CN106380002A - 一种水体净化方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种水体净化方法，通过激发水体本土微菌群代谢活性，促使微生物在生长和繁殖过程中对污染物质产生吸收能力，提高微生物的有效生物量和功能性，重组、完善和优化水体微生物生态系统，实现有机、氮、磷污染物沿水体生态系统不同营养级之间的物质流转移，促使水体恢复自我净化调节能力实现水质净化及生态修复。实现所述水体净化方法的水体土著微生物活化系统，包括活化反应区和附属设备区。本发明对水体微生物菌群活化效果显著，自动化程度高，附属设备少，管理运行方便、能耗低，可为自然景观水体治理提供技术支持，具有良好的社会效益和环境效益。

Description

一种水体净化方法及系统

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及水体净化方法及系统。

背景技术

随着经济社会的快速发展，一些地表水体受到了不同程度的污染与破坏，诸如富营养化严重、透明度降低、散发恶臭等。富营养化是当前水体常规污染中的重要表现，即水体中氮、磷等营养元素物质大量积累，其本质问题是水体生物多样性的破坏，由此造成系统丧失自我维持、自我调节的能力与系统平衡失稳，并最终导致水生生态系统的破坏和环境问题的进一步加剧。随着人类对环境资源利用活动日益增加，特别是工农业生产大规模发展，大量含有氮、磷营养元素的生活污水排入附近的湖泊、河流和海洋，增加了水体的营养物质负荷量，污染失衡现象时有发生，水污染危害逐年加剧。水中含氮、磷等有害物质已成为我国水环境灾害的主要污染物，且成为制约社会和经济可持续发展的重要因素。为提高生态环境质量水平，以富营养化为代表的地表水体污染问题必须得到解决。随着国家“水十条”政策的颁布，国家已将此技术攻关列入科技规划中的专项重点课题，相关技术具有广阔的市场应用前景与重要的社会环境效益。

富营养化河流治理是一项复杂的系统工程，纵观目前国内外已在使用或已使用的河道污染控制与修复的技术，依据处理的原理不同可分为物理法、化学法、生物法、生态修复法四大类。

物理法水体修复技术包括疏浚，引清调水，曝气充氧等。底泥疏浚技术往往工程量巨大，且容易带来二次污染问题；引清换水、稀释水中的杂质浓度通过引水换水来治理水污染是比较常用的方法，但对于孤立的偏远封闭水体，引清释浊往往变得困难；曝气充氧可以提高水体溶解氧，改善黑臭水体，但很难从根本上去除污染物质，往往治标不治本，污染物只是得到了转移并没有消除，水体自净能力未得到有效恢复。如郑正等人在申请号为CN204079637 U的专利中提出了一种湖泊藻水分离工艺，该工艺包括预处理部分和分离部分，但其采用的溶气也是借助于空压机和溶气罐，溶气效率低，而且专利说明书部分并没有清楚说明该技术处理后的改善情况。

化学方法：如加入化学药剂杀藻，加入铁盐促进磷沉淀，加入石灰脱氮等，但是易造成二次污染，且运行成本极高，通常只可作为对付突发性水体污染的应急措施。蒋晓嵘等人在公开号为CN202519104 U的专利中提出利用一种工艺处理景观水体，其工艺路线为：景观水体通过水泵提升进入絮凝反应池，在絮凝反应池进水管道上设有混合器便于加药，其后水经过接触室，气浮分离器。此工艺与传统气浮方法相同，但增加了化学投药装置，引入大量氯离子二次污染，且工序繁琐。

传统的生物旁通水处理工艺，可以有效的去除废水中的有机C、N、P，但其生物去除机制是在封闭的微生物作用单元内完成，并且磷的去除主要通过污泥的排放完成，大量污泥的产生不仅造成了二次污染，投资和运行费用也极高，如何有效的处理处置大量过剩的活性污泥成为现代污水处理厂的发展瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水体净化方法及系统，尤其是提供一种工艺流程简单、见效快、能耗费用低的适用于景观水体的净化方法及系统，克服现有技术的上述不足。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水体净化方法，通过激发水体本土微菌群代谢活性，促使微生物在生长和繁殖过程中对污染物质产生强大的吸收能力，提高微生物的有效生物量和功能性，重组、完善和优化水体微生物生态系统，实现有机、氮、磷污染物沿水体生态系统不同营养级之间的物质流转移，促使水体恢复自我净化调节能力实现水质净化及生态修复。

进一步而言，本发明的方法包括以下步骤：

(1)向给料机中投加活化剂；

(2)设定时间继电器，每隔12小时运行一次，每次运行15分钟；

(3)开启自吸泵，调节活化区进水流量，保证活化区水力停留时间不小于8小时；

(4)开启气泵，调节气泵开关，保证活化区溶解氧大于2mg/L。

优选地，所述活化剂，由以下质量百分比的组分制成：

有机营养源 20～40％，

无机营养源 20～60％，

无机絮凝物 5％～20％。

优选地，所述有机营养源包括聚羟基烷酸酯、维生素、多糖、蛋白质、蛋白酶、腐殖酸或小分子有机酸中的一种或一种以上；优选地，其中聚羟基烷酸酯为聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯或者3-羟基丁酸3-羟基己酸酯。

所属无机营养源包括硫酸镁，磷酸二氢钾，硫酸锰、硝酸钾、乙酸钠、柠檬酸钠、NaCl、KCl、FeS04.7H₂O、MgSO4.7H₂O、CaCl₂中的一种或一种以上。

所述无机絮凝物为膨润土、硅藻土、蒙脱石中的一种或一种以上。

活化区内填料采用两种形式：固定式纤维状填料，聚氨酯悬浮填料。反应器运行初期，关闭系统出水开关，只运行内循环，控制活化区溶解氧浓度2-4mg/L，曝气培养48-72h，填料上有生物膜长出时，开启外循环。系统正常运行时，控制活化区水力停留时间6-8h。设定时间继电器，通过电磁阀控制培养液抽排周期控制在8-12h。

一种实现上述水体净化方法的水体土著微生物活化系统，工艺主体包括两部分：活化反应区和附属设备区。活化区是活化系统的主体部分，包括填料，管式曝气器等；设备区包括：自吸泵，风机，给料机，时间继电器，变电箱等。工艺附属设备包括：进水管干管、出水干管，内回流管、进水调节阀、回流调节阀。活化区的曝气形式采取穿孔管底部均匀曝气，活化剂物料由给料机提供，给料周期由时间继电器控制。水体中的土著微生物在活化系统内大量生长繁殖，附着于悬浮填料上形成生物膜，从活化系统排出。外部水和活化区培养液经过自吸泵，一路进入活化系统，一路经过布水管道进入外部水体。活化系统内充满液体后，通过溢流管道外排和回流。保证一定细菌微生物的培养时间，由和时间继电器和电磁阀控制活化系统内培养液的排放周期和排放量。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

突破传统水体净化采用的旁通单元式封闭水处理工艺，通过激活水体本土微生物，特异性微生物数量呈几何级数增殖，用水体本身代替传统的有限生物反应器，大大释放了微生物生长空间。活化系统采用一体式，活化区填料密度大，好氧区和厌氧区并存，而且随生物膜不断增长，生物膜上也存在好氧区和厌氧区，为硝化反硝化同时进行提供了有利条件，对于氮的去除效果明显。本发明工艺简单，占地面积小，运行管理方便，投资和运行费用低，适应条件范围广，可在河道及景观水体的生态修复中广泛应用。

附图说明

图1为本发明水体净化系统实施例的组成示意图。

图中标记：

①活化反应区 ②附属设备区 ③气泵 ④时间继电器 ⑤电磁阀

⑥填料 ⑦自吸泵 ⑧给料机 ⑨进水阀门 ⑩出水阀门

气泡 管式曝气器 第二底阀 第一底阀 溢流口

进水干管 出水干管 内回流管

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明的方法包括以下步骤：

向给料机⑧中投加活化剂；

设定时间继电器④，每隔12小时运行一次，每次运行15分钟；

开启自吸泵⑦，调节活化区进水流量，保证活化区水力停留时间不小于8小时；

开启气泵③，调节气泵开关，保证活化区溶解氧大于2mg/L。

所述活化剂，由以下质量百分比的组分制成：

有机营养源 20～40％，

无机营养源 20～60％，

无机絮凝物 5％～20％。

所述有机营养源包括聚羟基烷酸酯、维生素、多糖、蛋白质、蛋白酶、腐殖酸或小分子有机酸中的一种或一种以上。其中聚羟基烷酸酯为聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯或者3-羟基丁酸3-羟基己酸酯。

所属无机营养源包括硫酸镁，磷酸二氢钾，硫酸锰、硝酸钾、乙酸钠、柠檬酸钠NaCl、KCl、FeSO4.7H₂O、MgSO4.7H₂O、CaCl₂中的一种或一种以上。

所述无机絮凝物为膨润土、硅藻土、蒙脱石中的一种或一种以上。

活化区内填料采用固定式纤维状填料，固定式纤维填料比表面积15～25m²/g。反应器运行初期，关闭系统出水开关，只运行内循环，控制活化区溶解氧浓度2-4mg/L，曝气培养48-72h，填料上有生物膜长出时，开启外循环。系统正常运行时，控制活化区水力停留时间6-8h。设定时间继电器，通过电磁阀控制培养液抽排周期控制在8-12h。

如图1所示，本发明一种实现上述水体净化方法的水体土著微生物活化系统，包括两部分：活化反应区①和附属设备区②；活化区是活化系统的主体部分，包括填料⑥、管式曝气器第一底阀设备区包括风机③、时间继电器④、电磁阀⑤、自吸泵⑦、给料机⑧、⑨进水阀门，工艺附属设备包括：出水阀门⑩、第二底阀溢流口进水干管出水干管内回流管

其中，进水干管与电磁阀⑤和自吸泵⑦相连接，用于将待处理水抽进活化反应区①中进行土著微生物活化。

与气泵③相连接的管式曝气器设置于活化反应区①底部，为活化反应区曝气时，气泡从管式曝气器中涌出；

出水干管与出水阀门⑩相连接将经过处理的水输送到景观水体中。

第一底阀与进水干管相连，用于定时抽取活化区的液体时，防止活化剂沉淀颗粒进入自吸泵⑦。

给料机⑧的输送端伸入活化反应区①中，为活化反应区输送所需各种物料；

填料⑥分布于活化反应区①中；

进水干管一端伸入景观水体中，另一端与自吸泵⑦相连，用于吸取景观水体中的水进入活化反应区①中进行土著微生物活化。第一底阀用于抽取景观水时，防止较大的悬浮物，漂浮物大块垃圾等进入进水干管保护自吸泵⑦。

溢流口活化后的土著微生物，通过溢流口进入内回流管。

内回流管活化后的土著微生物，通过内回流管在液面下进入进水干管

出水干管活化后的土著微生物连同部分景观水体进水一同通过出水干管排到景观水体。进水支管用于抽取活化后的土著微生物菌液，其上装有电磁阀⑤，由时间继电器④控制。

出水支管用于往反应器活化反应区①进水。

活化区的曝气形式采取穿孔管底部均匀曝气，保证活化区溶解氧浓度大于2mg/L；活化剂物料由给料机提供，给料周期由时间继电器控制。水体中的土著微生物在活化系统内大量生长繁殖，附着于悬浮填料上形成生物膜，从活化系统排出。外部水和活化区培养液经过自吸泵，一路进入活化系统，一路经过布水管道进入外部水体。活化系统内充满液体后，通过溢流管道外排和回流。保证一定细菌微生物的培养时间，由电磁阀和时间继电器控制活化系统内培养液的排放周期和排放量。

实验选择上海闵行一景观水体，面积600m²，为半封闭型湖体。由于地表径流污染，以及岸边树叶不断落入湖中，湖底淤泥较厚，近些年水体富营养化程度严重、透明度下降，水质恶化严重。

实验现场具体情况：

现场土著微生物活化系统工艺主体包括两部分：活化反应区①和附属设备区②。活化区是活化系统的主体部分，包括填料⑥，管式曝气器等；设备区包括：自吸泵⑦，风机③，给料机⑧，时间继电器④，变电箱等。工艺附属设备包括：进水管干管出水干管内回流管进水调节阀、回流调节阀。活化区的曝气形式采取穿孔管底部均匀曝气，活化剂物料由给料机提供，给料周期由时间继电器控制。反应器设备总体积1m³，活化区和附属设备区体积比3∶2。在活化区内投放聚氨酯悬浮填料5kg，一次性往活化区投加营养源2kg，在给料机储箱中存放10kg。关闭系统外循环出水，只开启水泵和风机，控制溶解氧浓度3mg/L，闷曝50h。

系统运行50h后，设定时间继电器，控制电磁阀开启周期8h，每次开启时间20min，控制给料机运行周期为8h，给料时间15s，单次给料量100g，每次给料机启动时间比电磁阀开启时间晚90min。活化区进水流量为0.05m³/h，系统外循环出水量0.95m³/h。调节气泵流量器，控制活化区内溶解氧浓度2.8mg/L。

系统运行一个月后，往给料箱体再投加营养源5kg，设定时间继电器，每次开启时间30min，控制给料机运行周期为12h，给料时间15s，单次给料量120g，给料机启动时间比电磁阀开启时间晚90min。活化区进水流量为0.15m³/h，系统外循环出水量0.75m³/h。

系统运行稳定后30天、60天后，分别监测待修复水体水质指标，检测结果如下表(mg/L)：

由上表中数据可知，本发明系统运行30天后COD等主要污染指标明显下降，水体浊度、色度大幅降低，水体景观效应明显提升，运行60天后各类指标接近III类地表水体标准，污染物控制、水质指标提升等水体生态修复效果明显。

综上，以活性污泥法为代表的传统生物处理工艺难以应用于河道及景观水体的修复中，本发明突破传统水体净化采用的旁通封闭单元式水处理工艺，通过激活水体本土微生物，用水体本身代替传统的有限生物反应器，大大释放了微生物生长空间，提高微生物的有效生物量和功能性，重组、完善和优化水体微生物生态系统，最终实现水体自净能力。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水体净化方法，其特征在于：通过激发水体本土微菌群代谢活性，促使微生物在生长和繁殖过程中对污染物质产生吸收能力，提高微生物的有效生物量和功能性，重组、完善和优化水体微生物生态系统，实现有机、氮、磷污染物沿水体生态系统不同营养级之间的物质流转移，促使水体恢复自我净化调节能力实现水质净化及生态修复。

2.根据权利要求1所述的水体净化方法，其特征在于：对活化区的曝气，提供活化剂物料使得水体中的土著微生物在活化系统内大量生长繁殖，附着于悬浮填料上形成生物膜，从活化系统排出；外部水和活化区培养液经过自吸泵，一路进入活化系统，一路经过布水管道进入外部水体；活化系统内充满液体后，通过溢流管道外排和回流；保证一定细菌微生物的培养时间，控制活化系统内培养液的排放周期和排放量。

3.根据权利要求2所述的水体净化方法，其特征在于：运行时包含活化剂在内的物料6～8h投加一次，单次给料时间10s-20s，根据水质情况，每日给料量控制在0.6～1.2kg。

4.根据权利要求2所述的水体净化方法，其特征在于：所述活化剂包括无机营养源、有机营养源、无机絮凝剂；

优选地，所述活化剂，由以下质量百分比的组分制成：

有机营养源 20～40％，

无机营养源 20～60％，

无机絮凝物 5％～20％；

优选地，所述有机营养源包括聚羟基烷酸酯、维生素、多糖、蛋白质、蛋白酶、腐殖酸或小分子有机酸中的一种或一种以上；优选地，其中聚羟基烷酸酯为聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯或者3-羟基丁酸3-羟基己酸酯；

优选地，所述无机营养源为硫酸镁，磷酸二氢钾，硫酸锰、硝酸钾、乙酸钠、柠檬酸钠、NaCl、KCl、FeSO4.7H₂O、MgSO4.7H₂O、CaCl₂中的一种或一种以上；

优选地，所述无机絮凝物为膨润土、硅藻土、蒙脱石中的一种或一种以上。

5.根据权利要求2所述的水体净化方法，其特征在于：控制培养液抽排周期为6-8h,抽排时间15-20min，排放量为培养液总量的1/4-1/3。

6.根据权利要求2所述的水体净化方法，其特征在于：活化区内填料采用固定式纤维状填料；反应器运行初期，关闭系统出水开关，只运行内循环，控制活化区溶解氧浓度，曝气培养,填料上有生物膜长出时，开启外循环；系统正常运行时，控制活化区水力停留时间；设定时间继电器，通过电磁阀控制培养液抽排周期。

7.根据权利要求6所述的水体净化方法，其特征在于：所述固定式纤维填料比表面积15～25m²/g；所述活化区溶解氧浓度2-4mg/L；曝气培养时间为48-72h；所述控制活化区水力停留时间6-8h；所述培养液抽排周期为8-12h；优选地，活化区曝气采取穿孔管均匀曝气形式。

8.实现权利要求1至7中任一所述水体净化方法的水体土著微生物活化系统，其特征在于：包括活化反应区和附属设备区；填料、管式曝气器设置于所述活化反应区中；自吸泵、风机、给料机、时间继电器、变电箱、进水管干管、出水干管，内回流管、进水调节阀、回流调节阀设置于附属设备区中；

其中，进水干管与电磁阀和自吸泵相连接，用于将待处理水抽进活化反应区中进行土著微生物活化；

与气泵相连接的管式曝气器设置于活化反应区底部，为活化反应区曝气时，气泡从管式曝气器中涌出；

出水干管与出水阀门相连接将经过处理的水输送到景观水体中；

第一底阀与进水干管相连，用于定时抽取活化区的液体时，防止活化剂沉淀颗粒进入自吸泵；

给料机的输送端伸入活化反应区中，为活化反应区输送所需各种物料；

填料分布于活化反应区中；

进水干管一端伸入景观水体中，另一端与自吸泵相连，用于吸取景观水体中的水进入活化反应区中进行土著微生物活化；

溢流口供活化后的土著微生物通过后进入内回流管；

内回流管，活化后的土著微生物，通过内回流管在液面下进入进水干管；

出水干管，活化后的土著微生物连同部分景观水体进水一同通过出水干管排到景观水体；进水支管用于抽取活化后的土著微生物菌液，其上装有电磁阀，由时间继电器④控制；

出水支管用于往反应器活化反应区进水。