CN107721087A - 黑臭水体多级净化系统及多级净化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水体治理领域,具体而言,涉及一种黑臭水体多级净化系统及多级净化工艺。所述黑臭水体多级净化系统包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;所述生物接触氧化区和所述水生植物区内均设有曝气管,所述曝气管与曝气机相连;所述生物接触氧化区内还设有悬挂式生物填料和微生物菌种,所述微生物菌种的体积为河道存水量的1‰‑5‰。上述黑臭水体多级净化系统经济成本较低,建造维护容易,处理效果与效率高,适应范围广(适用于水体的点源、面源污染治理),可以有效地控制生活污水以及部分工业废水,有效地阻止和去除河流内的污染物,净化水体环境。水体经过该系统净化后,可达到地表水V类及以上标准。
Description
技术领域
本发明涉及水体治理领域,具体而言,涉及一种黑臭水体多级净化系统及多级净化工艺。
背景技术
目前国内外采用的水生态修复技术主要有物理方法、化学方法和生物-生态方法。物理方法即通过工程措施进行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等,但往往治标不治本,只能作为对付突发性水体污染的应急措施。化学方法包括加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等,但花费大,并易造成二次污染,而且不能从根本上恢复水生生态系统的结构和功能。生物-生态方法包括放养控藻型生物,构建生态浮岛、人工湿地和水生植被等;然而,城市黑臭水体区域范围内一方面没有多余的土地构建旁路人工湿地;另一方面,在不控制支流污染的条件下,湿地及浮岛植物不仅难以存活,而且也不能有效消减污染负荷。因此,在充分考虑已有黑臭水体治理技术的适应性基础上,结合黑臭水质状况及污染特点,对已有成熟技术进行集成与优化,开发适用于污染物强化净化的集成技术,是解决黑臭水体治理问题的关键。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑臭水体多级净化系统及多级净化工艺,以缓解现有技术中存在的治理效果差和成本高的问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种黑臭水体多级净化系统,包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;所述生物接触氧化区和所述水生植物区内均设有曝气管,所述曝气管与曝气机相连;所述生物接触氧化区内还设有悬挂式生物填料和微生物菌种,所述微生物菌种的体积为河道存水量的1‰-5‰。
作为进一步优选的技术方案,所述悬挂式生物填料包括悬挂体和悬挂于所述悬挂体下部的生物填料,所述悬挂体为绳索和/或浮岛。
作为进一步优选的技术方案,所述绳索的一端固定于河岸,所述绳索的另一端固定于导流墙或对面河岸。
作为进一步优选的技术方案,所述生物填料的底部不固定。
作为进一步优选的技术方案,所述曝气管为微孔曝气管。
作为进一步优选的技术方案,所述曝气机每日的曝气时间为3-24 小时,河道中水体溶解氧浓度为2mg/L以上。
作为进一步优选的技术方案,所述水生植物区内还包括生态浮岛和仿生水草,所述仿生水草设置于所述生态浮岛下方;
优选地,所述生态浮岛包括浮岛床体和种植于所述浮岛床体上的植物,所述植物包括穗花狐尾藻、荷花和睡莲。
作为进一步优选的技术方案,所述厌氧区内的水体表面布满漂浮植物。
作为进一步优选的技术方案,所述沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区的长度均独立地为3-8米,宽度均为0.5-1.5米。
第二方面,本发明提供了一种黑臭水体多级净化工艺,采用上述的黑臭水体多级净化系统对黑臭水体进行净化,包括以下步骤:沿水流方向依次设置沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;其中,在生物接触氧化区和水生植物区内同时设置曝气管,曝气管与曝气机相连;在生物接触氧化区内设置悬挂式生物填料和投放微生物菌种,微生物菌种的投放体积为河道存水量的1‰-5‰。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的黑臭水体多级净化系统包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区,以生物接触氧化区为核心,利用曝气机、曝气管与悬挂式生物填料相结合,对黑臭水体进行综合治理,通过悬挂式生物填料表面的微生物吸收、转化、降解、清除黑臭水中的大量污染物,改善水质,其中悬挂式生物填料可以为河涌内的大量微生物提供挂膜介质,形成生物膜,提高微生物的分解和净化作用;生物接触氧化区内特定含量的微生物菌种可有效地去除支涌水中的氨氮和总磷,微生物污水处理菌种具有繁殖快速、生命力强、安全无毒等特点,既能有效消除恶臭,防止病原菌蚊蝇滋生,又能有效去除水中的氨氮、总磷、COD、BOD等污染物。
沉淀区主要去除水体中的泥沙和比重较大的悬浮物,同时起到调节池的作用,当进水负荷较高时,通过加药沉淀,缓解后续工段压力。厌氧区主要利用厌氧菌的作用去除废水中的有机物。水生植物区主要利用水生植物的根系作为微生物的载体,微生物繁殖生长后,能够形成稳定的生态群落,进而降低主河道污水负荷。
上述黑臭水体多级净化系统经济成本较低,建造维护容易,处理效果与效率高,适应范围广(适用于水体的点源、面源污染治理),可以有效地控制生活污水以及部分工业废水,有效地阻止和去除河流内的污染物,净化水体环境。水体经过该系统净化后,可达到地表水 V类及以上标准。
本发明提供的黑臭水体多级净化工艺采用上述黑臭水体多级净化系统对黑臭水体进行净化,可以有效地控制生活污水以及部分工业废水,有效地阻止和去除河流内的污染物,净化水体环境。水体经过净化后,可达到地表水V类及以上标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的黑臭水体多级净化系统在河道内的一种实施方式的工艺平面布置示意图;
图2是图1的剖视图;
图3是图1中生物接触氧化区的一种实施方式的布置示意图。
图标:1-沉淀区;2-厌氧区;3-生物接触氧化区;4-水生植物区; 5-导流墙;301-浮岛;302-生物填料;6-黑臭水体多级净化系统;7- 主河道;8-防腐木桩。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种黑臭水体多级净化系统,包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;所述生物接触氧化区和所述水生植物区内均设有曝气管,所述曝气管与曝气机相连;所述生物接触氧化区内还设有悬挂式生物填料和微生物菌种,所述微生物菌种的体积为河道存水量的1‰-5‰。
上述黑臭水体多级净化系统包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区,以生物接触氧化区为核心,利用曝气机、曝气管与悬挂式生物填料相结合,对黑臭水体进行综合治理,通过悬挂式生物填料表面的微生物吸收、转化、降解、清除黑臭水中的大量污染物,改善水质,其中悬挂式生物填料可以为河涌内的大量微生物提供挂膜介质,形成生物膜,提高微生物的分解和净化作用;生物接触氧化区内特定含量的微生物菌种可有效地去除支涌水中的氨氮和总磷,微生物污水处理菌种具有繁殖快速、生命力强、安全无毒等特点,既能有效消除恶臭,防止病原菌蚊蝇滋生,又能有效去除水中的氨氮、总磷、COD、BOD等污染物。
上述河道存水量的计算方法为:河道长度×平均宽度×平均水深,微生物菌种的体积典型但非限制性的为1‰、2‰、3‰、4‰或5‰。优选地,启动时菌种的投加比例为1‰;事故状态下菌种的投加比例为5‰。
需要说明的是,“悬挂式生物填料”是指悬挂于水体内的生物填料。生物填料按照一定间距制成悬挂式填料,填料空隙可变,不结团、不堵塞,生物膜易于更新,能够提高废水的可生化性。
生物接触氧化区在运行初期,少量的细菌附着于填料表面,由于细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都充足的条件下,微生物的繁殖十分迅速,生物膜逐渐增厚。溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用,为微生物所利用。但当生物膜达到一定厚度时,氧已经无法向生物膜内层扩散,好氧菌死亡,而兼性细菌、厌氧菌在内层开始繁殖,形成厌氧层,利用死亡的好氧菌为基质,并在此基础上不断发展厌氧菌。厌氧菌在经过一段时间后,数量开始下降,加上代谢气体产物的逸出,使内层生物膜大量脱落。在生物膜已脱落的填料表面上,新的生物膜又重新发展起来。在接触氧化池内,由于填料表面积较大,所以生物膜发展的每一个阶段都是同时存在的,使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。在水流较缓的河涌内,生物膜在池内几乎呈立体结构,对保持稳定的处理能力有利。该技术在处理受污染河水时,具有去除氨氮和有机物效果好、容积负荷高、处理时间较短、耐冲击负荷、出水水质好且稳定、动力消耗相对较低、污泥产率低、运行灵活、操作管理方便和经济合理等优点,并可以通过调整曝气空间实现反硝化,达到去除总氮的目的。
沉淀区主要去除水体中的泥沙和比重较大的悬浮物,同时起到调节池的作用,当进水负荷较高时,通过加药沉淀,缓解后续工段压力。为防止河床抬高,优选定时进行沉淀物的清除。
厌氧区主要利用厌氧菌的作用去除废水中的有机物。厌氧过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段。水解酸化的产物主要是小分子有机物,使废水中溶解性有机物显著提高,而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内,而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。例如天然胶联剂(主要为淀粉类),首先被转化为多糖,再水解为单糖。纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖与葡萄糖。半纤维素被聚木糖酶等水解成低聚糖和单糖。水解过程较缓慢,同时受多种因素的影响,是厌氧降解的限速阶段。在酸化这一阶段,上述第一阶段形成的小分子化合物在发酵细菌,即酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细菌体外,主要包括挥发性有机酸(VFA)、乳醇、醇类等,接着进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等。酸化过程是由大量发酵细菌和产乙酸菌完成的,他们绝大多数是严格厌氧菌,可分解糖、氨基酸和有机酸。
水生植物区主要利用水生植物的根系作为微生物的载体,微生物繁殖生长后,能够形成稳定的生态群落,进而降低主河道污水负荷。
曝气机是采用人工曝气增氧形式使水体充氧,溶氧高的污水浸没在生物填料上,在生物填料表面上形成生物膜,污水与生物膜广泛接触,在生物膜上微生物的新陈代谢作用下,污水中有机污染物得到有效去除,污水得以净化。另外曝气机能增加水体流速,从而预防水华发生。人工增加水体的表面流动性,保持水体处于流动的紊流区,强化水体垂向混合,增加水体流速,一方面可以降低水体表层温度,破坏藻类最适生长环境,降低藻类生长速率;另一方面,藻类随水流上下扰动,破坏了藻类固有的“昼出夜伏”规律,影响藻类的浮力调节机制,从而达到抑制藻类上浮形成水华的目的。另外,通过曝气机运行,改变水体的分层、死水状态,增加水体复氧能力,从而起到改善水体环境,防止水体黑臭的效果。
上述黑臭水体多级净化系统经济成本较低,建造维护容易,处理效果与效率高,适应范围广(适用于水体的点源、面源污染治理),可以有效地控制生活污水以及部分工业废水,有效地阻止和去除河流内的污染物,净化水体环境。水体经过该系统净化后,可达到地表水 V类标准。
在一种优选的实施方式中,所述悬挂式生物填料包括悬挂体和悬挂于所述悬挂体下部的生物填料,所述悬挂体为绳索和/或浮岛。生物填料悬挂于绳索下方,形成生物滤床。生物填料悬挂于浮岛下方,基本不影响河涌的泄洪功能,浮岛上的植被根系能直接吸收水体中氮磷等营养物质,又能在植被根系形成生物膜,通过氨氧化细菌去除铵态氮。
绳索优选为油丝绳。
在一种优选的实施方式中,所述绳索的一端固定于河岸,所述绳索的另一端固定于导流墙或对面河岸。当绳索的另一端固定于导流墙上时,能够将支涌汇入的污染水限制在导流墙内,并利用该多级净化系统进行污染水体的净化,净化之后再汇入主涌。当绳索的另一端固定于对面河岸时,直接对主涌的水体进行生物接触氧化净化,提高主涌水体的净化效果。
在一种优选的实施方式中,所述生物填料的底部不固定。生物填料的底部不固定主要是为了便于泄洪。
在一种优选的实施方式中,所述曝气管为微孔曝气管。微孔曝气由于具有氧利用率高的特点,动力费用降低,用于接触生物氧化池,能提高氧传递效率;微孔曝气产生的微小气泡在水体中与水的接触面极大,上浮流速低,接触时间长,氧的传质效率极高,因而能够高效增氧;还能活化水体。
在一种优选的实施方式中,所述曝气机每日的曝气时间为3-24 小时,河道中水体溶解氧浓度为2mg/L以上。根据水体的污染情况,调节曝气机的曝气时间,每日的曝气时间为3-24h,保证河道中水体溶解氧浓度为2mg/L以上,提高净化效果。上述溶解氧浓度优选为2-10mg/L。
在一种优选的实施方式中,所述水生植物区内还包括生态浮岛和仿生水草,所述仿生水草设置于所述生态浮岛下方。上述水生植物区基于人工浮岛技术,同时融合仿生水草,通过增加有益微生物的附着面积,提高对有机污染物的分解,并利用生态浮岛上的植被吸收氮磷营养元素,从而高效、全方位地净化水体。生态浮岛与仿生水草之间互利共生,强化去除水体中的氮磷。仿生水草是适宜于微生物生长,具有生物相容性、环境和谐性的生态型固定化载体;水体中微生物固定在此生物相容性载体上,强化净化河道水体氮磷营养盐。
在一种优选的实施方式中,所述生态浮岛包括浮岛床体和种植于所述浮岛床体上的植物,所述植物包括穗花狐尾藻、荷花和睡莲。穗花狐尾藻是耐污型水生植物,其根系能够作为微生物的载体;微生物在池内繁殖生长后,能够形成稳定的生态群落,进而降低主河道污水负荷。上述植物不但能够有效去除水体中的氮磷营养盐,还能增加水体的美感,在水体净化的同时提高其观赏、游玩价值。
在一种优选的实施方式中,所述厌氧区内的水体表面布满漂浮植物。上述漂浮植物主要是为了营造出厌氧或缺氧环境,水体表面的漂浮植物能阻止空气中的氧气扩散入厌氧区内。
在一种优选的实施方式中,所述沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区的长度均独立地为3-8米,宽度均为0.5-1.5米。上述长度典型但非限制性的为3米、4米、5米、6米、7米或8米;宽度典型但非限制性的为0.5米、1米或1.5米。上述沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区依次设置于河道的一侧或两侧。
如图1所示为本发明提供的黑臭水体多级净化系统在河道内的一种实施方式的工艺平面布置示意图,从图中可以看出,沿水流方向 (图中箭头指示方向为水流方向)依次设置的沉淀区1、厌氧区2、生物接触氧化区3和水生植物区4设置于导流墙5与河岸之间,且该黑臭水体多级净化系统对称设置在河岸两侧。图2为图1的剖视图,主河道7两侧设有防腐木桩8,两侧上方设有黑臭水体多级净化系统 6。图3为图1中生物接触氧化区的一种实施方式的布置示意图,生物填料302悬挂于浮岛301下方,共同组成悬挂式生物填料,且从图中可以看出,浮岛上方种植有植物,植物的根系穿过浮岛与水体接触,吸收水体中的氮磷等营养物质,又能在植被根系形成生物膜,通过氨氧化细菌去除铵态氮,进一步增强水体净化的效果。
第二方面,本发明提供了一种黑臭水体多级净化工艺,采用上述的黑臭水体多级净化系统对黑臭水体进行净化,包括以下步骤:沿水流方向依次设置沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;其中,在生物接触氧化区和水生植物区内同时设置曝气管,曝气管与曝气机相连;在生物接触氧化区内设置悬挂式生物填料和投放微生物菌种,微生物菌种的投放体积为河道存水量的1‰-5‰。
上述河道存水量的计算方法为:河道长度×平均宽度×平均水深,微生物菌种的体积典型但非限制性的为1‰、2‰、3‰、4‰或5‰。优选地,启动时菌种的投加比例为1‰;事故状态下菌种的投加比例为5‰。
上述黑臭水体多级净化工艺采用上述黑臭水体多级净化系统对黑臭水体进行净化,可以有效地控制生活污水以及部分工业废水,有效地阻止和去除河流内的污染物,净化水体环境。水体经过净化后,可达到地表水V类及以上标准。
采用本发明的黑臭水体多级净化系统对广东省佛山市丰岗公涌水体进行净化处理,公涌全长5.35公里,河宽为4-25米,水深为0.3-1.5 米,黑臭严重。在水质修复期,水质主要指标达到:河涌水质有明显改善;COD,NH3-N,TN,TP等指标每月均有改善,直至达到地表 V类或V类以上水质以上要求;水体不发黑发臭,无蓝绿藻爆发,水生态稳定,逐步恢复河涌的自然生态环境。在水质维护运营期,水质主要指标达到:达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)的V类或V类以上,pH=6~9,COD≤40mg/L,DO≥2mg/L,BOD5≤10 mg/L,NH3-N≤2mg/L,TP(以P计)≤0.4mg/L;消除水体黑臭,水生动植物可以存活,水生生态环境逐步恢复。
COD:Chemical Oxygen Demand,化学需氧量;
TN:Total Nitrogen,总氮;
TP:Total Phosphorus,总磷;
DO:Dissolved Oxygen,溶解氧含量;
BOD5:Biochemical Oxygen Demand,生化需氧量;
NH3-N:Ammonia Nitrogen Content Index,氨氮含量指标。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种黑臭水体多级净化系统,其特征在于,包括沿水流方向依次设置的沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;所述生物接触氧化区和所述水生植物区内均设有曝气管,所述曝气管与曝气机相连;所述生物接触氧化区内还设有悬挂式生物填料和微生物菌种,所述微生物菌种的体积为河道存水量的1‰-5‰。
2.根据权利要求1所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述悬挂式生物填料包括悬挂体和悬挂于所述悬挂体下部的生物填料,所述悬挂体为绳索和/或浮岛。
3.根据权利要求2所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述绳索的一端固定于河岸,所述绳索的另一端固定于导流墙或对面河岸。
4.根据权利要求2所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述生物填料的底部不固定。
5.根据权利要求1所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述曝气管为微孔曝气管。
6.根据权利要求1所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述曝气机每日的曝气时间为3-24小时,河道中水体溶解氧浓度为2mg/L以上。
7.根据权利要求1所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述水生植物区内还包括生态浮岛和仿生水草,所述仿生水草设置于所述生态浮岛下方;
优选地,所述生态浮岛包括浮岛床体和种植于所述浮岛床体上的植物,所述植物包括穗花狐尾藻、荷花和睡莲。
8.根据权利要求1所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述厌氧区内的水体表面布满漂浮植物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的黑臭水体多级净化系统,其特征在于,所述沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区的长度均独立地为3-8米,宽度均为0.5-1.5米。
10.一种黑臭水体多级净化工艺,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的黑臭水体多级净化系统对黑臭水体进行净化,包括以下步骤:沿水流方向依次设置沉淀区、厌氧区、生物接触氧化区和水生植物区;其中,在生物接触氧化区和水生植物区内同时设置曝气管,曝气管与曝气机相连;在生物接触氧化区内设置悬挂式生物填料和投放微生物菌种,微生物菌种的投放体积为河道存水量的1‰-5‰。
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