CN108545838B - 一种锚定式受污染水体原位净化处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锚定式受污染水体原位净化处理方法，其包括如下步骤：(1)制备中空纤维膜丝(2)制备自动处理装置；(3)制备锚定装置其设置在各软管上；(4)将各支路及出气端均布设在受污染水体中，将各支路及中空纤维膜丝锚定在水体底部底泥的上表面上；(5)使风机工作，通入压力空气，到达中空纤维膜丝，为附着生长在膜丝表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染净化治理；且针对需要去除污染物的具体类型及浓度调整供气压力数值，改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，使表面微生物形成不同的优势群体，以达到对不同污染物的快速净化效果。本发明还提供了实施上述方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理装置，具体是涉及一种针对受污染水体处理的锚定式原位净化自动处理方法及装置，属于流域水体污染治理技术领域。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，人类的过度干扰破坏了河流系统的水生环境，大量的污染物进入水体，致使水环境指标严重下降，造成河道自净能力下降、水质恶化、水体富营养化等问题，对环境造成极大危害，必须对受污染水体进行净化治理。
现有的净化治理方法主要有物理方法、化学方法和生物方法三种。物理法对污染物去除不彻底，化学法会引入新的化学物质，生物法是利用微生物的代谢作用，使污水中的有机污染物氧化降解成无害物质的方法，投资小，效果明显，应用最多。
生物法中，又分为异位净化和原位净化两种技术。异位净化是将污水从受污染水体抽出至污水处理装置，处理后再排回原水体。该法投资大、新增设施管理复杂，运营成本高，且无法适用于大流域的水体净化。生物法净化中的原位净化技术以其净化彻底、处理污染物种类多、运营成本低等优势在水污染净化领域得到了广泛的应用。
生物法原位净化技术中常见的有3种，一种是利用植物的根系对营养的吸收，去除污染物，但该法对植物依赖性较大，植物死去或根系腐烂后又会污染水体；另一种是投加微生物菌种，利用微生物分解水中的污染物，但该法微生物没有固定的载体，随水流流出，利用率低，需要持续不断的投加；再一种是模拟污水处理中的生物膜法，在水中植入丝状人造纤维，为微生物提供生长载体，通过附着在人造纤维表面的微生物分解水中的污染物，具有微生物种类多样、生长稳定，净化效果好，可景观化的特点。
申请号为201420006519.6的中国专利公开了一种水草式河道水体净化装置。但该专利方案将膜组件固定于河道底部，且膜组件形状固定，膜丝分布不均匀，覆盖面较小，部署时的移动灵活性小，不便于大面积施工，也不便于检查和维护。另外，该膜组件对材质及表面的疏水性及亲水性均没有提及，影响实际使用效果。同时，该专利方案不能区分不同污染物进行净化，其供气系统没有自动控制系统，无法及时调节和控制供气压力，供气不稳定，且易造成管路超压、损坏管路或者膜组件。
发明内容
为了克服现有技术中的污水净化方法及装置，装置容易上浮、移动而不能对底泥上方的底层污水进行有效处理，不能覆盖大面积治理区域、不能快速灵活部署，以及膜丝表面特性不符合微生物生长要求，没有自动控制系统等不足，而提高一种新的锚定式受污染水体原位净化处理方法与装置。
本发明特别改进了中空纤维膜丝的材料及制备方法，使其内表面疏水而外表面亲水，以克服单纯采用疏水材料时微生物难以附着生长、而单纯采用亲水材料时膜丝强度低、寿命短的矛盾，在保证微生物附着生长良好的同时，延长膜丝的使用寿命和延展面积。
本发明提供的锚定式受污染水体原位净化方法及装置，采用中空纤维丝膜丛形成锚定在底泥上表面水体中的曝气系统，为微生物提供一个持久的生长载体，且分布均匀、易于调整、便于移动部署，便于检查维护，持续稳定低成本的对大面积的受污染水体进行处理。该方法及装置，无需专人值守，同时可根据水体污染类型不同调整充气压力及间隔、时长，配合投放对应的微生物群体比例，以针对性处理受污染水体、加快处理速度和效率。整体装置安装便捷灵活，维护管理方便、运行稳定，可大面积部署。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种锚定式受污染水体原位净化处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)制备中空纤维膜丝(丛)，其包括一内部空腔、由疏水材料制成的内层与亲水材料制成的外层，其内部中空，始端开口、末端封闭，侧壁上设有多个均匀分布的透气微孔；
(2)制备锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其包括依次连接并连通的风机、多个曝气管及软管；其中风机为供气端，曝气管为供气主路，各软管连接在曝气管上形成供气支路；软管上设有多个出气接口，将所述中空纤维膜丝(丛)始端开口连接在该出气接口上，使各中空纤维膜丝(丛)作为出气端；
(3)制备多个锚定装置8，将该锚定装置设置在各软管上，并使其下部的锚钉朝向底泥；
(4)将锚定式受污染水体原位净化自动处理装置的各支路及出气端，均布设在受污染水体中，该装置在锚钉的自重作用下使各支路及中空纤维膜丝(丛)沉入水底，并通过锚钉将各支路及中空纤维膜丝(丛)锚定在水体底部底泥的上表面上；
(5)使风机工作，向曝气管及软管通入压力空气，该压力空气经过各软管后到达中空纤维膜丝(丛)的空腔，通过压力打开透气微孔，气体逐渐通过该透气微孔渗透到中空纤维膜丝(丛)的外侧表面，为附着生长在中空纤维膜丝(丛)表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染净化治理；且针对需要去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物的具体类型及浓度，调整供气压力数值，调节氧气到达中空纤维膜丝(丛)空腔内传递深度以及施加在的膜丝透气微孔的压力大小，和/或同时调节持续通入的时长及中间停止通入压力空气的时间间隔，以改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，使膜丝表面微生物形成不同的优势群体，以达到对不同污染物的快速净化效果。
所述的步骤(5)，具体包括如下步骤：
(51)将气路工作时压力区间为0.027MPa～0.04MPa，风机供气压力设定为0.03MPa；
(52)当以去除COD为主要任务时，将供气压力区间调整为0.03MPa～0.04MPa，使气路的充气量增大、好氧层相对厚度提高，好氧微生物群体占据优势；
(53)当以去除氨氮、总氮为主要任务时，将供气压力区间调整为0.027MPa～0.03MPa并采取间歇曝气，充气/停滞时间比＝(4～10):1，使好氧、缺氧微生物群体共同发挥作用；曝气量大小根据污染物浓度进行调整，调整函数为：充氧量：理论需氧量＝(2～10):1。
(6)设置一自动控制系统，该系统包括一控制器，及设置在曝气管上的压力传感器、泄压阀和电动阀门；其中压力传感器用来监视供气压力，将信号传给控制器；控制器控制电动阀门的开度，调节供气压力在设定范围内；泄压阀在超压时打开释放部分气体，避免供气管路内气体超压损坏气路或部件。
所述的步骤(6)，具体包括如下步骤：
(61)所述的控制系统将气路工作时压力区间为0.027MPa～0.04MPa，风机供气压力设定为0.03MPa；
(62)当压力超过0.033MPa时，控制器关小供气电动阀门，使气路内压力下降到设定的区间；
(63)当压力低于0.027MPa时，控制器开大供气电动阀门，使气路内压力上升到设定的区间；
(64)当压力超过0.04MPa时，泄压阀打开，使气路内压力下降到设定的区间。
所述的步骤(1)，具体包括如下步骤(各组分按照重量百分比计算)：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 15～40％
溶剂 50～80％
成孔剂 5～20％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝20～40％：60～80％；
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近：
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物15～40％；
溶剂50～80％；
成孔剂5～20％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝20～40％：60～80％。
所述的步骤(4)中的锚定装置，依次包括上卡块，下卡块、紧固螺丝、丝口、锚钉，其中上卡块与下卡块，为对开设置的方形块、其相对的一侧面上均设有凹槽，该凹槽对接后形成一用来容置软管圆形通孔；该上卡块与下卡块相互扣合后、套设在所述的软管上，由两侧的紧固螺丝固定在软管上；所述的下卡块下表面上还设有丝口，锚钉的上部设有丝杆；锚钉通过丝杆与丝口的连接，固定在下卡块上；所述的锚钉为一锥杆或锚钩状；该锚定装置各部件均为PVC、PP、PE等材质制成，尺寸为15cm×15cm×10cm。
一种实施前述方法的锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其特征在于，其包括中空纤维膜丝(丛)、软管、曝气管、风机；其中所述的中空纤维膜丝(丛)为弹性材料制成的，一端封闭、另一端开口的中空管状结构，管壁上设有多数个弹性开闭的微小透气孔，其开口端连接在软管上；所述的软管连接在曝气管上，所述的曝气管连接在风机上；所述的中空纤维膜丝(丛、软管、曝气管、风机的气路均相互连通；所述的气体被风机加压后经曝气管输送到软管，再由软管输送到中空纤维膜丝(丛)的中空腔内，通过压力打开透气孔，气体逐渐通过气孔渗透到中空纤维膜丝(丛)表面，为附着生长在中空纤维膜丝(丛)表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染治理。
所述的管状中空纤维膜丝(丛)，其外径为0.4～0.8mm，长度为0.1～2m，壁厚为0.005～0.01mm；透气孔直径为0～0.005mm。
所述软管上间隔设置有多丛中空纤维膜丝，各中空纤维膜丝沿软管长度方向均匀布置在软管上，两相邻的中空纤维膜丝丛间距为1～10cm，中空纤维膜丝的表面与污水充分接触；所述的每丛中空纤维膜丝，包括3～10根中空纤维膜丝；各中空纤维膜丝均设置在软管的同一横截面上，在软管部表面的120度范围内均匀布置。
所述软管为一端封闭、另一端开口连接在曝气管上；长度为1～100m。所述软管为并联的多条，分别连接在曝气管上；
所述软管上每隔一段长度即设置一锚钉装置，使各软管被均匀锚定在底泥上，其中空纤维膜丝(丛)随水流摆动、但是不发生位移。
本发明中空纤维膜丝内部孔道与软管内部连通，风机供气后，通过曝气管、电动阀门和软管，把气体提供给中空纤维膜丝。膜丝表面有微小透气孔，在设定的供气压力下，气体逐渐通过气孔渗透到膜丝表面，为附着生长在膜丝表面的大量的微生物群落提供氧气。微生物借助氧气，分解水中的有机物、氨氮、总磷等污染物，净化受污染的水体。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的锚定式受污染水体原位净化处理方法，由特制的中空纤维膜丝(丛)、中空软管、锚定装置等组成曝气系统，通过大面积部署的锚定在底泥上表面水中的中空纤维膜丝丛，且装置不容易上浮、不容易移动，能够实现对底泥上方的底层污水进行有效处理，为微生物提供一个持久的生长载体，获得更多种类的微生物群体，持续稳定的处理深层受污染水体。
(2)本发明可针对需要去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物的具体类型及浓度，调整供气压力数值，调节氧气到达中空纤维膜丝空腔内传递深度以及施加在的膜丝透气微孔的压力大小，和/或同时调节持续通入的时长及中间停止通入压力空气的时间间隔，辅助配合投送不同的菌群，以改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，使膜丝表面微生物形成不同的优势群体，以达到对不同污染物的快速净化效果；经过实际测试表面，可以缩短30％左右的净化时间，且无需增加额外成本。
本发明使中空纤维膜丝内外侧表面，分层与微生物接触：使内层微生物与氧气接触，为好氧层微生物优势生长空间；中间为缺氧层，为缺氧微生物优势生长空间；最外层与水接触为厌氧层，为厌氧微生物优势生长空间。本发明采用不同的供气压力时，使氧气在微生物膜内的传递深度发生变化，从从而使膜丝丛表面微生物的优势群体也发生改变。从而，通过调整供气压力，改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，以达到不同的治理效果，达到针对性去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物，并且提高治理效率的目的。
(3)本发明提供的中空纤维膜丝的材料及制备方法，使其内表面疏水而外表面亲水，克服单纯采用疏水材料时微生物难以附着生长、而单纯采用亲水材料时膜丝强度低、寿命短的矛盾，在保证微生物附着生长良好的同时，延长膜丝的使用寿命和延展面积。
(4)本发明采用软管作为中空纤维膜丝的连接主体，可以变形成各种形状，适用于河流、湖泊等各种水面形状的水域；该膜丝可以随着水流方向在水中摇摆，且较为靠近底泥，有利于微生物的自然生长。
(5)本发明采用锚定方式布设，安装便捷灵活，可大面积部署，也可以移动部署，维护管理方便、运行稳定，效果持久。整套装置具有无人值守、自动运行，可按照需求为水体中微生物提供持久生长载体，获得更多种类微生物，可持续稳定处理受污染水体，及可以快速造景等优点。
(6)本发明特别适用于景观河涌受污染水体的生态治理，尤其是对于水深0.5-1.5米、有底泥的河段，效果更为显著。比传统的生物治理方法，可以提高治理效率30％以上，且可以整体延长装置的寿命200％以上。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中软管及中空纤维膜丝连接处的剖面结构示意图。
图3为本发明实施例1中锚钉的示意图。
图4为本发明实施例2中锚钉的示意图。
图5为本发明方法的控制流程示意图。
附图标注：
附图标注：1、中空纤维膜丝(丛) 2、软管 3、曝气管 4、供气风机；5、压力传感器6、泄压阀 7、电动阀门 9、控制器；8、锚定装置，10、锚定装置上卡块，11、锚定装置下卡块，12、紧固螺丝，13、锚钉，14、丝口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明，但本发明的实施不限于此。
实施例1：
请参见附图1-3及图5，本发明提供的锚定式受污染水体原位净化处理方法，其包括如下步骤：
(1)制备中空纤维膜丝1，其包括一内部空腔、由疏水材料制成的内层与亲水材料制成的外层，其内部中空，始端开口、末端封闭，侧壁上设有多个均匀分布的透气微孔；
(2)制备锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其包括依次连接并连通的风机4、多个曝气管3及软管2；其中风机4为供气端，曝气管3为供气主路，各软管2连接在曝气管3上形成供气支路；软管2上设有多个出气接口，将所述中空纤维膜丝1始端开口连接在该出气接口上，使各中空纤维膜丝1作为出气端；
(3)制备多个锚定装置8，将该锚定装置设置在各软管2上，并使其下部的锚钉13朝向底泥；
(4)将锚定式受污染水体原位净化自动处理装置的各支路及出气端，均布设在受污染水体中，该装置在锚钉13的自重作用下使各支路及中空纤维膜丝1沉入水底，并通过锚钉13将各支路及中空纤维膜丝1锚定在水体底部底泥的上表面上；锚钉13在自重和水流的作用下，插入到底泥中，将各支路固定在底泥的上表面上；
(5)使风机4工作，向曝气管3及软管2通入压力空气，该压力空气经过各软管2后到达中空纤维膜丝(丛)1的空腔，通过气体压力打开透气微孔，气体逐渐通过该透气微孔渗透到中空纤维膜丝1的外侧表面，为附着生长在中空纤维膜丝1表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染净化治理；且针对需要去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物的具体类型及浓度，调整供气压力数值，调节氧气到达中空纤维膜丝1空腔内传递深度以及施加在的膜丝1透气微孔的压力大小，和/或同时调节持续通入的时长及中间停止通入压力空气的时间间隔，以改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，使膜丝表面微生物形成不同的优势群体，以达到对不同污染物的快速净化效果。
所述的步骤(5)，具体包括如下步骤：
(51)将气路工作时压力区间为0.027MPa～0.04MPa，风机供气压力设定为0.03MPa；
(52)当以去除COD为主要任务时，将供气压力区间调整为0.03MPa～0.04MPa，使气路的充气量增大、好氧层相对厚度提高，好氧微生物群体占据优势；
(53)当以去除氨氮、总氮为主要任务时，将供气压力区间调整为0.027MPa～0.03MPa并采取间歇曝气，充气/停滞时间比＝(4～10):1，使好氧、缺氧微生物群体共同发挥作用；曝气量大小根据污染物浓度进行调整，调整函数为：充氧量：理论需氧量＝(2～10):1；
(6)设置一自动控制系统9，该系统9包括一控制器8，及设置在曝气管3上的压力传感器5、泄压阀6和电动阀门7；其中压力传感器5用来监视供气压力，将信号传给控制器8；控制器8控制电动阀门7的开度，调节供气压力在设定范围内；泄压阀6在超压时打开释放部分气体，避免供气管路内气体超压损坏气路或部件。
所述的步骤6，具体包括如下步骤：
(61)所述的控制系统将气路工作时压力区间为0.027MPa～0.04MPa，风机供气压力设定为0.03MPa；
(62)当压力超过0.033MPa时，控制器8关小供气电动阀门7，使气路内压力下降到设定的区间；
(63)当压力低于0.027MPa时，控制器8开大供气电动阀门7，使气路内压力上升到设定的区间；
(64)当压力超过0.04MPa时，泄压阀6打开，使气路内压力下降到设定的区间。
所述的步骤(1)，具体包括如下步骤(各组分按照重量百分比计算)：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 15～40％
溶剂 50～80％
成孔剂 5～20％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝20～40％：60～80％；
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近：
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物15～40％；
溶剂50～80％；
成孔剂5～20％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝20～40％：60～80％。
砜聚合物是聚醚砜或聚砜，或者二者的混合物。
所述的步骤(4)中的锚定装置8，依次包括上卡块10，下卡块11、紧固螺丝12、丝口14、锚钉13，其中上卡块10与下卡块11，为对开设置的方形块、其相对的一侧面上均设有凹槽，该凹槽对接后形成一用来容置软管圆形通孔；该上卡块10与下卡块11相互扣合后、套设在所述的软管上，由两侧的紧固螺丝12固定在软管上；所述的下卡块下表面上还设有丝口14，锚钉13的上部设有丝杆；锚钉13通过丝杆与丝口的连接，固定在下卡块11上；所述的锚钉13为一锥杆，其上部宽、底部尖，底部可插入底泥中，将整个装置固定在底泥上表面上；该锚定装置8各部件均为PVC、PP、PE等材质制成，尺寸为15cm×15cm×10cm。
一种实施前述方法的锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其包括中空纤维膜丝(丛)1、软管2、曝气管3、风机4；其中所述的中空纤维膜丝(丛)1为弹性材料制成的，一端封闭、另一端开口的中空管状结构，管壁上设有多数个弹性开闭的微小透气孔，其开口端连接在软管2上；所述的软管2连接在曝气管3上，所述的曝气管3连接在风机4上；所述的中空纤维膜丝1、软管2、曝气管3、风机4的气路均相互连通；所述的气体被风机4加压后经曝气管3输送到软管2，再由软管2输送到中空纤维膜丝1的中空腔内，通过压力打开透气孔，气体逐渐通过气孔渗透到中空纤维膜丝1表面，为附着生长在中空纤维膜丝(丛)1表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染治理。
所述的管状中空纤维膜丝1，其外径为0.4～0.8mm，长度为0.1～2m，壁厚为0.005～0.01mm；透气孔直径为0～0.005mm。
所述软管上间隔设置有多丛中空纤维膜丝1，各中空纤维膜丝1沿软管2长度方向均匀布置在软管2上，两相邻的中空纤维膜丝(丛)1间距为1～10cm，中空纤维膜丝1的表面与污水充分接触；所述的每丛中空纤维膜丝1，包括3～10根中空纤维膜丝1；各中空纤维膜丝1均设置在软管的同一横截面上，在软管2下部表面的120度范围内均匀布置。
所述软管2为一端封闭、另一端开口连接在曝气管3上；长度为1～100m。所述软管2为并联的多条，分别连接在曝气管3上。
所述软管2上每隔一段长度即设置一锚钉装置8，使各软管2被均匀锚定在底泥上，其中空纤维膜丝(丛)1随水流摆动、但是不发生位移。
其还包括一自动控制系统9，该系统9包括一控制器8，及设置在曝气管3上的压力传感器5、泄压阀6和电动阀门7；其中压力传感器5用来监视供气压力，将信号传给控制器8；控制器8控制电动阀门7的开度，调节供气压力在设定范围内；泄压阀6在超压时打开释放部分气体，避免内气体超压损坏气路及部件。
本发明的自动控制系统通电，控制器8使风机4供气后，启动曝气系统，压力气体通过曝气管3、电动阀门7和软管2，把压力气体中的氧气提供给中空纤维膜丝丛1。膜丝1侧壁上设有可弹性开合的微小透气孔，在特定的供气压力下，气体逐渐通过透气孔渗透到膜丝1表面，为附着生长在膜丝1表面的大量的微生物群落提供氧气。微生物借助氧气，实现分解水中的有机物、氨氮、总磷等污染物、净化水体的目标。
所述制备中空纤维膜丝1的材料可以是聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)等材质之一。中空纤维膜丝1均匀布置在软管2的全部长度或者部分长度范围内。膜丝1间距为1～10cm。膜丝1的长度根据受污染水体深度确定，可在0.1～2m范围内选择。
中空软管2是采用硅胶、橡胶、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)等材料制备。在软管2的横截面上，下部120度范围内均匀布置3～10根中空纤维膜丝1。软管2每隔1～5m设置一个锚定装置8，防止软管2浮起或者随水流移动。
软管2靠自身浮力和锚定装置的重力使其固定于水体底泥的上表面，使中空纤维膜丝丛1设置于底泥上方的受污染水体中。软管2长度可根据水面大小在1～100m范围内调整。
膜丝1表面的微生物一般情况下内层与氧气接触，为好氧层，中间为缺氧层，最外层与水接触为厌氧层。不同的供气压力，氧气在微生物膜内的传递深度不同，膜丝表面微生物的优势群体也不同。可以通过调整供气压力，配合投放不同的菌群，改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，以达到不同的效果，针对性去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物。
本发明采用锚定在底泥上方水中的中空纤维膜丝丛1，为微生物提供一个持久的生长载体，获得更多种类的微生物群体，持续稳定的处理受污染水体。膜丝丛分布均匀、范围大，有利于与水中污染物的充分接触。
本装置安装便捷灵活，维护管理方便、运行稳定，可移动式部署，效果持久，并可根据水体污染类型的不同，调整供气压力，改变氧气穿透微生物膜的深度，以调整微生物群体比例，针对性处理不同类型及浓度的受污染水体。
本发明的工作原理是：风机4供气后，通过曝气管3、电动阀门7和软管2，把气体提供给中空纤维膜丝(丛)1。膜丝1表面有微小气孔，在一定的供气压力下，气体逐渐通过气孔渗透到膜丝表面，为附着生长在膜丝表面的大量的微生物群落提供氧气。微生物借助氧气，分解水中的有机物、氨氮、总磷等污染物净化水体。整套装置具有可为水体中物生物提供持久生长载体，获得更多种类微生物，可持续稳定处理受污染水体的优点。
实施例2：
参见附图4，本发明实施例提供的锚定式受污染水体原位净化处理方法及装置，其于实施例1基本相同，其不同之处在于：
所述的锚钉13为锚钩状，设有3条或以上数量的分叉锚钩，分叉锚钩的根部宽、末端尖，末端可插入底泥中，将整个装置固定在底泥上表面上；
所述的步骤(1)，具体包括如下步骤(各组分按照重量百分比计算)：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝1内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 15％
溶剂 80％
成孔剂 5％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝20％：80％；
所述的溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氯化碳等之一或其混合物。
所述的成孔剂是无机成孔剂或有机高分子成孔剂或为二者的混合物。
所述的无机成孔剂具体为下述一种或多种的混合物：氯化锂、硝酸锂、氯化钠、氯化钙、硝酸钙、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝等。无机成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为0.5～22wt％，优选为1～10wt％，无机成孔剂的粒度小于5微米。所述无机成孔剂在其他实施例中的具体数值，可以根据需要，在前述范围内选择，都可以达到相应效果。
当采用无机成孔剂时，可以在纺丝后再用碱、酸、水或有机溶剂等将成孔剂溶出。
所述的有机高分子成孔剂为下述一种或多种的混合物：聚乙二醇、乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等水溶性高分子聚合物。其中聚乙二醇的分子量最好为200～30000道尔顿，聚乙烯吡咯烷酮的分子量最好为200～30000道尔顿。有机高分子成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为1～30wt％，优选为3～15wt％。
所述有机成孔剂在其他实施例中的具体数值，可以根据需要，在前述范围内选择，都可以达到相应效果。
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近，制成中空纤维膜丝1；
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物15％；
溶剂80％；
成孔剂5％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝20％：80％；
所述的溶剂是强极性溶剂，为下述一种或多种溶剂的混合物：二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、磷酸三乙酯、环丁砜等。
成孔剂的材料成分及配比与内层基膜材料相同。
实施例3：
本发明实施例提供的锚定式受污染水体原位净化处理方法及装置，其于实施例1及2基本相同，其不同之处在于：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝1内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 40％
溶剂 50％
成孔剂 10％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝40％：60％；
所述的溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺的混合物。
所述溶剂在其他实施例中的具体成分及配比数值，可以根据需要，在前述范围内选择，都可以达到相应效果。
所述的成孔剂是无机成孔剂或有机高分子成孔剂或为二者的混合物。
所述的无机成孔剂具体为下述一种或多种的混合物：氯化锂、硝酸锂、氯化钠、氯化钙、硝酸钙、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝等。无机成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为1～10wt％。
当采用无机成孔剂时，可以在纺丝后再用碱、酸、水或有机溶剂等将成孔剂溶出。
所述的有机高分子成孔剂为下述一种或多种的混合物：聚乙二醇、乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等水溶性高分子聚合物。其中聚乙二醇的分子量最好为200～30000道尔顿，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200～30000道尔顿。有机高分子成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为3～15wt％。
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近，制成中空纤维膜丝1；
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物40％；
溶剂50％；
成孔剂10％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝40％：60％；
所述的溶剂是强极性溶剂，为下述一种或多种溶剂的混合物：二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、磷酸三乙酯、环丁砜等。
所述溶剂在其他实施例中的具体成分及配比数值，可以根据需要，在前述范围内选择，都可以达到相应效果。
成孔剂的材料成分及配比与内层基膜材料相同。
实施例4：
本发明实施例提供的锚定式受污染水体原位净化处理方法及装置，其于实施例1、2及3基本相同，其不同之处在于：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝1内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 20％
溶剂 60％
成孔剂 20％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝50％：50％；
所述的溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氯化碳等之一或其混合物。
所述的成孔剂是无机成孔剂或有机高分子成孔剂或为二者的混合物。
所述的无机成孔剂具体为下述一种或多种的混合物：氯化锂、硝酸锂、氯化钠、氯化钙、硝酸钙、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝等。无机成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为0.5wt％，无机成孔剂的粒度小于5微米。
当采用无机成孔剂时，可以在纺丝后再用碱、酸、水或有机溶剂等将成孔剂溶出。
所述的有机高分子成孔剂为下述一种或多种的混合物：聚乙二醇、乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等水溶性高分子聚合物。其中聚乙二醇的分子量最好为200～30000道尔顿，聚乙烯吡咯烷酮的分子量最好为200～30000道尔顿。有机高分子成孔剂在内层材料或外层材料中的含量为5wt％。
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近，制成中空纤维膜丝1；
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物20％；
溶剂60％；
成孔剂20％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝5％：50％；
所述的溶剂是强极性溶剂，为下述一种或多种溶剂的混合物：二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、磷酸三乙酯、环丁砜等。
成孔剂的材料成分及配比与内层基膜材料相同。
实施例5：
(11)由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝1内层基膜，该内膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物 30％
溶剂 70％
成孔剂 10％；
在聚偏氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)的混合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)：聚乙烯醇(PVA)＝30％：70％；
(12)由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近，制成中空纤维膜丝1；
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物30％；
溶剂70％；
成孔剂10％；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量＝30％：70％。
上述各实施例及其他实施例中，内外层基膜材料的溶剂、成孔剂，可以在前述的范围内，根据需要具体选择。
具体应用例：
将本发明提供的方法与装置，应用在珠江流域某受污染河涌水的处理中。
取珠江流域某河涌污水，采用本发明处理装置进行中试实验。容积0.16m3，膜丝填充量140m/m2。HRT为1d，模拟河道流速20mm/s，进行连续30天的中试实验。水质监测发现，从第20天开始，出水水质稳定达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)III类水体标准，治理效果较为显著。治理后第20天的进出水水质参数如下：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锚定式受污染水体原位净化处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、制备中空纤维膜丝（1），其包括一内部空腔、由疏水材料制成的内层与亲水材料制成的外层，其内部中空，始端开口、末端封闭，侧壁上设有多个均匀分布的透气微孔；
所述的中空纤维膜丝（1）为管状，其外径为0.4~0.8mm，长度为0.1~2m，壁厚为0.005~0.01mm；透气微孔直径为0~0.005mm；
S2、制备锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其包括依次连接并连通的供气风机（4）、多个曝气管（3）及软管（2）；其中供气风机（4）为供气端，曝气管为供气主路，各软管连接在曝气管上形成供气支路；软管（2）上设有多个出气接口，将所述中空纤维膜丝（1）始端开口连接在该出气接口上，使各中空纤维膜丝（1）作为出气端；
所述软管（2）上间隔设置有多丛中空纤维膜丝（1），各中空纤维膜丝（1）沿软管（2）长度方向均匀布置在软管（2）上，两相邻的中空纤维膜丝丛间距为1~10cm，中空纤维膜丝（1）的表面与污水充分接触；所述的每丛中空纤维膜丝（1），包括3~10根中空纤维膜丝（1）；各中空纤维膜丝（1）均设置在软管的同一横截面上，在软管（2）下部表面的120度范围内均匀布置；
S3、制备多个锚定装置（8），将该锚定装置设置在各软管上，并使其下部的锚钉（13）朝向底泥；
S4、将锚定式受污染水体原位净化自动处理装置的各支路及出气端，均布设在受污染水体中，该装置在锚钉的自重作用下使各支路及中空纤维膜丝（1）沉入水底，并通过锚钉将各支路及中空纤维膜丝（1）锚定在水体底部底泥的上表面上；
所述软管（2）上每隔一段长度即设置一锚定装置（8），使各软管被均匀锚定在底泥上，其中空纤维膜丝（1）随水流摆动、但是不发生位移；
S5、使供气风机工作，向曝气管（3）及软管（2）通入压力空气，该压力空气经过各软管后到达中空纤维膜丝（1）的空腔，通过压力打开透气微孔，气体逐渐通过该透气微孔渗透到中空纤维膜丝（1）的外侧表面，为附着生长在中空纤维膜丝（1）表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染净化治理；且针对需要去除含碳污染物、含氮污染物或含磷污染物的具体类型及浓度，调整供气压力数值，调节氧气到达中空纤维膜丝（1）空腔内传递深度以及施加在膜丝透气微孔的压力大小，和/或同时调节持续通入的时长及中间停止通入压力空气的时间间隔，以改变好氧层、缺氧层和厌氧层的厚度比例，使膜丝表面微生物形成不同的优势群体，以达到对不同污染物的快速净化效果；具体为：
S51、将气路工作时压力区间为0.027MPa ~0.04MPa，供气风机供气压力设定为0.03MPa；
S52、当以去除COD为主要任务时，将供气压力区间调整为0.03MPa ~0.04MPa，使气路的充气量增大、好氧层相对厚度提高，好氧微生物群体占据优势；
S53、当以去除氨氮、总氮为主要任务时，将供气压力区间调整为0.027MPa ~0.03MPa并采取间歇曝气，充气/停滞时间比为4~10:1，使好氧、缺氧微生物群体共同发挥作用；曝气量大小根据污染物浓度进行调整，调整函数为：充氧量：理论需氧量为2~10:1；
S6、设置一自动控制系统，该系统包括一控制器（9），及设置在曝气管（3）上的压力传感器（5）、泄压阀（6）和电动阀门（7）；其中压力传感器（5）用来监视供气压力，将信号传给控制器（9）；控制器（9）控制电动阀门（7）的开度，调节供气压力在设定范围内；泄压阀（6）在超压时打开释放部分气体，避免供气管路内气体超压损坏气路或部件。
2.根据权利要求1所述的锚定式受污染水体原位净化处理方法，其特征在于，所述的步骤S6，具体包括如下步骤：
S61、所述的控制系统将气路工作时压力区间为0.027MPa ~0.04MPa，风机供气压力设定为0.03MPa；
S62、当压力超过0.033MPa时，控制器（8）关小供气电动阀门（7），使气路内压力下降到设定的区间；
S63、当压力低于0.027MPa时，控制器（8）开大供气电动阀门（7），使气路内压力上升到设定的区间；
S64、当压力超过0.04MPa时，泄压阀（6）打开，使气路内压力下降到设定的区间。
3.根据权利要求1所述的锚定式受污染水体原位净化处理方法，其特征在于，所述的步骤S1，各组分按照重量百分比计算，具体包括如下步骤：
S11、由聚偏氟乙烯材质经热致相分离法加工制成膜丝内层基膜，该内层基膜疏水性强，便于压力空气穿透膜丝；
内层基膜材料由如下组分制成：
聚偏氟乙烯（PVDF）与聚乙烯醇（PVA）的混合物 15~40%
溶剂 50~80%
成孔剂 5~20%；
在聚偏氟乙烯（PVDF）与聚乙烯醇（PVA）的混合物中， 聚偏氟乙烯（PVDF）：聚乙烯醇（PVA）=20～40%：60～80%；
S12、由砜聚合物与聚乙烯醇混合物，采用浸渍提拉法与膜丝内层基膜耦合，制成膜丝外层，该外层亲水性强，便于微生物附着及水流靠近：
外层材料由如下组分制成：
砜聚合物与聚乙烯醇混合物 15～40%；
溶剂 50～80%；
成孔剂 5～20%；
砜聚合物与聚乙烯醇混合物中，砜聚合物：聚乙烯醇重量=20～40%：60～80%。
4.根据权利要求1所述的锚定式受污染水体原位净化处理方法，其特征在于，所述的锚定装置（8），依次包括上卡块（10），下卡块（11）、紧固螺丝（12）、 丝口（14）、锚钉（13），其中上卡块（10）与下卡块（11），为对开设置的方形块、其相对的一侧面上均设有凹槽，该凹槽对接后形成一用来容置软管圆形通孔；该上卡块（10）与下卡块（11）相互扣合后、套设在所述的软管（2）上，由两侧的紧固螺丝（12）固定在软管上；所述的下卡块下表面上还设有丝口（14），锚钉（13）的上部设有丝杆；锚钉通过丝杆与丝口的连接，固定在下卡块上；所述的锚钉为一锥杆或锚钩状。
5.一种实施权利1～4之一所述方法的锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其特征在于，其包括中空纤维膜丝（1）、软管（2）、曝气管（3）、供气风机（4）；其中所述的中空纤维膜丝（1）为弹性材料制成的，一端封闭、另一端开口的中空管状结构，管壁上设有多数个弹性开闭的微小透气孔，其开口端连接在软管（2）上；所述的软管（2）连接在曝气管（3）上，所述的曝气管（3）连接在供气风机（4）上；所述的中空纤维膜丝（1）、软管（2）、曝气管（3）、供气风机（4）的气路均相互连通；气体被供气风机（4）加压后经曝气管（3）输送到软管（2），再由软管（2）输送到中空纤维膜丝（1）的中空腔内，通过压力打开透气孔，气体逐渐通过气孔渗透到中空纤维膜丝（1）表面，为附着生长在中空纤维膜丝（1）表面的微生物提供氧气，由微生物借助氧气分解水中的各类污染物，进行水体污染治理；所述的管状中空纤维膜丝（1），其外径为0.4~0.8mm，长度为0.1~2m，壁厚为0.005~0.01mm；透气孔直径为0~0.005mm。
6.根据权利要求5所述的锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其特征在于，所述软管（2）上间隔设置有多丛中空纤维膜丝（1），各中空纤维膜丝（1）沿软管（2）长度方向均匀布置在软管（2）上，两相邻的中空纤维膜丝丛间距为1~10cm，中空纤维膜丝（1）的表面与污水充分接触；所述的每丛中空纤维膜丝（1），包括3~10根中空纤维膜丝（1）；各中空纤维膜丝（1）均设置在软管的同一横截面上，在软管（2）下部表面的120度范围内均匀布置。
7.根据权利要求5所述的锚定式受污染水体原位净化自动处理装置，其特征在于，所述软管（2）为一端封闭、另一端开口连接在曝气管（3）上；长度为1~100m；所述软管（2）为并联的多条，分别连接在曝气管（3）上；所述软管（2）上每隔一段长度即设置一锚定装置（8），使各软管被均匀锚定在底泥上，其中空纤维膜丝（1）随水流摆动、但是不发生位移。
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