CN101913696A - 一种河道沟渠水质生物强化装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种河道沟渠水质生物强化装置及其应用，属于水处理领域。该装置包括其中心的中转轴和围绕中转轴的填料区，其特征在于以中转轴(1)为中心，上固定板(3)与下固定板与中转轴(1)为一体，叶轮(5)固定在下固定板上，以格栅状筛网(6)将填料区(4)分成四个区间，区间内装有生物填料。本发明应用于河道沟渠水体处理时，以水流作为驱动力，带动整个强化装置运动。本发明以固定生物填料和悬浮填料相结合，避免填料流失，能达到对COD的有效去除和同步脱氮；在达到移动床效果的同时，大大提高了营养物质和溶解氧的传质速率；该生物强化装置可以针对河道沟渠不同水层的污染状况进行处理，同时具有节能、环保、购置成本低、运行成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物强化装置，更具体的说是一种河道沟渠水质生物强化装置及其应用。
背景技术
河流生态系统是一个复合系统，由河岸生态系统、水生态系统、湿地及沼泽生态系统等子系统组成。向河道内排放污废水、过量用水、挤占河滩地、砍伐森林、引入外来物种以及大规模筑坝、修建水库、渠道化等水利工程措施，都会破坏河流生态系统健康。过量用水和排污造成水量严重不足或水质恶化使大部分水生生物难以生存，将导致河流生态系统崩溃各种水利工程改变河流天然的地貌特征以及水文、水力条件，从而减弱河流的自我恢复能力。
现有的河道修复技术主要有：(一)物理修复技术主要包括河道补水技术、生态防渗技术、底泥疏浚与物理覆盖技术和人工增氧技术等。以上技术有工程量大，费用高，为避免对底质生态系统系统的破坏，要求疏浚的精度高等问题。
(二)化学修复技术主要针对水体污染物的特征投加化学药剂以强制去除或固定污染物，改善水质以恢复河流生态的方法，如投加絮凝剂促进污染物沉淀、加石灰脱氮、投加化学药剂除藻、调节pH值对重金属进行化学固定等。化学修复技术操作比较简单，短期效果好，但容易造成二次污染。
(三)生物-生态修复技术生物-生态修复技术主要通过培育水生动植物、投放微生物、修复受损生态系统的结构以及恢复河道天然形态实现河流的生态修复。具体而言包括微生物修复技术、水生动植物修复技术、人工湿地技术以及多自然型河流构建技术等。存在实施难度大、投放微生物易扩散流失等问题。
受污染河道水体中，污染物之所以难以降解的主要原因是环境体系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物，即使存在少量可降解污染物的微生物，也会由于竞争和捕食作用等微生物的生态关系使其很难大量繁殖并发挥降解污染物的能力。水体的温度、pH、盐度、溶解氧及营养等外部环境条件不适的情况下也不利于微生物降解能力的发挥。
移动床生物膜反应器(moving-bed-biofilm-reactor，简称MBBR)在80年代末就有所介绍并很快在欧洲得到应用，它吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点而成为一种新型、高效的复合工艺处理反应器。
其核心部分就是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用而处于流化状态，当微生物附着在载体上，漂浮的载体在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动，从而达到污水处理的目的。
作为悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺，MBBR法兼具两者的优点：占地少——在相同的负荷条件下它只需要普通氧化池20％的容积；微生物附着在载体上随水流流动，所以不需活性污泥回流或循环反冲洗；载体生物不断脱落，避免堵塞；有机负荷高、耐冲击负荷能力强，所以出水水质稳定；水头损失小、动力消耗低，运行简单，操作管理容易；同时适用于改造工程等。但现有的移动床生物膜反应器由于其结构的特点不能很好的应用于河道净化中，尤其是针对低温条件下河道沟渠污染水体的治理。
发明内容
为了解决现有河道沟渠水体净化设备的不足，本发明的目的是提供一种河道沟渠水质生物强化装置及其应用，利用水流作为驱动力，它能对河道沟渠污染物及生活污水进行有效强化处理，减少能量消耗，增加传质速率，提高氧利用率，并能保证在低温条件下持续稳定运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种河道沟渠水质生物强化装置，包括其中心的中转轴和围绕中转轴的填料区，以中转轴为中心，上固定板与下固定板与中转轴为一体，叶轮固定在下固定板上，以格栅状筛网将填料区分成四个区间，区间内装有生物填料。
上述的中转轴、叶轮和固定板呈一体化。填料区中的四个区间中以相对二区间固定生物填料于固定板之间，另二区间装有悬浮生物填料。二区间固定生物填料优选生物绳填料。
通过水流驱动叶轮转动，同时带动生物绳和悬浮填料转动进行旋转挂膜，达到吸附、去除污染物的效果。为满足河道中部水流速度快，停留时间相对较短的现状，固定板与填料区构成圆柱状，在有利于装置正常转动的同时，实现对污染物更大效率的去除。选择生物绳填料并对其进行固定，避免了填料流失的问题，以悬浮填料进行挂膜，可以实现污水的同步脱氮，二者配合使用增大了微生物同污染物的接触面积，挂膜后的填料上微生物密度较高，对污染物质有更高的吸附去除率。
整个生物强化装置在转动过程中，有一半区间的生物绳填料和悬浮填料处于逆水流运动状态，在水力剪切力的作用下，有利于促使老化的生物膜不断脱落、新的生物膜不断形成，更能维持生物膜厚度保持在相对稳定的水平；借助水流的顺流作用，可实现生物膜以一个平缓的状态吸附污染物并实现对污染物的降解，同时为生物膜的稳定增长创造条件。
由常温到低温的挂膜驯化，可以实现生物膜中微生物由中温菌占主导地位到耐冷菌占主导地位的过度，由于耐冷菌在低温条件下分泌的冷活性酶对污染物降解有更好的处理效果，从而提高了生物强化装置在冬季低温条件下的可利用性。在结冰期可以通过参考历史数据预测冰层厚度，在缩短两块固定板间距后，将装置高度降到冰层以下，实现净化作用持续进行；结冰后冰层将轴壳包裹，但在轴壳的保护作用下，中转轴运动可不受冰层影响。
有益效果：本发明提供了一种河道沟渠水质生物强化装置及其应用，以水流作为驱动力，带动整个强化装置运动，从根本上解决了降低能耗的问题；以固定生物填料和悬浮填料相结合，避免填料流失，同时可以结合二者优势，达到对COD的有效去除和同步脱氮，因为其较大的比表面积可以固定更多的微生物，提高微生物浓度；以转动方式进行污染物的捕集、吸附，在达到移动床效果的同时，大大提高了营养物质和溶解氧的传质速率，使微生物得到更好的生存条件，保证稳定的处理效率；该生物强化装置可以针对河道沟渠不同水层的污染状况进行处理，填料便于调整和更换，该装置便于安装、移动、调整和搬运，同时具有节能、环保、购置成本低、运行成本低等特点。填料驯化挂膜，低温时可以提高生物膜中耐冷菌的比例，在低温条件下能适应河道结冰期的变化，从而解决了北方地区冬季污水生物处理效率低、排放不达标所造成的河网污染等问题。
附图说明
图1为本发明提供的生物强化装置整体结构示意图；图2为本发明提供的生物强化装置的生物绳填料切面示意图；图3为本发明提供的生物强化装置的悬浮填料切面示意图；图4为本发明提供的生物绳填料的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明做进一步说明：本发明提供的生物强化装置，其为一圆柱体，以中转轴1为中心，上固定板3与下固定板与中转轴为一体，叶轮5固定在下固定板上，以格栅状筛网6将填料区4分成四个区间，以相对二区间固定生物填料于固定板之间，另二区间装有悬浮生物填料，筛网对填料起到网罗作用，防止流失。轴壳2套在中转轴1上端，对中转轴1起保护作用。
固定板结合水浮力及固定板密度优选塑料，以实现满足水利条件的前提下进行旋转。
二区间固定生物填料选用生物绳填料，生物绳填料和悬浮填料其填料材质软硬皆可，优选为硬质材料，以实现该填料在水中保持稳定形态，防止生物膜大量脱落即可，通常选用MBBR填料均可，常用聚丙烯等。图4给出两种生物绳填料结构示意图。
叶轮数量要根据当地水流速度及装置所受整体阻力进行选择，同时要根据填料中生物膜的生长特性，设计叶轮的转动周期，即转速维持合理范围，叶轮数量设计由一个到多个不等。
轴壳的长度要大于当地河道冰层的厚度，同时轴壳的材质要保证在低温条件下不变形、不破损，以实现在结冰期将生物强化装置降到冰层以下，保证净化的持续进行。
如附图1与2所示，生物绳填料4由固定板3固定，叶轮5在水流的驱动作用下旋转，带动整个装置转动，生物绳填料4旋转挂膜；如附图1和3所示，悬浮填料4在筛网6的网罗作用下与水流接触进行旋转挂膜，达到移动床的效果。生物膜厚度随时间变化而不断增加，由于整个圆柱体外层生物绳填料线速度相对较快，与微生物接触频率更高，吸取营养物质更多，所以挂膜速度相对内层填料更快，要根据生物膜特性及所选填料的种类决定填料的分布形式、密度等情况，保证内层填料生物膜的微生物能得到充足的营养物质和溶解氧，待挂膜稳定后直接进入污染物吸附、去除阶段。
该生物强化装置在稳定运行阶段，根据设计的旋转周期及旋转速度，填料上的生物膜在逆水流运动时，会受到相对更大的水力剪切力，有利于老化生物膜的脱除和新生物膜的形成，同时使生物膜厚度保持在相对稳定的程度，有利于其内部微生物保持较高的生物活性，保证污染物质的稳定去除效果。在装置运行过程中，温度由常温到低温过度时，生物膜中的微生物经历一个自然驯化过程，耐冷菌的比例也会随温度降低而逐渐提高，可以实现在低温条件下稳定的污染物去除效果。以下实施例均采用本生物强化装置进行水质处理。
实施例1在Ⅳ类水质(根据GB3838-2002地表水环境质量标准)河道(沟渠)中建立水流驱动式生物强化装置，先对生物绳填料和悬浮填料在填料区旋转挂膜，经过1～3个月的挂膜后，强化装置进入正式运行阶段，生物膜吸附河道污染物，通过生物绳对有机物的去除效果和悬浮填料的同步脱氮作用，经过生物强化装置净化的河水水质得到净化，COD减少30％～40％，N、P减少25％～30％。
实施例2在V类和劣V类水质(根据GB3838-2002地表水环境质量标准)河道(沟渠)中建立水流驱动式生物强化装置，在中转轴1垂直方向套用多个填料区单元，根据不同水深水质，使上下两个单元填料相错布置，达到优势互补，之后进行挂膜，在挂膜成熟后，进入稳定运行阶段，吸附去除污染物，增进生物强化作用，COD减少50％，N、P减少25％～35％。
实施例3在冬季存在结冰期的小河道(沟渠)中运用已安装生物强化装置，根据当地冰层厚度，在已有的挂膜及低温驯化的基础上，将装置高度降至冰层以下，在轴壳2被冰层包裹情况下，保证中转轴1自由转动，装置由常温过度到低温运行阶段，经驯化的生物膜直接对污染物进行吸附去除，装置正常运行，达到冬季结冰期河道持续净化的效果，COD减少20％～25％，N、P减少15％～20％。
Claims (6)
1.一种河道沟渠水质生物强化装置，包括其中心的中转轴(1)和围绕中转轴的填料区(4)，其特征在于以中转轴(1)为中心，上固定板(3)与下固定板与中转轴(1)为一体，叶轮(5)固定在下固定板上，以格栅状筛网(6)将填料区(4)分成四个区间，区间内装有生物填料。
2.根据权利要求1所述的生物强化装置，其特征在于以相对二区间固定生物填料于固定板之间，另二区间装有悬浮生物填料。
3.根据权利要求2所述的生物强化装置，其特征在于中转轴(1)、叶轮(5)和固定板(3)呈一体化。
4.根据权利要求2中所述的生物强化装置，其特征在于固定板之间固定生物填料为生物绳填料。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的生物强化装置，其特征在于轴壳2套在中转轴1上端。
6.权利要求1～4中任一项所述的河道沟渠水质生物强化装置在处理水体污染中的应用。
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