CN103739082B - 人工造流曝气耦合生物膜浮床净化富营养化水体的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工造流曝气耦合生物膜浮床净化富营养化水体的系统。包括生物挂膜、浮床和人工造流曝气；所述生物挂膜载体为软性纤维填料，并与浮床组成生物膜浮床单元；所述人工造流曝气是通过安装在生物膜浮床单元下方的若干个推流曝气机朝同一方向开动形成循环流动水，并向水体供氧。所述系统采用若干个生物膜浮床单元由固定桩固定、连接杆连接，并呈椭圆排列，中间设有导流墙，浮床下方设有推流曝气机。与一般生物膜浮床相比，增加了人工造流曝气，增强了水体流动性，无需设置单独的曝气系统，对污染物去除效率高，能有效减缓水体富营养化程度；可针对水温、水质的动态变化，调控运行模式，系统运行更加稳定、高效、节能。

Description

人工造流曝气耦合生物膜浮床净化富营养化水体的系统

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种人工造流曝气耦合生物膜浮床净化富营养化水体的系统。

背景技术

随着近年来我国经济社会的高速发展，环境问题日趋严重，尤其是水环境污染十分突出，严重制约着水体周边社会经济和环境的可持续发展。许多湖泊（水库）是当地居民的重要水源地、风景区，但由于沿湖地区工农业生产的不断发展和人口的增长，水产养殖规模的不断扩大，污染物入湖量不断增多，且相对河流而言，湖泊的水体流动性较差，从而使得湖泊水质日趋恶化，不少湖泊富营养化形势严峻。

富营养化是指在人类活动影响下，水体接纳了过量的氮、磷等营养物质，使得藻类和其它浮游动物迅速繁殖，水体变色、变臭、变浊，造成水质不断恶化，从而使水体生态系统和水功能受到阻碍和破坏的现象。富营养化严重到一定程度时，水体会爆发“水华”，水体中藻类大量繁殖，溶解氧急剧降低，导致鱼类等水生生物大量死亡。且暴发的藻类中，微囊藻以及其它产毒的淡水藻会产生藻毒素，直接威胁到水生动物甚至人类的健康。同时由于富营养化，水体的生态系统平衡被打破，导致水体生物多样性减少。

人工浮床的主要功能可以归纳为四个方面：水质净化；创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间；改善景观；消波效果对岸边的保护作用。人工浮床的净化机理主要表现在两大方面：首先，发达的植物根系在水中形成浓密的网，表面积很大，可吸附大量悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成一种生物膜，而生物膜中的微生物大量繁殖，降解水中污染物使其变为简单的营养物质提供给水生植物，水生植物又通过光合作用转化成植物细胞促进其生长，人们通过收割浮床上的植物，可减少水中营养盐，达到净化水质的效果；其次，人工浮床通过遮挡阳光抑制藻类进行光合作用，减少浮游植物的生长量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，可提高水体透明度，有效防止“水华”发生。在浮床净化过程中，藻类的附着、沉降以及浮床的遮光作用有时比植物本身的吸附净化作用更为显著。

生物挂膜技术实质上是微生物固定化技术，是上世纪九十年代迅猛发展起来的一种新型水处理工艺。挂膜是生物膜处理系统中膜状微生物的培养和驯化过程，使具有除污能力且有生物活性的微生物污泥在填料上固着生长，微生物与载体不产生任何化学反应。生物膜由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成。生物挂膜技术的原理是，膜上微生物首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

普通浮床或生物挂膜处理系统的主要作用区域是固定的，在水体流动性较差的环境下，该系统主要处理相应区域内的污染物，对于其它无浮床漂浮水域的处理效果较差，容易形成“死区”，对整个污染水域的污染物的降解效果有限。

发明内容

本发明目的在于提供一种在富营养化较严重，水体流动性较差的湖塘、水库等水体中就地处理污染物和直接净化水质的系统，在充分利用生态浮床及生物膜净化富营养化水体的基础上，将人工造流曝气与生物膜浮床相耦合，强化了生物膜浮床的处理效果，同时可在不同季节调控推流曝气机的运行模式，以适应水温、水质的动态变化，使系统的运行更加稳定、高效、节能，具有较高的环境效益、经济效益和社会效益。

为达到上述目的，采用的技术方案如下：

一种富营养化水体的净化系统，包括生物挂膜、浮床和人工造流曝气；

所述生物挂膜采用软性纤维填料为载体，并与浮床组合成生物膜浮床单元；

所述系统采用若干个生物膜浮床单元由固定桩固定、连接杆连接呈椭圆形分布排列，中间设置有导流墙，浮床下方设有推流曝气机；

所述的人工造流曝气是安装在生物膜浮床单元下方的若干个推流曝气机朝同一方向开动形成循环流动水，并向水体供氧。

按上述方案，所述生物膜浮床单元包括浮岛载体、水生植物和软性纤维填料，水生植物生长在浮岛载体上；

垂直于浮岛载体周边设置若干钢管向水底延伸形成钢管框架，钢管框架底部铺设有塑料网格；

软性纤维填料竖向排列在钢管框架内，两端分别固定在浮岛载体底部和塑料网格上。

按上述方案，所述的浮岛载体由发泡聚苯乙烯材料制作，四周由PVC框架包围。

按上述方案，所述的生物挂膜选用的微生物菌种为用于修复水体的复合微生物菌剂。

按上述方案，平均水温大于28℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内所有推流曝气机运行3小时后停止3小时；其中单号推流曝气机仅启动推流功能时，双号同时启动曝气和推流功能，下一个周期双号推流曝气机推流时，单号同时曝气和推流。

按上述方案，平均水温小于16℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内所有推流曝气机运行5小时后停止1小时。

按上述方案，平均水温大于16℃、小于28℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内单号推流曝气机运行4小时后停止2小时，下一周期双号推流曝气机运行4小时后，停止2小时。

本发明的有益效果如下：

（1）与一般的浮床相比，增加了生物挂膜和人工造流技术，从而增强了水体的流动性，避免浮床降解过程中形成“死区”，提高了污染物去除效率，可减缓水体富营养化程度，有效防止水华爆发；

（2）推流曝气机在推动液流的同时，可为生物膜系统提供氧气，无需设置单独的曝气系统，更加节能；

（3）推流曝气机的推流和曝气功能相对独立，可以根据季节、水温的动态变化，调节该系统的曝气量和推流效率，更加高效节能，适应性更强；

（4）在运行模式的调控中，各推流曝气机交替运行，与长期开启或长期关闭的运行模式相比，可提高设备的使用寿命。

附图说明

图1：本发明生物膜浮床剖面图；

图2：本发明生物膜浮床立体图；

图3：本发明生物膜浮床与推流曝气机的结构示意图；

图4：本发明水上平面示意图；

其中，1—水生植物，2—浮岛载体，3—软性纤维填料，4—PVC框架，5—钢管，6—塑料网格，7—连接杆，8—固定桩，9—潜水式推流曝气机，10—生物膜浮床单元，11—导流墙。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

参照图1、2、3和4。一种富营养化水体的净化系统，结合了浮床、生物挂膜和人工造流曝气的特点；生物挂膜采用软性纤维填料3为载体，并与浮床组合成生物膜浮床单元10；所述的净化系统采用若干个生物膜浮床单元10由固定桩8固定、连接杆7连接呈椭圆分布排列，中间设置有导流墙11，安装在生物膜浮床单元10下方的若干个潜水式推流曝气机9朝同一方向开动形成循环流动水，并向水中供氧。浮床和生物挂膜相结合的技术与人工造流曝气技术耦合在一起使其在流动性较差的富营养化水体中依然能够有良好的表现，并减小其在曝气充氧方面的能耗。

本系统在实施时，若水域面积较大，不设置导流墙将会导致存在水流流动停滞区。导流墙一般设置在水面倒角处或离曝气装置较远处，先采用钢管焊接成墙体支撑骨架，再利用尼龙绳将土工布固定在骨架上，导流墙出水高度约为50cm。

本系统在实施时，选择集曝气与推流作用于一体的潜水式推流曝气机，功率1.5kW，能耗低，噪音小，也不会将底泥搅动。曝气供氧的同时，推动水流连续循环流动，使整个湖水得到充足的氧气。该型号推流式曝气机的参数见表1。实施方案中，相邻的两台曝气机相互间隔45～50m。水下推流曝气机根据需要选择一定高度的安装基座，在曝气充氧的同时避免搅动底泥。安装高度为距水面50～100cm处。

表1推流曝气机参数

型号	功率/kw	转速/rpm	增氧能力/kgO2/h	潜入深度m	循环通量/m3/h
						LFPQ-1.5CI	1.5	2890	2.10～2.30	1.5～5	440

参照图1、2、3和4。生物膜浮床单元10包括浮岛载体2、水生植物1和软性纤维填料3；水生植物1生长在浮岛载体2上；垂直于浮岛载体2周边设置若干钢管5向水底延伸形成钢管框架，钢管框架底部铺设有塑料网格6；软性纤维填料3竖向排列在钢管框架内，两端分别固定在浮岛载体2底部和塑料网格6上。如此可以在水下湍流较为剧烈时，防止软性纤维填料相互缠绕，影响微生物的生长繁殖和污染物的处理效果。对氮、磷具有较好去除效果的水生植物有美人蕉、旱伞草、铜钱草、千屈菜、菖蒲、鸢尾等，选用菖蒲、美人蕉作为浮床上的景观植物。

参照图1、2、3和4。浮岛载体2由发泡聚苯乙烯材料制作，四周由PVC框架4包围。用发泡聚苯乙烯材料制作人工浮床（2m×3m），并在上面预留相互间隔为50cm×50cm的孔洞，浮床床体周边用PVC材料包围，PVC材料上设置2m×3m×1.2m的钢管框架，并在框架底部铺设塑料网格。

生物挂膜中以软性纤维填料为载体选用的微生物菌剂参数见表2。

表2微生物菌剂参数

根据不同季节的水温情况将运行时期划分为高温期、低温期和中温期。不同时期的运行模式如下：

（1）高温期：该时期平均水温大于28℃，较高的温度容易使水体爆发蓝藻水华，富营养化程度较高。高温期微生物代谢速率快，活性较强，氧化分解有机物作用活跃，有机污染物大部分被降解，氮、磷浓度降低。该时期蓝藻水华爆发概率较大，需要加强系统的推流效果，减小曝气量。

高温期运行模式：将一个工作日分为4个周期，各周期内所有推流曝气机运行3小时后停止3小时。其中单号推流曝气机仅启动推流功能时，双号同时启动曝气和推流功能。下一个周期双号推流曝气机推流时，单号同时曝气和推流。

（2）低温期：该时期平均水温小于16℃，较低的温度使水体中藻类生长繁殖缓慢，富营养化程度降低。低温期由于气温较低，水体及底泥中的微生物不活跃，分解有机污染物能力较弱，有机物容易积累，而且冬天降水少，有机物得不到扩散和稀释，故有机物浓度值偏高，需增大曝气推流效果。

低温期运行模式：采用全开全关式，将一个工作日分为4个周期，所有推流曝气机运行5小时后停止1小时，以此为一个周期，交替运行。

（3）中温期：该时期平均水温大于16℃、小于28℃，水温、水质较为稳定，水体中各污染物浓度波动较小。

中温期运行模式：将一个工作日分为4个周期，各周期内单号推流曝气机运行4小时后停止2小时，下一周期双号推流曝气机运行4小时后，停止2小时。

Claims (4)

1.一种富营养化水体的净化方法，其特征在于该净化方法采用富营养化水体的净化系统，包括生物挂膜、浮床和人工造流曝气；

所述生物挂膜采用软性纤维填料为载体并与浮床组合成生物膜浮床单元；

所述系统采用若干个生物膜浮床单元由固定桩固定、连接杆连接呈椭圆形分布排列，中间设置有导流墙，浮床下方设有推流曝气机；

所述的人工造流曝气是安装在生物膜浮床单元下方的若干个推流曝气机朝同一方向开动形成循环流动水，并向水体供氧；具体如下：

平均水温大于28℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内所有推流曝气机运行3小时后停止3小时；其中单号推流曝气机仅启动推流功能时，双号同时启动曝气和推流功能，下一个周期双号推流曝气机推流时，单号同时曝气和推流；平均水温小于16℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内所有推流曝气机运行5小时后停止1小时；平均水温大于16℃、小于28℃时，将一个工作日分为4个周期，各周期内单号推流曝气机运行4小时后停止2小时，下一周期双号推流曝气机运行4小时后，停止2小时。

2.如权利要求1所述的富营养化水体的净化方法，其特征在于所述生物膜浮床单元包括浮岛载体、水生植物和软性纤维填料，水生植物生长在浮岛载体上；

垂直于浮岛载体周边设置若干钢管向水底延伸形成钢管框架，钢管框架底部铺设有塑料网格；

软性纤维填料竖向排列在钢管框架内，两端分别固定在浮岛载体底部和塑料网格上。

3.如权利要求2所述的富营养化水体的净化方法，其特征在于所述的浮岛载体由发泡聚苯乙烯材料制作，四周由PVC框架包围。

4.如权利要求1或2或3所述的富营养化水体的净化方法，其特征在于所述的生物挂膜选用的微生物菌种为用于修复水体的微生物菌剂。