CN102531201A - 利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法，（1）利用河道污水在培养罐、生物发生器中原位培养、循环、驯化分离出微生物投放水体，通过微生物吸收、分解、转移去除水体污染；（2）采用曝气装置给培养罐、生物发生器及河道水体增氧，为其提供良好环境；（3）采用搅拌机扰动水体底泥，使底泥污染物入水被微生物利用，实现生态清淤。本发明还公开了上述方法所采用装置。本发明以河道污水中的营养物作为菌种培养基，通过增氧、搅拌改善微生物环境，使投加的外来菌更适应水体、大量繁殖、分解能力强，提高显效速度，来源稳定，以实现高效性、连续性、彻底性、低成本的目的，且装置移动性强，安装、拆装方便，适用范围广。

Description

利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种河道污染水体治理技术，尤其是一种利用河道原位培养、循环、驯化高效微生物治理净化污染水体水质、实现生态清淤的综合治理技术即利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法及其装置，属于环境保护和治理领域。

背景技术

近些年来，随着经济的快速发展，人口的快速增长，我国城市化进程不断加快，部分河道被变道填平，流域形态直线化、横断面规则化、河床材料硬质化，河流的水量、环境容量减少，生物群落多样遭到破坏，自净能力降低或是丧失；另一方面，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，大量城市生活污染、工业化污染、农业面源污染物进入河道，超出了水体的自净能力，造成河道水体污染物积累，出现了或出现过不同程度的富营养化问题，甚至出现发黑发臭现象。水体的供水、维护生态平衡及旅游观光的重要作用迅速下降，使之成为制约社会经济发展的一个重要瓶颈。

目前，治理河道污染的方法主要有物理法、化学法、生物-生态法。物理法打捞、清淤、引水稀释置换等治理技术成本高昂，劳动力消耗大，或者治理速度赶不上污染速度，适应范围有限。化学法治标不治本，而且会带来难以弥补的二次污染。生物法(种植水生植物、投放滤食性鱼类等)更适用于预防性治理，而且存在治理周期长的缺点。微生物法通过投放特定类型微生物治理污染，生态环保无二次污染；但是，投放的外来微生物存在要适应水体本土的问题，如果本土环境不适宜，外来微生物无法大量繁殖，不易在水中形成优势物种，或繁殖速度受限，造成显效速度慢甚至看不到效果，降低了微生物对河道污染物的治理效果。而且存在大量投放的微生物随水体流动而流失易损失的特点，不能循环利用，影响治理效果的连续性；而为保证治理效果，就需要不间断的、大量的向水体中补充微生物，从而直接提高了河道治理的整体运营成本。另外也有在河道内建设微生物处理系统，但是却存在处理系统水下设备安装需要将河道中水抽干，将设备固定安装在河道中，造成安装比较麻烦、可移动性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种新型的用于河道污染水体的强化原位生态修复方法，高效、稳定地改善污染水体水质、实现生态清淤，构建合理生态系统，彻底解决河道水体污染问题。该方法能够提高微生物的适应能力、除污能力、耐冲击负荷能力，且安装方便、可移动性强，运行成本低，可应用于富营养化严重的污染河道水体，消除水体水华、黑臭等现象。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法，步骤包括：

(1)将高效微生物菌种先放在微生物培养罐中，利用河道自身的污水为培养基在微生物培养罐中对微生物进行原位培养、驯化，待将高效微生物菌种培养到对数增长期后，通过菌管分流至各水下生物培养器中进行扩大培养，然后水下生物发生器中微生物菌种与河水之间进行交换，高效微生物菌种进入河水中降解污染物，从而提高微生物的适应性、高效性；同时利用抽水泵从河道中抽取出携带有高效微生物菌种的河水再次进入微生物培养罐中与存留的高效微生物菌种一起继续在培养罐中培养、驯化，然后继续分流入水下生物发生器中，实现微生物的循环驯化，从而达到降低河道水体治理成本的目的；

(2)同时采用鼓风机向微生物培养罐、水下生物发生器中增氧，采用曝气机、搅拌机向河道水体中增氧，为微生物提供良好生活环境；

(3)同时采用搅拌机扰动水体底泥，使底泥污染物进入水中、利用微生物吸收、降解，实现生态清淤。

本发明还提供一种上述利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法所采用的装置，该装置包括设置于河岸上的抽水泵、至少一个微生物培养罐、鼓风机、控制系统，设置于水层中的多个水下生物发生器、搅拌机、用于给水层增氧的曝气机；所述抽水泵的进水口通过水管延伸入河道水体中与水相通；所述抽水泵的出水口通过管道与微生物培养罐的一侧相连通；所述微生物培养罐通过菌管与水下生物发生器相连通，所述的水下生物发生器通过菌管并联；所述鼓风机通过气管分别与微生物培养罐和水下生物发生器中的曝气头相连通；所述的搅拌机、鼓风机、曝气机和抽水泵与控制系统电连接。

所述的菌管上设有控制菌种进出的阀门，该阀门的开启、关闭也由控制系统控制，以方便调节。

采用本发明的上述装置，搅拌机、鼓风机的加入一方面增加水中污染物含量，利于水中微生物吸收而大量增殖，并大量降解泥水中污染物，另一方面使河底污泥量逐渐减少，一般情况下一年可实现清除底泥30公分以上，在不需要进行底泥常规疏浚的情况下实现生态清淤；水体中的增氧装置、搅拌机在一定范围内可移动，通过合理布点实现连续性的区域性治理而非间断的点状治理效果。

作为优选，所述的微生物培养罐、抽水泵、鼓风机、控制系统可拆式连接于河岸；所述的水下生物发生器、曝气机、搅拌机可拆式连接于河道内，其中水下设备均可在正常水位时安装、拆除。因此，系统安装、拆装方便，可以实现装置的再利用。

所述的微生物培养罐安装在岸上，利用抽水泵抽水将污染河道的污水作为培养基将投加的高效微生物进行原位培养、驯化成优势高效微生物菌种，培养至对数生长期后分配到水下生物发生器，从而提高其适应能力，使其进入河道后能迅速增殖、显效；所述的水下生物发生器分散安装在水下，有利于实现河道中微生物的持续多点投加，提高水体中微生物量的稳定性和均匀性；微生物进入水下生物发生器后，一部分释放到水体，一部分在水下生物发生器内扩大培养后释放水体。

本发明所述的高效微生物菌种是指从自然界存活几百万年的自然微生物中收集、提纯、驯化、浓缩的高效微生物，由十多种不同类型(如光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、真菌等均为行业常规菌种，根据水体的污染环境不同，进行组合好或单独使用)的、具有降解污水中有机污染物特殊功能的对人体无毒无害的微生物菌群集合在一起组成，所投加的高效微生物菌液可以是单一菌种或复合菌种的一种。

当水体营养负荷较低，微生物培养罐内微生物生长较慢的情况下，可向微生物培养罐中投加一些营养物质作为补充，这些营养物质一般为糖类。所加糖类可以是单糖、双糖、多糖的混合物或单一品种或含糖的其他物质，投加的糖类与投加的高效微生物菌液重量比例为1～5∶1。

作为优选，所述的微生物培养罐及水下生物发生器内填装有生物填料，为高效微生物提供附着载体，利用微生物细胞的吸附特性让其吸附在载体颗粒中，吸附河道原水中有机污染物生长繁殖，增强其适应能力，同时防止水下发生器中微生物大量流失；所填加的生物填料一般为陶粒、煤渣等多孔材料的混合物或单一品种。

本发明主要依据如下原理：(1)利用河道水体污水在微生物培养罐、水下生物发生器中原位培养、循环、驯化分离出来的高效微生物，筛选出优势高效微生物并培养至对数增长期后投放水体，通过优势高效微生物的吸收、分解、转移去除水体污染物；(2)采用曝气机和鼓风机向培养罐、生物发生器及河道水体中增氧，为微生物提供良好环境；(3)采用搅拌装置扰动水体底泥，使底泥污染物进入水中，一方面利于微生物增殖，另一方面通过微生物的吸收、降解，实现生态清淤。

本发明以生物技术为主体，形成科学合理的强化水体生化净化污染物过程的水体修复技术，应用于超量受纳城镇生活污染物等导致严重污染河道的治理，提升这类水体的污染物自净能力，提高污染水体的抗冲击能力，同时实现生态清淤，提高水体的环境容量。较之于传统微生物技术和其他治理方法，本发明具备以下显著的四大优势：

1、工艺简单，装置安装方便，可移动性强。可实现全自动运行；装置安装、拆装比较方便，所有设备均为组合式安装，其中水下设备均可在正常水位安装、拆装，一个河道治理好后可移动到另一河道使用。

2、治污效率高，利用需要净化的污染水体对高效微生物进行原位培养、驯化，提高了微生物的适应能力，利用高效微生物一方面可将有机酸迅速分解，将二氧化硫转化为硫酸盐，除臭效果明显，另一方面能够去除脂肪和油脂，提高对惰性有机物质的分解能力；水下生物发生器多点持续投加微生物，使工程效果可长期维持，抗干扰能力强，大大提高了河道污染的治理效率。

3、治理范围广，不仅可以在较短的时间内使河道水质变清，而且可以使河底污泥逐步减少，在不需要进行底泥常规疏浚的情况下实现生态清淤，一般情况下一年可实现清除底泥30公分以上。

4、维护成本低，利用高效微生物进行河道污染治理与修复，维护成本比较低。若次年水体再产生污染，则将处理系统再运行一个月左右即可，不需重新投资，一次投入，长期受益。

附图说明

附图  本发明用于河道污染治理的微生物循环驯化装置的结构示意图。

如图所示：11.微生物培养罐，12.水下生物发生器，13.菌管，14.阀门，21.抽水泵，22.水管，31.鼓风机，32.气管，33.曝气机，42.搅拌机，51.控制系统；A.河岸，B.水层(即河道水体层)，C.泥区(即河道底部污泥区)。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明实施方式作进一步详细描述：

如附图所示，为本发明的一个实施例：

本发明是一种用于河道污染水体的原位生态修复系统，其目的是利用河道污水原位培养、驯化高效微生物，提高微生物的适应性和高效性，保证治理效果的高效性、连续性，降低河道污染治理的整体运营成本，其采用的装置包括设置于河岸上的抽水泵21、至少一个微生物培养罐11、鼓风机31、控制系统51(行业常规控制系统，控制搅拌机、曝气机、抽水泵、和菌管阀门的开启、关闭等)，设置于水层B中的多个水下生物发生器12、搅拌机42、用于给水层增氧的曝气机33；所述抽水泵21的进水口通过水管22延伸入河道水体中与水相通；所述抽水泵21的出水口通过管道与微生物培养罐11的一侧相连通；所述微生物培养罐11通过菌管13与水下生物发生器12相连通，所述的水下生物发生器12通过菌管13并联，菌管13上设有阀门14控制菌种的进出；所述鼓风机31通过气管32分别与微生物培养罐11和水下生物发生器12中的曝气头(行业常规曝气头)相连通；所述的搅拌机42、鼓风机31、曝气机33和抽水泵21与控制系统51电连接以方便控制开启，图中箭头方向为水流方向。采用这种结构，将高效微生物菌种先放在微生物培养罐11中原位培养、驯化一段时间，待将筛选出的优势高效微生物菌种培养到对数增长期后，通过菌管13分流至各水下生物培养器12中进行扩大培养，通过水下生物发生器12与河水的交换，优势高效微生物进入河水中降解污染物，从而提高微生物的适应性、高效性，通过抽水泵再次从河道抽取出的河水中携带的以及微生物培养罐中存留的高效微生物菌种继续在培养罐中培养、驯化，继续分流入水下生物发生器中，实现微生物的循环驯化，从而达到降低河道水体治理成本的目的；鼓风机31向培养罐11、生物发生器12充氧，曝气机41给水体充氧、造流，搅拌机42使底层污泥即泥区C中与水混合，实现河道水体治理的高效性、强去污能力、生态清淤。

在本实施例中，为保证微生物培养罐11中优势高效微生物的培养、分离以及水下生物发生器12中优势微生物的扩大培养，微生物培养罐11、水下生物发生器12中填装陶粒、煤渣等多孔性生物填料为微生物提供附着载体；并在微生物培养罐11、水下生物发生器12中安装曝气头，通过气管32与鼓风机31相连，为微生物曝气提供氧气。

在本实施例中，当水体的营养负荷较低时，为保证培养罐11中微生物的快速繁殖，还可根据需要额外投加一些营养物，投加的营养物种类、数量应根据水质情况而定，一般为糖类，包括单糖、双糖、多糖的混合物或单一品种或含糖的其他物质。

在本实施例中，为很好的发挥河道水中微生物的作用，通过给水体增氧、造流，活化水体，改善微生物的生长环境；安装设置搅拌机42使河道上层底泥与水混合，一方面增加水中污染物浓度，为微生物提供充足营养源，另一方面实现减少底泥含量的目的。

在本实施例中，为保证系统的自动化程度减少人员操作，降低运营成本，安装自动控制系统51，所述的微生物培养罐11通往水下生物发生器12的菌管13上安装阀门14通过信号线路与自动控制系统相连即电连接；同时，曝气机、搅拌装置等的运行也通过信号线路与自动控制系统相连；

本实施例的工作过程：启动抽水泵21，将河道污水注入投加有高效微生物菌种的微生物培养罐11中，进行原位培养、驯化、分离，优势高效微生物培养至对数增长期后经过菌管13分流入水下生物发生器12中进行扩大培养；水下生物发生器12和河水不断交换，微生物进入水中，降解水中污染物；与此同时，鼓风机31向培养罐11、生物发生器12中通氧，搅拌机和曝气机增加水体扰动，提高水中溶解氧浓度，促进微生物的生长、繁殖；搅拌机42增加水体扰动、促进上层底泥和水、河水与从水下微生物发生器12出来的含高浓度微生物的水、不同水层间的水等混合，使微生物与水中污染物充分接触，降解消除污染物，实现对河道水体污染的治理。

本实施例在工程中的实验结果如下：

表1  工程中微生物循环驯化处理工艺效果

表2  底泥厚度前后对照表

从上述表1和表2可知，本发明的污水处理方法和装置效果明显，除污能力强。

上述实例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法，其特征在于：制备步骤包括：

（1）将高效微生物菌种先放在微生物培养罐中，利用河道自身的污水在微生物培养罐中对微生物进行原位培养、驯化，待将分离出的优势高效微生物菌种培养到对数增长期后，通过菌管分流至各水下生物培养器中进行扩大培养，通过水下生物发生器与河水的交换，优势高效微生物进入河水中降解污染物，从而提高微生物的适应性、高效性；利用抽水泵从河道中抽取出携带有高效微生物菌种的河水进入微生物培养罐中与存留的高效微生物菌种一起继续在培养罐中培养、驯化，然后继续分流入水下生物发生器中，实现微生物的循环驯化，从而达到降低河道水体治理成本的目的；

（2）同时采用曝气装置向微生物培养罐、水下生物发生器及河道水体中增氧，为微生物提供良好生境；

（3）同时采用搅拌装置扰动水体底泥，使底泥污染物进入水中，利用微生物吸收、降解，实现生态清淤。

2.一种权利要求1所述的利用微生物原位循环培养治理水体污染的方法所用的装置，其特征在于：该装置包括设置于河岸上的抽水泵（21）、至少一个微生物培养罐（11）、鼓风机（31）、控制系统（51），设置于水层中的多个水下生物发生器（12）、搅拌机（42）、用于给水层增氧的曝气机（33）；所述抽水泵（21）的进水口通过水管（22）延伸入河道水体中与水相通；所述抽水泵（21）的出水口通过管道与微生物培养罐（11）的一侧相连通；所述微生物培养罐（11）通过菌管（13）与水下生物发生器（12）相连通，所述的水下生物发生器（12）通过菌管（13）并联；所述鼓风机（31）通过气管（32）分别与微生物培养罐（11）和水下生物发生器（12）中的曝气头相连通；所述的搅拌机（42）、鼓风机（31）、曝气机（33）和抽水泵（21）与控制系统（51）电连接。

3.根据权利要求2所述的利用微生物原位循环培养治理水体污染的装置，其特征在于：所述的微生物培养罐（11）、水下生物发生器（12）中填装有固定微生物菌种的生物填料。

4.根据权利要求2所述的利用微生物原位循环培养治理水体污染的装置，其特征在于：所述的微生物培养罐（11）、抽水泵（21）、鼓风机（31）、控制系统（51）可拆式连接于河岸；所述的水下生物发生器（12）、曝气机（33）、搅拌机（42）可拆式连接于河道内。

5.根据权利要求2所述的利用微生物原位循环培养治理水体污染的装置，其特征在于：所述的水下生物发生器（12）、曝气机（33）、搅拌机（42）均可在河道正常水位时安装和拆除。

6.根据权利要求2所述的利用微生物原位循环培养治理水体污染的装置，其特征在于：所述的曝气机（33）、搅拌机（42）为可移动式设置于河床内。

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