本实用新型涉及一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，属于工业废水污水处理技术领域。
背景技术：
黑臭水体是水体有机物污染的一种极端表现，大部分水体黑臭机理基本一样，它是由于水体缺氧，有机物腐败而造成的。当大量的有机污染物进入水体，在好氧微生物的生化作用下，消耗了水体中大量的氧气，使水体转化成缺氧状态，致使厌氧细菌大量繁殖，有机物腐败、分解、发酵使水体变黑、变臭。日前，黑臭水体中溶解氧低、好氧微生物量少导致有机质腐败严重，严重影响了生态环境的治理，而人们对生态环境的美好愿望却日益强烈。
综合一些国内外处理黑臭水体的技术方法，常用的有截污、调水、底泥清淤、引水稀释、人工造流等物理修复技术，化学絮凝、铁盐促磷沉淀、加石灰脱氮等化学修复技术，以及植物修复、微生物等生物修复技术。其中物理修复技术，短期效果明显，但一般投资大，长期稳定性差，黑臭容易卷土重来；化学修复技术显而易见会造成二次污染；而以生物技术具有成本低、处理效果好、避免二次污染、稳定运行等很多优点被广泛用于治理黑臭水体，与生态环境因素结合考虑综合治理，效果较好，深受业主青睐。
生物-生态浮床主要是将高等水生植物或改良后的陆生植物运用无土栽培技术种植到浮于水面的床体上，通过植物根系的吸收、吸附作用和根系附着微生物的降解作用，削弱水体中的N、P等营养元素，并以收获植物体的形式将其搬离水体，达到净化水质的作用并兼具环境美学功能。主要净化机理是利用植物根系形成生物膜，通过氨氧化、反硝化作用等途径，将污染物吸收或转化，同时利用浮床植物在营养物质、光照等方面的竞争优势，抑制藻类生长。传统的生态浮床存在以下不足：少量的植物同化吸收和相对有限的根系生物膜生物降解导致传统生态浮床净化效果一直不佳，植物根系与生物填料因没有很好的配合而缺乏耦合效应，生态系统内的微生物没有得到强化，浮床植物和生物膜形成的复氧区域因溶解氧分布不均、传氧离子动力机制运行效率低，组合浮床因材质、结构及受风、水流、植物根系等的作用导致床体结构受损严重而达不到预期使用寿命。其弊端尤其在黑臭水体治理领域对水体中曝气复氧能力、床体结构抗风险能力、床体系统内生物-植物根系修复能力更加明显。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本实用新型在于提供一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，旨在解决目前的生物-生态浮床在黑臭水体治理领域对水体中富氧能力、床体结构抗风险能力、床体系统内生物-植物根系修复能力的不足，可长期高效的进行水体净化，从根本上解决黑臭水体的污染问题。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，包括曝气机1，浮床床体2，浮筒3，微孔曝气管5，保护网6，水生植物8，还包括m个处理组9；所述m≥1；任意一个处理组9包含a个弹性填料组4和b个固定化微生物小球组7；所述a≥2；所述b≥2；所述浮床床体2上种植有水生植物8；浮床床体2 下方带有保护网6；处理组9、微孔曝气管5置于保护网6的内部，保护网6可保护弹性填料在水流速度下波动小；保护网6外侧设置有浮筒3；在保护网6内部设置n排微孔曝气管5，所述n≥2；曝气机1通过管道与微孔曝气管5相连并置于浮床床体2上方；
所述处理组9中，弹性填料组4与固定化微生物小球组7交替分布，所述同一个处理组中相邻固定化微生物小球组7之间间隔10～30cm；
所述每排微孔曝气管5中有p条微孔曝气管5，所述p≥1；每条微孔曝气管 5上布置有q个微孔曝气盘，所述q≥5，所述每排微孔曝气管5成横向分布。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述浮床床体2上铺有苯乙烯泡沫板，板上设有种植孔，水生植物8通过种植孔种植在苯乙烯泡沫板上，漂浮在一体化装置内的水面上。水生植物，利用其根部与水体微生物的协同作用，创造局部微氧环境，能高效去除水中的氮和磷。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述浮筒3有r个，所述r≥2，r的实际数量根据一体化装置的大小进行调整，分别设置在浮床床体 2四周的下方，浮筒3通过2～4根粗PVC空管连接起来作为生态浮床的骨架结构，带有种植孔的苯乙烯泡沫板直接固定在骨架结构上。浮筒的目的是增强浮床的浮力，确保浮床上放置的曝气机不至于下沉。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，每排微孔曝气管5中有p条微孔曝气管5，所述P≥3，P的实际数量根据一体化装置的大小进行调整，微孔曝气管5的直径为8～10mm，每排内相邻2条微孔曝气管5的间距为2～4cm，垂直于水平面方向相邻两排微孔曝气管5之间的距离为40～50cm。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，保护网6内部设置2 排微孔曝气管5，2排微孔曝气管5相互平行，在保护网6底部及中间位置各设置1排微孔曝气管5，所述微孔曝气管5与导气管相连，再与曝气机1连接，所述导气管沿保护网6内壁竖直分布，所述2台曝气机1以浮床床体2中心线为中心对称分布。对称分布的曝气机可以保证一体化装置的重力分布均匀。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，每条微孔曝气管5上布置q个微孔曝气盘，所述q≥10，q的实际数量根据一体化装置的大小进行调整，每条微孔曝气管5上的相邻2个微孔曝气盘的间距为5～8cm，微孔曝气盘的直径为2～4cm，所述微孔曝气盘为陶瓷材料，其结构内部具有若干贯通的孔径为 15～30nm的微细气孔。曝气盘内外具有高压差，曝气时微孔张开，产生大量大小一致、细密均匀的气泡，气孔微小有利于气泡均匀性的形成和增强氧的传递速率，大大增强气液接触面积，氧利用率高达45％以上，为水体创造了高效的溶氧通道。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，包括m个处理组9；所述m≥5；m的实际数量的根据处理的需求进行调整，所述处理组9成竖向分布，立体空间上相邻两条处理组9之间的距离为2～4cm；处理组9采用弹性填料的中心绳用于连接和固定，最上端固定在浮床床体2上，最下端固定在保护网6 底部。在处理组9与微孔曝气管5相重合的地方，另外用一根绳子将其固定于微孔曝气管5上，利于后续操作。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，任意一个处理组9包含a个弹性填料组4和b个固定化微生物小球组7；所述a≥3，所述b≥2，a和 b的实际数量根据一体化装置的大小进行调整，所述固定化微生物小球组7按4～5 个固定化微生物小球为一组，所述弹性填料为立体弹性填料。固定化微生物小球按4～5个为一组直接绑在中心绳上，或者将先将固定化微生物小球按4～5个绑在一起，再通过尼龙绳绑在中心绳上。这种弹性填料组与固定化微生物小球组交替分布的组合其目的一是可以加快微生物挂膜，二是增加了微生物的附着面积，也使得微生物分布均匀，并可充分利用不同水层中的微生物生长特性而为其快速生长创造条件，有利于发挥浮床系统内微生物处理效率。
优选的，任意一个处理组9中，弹性填料组4与固定化微生物小球组7交替均匀分布，所述固定化微生物小球组7之间间隔30cm。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法为：
1)按8～15wt％聚乙烯醇、2～5wt％海藻酸钠浸泡于水中，浸泡后加热溶解形成混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
2)取好氧活性污泥与上述混合溶液混合均匀；形成混合物；所述好氧活性污泥按活性污泥与溶液按体积比(1～1.2):(1.4～1.8)混合；
3)向上述混合物中滴入含2～4wt％CaCl2、3～8wt％H3BO3的混合溶液，搅拌交联；
4)过滤后即得固定化微生物小球，将小球清洗干净，然后冷藏以备用。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法1)中，浸泡时间为24～48h。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法3)中，混合溶液先经冰浴处理，混合溶液的滴加量占比为混合物体积的15～30％。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法3)中，搅拌交联的时间为24～48h。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法4)中，所得固定化微生物小球的颗粒大小直径为3～6cm；孔隙率为30％～50％。
优选的，本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球的制备方法为：
1)按12wt％聚乙烯醇、3wt％海藻酸钠浸泡于水中，浸泡时间为24h后加热溶解形成混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
2)取好氧活性污泥与上述混合溶液混合均匀；形成混合物；所述好氧活性污泥按活性污泥与溶液按体积比1:1.7混合；
3)混合溶液先经冰浴处理后，向上述混合物中滴入含3wt％CaCl2、6wt％H3BO3的混合溶液，混合溶液的滴加量占比为混合物体积的25％，搅拌交联，交联24h；
4)过滤后即得固定化微生物小球，将小球清洗干净，然后冷藏以备用。
优选的，本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述固定化微生物小球7的制备方法4)中，所述固定化微生物小球的颗粒大小直径范围为 3～6cm；孔隙率为42.56％。
本实用新型一种微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，所述保护网6材质为 PVC，保护网6带有圆形和方形通道。可防止水流冲散弹性填料，最大限度的保护弹性填料的初始状态，保证其处理效果。
本实用新型一种黑臭水体处理方法，应用如上述的一体化装置，将一体化装置置于待处理黑臭水体中，保护网6置于水体内，曝气机1置于水体外，水生植物8的根系置于水体内，装置安置好后，通电，启动曝气机1即可。
本实用新型的原理和优势：
将一体化装置组装完成后，放置于待处理的黑臭水体中。通电后，启动曝气机，曝气机将空气通过曝气管路中的微孔纳米陶瓷曝气盘冲出。由于曝气盘内外压力相差较大，气体高速通过微孔纳米级陶瓷孔，易生成纳米级的微纳米气泡而飘逸在水体中。微纳米级气泡在上升的过程中与水体中的物质相互交换，由于气 -水界面接触面积很大，易迅速将气泡中的物质溶解到水体中，尤其是水体中急需的溶解氧。当水体中氧含量提高后，好氧微生物开始占主导作用，并在组合弹性填料表面形成好氧生物膜，提高一体化装置的处理效率。
本一体化装置设置两层曝气装置，两层曝气管为间隔布设，不仅可使曝气的均匀性更好，还可以提高曝气效率和实际曝气效果，水体中的溶解氧量比常规的技术手段提高10％～20％。
固定化微生物中的微生物作为菌源予以配合，更高效的发挥微生物处理的效率。固定化微生物在弹性填料上每隔10～30cm处绑定4～5个为一组的含有微生物的固定化微生物小球，可充分利用不同水层中的微生物生长特性而使其快速生长。
同时在一体化装置上依景观要求种植绿色植物，其植物根系与水体微生物之间形成局部的根系-微生物协同作用体系吸收氮和磷等营养物质，从而可以去除部分水体中的氮和磷。
本实用新型应用上述一体化装置处理黑臭水体，通过上述几个方面的协同增效的作用即解决了因溶解氧含量低、好氧微生物量低、有机质腐败引起黑臭水体发臭、发黑的问题，又能解决水体生态问题。能长期提高水体的处理效率，保障水体中溶解氧含量和好氧微生物量处于正常范围，从而根本上解决黑臭水体的污染问题，还人们一片和谐生态。
附图说明
附图1为微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置的示意图。
在图中，1、曝气机；2、浮床床体；3、浮筒；4、弹性填料组；5、微孔曝气管；6、保护网；7、固定化微生物小球组；8、水生植物；9、处理组。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本实用新型内容，而不是限制本实用新型权利要求的保护范围。
实施例1
一体化装置制作如下：
自制长宽高为2m×1m×1.2m的微孔曝气-生物-生态浮床一体化装置，该一体化装置由曝气机1，浮床床体2，浮筒3，微孔曝气管5，保护网6，水生植物8、处理组9组成，其中处理组9由弹性填料组4和固定化微生物小球组7组成。
采用2根2mDN300PVC管，两端用管帽封住，用作浮筒3。用1mDN200PVC 管的4根均匀的焊接在浮筒3上，管道内形成空的通道，以便产生浮力。由此组成浮床床体2骨架结构。然后在骨架上铺设处理组9所需的支撑PVC杆，顶层 25根形成浮床床体2的结构，底层25根形成保护网6的底部，共50根。顶层 PVC杆每根上挂25排1.1m长弹性填料，弹性填料每排间隙2cm，其底端绑在底层的PVC杆上。然后将直径为3～6cm的固定化微生物小球以5个为一组组成微生物小球组7，将其绑定在弹性填料中靠近顶层PVC杆的中心绳上，在与弹性填料重合的地方，剪去弹性填料，保留中心绳，在相距30cm的间距位置，再按上述方式绑定微生物小球，最终在1.1m的弹性填料上就形成了具有3个弹性填料组4及3个固定化小球组的一个处理组9，原弹性填料的中心绳即成为了处理组9的中心绳，采用同样的方式制作与固定其余24组处理组9。按照生态浮床上面的情况，定制带有种植孔的苯乙烯泡沫板直接固定在骨架结构上，间距 20cm×20cm，浮床上种植菖蒲。菖蒲植株高3～4cm，栽在盛10cm厚的花盆里后放置于浮床种植孔上。将两台曝气机1，有效曝气量为20～40L/min，总重12kg，置于浮床床体上方，在浮床中心线相对称的位置分布。生态浮床中部和底部设置两排微孔曝气管5，两层微孔曝气管5间隔布设，两排共布设24条，两排微孔曝气管5在垂直平面的距离为50cm，曝气管的直径为8mm；每条微孔曝气管5 上布置有10个微孔的曝气盘，曝气盘的直径为2cm；每排微孔曝气管5成横向分布，通过一条竖行导气管连接，再与一台曝气机1相连，然后再用PVC杆做好外围，由底层PVC杆及外围PVC杆形成了保护网6，这样一体化装置成型。
微生物固定化小球制备如下：
1)按12wt％聚乙烯醇、3wt％海藻酸钠浸泡于水中，浸泡时间为24h后加热溶解形成混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
2)取好氧活性污泥与上述混合溶液混合均匀；形成混合物；所述好氧活性污泥按活性污泥与溶液按体积比1:1.7混合；
3)混合溶液先经冰浴处理后，向上述混合物中滴入含3wt％CaCl2、 6wt％H3BO3的混合溶液，混合溶液的滴加量占比为混合物体积的25％，搅拌交联，交联24h。
4)过滤后即得固定化微生物小球，将小球清洗干净，然后冷藏以备用。经测量与计算，固定化微生物小球的颗粒大小直径范围为3～6cm；孔隙率为42.56％。
应用如下：
先用扁担将一体化装置绑好，通过吊机放入水深2.5m的含有黑臭水体的水塘中，待妥当后撤出扁担。保护网置于水体内，曝气机置于水体外，水生植物的根系置于水体内，安置好后，通电，启动曝气机，曝气量选择为30L，曝气管道 24h不间断曝气。
实验运行一周后，以实验装置中水质的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值和实验装置外1m处水体的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值作对比。结果表明，实验装置中水体的解氧量、氧化还原电位值、色度值分别比实验装置外1m 处相对应的低93.25％、89.42％和98.27％，实验效果明显，符合实验预期。取实验继续连续运行15天、30天、60天的实验数据作对比，发现其偏差波动范围均不超过1.5％，实验结果符合实验目的。
对比例1
一体化装置制作如下：
自制长宽高为2m×1m×1.2m的微孔曝气-生物-生态浮床处理黑臭水体一体化装置，该一体化装置由曝气机1，浮床床体2，浮筒3，微孔曝气管5，保护网6，水生植物8、处理组9组成，其中处理组9由弹性填料组4和固定化微生物小球组7组成。
采用2根2mDN300PVC管，两端用管帽封住，用作浮筒3。用1mDN200PVC 管的4根均匀的焊接在浮筒3上，管道内形成空的通道，以便产生浮力。由此组成浮床床体2骨架结构。然后在骨架上铺设处理组9所需的支撑PVC杆，顶层 25根形成浮床床体2的结构，底层25根形成保护网6的底部，共50根。顶层 PVC杆每根上挂25排1.1m长弹性填料，弹性填料每排间隙2cm，其底端绑在底层的PVC杆上。然后将直径为3～6cm的固定化微生物小球以5个为一组组成微生物小球组7，将其绑定在弹性填料中靠近顶层PVC杆的中心绳上，在与弹性填料重合的地方，剪去弹性填料，保留中心绳，在相距30cm的间距位置，再按上述方式绑定微生物小球，最终在1.1m的弹性填料上就形成了具有3个弹性填料组4及3个固定化小球组的一个处理组9，原弹性填料的中心绳即成为了处理组9的中心绳，采用同样的方式制作与固定其余24组处理组9。按照生态浮床上面的情况，定制带有种植孔的苯乙烯泡沫板直接固定在骨架结构上，间距 20cm×20cm，浮床上种植菖蒲。菖蒲植株高3～4cm，栽在盛10cm厚的花盆里后放置于浮床种植孔上。将两台曝气机1，有效曝气量为20～40L/min，总重12kg，置于浮床床体2上方，在浮床床体2中心线相对称的位置成对分布。在生态浮床中部和底部布设微孔曝气管5，为两层曝气装置，两层微孔曝气管5间隔布设，两排共布设24条，两排微孔曝气管5在垂直平面的距离为50cm，曝气管的直径为8mm；所述曝气管为PVC管道；管道有若干0.05mm的微孔，每排微孔曝气管成横向分布，通过一条连接竖行导气管，再与一台曝气机1相连，然后再用 PVC保护网做好外围，由底层PVC杆及外围PVC杆形成了保护网6，这样一体化装置成型。
微生物固定化小球制备如下
按专利(CN 201410516698.2)所提供的最佳微生物固定化小球的制备方式来制备固定化微生物小球。
应用如下：
先用扁担将一体化装置绑好，通过吊机放入水深2.5m的含有黑臭水体的水塘中，待妥当后撤出扁担。保护网6置于水体内，曝气机1置于水体外，水生植物8的根系置于水体内，安置好后，通电，启动曝气机，曝气量选择为30L，曝气管道24h不间断曝气。
实验运行一周后，以实验装置中水质的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值和实验装置外1m处水体的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值作对比。结果表明，实验装置中水体的解氧量、氧化还原电位值、色度值分别比实验装置外1m 处相对应的低52.13％、58.29％和83.21％。对比例中采用了其他专利中最佳制备方式以制备微生物小球，同时微孔曝气管采用了目前常用的直接带微孔的PVC 管，然而实验处理效果不佳。
对比例2
一体化装置制作如下：
自制长宽高为2m×1m×1.2m的微孔曝气-生物-生态浮床处理黑臭水体一体化装置，该一体化装置由曝气机1，浮床床体2，浮筒3，微孔曝气管5，保护网6，水生植物8、处理组9组成，其中处理组9由弹性填料组4和固定化微生物小球组7组成。
采用2根2mDN300PVC管，两端用管帽封住，用作浮筒3。用1mDN200PVC 管的4根均匀的焊接在浮筒3上，管道内形成空的通道，以便产生浮力。由此组成浮床床体2骨架结构。然后在骨架上铺设处理组9所需的支撑PVC杆，顶层 25根形成浮床床体2的结构，底层25根形成保护网6的底部，共50根。顶层 PVC杆每根上挂25排1.1m长弹性填料，弹性填料每排间隙2cm，其底端绑在底层的PVC杆上。然后将直径为3～6cm的固定化微生物小球以3个为一组组成微生物小球组7，将其绑定在弹性填料中靠近顶层PVC杆的中心绳上，在与弹性填料重合的地方，剪去弹性填料，保留中心绳，在相距40cm的间距位置，再按上述方式绑定微生物小球组，最终在1.1m的弹性填料上就形成了具有2个弹性填料组4及3个固定化小球组的一个处理组9，原弹性填料的中心绳即成为了处理组9的中心绳，采用同样的方式制作与固定其余24组处理组9。按照生态浮床上面的情况，定制带有种植孔的苯乙烯泡沫板直接固定在骨架结构上，间距 20cm×20cm，浮床上种植菖蒲。菖蒲植株高3～4cm，栽在盛10cm厚的花盆里后放置于浮床种植孔上。将两台曝气机1，有效曝气量为均20～40L/min，总重 12kg，置于浮床床体2上方，在浮床床体2中心线相对称的位置成对分布。在生态浮床中部和底部布设微孔曝气管5，为两层曝气装置，两层微孔曝气管5间隔布设，两排共布设24条微孔曝气管5，两排微孔曝气管5在垂直平面的距离为 50cm，微孔曝气管的直径为8mm；每条微孔曝气管上布置有10个微孔的曝气盘，曝气盘的直径为2cm；每排微孔曝气管5成横向分布，通过一条连接竖行导气管，再与一台曝气机1相连。然后再用PVC保护网做好外围，处理组9的最下端，固定在保护网6的底部，这样一体化装置成型。
微生物固定化小球制备如下：
1)按12wt％聚乙烯醇、3wt％海藻酸钠浸泡于水中，浸泡时间为24h后加热溶解形成混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
2)取好氧活性污泥与上述混合溶液混合均匀；形成混合物；所述好氧活性污泥按活性污泥与溶液按体积比1:1.7混合；
3)混合溶液先经冰浴处理后，向上述混合物中滴入含3wt％CaCl2、 6wt％H3BO3的混合溶液，混合溶液的滴加量占比为25％，搅拌交联，交联24h。
4)过滤后即得固定化微生物小球，将小球清洗干净，然后冷藏以备用。经测量与计算，固定化微生物小球的颗粒大小直径范围为3～6cm；孔隙率为42.56％。
应用如下：
先用扁担将一体化装置绑好，通过吊机放入水深2.5m的含有黑臭水体的水塘中，待妥当后撤出扁担。保护网6置于水体内，曝气机1置于水体外，水生植物8的根系置于水体内，安置好后，通电，启动曝气机1，曝气量选择为30L，曝气管道24h不间断曝气。
实验运行一周后，以实验装置中水质的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值和实验装置外1m处水体的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值作对比。结果表明，实验装置中水体的溶解氧量、氧化还原电位值、色度值分别比实验装置外1m处相对应的低46.72％、60.46％和80.17％。由于微生物小球的数量不够，处理的效果不佳。