一种用于河道修复的负载光合细菌的浮体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于河道修复的负载光合细菌的浮体装置。
【背景技术】
[0002]随着城镇规模快速发展，河道自然形态难以维持，水质恶化和生态失衡等问题逐渐显现，严重影响城市水环境和居民的生活质量。河流作为水资源载体不仅能够作为饮用水源，还是水产养殖、农畜生产、水上运输、水力发电、休闲旅游等的重要场所。河道作为河流的载体，与河流相互作用，决定河流的生态状况、影响河流的周围环境，由于人类活动影响，城市河道功能逐渐退化。河水出现发黑、发臭的现象并不鲜见。
[0003]现在河道环境治理更多地是利用物理、化学、生物和生态的方法减少水环境中有害物质的浓度，或者使其完全无害化。从技术角度而言，水环境修复的技术手段主要有清淤、调水等物理方法;投加药剂进行絮凝沉淀，化学除藻等化学方法以及微生物强化技术、水生植物净化技术和生物膜净化技术等生物方法。
[0004]例如，公开号为CN 102181485A的中国发明专利申请文献公开了一种促进有机废水光合细菌产氢的方法，利用纳米二氧化钛的光催化特性，提高光合细菌利用有机废水的产氢量，具体步骤如下:(I)将有机废水加入光合反应器中；(2)将产氢光合细菌接种到光合反应器中；(3)将纳米二氧化钛加入光合反应器中；(4)调节反应器内pH值及温度，收集气体。
[0005]公开号为CN 104944598A的中国发明专利申请文献公开了一种光合细菌污水处理方法，首先将光合细菌异养培养2-3天，使其处于对数生长期;然后将光合细菌菌液按5 % -5 O %体积接种到含有废水的光反应器中进行分批培养，其中所使用的废水初始浓度为3000-10000mg/L，同时给反应器中的光合细菌施加一定时间的低频低强度超声波刺激，最后光合细菌在光反应器中培养81-120小时后，回收反应器中的光合细菌，并提取菌体类胡萝卜素，同时监测废水中污染物去除的情况。
[0006]在光合细菌作为优势菌进行生物膜净化技术过程中最大的问题是如何保证光合细菌始终处于光照的条件。在以往的水体净化过程中，光合细菌处于较深的水体处，由于光照暗使其净化效率受到了极大的限制，黑暗条件更甚。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种用于河道修复的负载光合细菌的浮体装置，实现了光合细菌始终处于充足光照条件下进行高效率的代谢活动，极大地提高了污染物的去除率。
[0008]—种用于河道修复的负载光合细菌的浮体装置，包括:
[0009]由透光材料制成的中空壳体，所述中空壳体外表面负载光催化剂、内表面由透光材料和长效发光粉注塑而成；
[0010]填充于所述中空壳体内用于将所述浮体装置稳定于水面下的重物；
[0011]悬挂在所述中空壳体外表面上的弹性填料；
[0012]以及附着在所述弹性填料上的光合细菌膜。
[0013]本发明的浮体装置为中空结构，内部填充一定重物将浮体装置的主体部分稳定于水界面下，使光合细菌稳定在浅水位置充分地利用太阳光进行光合作用净化水体，在夜间所述浮体装置内层的长效发光粉可发光以供光合细菌进行光合作用，外表面涂抹的光催化剂二氧化钛P25，可以去除有机污染物，并为光合细菌提供部分无机碳源。
[0014]优选地，所述中空壳体包括位于上段的中空圆柱体、位于中段的中空圆锥体及位于下段的空心半球体，中空圆柱体、中空圆锥体和空心半球体的空腔连通，所述重物填充于空心半球体中。
[0015]本发明浮体装置为中空结构，顶部为中空圆柱体，中部为中空类圆锥体，底部为中空球体，球体空腔中填充重物;根据受力平衡设计所述浮体装置的中部类圆锥体和底部的球体可稳定在水界面以下。
[0016]进一步优选，所述弹性填料悬挂在中空圆锥体及空心半球体的外表面。
[0017]进一步优选，所述中空圆柱体与中空圆锥体衔接处的外表面上设置有用于悬挂所述弹性填料的环形槽或凸环。
[0018]环形槽或凸环使得附着光合细菌的弹性填料可用绳索稳定固定在浮体装置的外表面。
[0019 ]进一步优选，所述中空壳体中中空圆柱体、中空圆锥体和空心半球体的空腔体积比为1: (6?7): (2?3)、质量比为1: (2?3): (2?3);所述中空壳体与重物的质量比为1: (I?1.2)。在该优选比例组合下，浮体装置的中空圆柱体悬浮在水面上，中空圆锥体和空心半球体稳定在水界面以下20?30cm处，过浅，光合细菌处理的水量过少;过深，光照太暗使得光合细菌降解有机物效率降低，在该优选条件下，有利于提高光合细菌的利用率，最大可能发挥光合细菌的作用，同时有利于景观。
[0020]更进一步优选，所述中空壳体的中空圆柱体、中空圆锥体和空心半球体的空腔体积比优选为1:6:2或1:7: 3、质量比优选为1: 2或1:3，所述中空壳体与重物的质量比优选为1:1或1:1.2。
[0021 ]更进一步优选，所述中空圆柱体的高为10?30cm，中空部分的直径为I?3cm，外围直径为3?5cm;中空圆锥体高为10?30m，底面直径为20?40cm;空心半球体的半径为10?20cm，最大高度为5?8cm，厚度均都为I?1.5cm。
[0022]进一步优选地，所述重物为价格低廉、密度2.5?3.0g.cm—3的固体重物，进一步优化，选择密度为2.6?2.Sg.cm—3的散石。使得所述浮体装置始终稳定在水体界面以下20?30cm处，并使整个浮体装置重心下移，保证浮体装置不发生倾斜。
[0023]优选地，所述光催化剂的表面负载率为10%?30%。此处的表面负载率是指涂覆的光催化剂的面积占外表面积的比例。
[0024]优选地，用于注塑中空壳体内表面的材料中长效发光粉的质量百分比占3%?10%。
[0025]进一步优选地，所述光催化剂为二氧化钛P25;所述发光材料为聚甲基丙烯酸甲酯。二氧化钛P25、聚甲基丙烯酸甲酯和长效发光粉均可通过市购获得。二氧化钛P25相比一般单晶的T12,具有很强的光催化活性，而且已作为商品生产，普及性好;经过大量实现比较发现PMMA透光率最高且在水中不会溶胀。
[0026]本发明浮体装置的外表面材料采用透明轻质塑料，优选采用透光度达93%以上，密度为1.16?1.20g.cm—3的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。保证光合细菌的光照条件，同时大幅度减轻了所述浮体装置的重量。
[0027]本发明在浮体装置的外表面负载一层无毒光催化剂，作为优选，采用目前应用成熟的光催化剂二氧化钛P25。所述光催化剂二氧化钛P25在光照条件下产生的光生空穴具有极强的得电子能力，可夺取有机物或溶液中的电子，使原本不吸收光的物质都被活化，因此具有很强的氧化能力，将其表面吸附的0H—和H2O分子氧化成自由基.0H，再由.0H无选择地将有机物氧化，最终降解为COdPH2O等简单的无机物。因此，所述光催化剂既可以去除有机污染物，同时可为光合细菌提供部分无机碳源，而且光照条件下产生的光生电子可促进光合细菌的生长。
[0028]优选地，采用溶胶-凝胶法制备得到二氧化钛溶胶，将所得二氧化钛溶胶涂覆在浮体装置外表面上，优选涂覆在中空圆锥体和空心半球体的外表面上，表面负载率为10%?30 %。负载量过大会导致所述浮体装置的透光度减弱；负载量过小会减弱光催化剂二氧化钛P25的净水效率。
[0029]浮体装置的内表面材料采用发光剂与PMMA的注塑材料，进一步优选，采用密度为3.5?3.7g.cm—3的长效发光粉，投加质量比为3%?10%。投加比例过高，会增加注塑难度，甚至使材料发黑;投加比例过低，夜晚光照强度不够，使得光合细菌降解速率降低。
[0030]优选地，所述弹性填料包括若干弹性填料单体，每个弹性填料单体由中心绳和固定在中心绳上且以中心绳为中心呈辐射分布的若干填料丝条，所述弹性填料单体通过中心绳固定在壳体外表面上，所述光合细菌膜附着在填料丝条上。采用该优选方式设置的弹性填料比表面积大，有利于光合细菌的附重，增加光合细菌的附着量，从而提高装置的处理效率。
[0031]所述弹性填料为水处理领域常规填料，可通过市售获得，例如:可以选择聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用拉丝、丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体弹性填料的单体。
[0032]优选地，所述光合细菌膜中的光合细菌由河道表层污泥在太阳光暴晒条件下，间断投加紫色非硫细菌培养基驯化7?15天得到。
[0033]紫色非硫细菌培养基优选为沼泽红假单胞菌(CiCC 23812 Rhodopseudomonaspalustris)或类球红细菌(CiCC 10287 Rhodobacter sphaeroides)培养基。
[0034]本发明的光合细菌也可通过其他常规方法得到，光合细菌在弹性填料上的挂膜方式为常规方式。
[0035]进行河道修复时，将本发明浮体装置悬浮于待处理河道水体中，装置投加密度为3?6个/m2。投加数量过多，会使河道过于拥挤，影响河道正常使用;投加数量过少，会使河道修复质量达不到理想状况。
[0036]本发明去除污染物原理:
[0037]昼间反应:附着在弹性填料上的光合细菌在日照条件下，利用污染水体中的各种有机化合物作为碳源和电子供体进行生长繁殖，使得污染水体的有机污染物浓度明显降低。负载在所述浮体装置外表面的光催化剂二氧化钛P25可以去除有机污染物，并为光合细菌提供部分无机碳源，光照条件下产生的光生电子可促进光合细菌的生长。
[0038]夜间反应:浮体装置内层的长效发光粉在夜间发光，为光合细菌提供光源。使得生物膜内表面上的光合细菌也得以降解有机物并进行生长繁殖。
[0039]本发明的浮体装置外层由透光率93%以上的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制得，并在外表面上负载光催化剂二氧化钛P25，表面负载率为10%?30 % ;内层由投加质量比为3%?10%的长效发光粉和PMMA注塑而成，可