2）生物膜载体的固定；（3）控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度；（4）生态浮床的设置。本发明采用生态浮床技术组合生物膜技术，将生物膜载体设置为半封闭式篮筐结构，改善了原位挂膜效果，挂膜速度快，效果好，结合水流交汇区污染物输移扩散特性，对生态浮床和生物膜的布置进行优化，达到对污染水体重点污染源和污染区进行原位氮磷拦截和处理。对环境温度变化和水体流速变化适应性强，氮磷去除效果好，可应用于城市内河水域氮磷拦截和治理。
【专利说明】全空间原位氮磷拦截水生态修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，属于水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]生态浮床通常用于生态修复城市农村水体污染或建设城市湿地景区等等。利用浮床的浮力承托水生植物，使水生植物得到一个固定的区域生长，由此水生植物通过发达的根系吸收和降解水体中污染物质；同时根系也为水中微生物生长提供良好固着载体，起到“生物膜载体”的作用，最后通过收获植物体的形式将其转移出水体，从而达到净化水质的目的。
[0003]生物膜法利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)进行有机污水处理的方法。具有水量、水质、水温变动适应性强，处理效果好，污泥量小(约为活性污泥法的3/4)、同时具有硝化和反硝化的优点。
[0004]然而，生态浮床由于漂浮在水面，其对水体的治理范围受其上水生植物根系的限制，其治理效果仅限于水面以下50cm以内区域，对大于50cm区域水体几无效果，在水体空间上存在严重的分布不均现象。而生物膜法在水位变化明显的污染水体的原位污水处理中，由于传统生物膜载体填料的使用需要构筑大型池体，以防止载体填料在水处理的过程中随水流的流失，或需要绑缚在搭建的固定的框架上来实现固定。因此，这种固定方式就无法适用于污染水体的原位处理，且污染水体原位修复也限制了曝气类动力设施的使用。环境气温的变化，特别是冬季低温，不仅对无曝气生物膜载体挂膜效果影响极大，对生态浮床的水治理效果也存在严重影响。
[0005]生态浮床技术和生物膜法均为水污染处理中应用较广的治理技术，将生态浮床技术和生物膜法相结合，可弥补生态浮床设施治理效果在水体空间中分布不均的现象，并通过耐寒菌剂的和耐寒水生植物的添加和应用改善两种技术在冬季低温的水治理效果。将生态浮床技术和生物膜法合理组合使用在水体点、面污染源的氮磷拦截和治理领域有较广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有技术中生态浮床技术在治理中存在着分布不均的效果以及生物膜法需要特殊固定框架固定且在冬季使用效果不明显，挂膜时间长，挂膜效果不好的缺点，提供了一种将篮筐状生物膜载体组合生态浮床技术应用于污染水体原位氮磷拦截的方法。
[0007]本发明采用如下技术方案:一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，采用生物膜组合生态浮床技术实现对污染水体原位氮磷拦截，包括如下步骤:
[0008](1)单元生物膜载体结构的设置:将帘式生物膜载体包围形成半封闭单元生物膜载体，单兀生物膜载体中固定生物膜载体填料，以未封闭的一面为开口面，开口面相对的一面为底面，其他为侧面，在单元生物膜载体的角部设置连接扣，在单元生物膜载体的一个侧面外的角部安装锚爪；
[0009](2)生物膜载体的固定:将单元生物膜载体的开口方向面向污染源汇入方向，使单元生物膜载体固定于需处理的水体中，所述单元生物膜载体一端固定于水体底部，另一端浮于水中，所述单元生物膜载体固定时用杆件将单元生物膜载体角部的锚爪一起叉至软底泥10~15cm处，单元生物膜载体上端距水面20~50cm，根据需要处理的水体面积及水体深度选取若干单元生物膜载体进行连接组合成生物膜载体，所述单元生物膜载体之间采用固定在单元载体各角的连接扣连接；
[0010](3)生物膜载体挂膜:在污染源排放口或雨水径流污染源区投加污水处理菌剂，所述污水处理菌剂的投加量为50~100g/m3，污水处理菌剂随水流进入生物膜载体中，被生物膜载体层层拦截，对生物膜载体进行原位挂膜；
[0011](4)控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度:改变污染水体排放终端管道铺设角度或控制雨水汇流槽/渠角度，控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度为30°~60° ;
[0012](5)生态浮床的设置:在生物膜载体上方设置生态浮床，采用定位杆将生态浮床固定于近岸边，所述生态浮床上种植有耐寒性植被，植被密度为20~35根/m2。
[0013]所述步骤⑵中的单元生物膜载体之间的间距为30~50cm。
[0014]所述步骤(1)中所述生物膜载体填料为弹性生物膜载体填料或仿水草生物膜载体填料，所述生物膜载体填料的密度20~40根/m2。
[0015]所述步骤(4)中生态浮床在水体中的铺设为需要处理水体面积的10%~30%，生态浮床与生物膜载体铺设区域重合区域为30%~50%。
[0016]所述步骤(4)中的耐寒性植被包括金边菖蒲、常绿水生鸢尾、千屈菜、再力花、香菇草、矮蒲苇和花叶卢竹中的一种或几种。
[0017]所述生物膜载体组合生态浮床的布设范围为:以污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线为生物膜在垂直水流方向上最小铺设边界，以污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源90%的等浓度曲线为生态浮床在垂直水流方向上最小铺设边界。生物膜与生态浮床铺设区域在水流方向上的设置长度最小应为污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线水体流向垂直方向距离的20倍。
[0018]所述帘式生物膜载体包围形成长方体的半封闭篮筐状单元生物膜载体，单元生物膜载体的大小为I~1.5mX 3~3.5mX I~1.5m。
[0019]所述步骤(2)中杆件为一头带叉的竹竿或木杆。
[0020]本发明的优点在于:通过采用生态浮床技术组合生物膜技术，将生物膜载体设置为半封闭式篮筐结构，改善了原位挂膜效果，不利用动力曝气，即可达到原位自然挂膜，挂膜速度快，效果好，结合水流交汇区污染物输移扩散特性，对生态浮床和生物膜的布置进行优化，达到对污染水体重点污染源和污染区进行原位氮磷拦截和处理。对环境温度变化和水体流速变化适应性强，氮磷去除效果好，可应用于城市内河水域氮磷拦截和治理。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为污染源水流交汇区设置生物膜组合生态浮床氮磷拦截设置示意图，两水流体流向夹角为60°。[0022]图2为污染源水流交汇区组合装置氮磷拦截设置示意图，两水流体流向夹角为30。。
[0023]图3为水流缓滞区设置生物膜组合生态浮床氮磷拦截设置示意图。
[0024]附图标记:1-污染水体流向、2-污染源流向、3-生物膜载体布置区、4-生态浮床布置区、5-污染物扩散等浓度曲线、6-耕水机；7_水流缓滞污染区；x-水体流向上距1，2两水体交汇点水平距离；y_水体流向垂直方向上距1，2两水体交汇点垂直距离；α -两水体流向夹角。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图【具体实施方式】对本发明作进一步说明和描述。
[0026]实施例1:
[0027]—种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，采用生物膜组合生态浮床技术实现对污染水体原位氮磷拦截:
[0028](1)单元生物膜载 体结构的设置:将帘式生物膜载体包围形成长方体的半封闭篮筐状的单元生物膜载体，单元生物膜载体的大小为lmX3mXlm，单元生物膜载体中固定弹性生物膜载体填料，密度为20根/m2，以长方体未封闭的一面为开口面，开口面相对的一面为底面，其他为侧面，在单元生物膜载体的各角设置连接扣，在单元生物膜载体的一个侧面外四角分别安装锚爪；
[0029](2)生物膜载体的固定:将单元生物膜载体的开口方向面向污染源汇入方向，使单元生物膜载体固定于需处理的水体中，所述生物膜载体一端固定于水体底部，另一端浮于水中，所述生物膜载体固定时用一头带叉的竹竿，将单元生物膜载体四角的锚爪一起叉至软底泥1cm处，生物膜载体上端距水面20cm，根据需要处理的水体面积及水体深度选取若干单元生物膜载体进行连接组合成生物膜载体，所述单元生物膜载体之间采用固定在单元载体各角的连接扣连接，生物膜载体之间的间距为30cm ；
[0030](3)生物膜载体挂膜:在污染源排放口或雨水径流污染源区投加污水处理菌剂，所述污水处理菌剂的投加量为50g/m3，污水处理菌剂随水流进入生物膜载体中，被生物膜载体层层拦截，对生物膜载体进行原位挂膜；
[0031](4)控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度:改变污染水体排放终端管道铺设角度或控制雨水汇流槽/渠角度，控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度为30° ;
[0032](5)生态浮床的设置:在生物膜载体上方设置生态浮床，采用定位杆将生态浮床固定于近岸边，所述生态浮床在水体中的铺设为需要处理水体面积的10%，生态浮床与生物膜铺设区域重合区域为30%，所述生态浮床上种植有耐寒性植被金边菖蒲和常绿水生鸢尾，植被密度为35株/m2。
[0033]如图2所示，使污染源流向2和污染水体流向I间的夹角α为30°，在生物膜载体布置区3的位置固定生物膜载体，在生态浮床布置区4固定生态浮床，根据污染物扩散等浓度曲线5中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线为生物膜在垂直水流方向上最小铺设边界，以污染物扩散等浓度曲线5中浓度为汇入污染源90%的等浓度曲线为生态浮床在垂直水流方向上最小铺设边界。生物膜与生态浮床铺设区域在水流方向上的设置长度最小应为污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线水体流向垂直方向距离的20倍。
[0034]实施例2:
[0035]一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，采用生物膜组合生态浮床技术实现对污染水体原位氮磷拦截:
[0036](I)单元生物膜载体结构的设置:将帘式生物膜载体包围形成长方体的半封闭篮筐状的单元生物膜载体，单元生物膜载体的大小为1.2mX 3.2mXl.2m，其中固定弹性生物膜载体填料，密度为30根/m2，以长方体未封闭的一面为开口面，开口面相对的一面为底面，其他为侧面，在单元生物膜载体的各角设置连接扣，在单元生物膜载体的一个侧面外四角分别安装锚爪；
[0037](2)生物膜载体的固定:将单元生物膜载体的开口方向面向污染源汇入方向，使单元生物膜载体固定于需处理的水体中，所述生物膜载体一端固定于水体底部，另一端浮于水中，所述生物膜载体固定时用一头带叉的竹竿或木杆，将单元生物膜载体四角的锚爪一起叉至软底泥12cm处，生物膜载体上端距水面30cm，根据需要处理的水体面积及水体深度选取若干单元生物膜载体进行连接组合成生物膜载体，所述单元生物膜载体之间采用固定在单元载体各角的连接扣连接，生物膜载体之间的间距为40cm ；
[0038](3)生物膜载体挂膜:在污染源排放口或雨水径流污染源区投加污水处理菌剂，所述污水处理菌剂的投加量为80g/m3，污水处理菌剂随水流进入生物膜载体中，被生物膜载体层层拦截，对生物膜载体进行原位挂膜；
[0039](4)控制污染源 排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度:改变污染水体排放终端管道铺设角度或控制雨水汇流槽/渠角度，控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度为50° ;
[0040](5)生态浮床的设置:在生物膜载体上方设置生态浮床，采用定位杆将生态浮床固定于近岸边，所述生态浮床在水体中的铺设为需要处理水体面积的20 %，生态浮床与生物膜铺设区域重合区域为40%，所述生态浮床上种植有耐寒性植被千屈菜、再力花和香菇草，植被密度为25株/m2。
[0041]实施例3:
[0042]一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，采用生物膜组合生态浮床技术实现对污染水体原位氮磷拦截:
[0043](I)单元生物膜载体结构的设置:将帘式生物膜载体包围形成长方体的半封闭篮筐状的单元生物膜载体，单元生物膜载体的大小为1.5mX 3.5mX 1.5m,单元生物膜载体中固定仿水草生物膜载体填料，密度为40根/m2，以长方体未封闭的一面为开口面，开口面相对的一面为底面，其他为侧面，在单元生物膜载体的各角设置连接扣，在单元生物膜载体的一个侧面外四角分别安装锚爪；
[0044](2)生物膜载体的固定:将单元生物膜载体的开口方向面向污染源汇入方向，使单元生物膜载体固定于需处理的水体中，所述生物膜载体一端固定于水体底部，另一端浮于水中，所述生物膜载体固定时用一头带叉的木杆，将单元生物膜载体四角的锚爪一起叉至软底泥15cm处，生物膜载体上端距水面50cm，根据需要处理的水体面积及水体深度选取若干单元生物膜载体进行连接组合成生物膜载体，所述单元生物膜载体之间采用固定在单元载体各角的连接扣连接，生物膜载体之间的间距为50cm ；
[0045](3)生物膜载体挂膜:在污染源排放口或雨水径流污染源区投加污水处理菌剂，所述污水处理菌剂的投加量为100g/m3，污水处理菌剂随水流进入生物膜载体中，被生物膜载体层层拦截，对生物膜载体进行原位挂膜；
[0046](4)控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度:改变污染水体排放终端管道铺设角度或控制雨水汇流槽/渠角度，控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度为60° ;
[0047](5)生态浮床的设置:在生物膜载体上方设置生态浮床，采用定位杆将生态浮床固定于近岸边，所述生态浮床在水体中的铺设为需要处理水体面积的30 %，生态浮床与生物膜铺设区域重合区域为50%，所述生态浮床上种植有耐寒性植被矮蒲苇、金边菖蒲和花叶卢竹，植被密度为20株/m2。
[0048]如图1所示，使污染源流向2和污染水体流向I间的夹角α为60°，在生物膜载体布置区3的位置固定生物膜载体，在生态浮床布置区4固定生态浮床，根据污染物扩散等浓度曲线5中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线为生物膜在垂直水流方向上最小铺设边界，以污染物扩散等浓度曲线5中浓度为汇入污染源90%的等浓度曲线为生态浮床在垂直水流方向上最 小铺设边界。生物膜与生态浮床铺设区域在水流方向上的设置长度为污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源50%的等浓度曲线水体流向垂直方向距离的20倍。
[0049]实验模型
[0050]以水流交汇区污染物输移扩散模型为实验模型，以交汇区最小铺设界限为实验基础，模拟研究污染物拦截降解规律。其中污染物拦截率实验，采用NaCl作为污染物进行实验。污染物降解率实验则采取水箱模拟实验，取50L富营养化水体并进行循环，原水各污染物浓度为COD:68.81mg/L ；NH3-N:1.69mg/L ；TP:0.20mg/L,根据本发明的一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，下层布置篮筐式生物膜载体，上层布置水生植物设置密度为25株/m2的生态浮床，研究污染物降解。
[0051]生态浮床水生植物设置密度为25株/m2 ;普通生物膜载体即悬挂式弹性填料生物膜，生物膜载体填料设置密度25根/m2 ;篮筐式生物膜载体即采用本发明生物膜载体结构，生物膜载体填料密度设置为25根/m2。
[0052]a:100% X (原污染物浓度-经装置降解后污染物浓度)/原污染物浓度；
[0053]b:100% X污染源汇入区经装置降解后在X方向上单位距离上的降低值/污染源汇入区原污染物浓度在X方向上单位距离上的降低值；
[0054]c:100% X污染源汇入区经装置降解后在Y方向上单位距离上的降低值/污染源汇入区原污染物浓度在Y方向上单位距离上的降低值。
[0055]表1污染物拦截降解模拟实验结果
[0056]
【权利要求】
1.一种全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:采用生物膜组合生态浮床技术实现对污染水体原位氮磷拦截，包括如下步骤: (1)单元生物膜载体结构的设置:将帘式生物膜载体包围形成半封闭单元生物膜载体，单元生物膜载体中固定生物膜载体填料，以未封闭的一面为开口面，开口面相对的一面为底面，其他为侧面，在单元生物膜载体的角部设置连接扣，在单元生物膜载体的一个侧面外的角部安装锚爪； (2)生物膜载体的固定:将单元生物膜载体的开口方向面向污染源汇入方向，使单元生物膜载体固定于需处理的水体中，所述单元生物膜载体一端固定于水体底部，另一端浮于水中，所述单元生物膜载体固定时用杆件将单元生物膜载体角部的锚爪一起叉至软底泥l(Tl5Cm处，单元生物膜载体上端距水面2(T50cm，根据需要处理的水体面积及水体深度选取若干单元生物膜载体进行连接组合成生物膜载体，所述单元生物膜载体之间采用固定在单元载体各角的连接扣连接； (3 )生物膜载体挂膜:在污染源排放口或雨水径流污染源区投加污水处理菌剂，所述污水处理菌剂的投加量为5(T100g/m3，污水处理菌剂随水流进入生物膜载体中，被生物膜载体层层拦截，对生物膜载体进行原位挂膜； (4)控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度:改变污染水体排放终端管道铺设角度或控制雨水汇流槽/渠角度，控制污染源排放口或雨水径流污染源汇入水体的角度为30°~60° ； (5)生态浮床的设置:在生物膜载体上方设置生态浮床，采用定位杆将生态浮床固定于近岸边，所述生态浮床上种植有耐寒性植被，植被密度为20-35株/m2。
2.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述步骤(2)中的单元生物膜载体之间的间距为3(T50cm。
3.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述步骤(1)中所述生物膜载体填料为弹性生物膜载体填料或仿水草生物膜载体填料，所述生物膜载体填料的密度20~40根/m2。
4.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述步骤(4)中生态浮床在水体中的铺设为需要处理水体面积的10%~30%，生态浮床与生物膜载体铺设区域重合区域为30%~50%。
5.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述步骤(4)中的耐寒性植被包括金边菖蒲、常绿水生鸢尾、千屈菜、再力花、香菇草、矮蒲苇和花叶卢竹中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述帘式生物膜载体包围形成长方体的半封闭篮筐状单元生物膜载体，单元生物膜载体的大小为1~1.5mX3^3.5mXr1.5m。
7.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述步骤(2)中的杆件为一头带叉的竹竿或木杆。
8.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述生物膜载体的铺设以污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源45%~50%的等浓度曲线为生物膜在垂直水流方向上最小铺设边界。
9.如权利要求1所述的全空间原位氮磷拦截水生态修复方法，其特征在于:所述生态浮床的铺设以污染物扩散等浓度曲线中浓度为汇入污染源90%~95%的等浓度曲线为生态浮床在垂直水流方向上最小铺设边界。
【文档编号】C02F3/34GK104030452SQ201410274456
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】周丽 申请人:江苏美尚生态景观股份有限公司