CN108218114A - 一种内电解耦合生态浮岛系统 - Google Patents

一种内电解耦合生态浮岛系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种内电解耦合生态浮岛系统。由生态浮岛系统、内电解系统和曝气系统组成，所述内电解系统组装在生态浮岛系统下方，装载有铁碳内电解填料和陶粒，铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量的50~80%。本发明利用内电解法与生态浮岛耦合修复黑臭水体水质，可去除水中难降解物质，如芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶，同时强化水质中氨氮和磷的去除率。生态浮岛上植物及微生物和陶粒上的生物膜及菌胶团可进一步分解被内电解法氧化还原后的中间产物，使其减量减毒。

Description

一种内电解耦合生态浮岛系统
技术领域
本发明涉及地表水处理领域，具体地，涉及一种内电解耦合生态浮岛系统。
背景技术
生态浮岛通过植物的吸附和吸收功能对污染物进行降解对重金属进行富集；通过根系微生物形成生物膜降解污染物；同时部分植物可通过根系向水体释放大量氧气，被广泛应用于富营养化及黑臭河流、湖泊水质修复中，对水质的长效稳定有很大的作用。但在近年的工程实践中，传统的生态浮岛的缺陷也逐渐显露出来：（1）对有毒有害的物质如持久性有机污染物（POPs）的去除率低下；（2）处理效能受季节的影响较大，冬季处理效能较低。
近年来，内电解法在高浓度难降解有机废水中应用广泛，利用铁和碳组成的微小原电池，以充入的污水为电解质，发挥氧化还原、吸附、絮凝作用对难降解的有机污染物进行降解、去除、沉淀。内电解法具有成本低廉、操作简易、无电力消耗等优点，对难降解的有机物有较好的去除作用。
因此，有效结合生态浮岛和内电解法的优势，综合高效处理有机废水具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种内电解耦合生态浮岛，利用内电解法在去除难降解有机污染物的优势，强化生态浮岛的功能，实现水质净化。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种内电解耦合生态浮岛系统，由生态浮岛系统、内电解系统和曝气系统组成，所述内电解系统组装在生态浮岛系统下方，装载有铁碳内电解填料和陶粒，铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量的50~80%。
内电解法能够降解水质的难降解物质如芳香胺（AAs）、抗生素等，使其脱色或开环，利用内电解法在去除难降解有机污染物的优势，强化生态浮岛的功能，实现水质净化。同时，生态浮岛上种植有水生植物，陶粒在水体中，通过一段时间，自然会形成一层生物膜和菌胶团，生态浮岛上的植物和微生物以及陶粒上的生物膜和菌胶团可进一步分解被内电解法氧化还原后的中间产物，使其减量减毒。
优选地，所述生态浮岛单体上种植美人蕉、黄菖蒲、再力花、千屈菜五种水生植物。所述植株的种植密度为5~12株/m2，既可以充分保障其光合作用，又能达到很好的根系供氧和水体进化作用。
优选地，所述内电解系统的铁碳内电解填料含铁量≥70%，孔隙度为0.25~0.65，粒径为0.5~4cm。铁碳内电解填料尺寸太小则容易从多孔纤维强化塑料盒流出，尺寸太大则填料的填充量小而且总的表面积小。
所述内电解系统中装载铁碳内电解填料和陶粒的容器为多孔纤维强化塑料盒，既可以容纳填料和陶粒，又具有一定的耐用性。
优选地，所述内电解系统的陶粒的粒径为0.5~4cm。
优选地，所述陶粒经过活性污泥微生物负载和挂膜处理。陶粒上负载的生物膜和菌胶团可以在水体中自然形成，也可以是陶粒微生物负载和挂膜制备。生活废水制备的活性污泥中的微生物群体构成了一个相对稳定的生态系统，活性污泥里的微生物发育良好、丰度大，且含有许多已驯化完毕能嗜食有机污染物的优势种群，陶粒在活性污泥中负载，能够提高其负载的速度，并能负载上嗜食有机污染物的优势种群，有利于降解水体中的有机物和内电解法氧化还原后的中间产物。
优选地，所述曝气系统在生态浮岛系统下方25~40cm进行曝气，使水体的溶解氧浓度≥2mg/L。所述曝气可以通过每千立方米水设置一台功率为1.0~1.5kw的潜射式推流曝气机来实现。
优选地，所述曝气为间歇式曝气4~10h/天。曝气的作用就是增加水体的溶解氧，被污染的黑臭水体的溶解氧低于0.5mg/L，通过曝气处理使其溶解氧浓度提高，溶解氧达到2mg/L以上。为了充分保证水体的溶解氧保持在2mg/L以上，同时也考虑处理的能效和成本，优选每天曝气4~10h。
优选地，所述生态浮岛系统覆盖水面的5%~35%。布置面积过小，效果不明显。布置面积过大，影响水体生态自身的光合作用。
所述生态浮岛系统由生态浮岛单体构成，生态浮岛单体的尺寸≤1m×1m。生态浮岛单体的尺寸为1×1m ，方便组装、植物种植及收割、回收，比如20×20cm、50×50cm、80×80cm型号。所述生态浮岛单体的框架可采用天然材料如竹、木条、芦苇帘、藤条等，也可采用PE和PVC管，主体由高分子轻质材料制成，质轻耐用，如纤维强化塑料。
所述内电解耦合生态浮岛系统在有机废水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用内电解法与生态浮岛耦合修复黑臭水体水质，可去除水中难降解物质，如芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶，同时强化水质中氨氮和磷的去除率。生态浮岛上植物及微生物和陶粒上的生物膜及菌胶团可进一步分解被内电解法氧化还原后的中间产物，使其减量减毒。
附图说明
图1为内电解耦合生态浮岛系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。铁碳内电解填料购自巩义市怡泉水处理材料有限公司。
实施例1
一种内电解耦合生态浮岛系统，如图1所示，1为生态浮岛系统，2为内电解系统，其中生态浮岛单体的尺寸为1×1m置于2×2×1.2m的水塘中。浮岛选用PVC管框架结构、主体为纤维强化塑料。栽植美人蕉、黄菖蒲、再力花三种水生植物，共10株。在浮岛下方组装一个1×1×0.2m的多孔纤维强化塑料盒，用于装载铁碳微电解填料和陶粒。铁碳内电解填料，含铁量大于70%，孔隙度为0.45±0.03，尺寸为SR1cm，铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量比的70%。陶粒尺寸为SR1cm，浸入生活污水的好氧池内的活性污泥中进行微生物负载和挂膜处理。在生态浮岛系统下方30cm进行曝气，曝气密度为每千立方米水设置一台功率为1.0~1.5kw的潜射式推流曝气机，采用间歇式曝气8h/天。
运行30天后，对水体的氨氮含量，磷含量以及芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶的含量进行测定，结果见表2。
实施例2
一种内电解耦合生态浮岛系统，其中生态浮岛单体的尺寸为20×20cm置于水塘中，生态浮岛系统覆盖水面的5%。浮岛选用竹制管框架结构、主体为纤维强化塑料。栽植美人蕉、黄菖蒲、再力花、千屈菜四种水生植物，种植密度为5株/m2。在浮岛单体下方组装一个与浮岛单体尺寸匹配的多孔纤维强化塑料盒，用于装载铁碳微电解填料和陶粒。铁碳内电解填料，含铁量大于70%，孔隙度为0.65±0.03，尺寸为SR1.5cm。陶粒，尺寸为SR2cm。铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量比的50%。在生态浮岛系统下方25cm进行曝气，曝气密度为每千立方米水设置一台功率为1.0~1.5kw的潜射式推流曝气机，采用间歇式曝气4h/天。
运行30天后，对水体的氨氮含量，磷含量以及芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶的含量进行测定，结果见表2。
实施例3
一种内电解耦合生态浮岛系统，其中生态浮岛单体的尺寸为50×50cm置于水塘中，生态浮岛系统覆盖水面的35%。浮岛选用藤条管框架结构、主体为纤维强化塑料。栽植美人蕉、黄菖蒲、再力花、千屈菜四种水生植物，种植密度为5株/m2。在浮岛单体下方组装一个与浮岛单体尺寸匹配的多孔纤维强化塑料盒，用于装载铁碳微电解填料和陶粒。铁碳内电解填料，含铁量大于70%，孔隙度为0.25±0.03，尺寸为SR2cm。陶粒，尺寸为SR1.5cm。铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量的80%。在生态浮岛系统下方40cm进行曝气，曝气密度为每千立方米水设置一台功率为1.0~1.5kw的潜射式推流曝气机，采用间歇式曝气10h/天。运行30天后，对水体的氨氮含量，磷含量以及芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶的含量进行测定，结果见表2。
对比例1~4
各对比例与实施例1基本相同，具体区别见表1。其中对比例1中不含有陶粒，对比例2中不含有铁碳内电解填料，对比例4中不含有铁碳内电解填料和陶粒。
实验结果
运行30天后，对比例处理水体的氨氮含量，磷含量以及芳香胺、抗生素三氯生和磺胺甲嘧啶的含量进行测定，结果见表2。
从实施例和对比例数据可以看出，本发明的内电解耦合生态浮岛系统在有机物氮磷含量降低和有毒有害物质分解上的效果明显优于对照组，说明将含有铁碳内电解材料和陶粒的内电解系统结合生态浮岛系统取得了意料之外的显著效果。

Claims (9)

1.一种内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，由生态浮岛系统、内电解系统和曝气系统组成，所述内电解系统组装在生态浮岛系统下方，装载有铁碳内电解填料和陶粒，铁碳内电解填料占铁碳内电解填料和陶粒总质量的50~80%。
2.如权利要求1所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述内电解系统的铁碳内电解填料含铁量≥70%，孔隙度为0.25~0.65，粒径为0.5~4cm。
3.如权利要求1所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述内电解系统的陶粒的粒径为0.5~4cm。
4.如权利要求2所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述陶粒经过活性污泥微生物负载和挂膜处理。
5.如权利要求1所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述曝气系统在生态浮岛系统下方25~40cm进行曝气，使水体的溶解氧浓度≥2mg/L。
6.如权利要求5所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述曝气为间歇式曝气4~10h/天。
7.如权利要求1所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述生态浮岛系统覆盖水面的5%~35%。
8.如权利要求1所述内电解耦合生态浮岛系统，其特征在于，所述生态浮岛系统由生态浮岛单体构成，生态浮岛单体的尺寸≤1m×1m。
9.权利要求1~8任一项所述内电解耦合生态浮岛系统在地表水处理中的应用。
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