CN103466879A

CN103466879A - 一种城市河道水体的原位净化系统

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Publication number: CN103466879A
Application number: CN2013103714475A
Authority: CN
Inventors: 何闪英; 张华�; 赵怡阳
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103466879B

Abstract

本发明公开了一种城市河道水体的原位净化系统，包括设置在城市河道中的生态浮岛，在所述生态浮岛的上游设有生物膜反应段，沿水流方向，所述生物膜反应段被分隔为若干个厌氧处理单元和若干个好氧处理单元，每个处理单元内装填有生物填料，且好氧处理单元中设有曝气装置。本发明系统构造灵活，各处理单元可根据实际水质的污染物种类和污染程度进行合理配置，如数量、顺序，其中，生物接触氧化单元可模拟A/O、A²/O、后置缺氧-好氧生物脱氮等工艺运行，增强系统的应用范围。生态浮岛单元与生物接触氧化单元的配合，可有效去除水中氮磷和有机碳等污染物，从而提升水质，并起到美化河道景观的作用。

Description

一种城市河道水体的原位净化系统

技术领域

本发明涉及城市河道水质净化和水环境生物生态修复技术领域，具体涉及一种城市河道水体的原位净化系统。

背景技术

城市河道水体，作为城市的重要组成部分，对城市居民生活生产都有巨大的影响。而当今的城市河道水体，多数都受到了不同程度的污染，使城市的生态环境建设更加艰巨。同时，恶化的城市水体环境与社会发展以及城市居民对生物物质提高的需求产生了极大的矛盾，亟待解决。

我国城市河道水体污染主要包括有机碳和氮磷等营养物两方面污染，而且污染物的来源比较复杂，既有天然源又有人为源；既有外源又有内源。控制外源污染物，可从控制人为污染着手，以法律的手段控制人为污染源的排入。而对内源污染物，要根据水体中主要控制因素采取不同的方法。

水质污染修复技术的研究和应用经历了长期的发展，修复技术多成熟，主要为物理、化学和生物三大类。其中物理法处理一般工量大，且处理不彻底；化学法处理快速，但易引起二次污染；而生物法具有较好的环境效益。例如公开号为CN101113051A的中国发明专利申请公开了一种生物强化修复景观水体的方法，按以下步骤进行：a.功能菌筛选：从需要修复的污染水体中筛选亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌；b.功能菌驯化：亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌分别先用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养，然后用驯化培养基培养；c.功能菌扩大培养与覆挂：将经过驯化的亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌按1∶2∶1的数量比混合后扩大培养，混合功能菌菌群数为108个/mL覆挂于滤床基质上；d.净化：动态或静态净化，即可出水；其中步骤b中驯化培养基是用污染水体水逐步替代牛肉膏蛋白胨培养基，直至完全用污染水体水作为培养基。

此外，根据处理空间的不同，可将处理技术分为原位处理和异位处理，其中原位处理是指将受污染区域就地对污染物进行治理的方法。

例如，公开号为CN102010071A公开了一种组合式高效河道水质净化工艺，该工艺包括：同时采用浸没式生物滤床、生物菌剂法、建立水生植物浮岛以及放养滤食性鱼类和底栖动物来净化所述河道中水质的步骤。该方法利用系统中的微生物、水生植物及动物来净化水质,改善河道中水生生物的生存条件。

公告号为CN102583704A的中国发明专利申请公开了一种一种生态污水的处理方法，该方法是以优势菌种或生物激活剂为核心，辅助种植草本植物，并建立生态坝和生态浮岛，辅助以增氧抑藻曝气技术，对生态污水进行处理。

发明内容

本发明提供了一种城市河道水体的原位净化系统，解决了城市水体原位修复工艺复杂、成本高的问题。

一种城市河道水体的原位净化系统，包括设置在城市河道中的生态浮岛，在所述生态浮岛的上游设有生物膜反应段，沿水流方向，所述生物膜反应段被分隔为若干个厌氧处理单元和若干个好氧处理单元，每个处理单元内装填有生物填料，且好氧处理单元中设有曝气装置。

本发明的目的在于克服现有技术对河道水体主要采取异位修复和水质变化适应性低的问题，采用物化、生化相结合的技术，即曝气技术、生物接触氧化填料工艺、植物生态浮岛工程，构成复合系统，发挥水质净化作用。曝气技术与生物接触氧化工艺联合运用，其中含曝气装置的生物接触氧化段构成好氧单元，不含曝气装置的生物接触氧化段可构成缺/厌氧单元。生态浮岛单元种植四季常绿的植物。

本发明河道水体的原位净化系统通过好氧单元、缺/厌氧单元和生态浮岛单元复合构建而成，通过微生物的吸收分解和植物根系的阻挡截留、吸附和吸收富集作用达到水质净化效果。本发明系统构造灵活，各处理单元可根据实际水质的污染物种类和污染程度进行合理配置，如数量、顺序，其中，生物接触氧化单元可模拟A/O、A²/O、后置缺氧-好氧生物脱氮等工艺运行，增强系统的应用范围。生态浮岛单元与生物接触氧化单元的配合，可有效去除水中氮磷和有机碳等污染物，从而提升水质，并起到美化河道景观的作用。

厌氧处理单元和好氧处理单元的设置数量和连接顺序根据实际水体的水质灵活调整，作为一种优选的实施方案，所述生物膜反应段分隔为一个厌氧处理单元和位于所述厌氧处理单元下游的一个好氧处理单元。该布设方式可以在城市河道中模拟A/O处理工艺，发挥有效的脱氮除磷功效。

另一种优选实施方式，所述生物膜段生物膜反应段分隔为厌氧处理单元、依次位于所述厌氧处理单元下游的缺氧处理单元和一个好氧处理单元。该布设方式可以在城市河道中模拟A²/O处理工艺，发挥有效的脱氮除磷功效。

生物膜选用弹性立体填料，填料布设密度及长度根据实际河道情况确定，生物膜采用河道自然水体流动挂膜或人工污泥闷曝挂膜方式获得，可根据实际需要选择。

通过运用弹性填料替代活性污泥，在原位河道中构建简易的污水生物处理系统，将生物处理系统的对水质的去除能力和特点在原位河道中发挥利用出来，在实际城市河道，低C/N比情况下，模拟A/O工艺，通过A段厌氧反硝化，可使河水中含氮物质和有机物得以有效去除，减小O段的COD负荷；通过A2/O工艺，在实际可通过生物膜系统反硝化作用提高其氮去除能力，同时，通过膜微生物吸收，

作为优选，所述生物膜反应段布置生物填料，所述生物填料浸没在水体水面下方。

进一步优选，所述厌氧处理单元内生物填料的布设密度为38～42串/m²。

进一步优选，所述好氧处理单元内生物填料的布设密度为48～52串/m²。

进一步优选，所述生物填料为TA.II型弹性立体填料，填料比表面积216m²·m³，加工成直径为10～15cm的弹性填料串，所述弹性填料串悬挂与水体中。

作为优选，所述厌氧处理单元、好氧处理单元和生态浮岛的长度比为1.5～2.5:3～3.5:4～5。

作为优选，生态浮岛上种植植株为水竹，植株密度为20～50株/m²，进一步优选为40株/m²。水竹除具有良好的观赏价值外，还有广泛用途，除可用作工业原料外，还可用作食物和药材，具有较高的后续处理价值。

由于构建的简单生物处理系统不存在排泥过程，而如AO、A²/O，均是通过排泥作用使P最终从水体中去除，因此通过生物浮岛的植物吸收作用，弥补生物系统对P去除的缺陷；而同时，运用四季常绿的植物，可长期稳定的发挥其效果。

生态浮岛在水面上的铺设方式采用常规铺设方式，既能保证出水效果又能实现美观。

曝气装置具体布设由生物膜设置及溶解氧浓度情况决定，通过控制适当曝气实现生物膜好氧段溶解氧控制在2-3mg/L。

本发明系统所选择的曝气技术、生物膜技术、植物浮岛技术具有环保，无二次污染的特点，同时植物可通过收割进行回收利用。

与现有的处理方法相比，本发明具有如下有益效果：

（1）生物膜反应段充分利用接触氧化净化工艺特点，通过微生物的生长繁殖及代谢活动，吸收、利用、并转化污染水体中的有机物和含氮含磷化合物，而填料为微生物提供了一个良好的依附和生存载体，从而发挥接触氧化工艺优势，同时，通过与曝气装置联合运用，获得生物膜好氧、缺氧/厌氧区段，并模拟多种生物接触氧化工艺，如A/O、A²/O、后置缺氧-好氧生物脱氮等，发挥有效的脱氮除磷功效；

（2）经过生物膜反应段处理后，河道水体经过植物浮岛单元，通过植物根系的吸收及过滤作用，可进一步提高水中可溶性营养物质及悬浮颗粒的去除，而水竹是一种常绿植物，在一年四季中均可发挥水质净化作用，可达到长期连续的深度处理效果，营造良好的城市河道景观；

（3）通过构建污染河道优化组合原位修复系统，可实现城市河道污染水体的水质提升，并通过适当机动改变修复系统的组合构成，可提高该系统对不同水质净化要求的适应性；通过对这些功能单元进行分段分级组合，形成耦合作用，能有效去除污染，改善生态环境；

（4）本发明实现了曝气、生物膜和浮岛技术的优化组合集成，为现阶段城市河道水质不断恶化提供一个有效途径，同时具有原位修复、高处理效率、低投资、低运行成本、低维护费用、低能耗、使用范围广特色。

附图说明

图1为本发明实施例1的模拟河道正视图。

图2为本发明实施例1的模拟河道俯视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例在如图1和图2所示的模拟城市河道反应器中进行，模拟A²/O工艺，模拟城市河道反应器包括反应器1，该反应,1有效容积75L，设有进水区3、反应区、出水区9，进水区3和反应区之间设有第一隔水挡板2，反应区与出水区3之间设有第二隔水挡板8，各区段连通。为模拟天然河道光照特性，反应器1四周进行不透光处理，常温运行。

其中反应器1的反应区主要分生物膜反应段和浮岛段，生物膜反应段布设弹性生物填料，浮岛段种植植物浮岛。反应区共分4段，分别为A、B、C、D段，其中A段为厌氧处理单元4、B段为缺氧处理单元5、C段为好氧处理单元6、D段为生态浮岛7，各段布有单独隔离曝气筛头10，曝气头的设置密度为160只/m²，曝气头的内径为2cm，可进行分段单独曝气，其中，各段长度比为A:B:C:D=1:2:3:4。

实验用水取自杭州市某条河道实际水体。其主要污染物氨氮、总磷均达到“地表水环境质量标准”劣Ⅴ类。

厌氧处理单元4、缺氧处理单元5和好氧处理单元6内置生物填料，填料选用TA.II型弹性立体填料。填料比表面积216m²·m³，自行加工为直径12cm、高30cm的弹性填料串，上部由铁丝固定悬挂于反应器1中，A、B、C三段共布设8串，其中A段2串，B段2串，C段4串，即A段填料密度为80串/m²、B段填料密度为40串/m²、C段填料密度为50串/m²，A、B、C三段内填料的平均密度为50串/m²。

生物膜的形成采用原位挂膜方式，通过连续进河道水，为水体中微生物和弹性填料提供足够的接触环境，待微生物在弹性填料上慢慢附着，生长繁殖。考察氨氮的去除情况，当氨氮的去除率达到稳定之后，认为挂膜成功。

D段布设植物浮岛，植物浮岛采用常规布设方式，可以布设在河道中心水面上，也可以布设在河道两侧水面上，为增强美观，还可以布设成不同的形状，植物选用水竹，种植密度按40株/m²。

本实施例为模拟A²/O工艺，单元组合包括一个厌氧单元、一个缺氧单元、一个好氧单元、一个植物单元。反应器1的反应区中，A、B段不曝气，构成厌氧处理单元4和缺氧处理单元5；C段曝气，构成好氧处理单元6；D段为植物浮岛段。河水经进水区3流经A段，后依次经过B段、C段、D段，其中A段、B段和C段，控制C段溶解氧在2-3mg/L，模仿生物脱氮工艺原理（A²O法）运行方式。

河水在反应器1中停留时间控制在24h（可以通过蠕动泵控制），每隔24h取反应器1中进出水样进行测定，测定指标包括：化学需氧量、氨氮、总氮、总磷。

经该模拟河道反应器处理后，河道水质得到明显提升。其中，化学需氧量平均去除率达到80%，水质该指标由地表水IV类提升至I类；氨氮平均去除率达到70%，水质该指标由地表水劣Ⅴ类提升至III类；总氮平均去除率达到40%；总磷平均去除率达到13%，水质该指标由地表水劣Ⅴ类提升至V类。

实施例2

本实施例在模拟城市河道反应器中进行，该实施例的模拟城市河道反应器与实施例1相比，缺少一个缺氧处理单元5，其他同实施例1，模拟A/O工艺，该反应器有效容积75L，设有进水区、反应区、出水区，各区段连通。为模拟天然河道光照特性，反应器四周进行不透光处理，常温运行。

其中反应器反应区主要分生物膜反应段和浮岛段。生物膜反应段布设弹性生物填料，浮岛段种植植物浮岛。反应区共分3段，分别为A、B、C段，各段布有单独隔离曝气筛头，可进行分段单独曝气，其中，各段长度比为A:B:C=2:3:4。

系统内置生物填料选用TA.II型弹性立体填料。填料比表面积216m²·m³，自行加工为直径12cm、高30cm的弹性填料串，上部由铁丝固定悬挂于反应器中，A、B两段共布设6串，其中A段2串，B段4串，即A段填料密度为40串/m²、B段填料密度为50串/m²。

C段布设植物浮岛，植物浮岛采用常规布设方式，可以布设在河道中心水面上，也可以布设在河道两侧水面上，为增强美观，还可以布设成不同的形状，植物选用水竹，种植密度按40株/m²。

本实施例为模拟A/O工艺，单元组合包括一个厌氧单元、一个好氧单元、一个植物单元。反应器反应区中，A段不曝气，构成厌氧段；B段曝气，构成好氧段；C段为植物浮岛段。河水经进水端流经A段，后依次经过B段、C段，其中A段与B段，控制B段溶解氧在2-3mg/L，模仿生物脱氮工艺原理（AO法）运行方式。

河水在反应器中停留时间控制在24h，每隔24h取反应器进出水样进行测定，测定指标包括：化学需氧量、氨氮、总氮、总磷。

经该模拟河道反应器处理后，河道水质得到明显提升。其中，化学需氧量平均去除率达到60%，水质该指标由地表水IV类提升至I类；氨氮平均去除率达到75%，水质该指标由地表水劣Ⅴ类提升至III类；总氮平均去除率达到20%；总磷平均去除率达到18%，水质该指标由地表水劣Ⅴ类提升至V类。

Claims

1.一种城市河道水体的原位净化系统，包括设置在城市河道中的生态浮岛，其特征在于，在所述生态浮岛的上游设有生物膜反应段，沿水流方向，所述生物膜反应段被分隔为若干个厌氧处理单元和若干个好氧处理单元，每个处理单元内装填有生物填料，且好氧处理单元中设有曝气装置。

2.根据权利要求1所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述生物膜反应段分隔为一个厌氧处理单元和位于所述厌氧处理单元下游的一个好氧处理单元。

3.根据权利要求1所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述生物膜反应段分隔为厌氧处理单元、依次位于所述厌氧处理单元下游的缺氧处理单元和一个好氧处理单元。

4.根据权利要求3所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述厌氧处理单元内生物填料的布设密度为38～42串/m²。

5.根据权利要求3所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述好氧处理单元内生物填料的布设密度为48～52串/m²。

6.根据权利要求4或5所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述生物填料为TA.II型弹性立体填料，填料比表面积216m²·m³，加工成直径为10～15cm的弹性填料串，所述弹性填料串悬挂于水体中。

7.根据权利要求2或3所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，所述厌氧处理单元、好氧处理单元和生态浮岛的长度比为1.5～2.5:3～3.5:4～5。

8.根据权利要求2或3所述城市河道水体的原位净化系统，其特征在于，生态浮岛上种植植株为水竹，植株密度为20～50株/m²。