CN108773898B - 固定式微生物滤墙 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定式微生物滤墙，属于微生物处理河道污染技术领域，包括若干串联的过滤单元和用于固定过滤单元的若干固定组件，所述过滤单元包括有漂浮于河面上的人工浮床和悬伸于人工浮床下方并附着有优势菌的载体组件，所述载体组件的顶部穿过人工浮床连接有固定于人工浮床顶部的支撑框架。本发明通过固定组件和支撑框架将过滤组件稳定的固定于河道的河床上，优势菌细胞完好的固定于载体组件中，使其在复杂的环境中和激烈的操作下依旧能稳定的发挥修复效能，提高河道水体的修复效率，同时降低河道的修复的成本。

Description

固定式微生物滤墙
技术领域
本发明属于微生物处理河道污染技术领域，特别涉及固定式微生物滤墙。
背景技术
污染地表水体修复问题是最近几年才被广泛关注的环境保护课题，随着生物科技的发展，微生物处理污水的方式越来越受到人们的青睐，以解决常规修复方法难以发挥高效作用的问题。
目前，微生物处理污水常用的方式包括活性污泥法和生物膜法，主要通过建造大型污水处理厂来集中处理受有机物物污染的水体。然而，若将这类方法用于治理有机污染物浓度相对较低的地面河道水体，便会出现一系列的如运输困难、耗资巨大、资源浪费等问题，难以被大规模使用。
为此，人们开发了微生物修复技术，其在可调控环境条件下，通过微生物的降解和生物转化作用，变有毒有害微生物为无毒无害物质，使自然环境恢复原貌。传统的微生物修复是将优势菌固定于相应的载体上，随后再将载体均匀投放于河道的水体，由优势菌自行生长繁殖以实现有机污染物的降解。
然而，河道在实际修复过程中，载体通常在水流的冲击下容易发生浮动，进而使得载体与水体的接触面积减少，减低河道水体的修复效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种固定式微生物滤墙，减少载体组件的浮动，增加载体与水体的接触面积，使得载体组件中的优势菌更好的对河道水体加以修复。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种固定式微生物滤墙，包括若干串联的过滤单元和用于固定过滤单元的若干固定组件，所述过滤单元包括有漂浮于河面上的人工浮床和悬伸于人工浮床下方并附着有优势菌的载体组件，所述载体组件的顶部穿过人工浮床连接有固定于人工浮床顶部的支撑框架。
本发明将优势菌细胞完好的固定于载体组件中，载体组件的顶部穿装于人工浮床中，通过支撑框架增加载体组件顶部的结构稳定性，再结合固定组件对过滤单元的固定，以此使得载体组件稳定的悬伸于水体中，为优势菌提供稳定的承载结构；固定后的优势菌能长期保持活性，且载体组件通常能够为优势菌提供良好的微环境，有利于屏蔽水体中的土著菌、噬菌体和毒性物质对优势菌的恶性竞争、吞噬和毒害，降低河道在修复时优势菌产生的生物酶的活性被破坏的可能性，增加了生化反应的稳定性，从而提高单位体积内的水体中的优势菌数量，并使其在复杂的环境中和激烈的操作下依旧能稳定的发挥修复效能，提高河道水体的修复效率；此外，承载组件可被重复使用，降低河道的修复工作的成本。
进一步优选为：所述载体组件包括网格状的挡水布袋和包裹于挡水布袋内侧的若干球状填料。
采用上述方案，网格状的挡水布袋和球状填料分别具有网状结构和孔状结构，其利用其特殊的空间结构对优势菌均具有良好的截陷作用，以此达到固定的目的；优势菌在生长过程中不断繁殖出新的优势菌，原先的成熟的优势菌更对的附着于挡水布袋上，新生的优势菌则更多的附着于球状填料中，而有机污染物最先被网状填料拦截，这样成熟的优势菌能够先对有机污染物加以处理，随后再通过新生的优势菌进行收尾处理，使得其水体处理有序化，提高滤墙的修复效率。
进一步优选为：所述挡水布袋侧壁的底部间隔设置有若干用于固定挡水布袋的定位组件。
采用上述方案，定位组件的设置增加了挡水布袋悬挂于水体中时的结构稳定性，为挡水布袋中的球状填料提供稳定的存放空间，降低挡水布袋上浮的可能性。
进一步优选为：所述过滤单元上还包括曝气组件。
采用上述方案，曝气组件能够为优势菌中的好氧菌提供氧气，以便于其更好的进行生长和繁殖；此外，曝气组件产生的气泡还能对载体组件起到一个冲击作用，使得载体组件不规则翻动，降低优势菌的降解产物、代谢产物以及水体中的淤泥覆盖于载体组件外侧的可能性，从而有助于优势菌更好对有机污染物进行降解。
进一步优选为：所述曝气组件包括设置于载体组件上方的曝气机、安装于载体组件底部的曝气头以及连接曝气机和曝气头的曝气管。
采用上述方案，曝气机将大气中的空气通过曝气管打入曝气头，通过曝气头将空气分隔呈大量微小的气泡，与水形成气液混合体，以供优势菌的生长繁殖所需；将曝气头设置在载体组件底部，气泡在水的浮力作用下会自动上浮，并均匀的分散于载体组件中，从而提高了曝气组件的工作效率，减少资源的浪费。
进一步优选为：所述载体组件的上方设置有罩设于曝气机外侧的光电板支架，光电板支架上设置有若干为曝气机提供电源的太阳能光电板。
采用上述方案，光电板支架对太阳能光电板起到支撑作用，同时为曝气机提供防护作用，减少曝气机被雨水浇淋以及被太阳暴晒，有助于延长曝气机的使用时间；太阳能光电板吸收太阳能转化为电能，为曝气机提供电源，以此利用自然界的清洁能源，提高资源的利用率，降低河道修复的成本。
进一步优选为：所述球状填料包括由聚烯烃类和聚酰胺制成的第一填料、由聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和纤维丝制成的第二填料以及由聚丙烯、聚乙烯制成的第三填料。
采用上述方案，聚烯烃类填料具有表面积大、微生物附着性好、挂膜快、脱模容易等特点，便于提高优势菌的生物量；聚酰胺亲水性较好，从而有助于水体能快速填充于聚烯烃类填料中，便于增加第一填料中的优势菌与水体中的有机污染物接触，能够有效去除水体中的COD、氮源物质等；
聚丙烯作为一种通用塑料，具有良好的物理和化学性能，能稳定的存在于水中；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的乙烯结构与丙烯相近，从而能够较好的与聚丙烯相容，有效改善聚丙烯的韧性、抗冲击性以及断裂伸长率；纤维丝的加入能够增加聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物分子之间的间距，从而增加比表面积，使得更多的优势菌被固定于第二填料中；此外，第二填料能够承载较多的氧气，在曝气组件的充氧作用下，第二填料含氧量较高，以便于好氧菌更好的生长；
聚丙烯和聚乙烯制成的第三填料，具有散热性能好、阻力小、布气性能好、易挂膜等特点，在曝气组件充氧作用下能够有效增加优势菌的生物量，还能够为第一填料和第二填料中的好氧菌提供充足的氧气；
为此，针对上述填料进行微生物附着的性能测试，在4℃的水温条件下培养24h后，利用微生物涂抹法统计各填料上微生物的附着量，单位为109cfu/ml，具体测试填料及测试结果见下表：
Figure BDA0001673769090000041
由上表可得，第一填料相对于单独使用聚烯烃类填料或聚酰胺填料，能够附着更多的芽孢杆菌、镰刀菌、反硝化细菌和褐腐菌；第二填料相对于单独使用聚丙烯填料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物填料以及纤维丝填料，能够附着更多的光合细菌、乳酸菌、镰刀菌以及厌氧梭菌；第三填料相对于单独使用聚乙烯填料或聚丙烯填料，能够吸附更多的芽孢杆菌、厌氧梭菌、球衣细菌以及褐腐菌；
综上，将球状填料分成第一填料、第二填料以及第三填料，有助于三者之间取长补短，增加单位体积内优势菌的菌落总数以及菌落种类，有效提高河道水体的修复效率。
进一步优选为：所述第一填料、第二填料和第三填料均匀分散于挡水布袋中。
采用上述方案，将第一填料、第二填料和第三填料均匀分散于挡水布袋中，使得第一填料、第二填料和第三填料之间的互补作用达到最佳状态，以便于为优势菌提供良好的固定空间。
进一步优选为：所述人工浮床包括若干相互拼接的浮块，浮块的侧壁上间隔设置有若干安装环，浮块拼接时，其中一个浮块在拼接处的安装环与另一个浮块在拼接处的安装环一一对应并上下重叠设置，且重叠的安装环中穿设有用于固定浮块的固定件。
采用上述方案，相互拼接的浮块能够根据河道以及承载筐的实际情况进行调整，以此适用于不同情况的安装，增加人工浮床的实用性；相邻浮块之间通过固定件穿设于上下重叠的安装环中，结构简单、操作方便，便于浮块的快速安装和拆卸，能够在水体流动方向具有良好的结构稳定性。
进一步优选为：所述固定件呈T字形，固定件底部的侧壁上设置有阻止固定件向上与安装环分离的限位块。
采用上述方案，T字形的固定件穿设于安装环中，限位块对固定件加以锁定，从而实现浮块之间的拼接，相对于螺钉等紧固件的设置，提高了人工浮床的安装和拆卸效率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中固定组件和支撑框架将过滤组件稳定的固定于河道的河床上，优势菌细胞完好的固定于载体组件中，使其在复杂的环境中和激烈的操作下依旧能稳定的发挥修复效能，提高河道水体的修复效率，同时降低河道的修复的成本；
2、本发明通过网状填料以及包括有第一填料、第二填料和第三填料的球状填料的设置，能够使得不同生长阶段的优势菌均能较好的固定于载体组件上，增加单位体积内优势菌的菌落总数以及菌落种类，使得滤墙具有良好的修复效率；
3、本发明中曝气管利用太阳能光电板为载体组件中的优势菌提供氧气，同时促使载体组件翻动，降低优势菌的降解产物、代谢产物以及水体中的淤泥覆盖于载体组件表面的可能性，使得优势菌更好的对有机污染物进行降解。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是过滤单元的结构示意图；
图3是人工浮床的侧视图；
图4是人工浮床的俯视图；
图5是载体组件的侧视图；
图6是图5在A处的放大图，且图同时为人工浮床在定位组件处的内部结构示意图；
图7是载体组件的俯视图。
图中，1、过滤单元；2、固定组件；3、河道；11、人工浮床；111、浮块；1111、倒角；1112、安装环；1113、第一限位槽；1114、第二限位槽；12、载体组件；121、挡水布袋；122、球状填料；1221、第一填料；1222、第二填料；1223、第三填料；13、曝气组件；131、曝气机；132、曝气头；133、曝气管；14、固定件；141、限位块；142、限位半球；15、定位组件；151、钢丝网；152、固定条；153、压条；154、螺栓；155、螺母；156、负重块；16、支撑框架；161、横杆；162、纵杆；17、光电板支架；18、太阳能光电板；19、控制盒；21、紧链条；22、定位锚。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种固定式微生物滤墙，参见图1，包括若干沿着河道3宽度依次串联的过滤单元1和用于固定过滤单元1于河床中的若干固定组件2，以此使得河道3中的水体沿着水平面从滤墙垂直通过。
参见图2，每个过滤单元1均包括有漂浮于河面上的人工浮床11、悬伸于人工浮床11下方并附着有优势菌的载体组件12以及曝气组件13。本发明中的优势菌选用中亿宝牌国家发明专利ZL200610060895.3的微生物菌剂，该微生物菌剂中的微生物依靠相互间协同作用形成一个组成复杂、结构稳定的微型生态系统，通过不断增值、氧化分解水体中的有机污染物，以达到河道3修复的目的。
参见图3和图4，人工浮床11包括若干相互拼接的立方体状的浮块111，浮块111侧壁四个棱边处分别设置有一个倒角1111，浮块111在每个倒角1111处分别凸起有一个安装环1112，且同一个浮块111上的四个安装环1112所处的高度不一致。
浮块111拼接时，相邻的两个浮块111上的一侧侧壁贴合，且其中一个浮块111在侧壁贴合处的两个安装环1112与另一个浮块111在侧壁贴合处的两个安装环1112一一对应并上下重叠设置。
重叠的安装环1112中还穿设有一个用于固定相邻浮块111的固定件14，固定件14呈T字形，为塑料制成的中空的定位销，固定件14底部的侧壁上周向设置有四个限位块141。固定件14穿设于安装环1112中时，限位块141位于最下方的安装环1112的底部，以阻止固定件14向上与安装环1112分离。定位件上部的侧壁上还周向设置有与限位块141一一上下对应的限位半球142，浮块111的侧壁上分别设置有供限位块141卡接的第一限位槽1113以及供限位半球142卡接的第二限位槽1114，以此增加浮块111之间的连接强度。
参见图5，载体组件12包括网格状的挡水布袋121和包裹于挡水布袋121内侧的若干球状填料122。挡水布袋121为1m*1m*1.5m的方形筒体，主要由聚氨酯和玻璃纤维制成，其比表面积大、机械性能良好，能够使得优势菌较好的进行挂膜。
参见图5和图6，挡水布袋121朝向水体上游一侧的底部间隔设置有若干用于固定挡水布袋121的定位组件15。定位组件15包括钢丝网151、固定条152、压条153、螺栓154以及螺母155。其中钢丝网151贴合于挡水布袋121内侧壁上；固定条152的顶部绕设包裹于压条153的外侧通过压条153贴合于挡水布袋121外侧壁上，固定条152的底部连接有一个悬伸于水体中的负重块156；螺栓154依次穿过固定条152、压条153、固定条152、挡水布袋121、钢丝网151后与螺母155固定连接，以实现定位组件15与挡水布袋121的固定。
球状填料122包括均匀分散于挡水布袋121中的第一填料1221、第二填料1222以及第三填料1223。第一填料1221由聚烯烃类和聚酰胺制成，其直径为150-200mm，比表面积>250m2/m3，在本实施例中优先为直径180mm、比表面积300m2/m3的第一填料1221，以此便于优势菌的挂膜，有效降低水体中COD含量等。
第二填料1222由聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和纤维丝制成，其直径为45-50mm，比表面积的3000-5000m2/m3，在本实施例中优先为直径45mm、比较面积5000m2/m3的第二填料1222，以此使得单位体积内优势菌的菌落总数较多，同时能够大量吸附水体中氧气以供优势菌中的好氧菌的生长和繁殖。
第三填料1223由聚丙烯、聚乙烯制成，其直径为50-200mm，比表面积的2000-3000m2/m3，在本实施例中优先为直径100mm、比较面积2500m2/m3的第二填料1222，具有散热性能好、阻力小、布气性能好、易挂膜等特点，增加优势菌的生物量，同时为第一填料1221和第二填料1222中的好氧菌提供充足的氧气；
第一填料1221、第二填料1222和第三填料1223之间相辅相成，组成空间孔网结构，以截陷大量不同种类的优势菌，提高河道3(结合图1)的修复效率。
参见图2和图7，挡水布袋121的顶部穿出于人工浮床11的顶部并连接有一个支撑框架16。支撑框架16固定连接于人工浮床11的顶部，包括两个平行设置的横杆161和间隔垂直连接于两个横杆161之间的两个纵杆162，使得支撑框架16整体呈矩形状。
挡水布袋121上方设置有固定连接于两个纵杆162上的光电板支架17，光电板支架17的顶面倾斜设置并在其顶面上均匀设置有若干太阳能光电板18，光电板支架17的内部设置有与太阳能光电板18连接的控制盒19。
曝气组件13包括设置于挡水布袋121上方的曝气机131、设置于挡水布袋121内侧底部的曝气头132以及连接曝气机131和曝气头132的曝气管133。曝气机131安装于光电板支架17的内部并与控制盒19连接，太阳能光电板18吸收太阳能转化为电能，通过控制器为曝气机131提供稳定的电源，以此为载体组件12中的优势菌提供氧气。
参见图1和图2，固定组件2包括拉紧链条21和定位锚22，拉紧链条21的一端固定连接于人工浮床11底部的挡水布袋121(结合图3)上，拉紧链条21的另一端与定位锚22固定连接，通过定位锚22固定于河道3上以实现依次串联的过滤单元1的固定。
对河道3进行修复时，先在河道3中拦截出一处水体处于相对静止的区域，把第一填料1221、第二填料1222、第三填料1223均匀的分散于挡水布袋121中，取若干浮块111在挡水布袋121的相对两侧相互拼接形成一个人工浮床11，挡水布袋121的顶部通过支撑框架16固定于浮块111的顶部，随后将优势菌投放至挡水布袋121中；待优势菌稳定的附着于挡水布袋121、第一填料1221、第二填料1222以及第三填料1223中后，将整个过滤单元1依次沿着河道3的宽度方向串联，通过固定组件2以及定位组件15将各个过滤单元1稳定的安装于河床中；随后固定于载体组件12上的优势菌对河道3水体中的有机污染物加以降解，以此实现河道3的水体修复，具有优势菌生长周期长、载体组件12可重复使用、修复效率高等特点。
实施例二：与实施例一的不同之处在于，优势菌选用中亿宝牌国家发明专利ZL201210047274.7的微生物菌剂，该微生物菌剂中同样通过多种菌群组合的方式对水体中的有机污染物进行消减和降解，具有明显的河道3修复效果。
对比例一：与实施例一的不同之处在于，球状载体为第一填料1221。
对比例二：与实施例一的不同之处在于，球状载体为第二填料1222。
对比例三：与实施例一的不同之处在于，球状载体为第三填料1223。
对比例四：与实施例一的不同之处在于，球状载体由第一填料1221和第二填料1222组成。
对比例五：与实施例一的不同之处在于，球状载体由第一填料1221和第三填料1223组成。
对比例六：与实施例一的不同之处在于，球状载体由第二填料1222和第三填料1223组成。
对比例七：为河道3中未经处理的水体。
将实施例一、实施例二、对比例一至对比例七的水体按《水和废水监测分析方法(第四版)》进行如下污染指标的测定：
检测项目 氨氮(mg/l) 总氮(mg/l) 总磷(mg/l) COD(mg/l)
实施例一 0.12 0.19 0.01 13
实施例二 0.13 0.16 0.02 10
对比例一 2.3 2.8 0.61 45
对比例二 2.5 2.7 0.73 43
对比例三 2.4 3.1 0.65 48
对比例四 1.8 2.0 0.40 34
对比例五 1.6 1.8 0.38 36
对比例六 1.9 1.6 0.38 33
对比例七 5.0 4.3 1.2 69
由上表可得，采用第一填料1221、第二填料1222、第三填料1223三者共同使用时，优势菌对河道3的水体中的氨氮、总氮、总磷、COD有机污染物的去除效果最佳，因此三者同时使用时滤墙对水体的修复效果优于单独使用或使用其中两种。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种固定式微生物滤墙，其特征在于，包括若干依次串联的过滤单元(1)和用于固定过滤单元(1)的若干固定组件(2)，所述过滤单元(1)包括有漂浮于河面上的人工浮床(11)和悬伸于人工浮床(11)下方并附着有优势菌的载体组件(12)，所述载体组件(12)包括网格状的挡水布袋(121)和包裹于挡水布袋(121)内侧的若干球状填料(122)，所述挡水布袋(121)侧壁的底部间隔设置有若干用于固定挡水布袋(121)的定位组件；所述球状填料(122)包括由聚烯烃类和聚酰胺制成的第一填料(1221)、由聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和纤维丝制成的第二填料(1222)以及由聚丙烯、聚乙烯制成的第三填料(1223)；所述定位组件包括钢丝网(151)、固定条(152)、压条(153)、螺栓(154)以及螺母(155)，其中钢丝网(151)贴合于挡水布袋(121)内侧壁上，固定条(152)的顶部绕设包裹于压条(153)的外侧通过压条(153)贴合于挡水布袋(121)外侧壁上，固定条(152)的底部连接有一个悬伸于水体中的负重块(156)，螺栓(154)依次穿过固定条(152)、压条(153)、固定条(152)、挡水布袋(121)、钢丝网(151)后与螺母(155)固定连接，以实现定位组件与挡水布袋(121)的固定；所述载体组件(12)的顶部穿过人工浮床(11)连接有固定于人工浮床(11)顶部的支撑框架(16)。
2.根据权利要求1所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述过滤单元(1)上还包括曝气组件(13)。
3.根据权利要求2所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述曝气组件(13)包括设置于载体组件(12)上方的曝气机(131)、安装于载体组件(12)底部的曝气头(132)以及连接曝气机(131)和曝气头(132)的曝气管(133)。
4.根据权利要求3所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述载体组件(12)的上方设置有罩设于曝气机(131)外侧的光电板支架(17)，光电板支架(17)上设置有若干为曝气机(131)提供电源的太阳能光电板(18)。
5.根据权利要求1所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述第一填料(1221)、第二填料(1222)和第三填料(1223)均匀分散于挡水布袋(121)中。
6.根据权利要求1所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述人工浮床(11)包括若干相互拼接的浮块(111)，浮块(111)的侧壁上间隔设置有若干安装环(1112)，浮块(111)拼接时，其中一个浮块(111)在拼接处的安装环(1112)与另一个浮块(111)在拼接处的安装环(1112)一一对应并上下重叠设置，且重叠的安装环(1112)中穿设有用于固定浮块(111)的固定件(14)。
7.根据权利要求6所述的固定式微生物滤墙，其特征在于，所述固定件(14)呈T字形，固定件(14)底部的侧壁上设置有阻止固定件(14)向上与安装环(1112)分离的限位块(141)。
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