CN105923741A - 一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于水体原位生态修复技术领域，涉及一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，该光纤生物膜反应器包括电源、电源控制器、光纤光源器、浮体、支撑体及光纤；电源控制器以及光纤光源器放置在浮体或生物浮床的上表面、置于生物浮床表面和/或岸边；支撑体固定在浮体的下表面；电源依次通过电源控制器和光纤光源器，使光纤光源器中的LED灯发光，光在光纤中传播使光纤表面生长生物膜，利用生物膜的净化作用降低水中的污染物浓度。本发明提供了一种结构简单、运行稳定、成本低廉、效果显著，同时适用于浅水和深水水体生态修复的光纤生物膜反应器。

Description

一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器

技术领域

本发明属于水体原位生态修复技术领域，涉及一种生物膜净化装置，尤其涉及一种水体生态修复的光纤生物膜反应器。

背景技术

随着工业化和城镇化发展的加快进行，我国大部分湖泊、水库受到不同程度的污染，一些水体已面临严重的富营养化和藻华的频繁爆发。富营养化的治理和水体生态修复是目前亟待解决的问题，水体生态修复主要集中在水生植被恢复、人工湿地技术、生物膜法和生物操纵等。

生物膜原位处理技术是一种高效的污水生物处理方法，在城市生物污水处理中应用广泛。其原理是利用生物载体上生长的生物膜，主要是细菌、藻类、原生动物及其分泌的胞外聚合物，对水体中的污染物进行物理吸附、生物转化和降解等作用，以实现水质的净化。生物膜法不仅能高效降解有机物，而且具有很好的脱氮除磷效果，因此在污水处理中具有广泛应用。

虽然生物膜法具有很多优点，但在自然水体，尤其是深水水库中，生物膜原位净化技术效果并不是很理想。这主要是因为受污染水体虽然为生物膜的生长提供了营养盐，但水体的透明度较低，由于光照太弱而使载体上一些自养型微生物不能很好的生长；另一方面由于水体中溶解氧较低，影响异养微生物的生长。此外，由于生物膜载体投加量太少，加上生物膜的老化和脱落，使得开放水体中生物膜原位处理的效果受到影响。

中国发明专利CN102092842A公布了一种开放水体原位净化的方法和装置，利用太阳能水体循环及复氧系统使水运动经过悬浮在水中的生物载体，利用生物载体上的生物膜降解水中的污染物。该装置的不足在于装置太复杂，复氧系统运行不稳定，对生物膜的扰动较大，且生物膜载体的投放深度较小。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、运行稳定、成本低廉、效果显著，同时适用于浅水和深水水体的光纤生物膜反应器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述用于水体生态修复的光纤生物膜反应器包括电源、电源控制器、光纤光源器、浮体、支撑体、接头以及光纤；所述电源控制器以及光纤光源器设置在浮体的上表面、置于生物浮床表面和/或岸边；所述支撑体通过接头固定在浮体的下表面并浸没在待修复水体液面以下；所述光纤表面附着生长有生物膜并缠绕固定在支撑体的外表面；所述电源依次通过电源控制器以及光纤光源器接入光纤。光纤光源器将电能转化为光能，光在光纤中进行传导以维持表面的生物膜生长。

作为优选，本发明所采用的支撑体为不锈钢笼网状圆柱形支撑体；所述接头包括但不限于钢丝以及尼龙绳索。

作为优选，本发明所采用的支撑体是一个或多个；所述支撑体是多个时，多个支撑体分别设置在浮体的下表面；所述光纤串联或并联螺旋缠绕并固定在支撑体上。

作为优选，本发明所采用的电源控制器是蓄电池控制器；所述电源控制器上设置有开关、输出接口以及指示灯。

作为优选，本发明所采用的光纤光源器是LED光源器。

作为优选，本发明所采用的浮体是聚苯乙烯泡沫板；所述浮体的形状包括但不限于圆形、方形以及菱形。

作为优选，本发明所采用的电源是太阳能电池板、风能发电系统和家庭用电电源。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，包括电源、电源控制器、LED光纤光源器、浮体、支撑体、接头和光纤。电源连接控制器，并提供电能供LED灯发光，光传输到光纤中供光纤表面的生物膜生长，利用光纤表面的生物膜降解水体中的污染物。电源可以是太阳能电池板、风能发电系统和家庭用电等，电源控制器为可以储存和整合电流的蓄电池，LED光源器和光纤可多个串联或并联运行，提高净化效果，光纤可投放到深水区供生物膜生长，去除染污物。本发明结构简单，设计巧妙，既利用了光纤对光的远距离传导作用，又利用了自然生物膜技术对污染物进行高效降解，成本低廉，效果显著，对于自然水体，尤其是深水湖泊和水库的原位生态修复，具有重要的技术指导和应用价值。具体而言，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用了自然条件下太阳能、风能等绿色能源，通过控制器把能量储存进行充分利用，通过光纤光源器和光导纤维将光传递到水体中，为生物膜的生长提供了必要条件。该装置成功实现了绿色能源的转化，成本较低。

(2)本发明通过支撑体上生物膜的原位处理技术，对水中的有机物、N、P等污染物进行降解和去除，是一种效果显著的生态修复方法。

(3)本发明利用光纤的高效传输解决了深水湖泊中深水区光照不足影响生物膜生长的问题，生物膜的生长和净化作用提高了水中的溶解氧和透明度。

(4)本发明将光纤螺旋缠绕在镂空的支撑体上，使光纤表面360度均能生长生物膜，增加了生物膜的表面积，可提高净化效果。

(5)本发明装置简单，便于维护。本发明主体由光源、电源控制器和光纤光源器及光纤生物膜构成，可结合生物浮床技术，将光纤生物膜固定于浮体上，同时可在支撑体内部放养滤食性贝类来滤食脱落的生物膜和水体中的藻类，提高水质净化效果。本发明维护方便，可定期检查电源和光纤机光源的工作情况。

附图说明

图1是本发明所提供的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器的结构示意图；

其中：

1-太阳能电池板；2-输电线；3-电源控制器；4-光纤光源器；5-光纤；6-接头；7-支撑体；8-浮体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此附图说明所提供的图片用来辅助对本发明的进一步理解，作为本发明申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定。

参见图1，本发明提供了一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其包括电源、电源控制器3、光纤光源器4、浮体8、支撑体7、接头6以及光纤5；电源控制器3以及光纤光源器4可设置在浮体8的上表面、置于生物浮床表面和/或岸边；支撑体7及光纤5均设置在浮体8的下表面且处于待修复水体液面以下；接头6为不锈钢钢丝，用于连接支撑体7和浮体8；电源依次通过电源控制器3和光纤光源器4，光纤光源器4中的LED灯发光并传入光纤5中。电源控制器3可以整合电流和储存电能，供给光纤光源器4中的灯泡发光，光在光纤5中传递的同时在光纤5的表面形成生物膜，用生物膜去除水中的污染物。

支撑体7固定在浮体8的下表面；光纤5固定在支撑体7上；支撑体7和浮体8通过接头6连接；支撑体7是钢丝制作的圆柱形镂空(笼网状)支架，其内径和高度根据水深来确定；光纤5螺旋缠绕在支撑体7上；支撑体7是一个或多个；支撑体7是多个时，多个支撑体7分别设置在浮体8的下表面；光纤5串联或并联螺旋缠绕在支撑体7上。光纤5为生物膜载体，其材质为塑料，如有机玻璃(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等，在其表面生长有生物膜。

电源控制器3是蓄电池控制器；为可充放电的蓄电池，将太阳能电池板、风能发电系统等产生的电能转化为化学能，储存在电池中，蓄电池的电压大小可调节，为光纤光源器4提供稳定的电能。电源控制器3上设置有开关、输出接口以及指示灯。

光纤光源器4是LED光源器，其发出的光可以是白光、红光、绿光、蓝光、黄光、紫光等多种颜色的光，光纤光源器4的功率大小可以选择，光的颜色依据实际水体的深度、透明度和生物膜生长情况选择，一般选择白光。

浮体8是耐腐蚀、能漂浮在水面的有机高分子聚合物浮体，如聚苯乙烯泡沫板浮体，浮体8的作用是连接和悬挂支撑体7及光纤5。浮体8的形状可以为圆形、方形和菱形等。

电源可以是太阳能电池板1、风能发电系统和家庭用电电源，产生的电能输送至电源控制器3内进行储存，电源放置于生物浮岛或者岸边。

本发明的工作过程是：利用电源提供电能给电源控制器，控制器使得光纤光源器中的LED灯发光，再通过光纤将光传输到更远的距离，光纤螺旋缠绕在网笼状柱形不锈钢支撑体上，支撑体固定在浮体下表面并浸没在水中，光纤为光合自养型生物提供了光能，从而在光纤表面附着生长生物膜，利用生物膜上的微生物及其胞外分泌物去除污染物，实现水质的原位净化。

1、光纤生物膜反应器的制作。

将不锈钢钢丝制作成一个圆柱形笼网状支撑体，这样既方便光纤的缠绕和固定，又可以使光纤表面360度都附着和生长生物膜。然后将光纤螺旋固定在柱形支撑体表面，由于光纤硬度较大，不易固定，可用绳子将光纤绑在支撑体上。

2、生态修复装置的制作与安装

将表面固定有光纤的支撑体上端用钢丝或绳子固定在浮体下端，然后垂直浸没在水中。浮体的形状可以是长方形、菱形和圆形，浮体的大小根据光纤的长度、直径和数量决定。浮体的四角或边缘用绳索固定在生物浮岛的框架中。

将光纤一端接入LED光纤光源器的接口处，并将螺丝拧紧，接入光纤的数量依据实际处理面积和布局来确定。

将LED光纤光源器与电源控制器连接，光纤光源器的功率根据控制器蓄电池的输出电压来确定。

工作时，开启光纤光源器的开关，LED灯泡所发出的光随着光纤传输到水中，生物膜在光纤的表面生长，利用生物膜吸收、吸附和降解水体中的污染物。

实施例1：

本实施例提供一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器。如图1所示，该装置包括太阳能电池板1，连接太阳能电池板1和电源控制器3的输电线2，光纤光源器4，光纤5，支撑体7，浮体8和接头6。支撑体7通过接头6均匀的固定在浮体8上。下面对构成本发明的部件和工作过程做详细说明。

本例中，太阳能电池板1为单晶硅板，尺寸为1.1m×2.0m，放置于生物浮床的床体表面，将太阳能板产生的电能输送至电源控制器3中，连接电源控制器3，使光纤光源器4中的LED灯发光。光纤光源器4的型号为LED-45，可遥控操作，控制灯光的颜色。光纤光源器4的出光口连接光纤5，光纤长30m，直径为8mm。将光纤5螺旋缠绕在支撑体7上，支撑体7为不锈钢网笼状柱形体，其内径为20cm，长1.5m，光纤5离开水面的部分用黑色胶带包裹。六根光纤螺旋缠绕固定在六个支撑体上7。支撑体7上端被固定在浮体8上，浮体8为2m×1.6m×0.2m的聚苯乙烯泡沫板，浮体8的四个角固定在生物浮床的框架上。将该生态修复装置应用于香溪河库湾水华的防控中，三周后发现虽然支撑体浸没于水下，但光纤表面生长有大量生物膜，利用生物膜的净化作用，可以消减水中N、P等营养盐。

以上实施例对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容和具体工作模式，并不能以此限制本发明的保护范围，可以改变电源类型、光纤光源器的数量和大小、光纤的长度、数量、直径和材质，改变支撑体的尺寸和连接方式等。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述用于水体生态修复的光纤生物膜反应器包括电源、电源控制器（3）、光纤光源器（4）、浮体（8）、支撑体（7）、接头（6）以及光纤（5）；所述电源控制器（3）以及光纤光源器（4）设置在浮体（8）的上表面、置于生物浮床表面和/或岸边；所述支撑体（7）通过接头（6）固定在浮体（8）的下表面并浸没在待修复水体液面以下；所述光纤（5）表面附着生长有生物膜并缠绕固定在支撑体（7）的外表面；所述电源依次通过电源控制器（3）以及光纤光源器（4）接入光纤（5）。

2.根据权利要求1所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述支撑体（7）是不锈钢笼网状圆柱形支撑体；所述接头（6）包括但不限于钢丝以及尼龙绳索。

3.根据权利要求2所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述支撑体（7）是一个或多个；所述支撑体（7）是多个时，多个支撑体（7）分别设置在浮体（8）的下表面；所述光纤（5）串联或并联螺旋缠绕在支撑体（7）上。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述电源控制器（3）是蓄电池控制器；所述电源控制器（3）上设置有开关、输出接口以及指示灯。

5.根据权利要求4所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述光纤光源器（4）是LED光源器。

6.根据权利要求5所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述浮体（8）是聚苯乙烯泡沫板；所述浮体（8）的形状包括但不限于圆形、方形以及菱形。

7.根据权利要求6所述的用于水体生态修复的光纤生物膜反应器，其特征在于：所述电源是太阳能电池板、风能发电系统和家庭用电电源。