CN101817591B - 一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污染水体净化的处理方法或工艺；一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于该方法包括植物吸收利用单元(1)、水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元(2)、微生物挂膜强化单元(3)和框架(4)；在框架(4)的顶部、底部和四围固定不锈钢丝网(6)；所述的植物吸收利用单元(1)由框架顶部上设有支撑基质(7)和浮床植物(5)构成；浮床将穿过水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元的水平水流转变为“N”形水流，实现了对浮床中层好氧区水体的富氧，提升了中层水体的自净功能。

Description

一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床

技术领域

本发明涉及一种污染水体净化的处理方法或工艺，特别涉及一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床技术原位净化面源污染水体的处理方法。

背景技术

在治理面源污染的众多措施中，生态浮床已经被证明是一种效果显著的技术措施。生态浮床是运用无土栽培技术，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的污水生态工程治理技术。该技术通过植物根部的吸收、吸附作用与根系生态系统的物质转化途径，削减水体中的氮、磷等营养物质，从而达到净化水体及水面景观的双重效果，体现了一种新型的水体生态管理和污染控制方式。

在生态浮床去除污染物的过程中，无机材料的吸附和微生物的降解起着至关重要的作用。已有研究证实，植物吸收利用的氮素和磷素仅占生态浮床系统氮素和磷素去除量的8％和13％，可见植物的同化吸收并非人工浮床系统的主要脱氮除磷途径。立体复合式浮床融合了无机吸附材料，为微生物的附着提供了巨大表面积，有利于发挥微生物在去除污染物方面的优势，必将成为浮床技术的发展趋势。另外，立体浮床能有效降低水流速度，促进水体中不溶于水的悬浮物的絮凝沉淀，并降低底泥再悬浮的风险。众所周知，硝化和反硝化反应在去除水体氮素的过程中发挥着重要作用，但两个反应所需的环境条件截然不同，硝化细菌适宜于好氧环境，而反硝化细菌在厌氧水体中活性较大，并且聚磷菌在好氧环境中对磷的吸收量要显著大于其在厌氧环境下对磷的释放量，所以，创造合适的好氧-厌氧环境必将有效提高污染水体氮磷的去除效率。在现存的浮床专利技术中，尚未发现能明显体现这一特点的。一般来说，水体的DO浓度随水深的增加递减，由于DO的限制，水体中的好氧微生物和水生动植物对水体的净化作用受到抑制，因此，水体的富氧效果在很大程度上影响了水体的自净作用。

发明内容

本发明针对上述现状，旨在提出一种通过增加水体富氧量和强化生物净化功能提高污染水体氮磷去除效果的复合浮床构建方法。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于包括植物吸收利用单元、水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元、微生物挂膜强化单元和框架；在框架的六面设有丝网；所述的植物吸收利用单元由支撑基质和浮床植物构成，所述的支撑基质和浮床植物设于框架顶部丝网上；所述的水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元由若干个好氧区和厌氧区构成，所述的好氧区和厌氧区设于框架内部并由分隔体分隔而成；微生物挂膜强化单元由若干个微生物附着的悬挂介质构成，所述的悬挂介质设于框架底部丝网上。

在框架上安装浮子，确保支撑介质部分或全部能浮出水面。

所述的框架为长方体结构，所用材料选用竹子或木条。在框架的顶部的不锈钢丝网上设有支撑基质和浮床植物，浮床植物生长和固定的支撑基质是用天然椰棕纤维制成，在不同季节栽种不同的浮床植物。本发明所述浮床植物是对氮、磷吸收效果较好植物的一种或几种，并根据季节选择相应的植物，其中春夏季节种植空心菜或香根草，秋冬季节种植水芹菜或多花黑麦草，种植密度为50-120株/m²。

作为一种优化方式分隔体由不锈钢丝网围成，不锈钢丝网内表面设有衬里，衬里设有填料；作为进一步优化方式，所述的分隔体为直三棱柱形，锥形等，其排列顺序为上三角与下三角交替布置，实现水流状态由水平水流向“N”形水流的转变。衬里为无纺布，所述的填料选用活性炭和沸石体积比1∶1的混合物，活性碳和沸石的粒径为0.5-2cm。

浮床框架的中部被分隔体分隔成交替的好氧区和厌氧区，所述的分隔体为直三棱柱形，锥形等，分隔体不同部位对水流的阻力作用是有差别的，这可以改变水流的天然水平流状态，另外，与普通浮床相比，立体式复合浮床能显著降低水体流速，在促进水体中悬浮物沉淀的同时降低了底泥再悬浮的风险。植物吸收利用单元能将水体中的营养物质吸收转化为植物组织，通过对植物的收割实现水体污染物的转移。当水流通过水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元时，在该单元分隔体的阻力作用下原本的水平水流变为“N”形水流，将上层溶解氧含量较高的表层流带到浮床中层水体，实现对中层好氧区的富氧，提升了中层水体的自净功能。由于分隔体的存在，该单元形成了若干个好氧-厌氧相间区域，为氨化菌、亚硝化菌、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌提供了适宜的生存环境，在氮磷等营养盐随水流沿好氧区-厌氧区逐级传递的过程中强化微生物的净化作用。另外，分隔体内部填料为沸石和活性炭，它们对水体中的污染物均有较好的吸附净化效果。微生物挂膜强化单元的多空介质填料的巨大表面积为微生物提供了广阔的生存空间，该单元一方面可以通过微生物作用实现对污染物的分解、吸收、转化，另一方面微生物呼吸作用产生的凝胶能促进水体中悬浮物的沉淀。

在框架的底部铺设一层不锈钢丝网作为微生物强化单元介质材料的悬挂点。通过棉线等悬挂悬挂介质，悬挂介质由陶粒和石英砂体积比10∶1的混合物，其中陶粒的粒径为1-2cm，石英砂的粒径为0.3-0.7cm，混匀装进口袋封口构成。

所述的框架为所述的框架为长方体结构，所述的框架材料可以选用竹子或木条。

作为一种优化条件，本发明中所用的丝网可以为不锈钢网或尼龙网，或其网状结构。

作为一种优化方式所述的分隔体除直三棱柱形，还可以为圆锥形，或碶形等。

有益效果：

1、在本发明中，浮床将穿过水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元的水平水流转变为“N”形水流，实现了对浮床中层好氧区水体的富氧，提升了中层水体的自净功能。

2、本发明提出多级好氧-厌氧反应单元，增强了水体微生物的脱氮除磷效果。

3、本发明中浮床植物的生长基质采用天然的椰棕纤维，具有较好的水气界面交换效果，与之前普遍使用的高分子材料相比更合理，符合生态学原则。

附图说明

图1为一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床的剖面立体示意图，

图2为一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床的剖面平面示意图，

图3为浮子示意图。

其中1、植物吸收利用单元；2、水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元：3、微生物挂膜强化单元；4、框架；5、浮床植物；6、不锈钢丝网；7、支撑介质；8、分隔体；9、悬挂介质；10、棉绳；11、好氧区；12、厌氧区；13、浮子

具体实施方式

以下结合附图1、2、3和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)用竹子或木条制作浮床框架4，竹子或木条的直径为3-6cm，框架4的长、宽、高依次为60-75cm、40-45cm、25-35cm，各部分之间用铁丝或三孔碗口接头连接固定。

(2)在框架4的顶部、底部和四围用扎丝或扎带固定一层不锈钢丝网6，丝径为0.8mm，网孔为13mm。

(3)如图1所示，水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元2由分隔体8将框架4中部分隔成好氧区11和厌氧区12构成。用不锈钢丝网围成直三棱柱分隔体8，并在内表面衬一层无纺布，防止填料撒漏，暂留一端开口装填料，填料选用活性炭和沸石体积比1∶1的混合物，活性碳和沸石的粒径为0.5-2cm。填料装好后用木条固定直三棱柱的控制边，防止其在使用过程中发生变形，然后把制作好的直三棱柱分隔体8按图1所示安装到框架内部。直三棱柱分隔体8横截面底宽为5cm，共布置3个分隔体，中间的一个底朝下，两边距端点10cm处各布置1个。

(4)在框架较长两边的外沿安装浮子13，使浮子处于铅垂方向，浮子的数量视浮床自身重力和浮力的大小而定，原则是保证椰棕纤维部分或全部能浮出水面。

(5)微生物挂膜强化单元3的悬挂介质9是由陶粒和石英砂按体积比10∶1混合而成，其中陶粒的粒径为1-2cm，石英砂的粒径为0.3-0.7cm，材料混匀装进用窗纱缝制的口袋并封口按一定间距固定在棉绳上，然后把棉绳10的一端固定在浮床框架4底部的不锈钢丝网上，如图1所示，棉绳10布置密度为25-50根/m²。虽然陶粒的密度小于水的密度，但由于石英砂的存在，悬挂介质9会自动悬浮在水体中，不会漂浮起来。

(6)如图1所示，在浮床框架4的顶部铺一层厚度为3-8cm的天然椰棕纤维，作为浮床植物生长固定支撑介质7。

(7)如图1所示，在椰棕纤维上栽种对氮磷等营养物质具有较强吸收能力的植物，其中春夏季节栽种空心菜或香根草，秋冬季节栽种水芹菜或多花黑麦草，栽种密度为50-120株/m²。

构建好一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，进行水槽实验。

室内设计一水槽，水槽的特征为长×宽×深＝80cm×55cm×60cm。实验用水是在自来水中按一定比例加入复合肥、葡萄糖和营养液配成TN和TP浓度分别约为20mg/l和5mg/l的受污染水。实验除了复合浮床外，还设置了普通浮床和空白对照两个实验处理进行同步实验，普通浮床的浮床装置只包括复合浮床的植物吸收利用单元，空白对照是对水槽中的配水静置不作任何处理。实验历时8天，实验结束时，复合浮床处理水体的TN浓度从21.66mg/l降到6.79mg/l，净化率达68.65％，TP浓度从5.46mg/l降到1.42mg/l，净化率达73.99％；而同期普通浮床处理水体的TN含量从20.64mg/l降到11.25mg/l，净化率为45.49％，TP含量从5.53mg/l降到1.78mg/l，净化率为67.81％。另外，考虑到水体的自净作用，在扣除水体的自净功能(参考空白对照处理)影响后，复合浮床对TN的净化率是普通浮床的3.14倍，对TP的净化率是普通浮床的1.55倍。因此，复合浮床对污染水体氮、磷的去除效果显著，明显优于普通浮床。

Claims (4)

1.一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于包括植物吸收利用单元(1)、水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元(2)、微生物挂膜强化单元(3)和框架(4)；在框架(4)的六面设有丝网(6)；所述的植物吸收利用单元(1)由支撑基质(7)和浮床植物(5)构成，所述的支撑基质(7)和浮床植物(5)设于框架(4)顶部丝网上；所述的水体自富氧多级好氧-厌氧反应单元(2)由若干个好氧区(11)和厌氧区(12)构成，所述的好氧区(11)和厌氧区(12)设于框架(4)内部并由分隔体(8)分隔而成；微生物挂膜强化单元(3)由若干个微生物附着的悬挂介质(9)构成，所述的悬挂介质(9)设于框架(4)底部丝网上；在框架(4)上设有浮子(13)，使得支撑介质(7)部分或全部浮出水面；所述的植物吸收利用单元(1)的浮床植物(5)为空心菜、香根草、水芹菜或多花黑麦草，其种植密度为50-120株/m²；所述的植物吸收利用单元(1)的支撑基质(7)为天然椰棕纤维；所述的分隔体(8)由不锈钢丝网围成，不锈钢丝网内表面设有衬里，衬里设有填料；所述分隔体(8)为直三棱柱分隔体，其排列顺序为上三角与下三角交替布置，实现水流状态由水平水流向“N”形水流的转变。

2.根据权利要求1所述的一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于衬里为无纺布，所述的填料选用活性炭和沸石体积比1∶1的混合物，活性碳和沸石的粒径为0.5-2cm。

3.根据权利要求1所述的一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于悬挂介质(9)由陶粒和石英砂体积比10∶1的混合物，其中陶粒的粒径为1-2cm，石英砂的粒径为0.3-0.7cm，混匀装进口袋封口构成。

4.根据权利要求1所述的一种强化生物脱氮除磷功效的水体自富氧复合浮床，其特征在于所述的框架(4)为长方体结构，材料选用竹子或木条。

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