CN109626763A - 一种采用组合工艺净化湖泊水的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用组合工艺净化湖泊水的系统及方法，系统包括移动式超滤膜装置、人工浮岛；于湖泊中安装固定具有三层结构的人工浮岛，上层浮岛位于水面上，于框架内种植挺水植物，中层浮岛和下层浮岛位于水面以下，中层浮岛距离水面0.5～2.0米，于框架内种植沉水植物，下层浮岛距离水面2.5～3.5米，于框架内安装复合填料，采用风机进行曝气增氧，促进植物根系对营养物的吸收；同时湖边设置一套移动式超滤膜装置，并投加PAC、粉末活性炭，作为冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的应急处理装置。采用本组合工艺可有效降解氨氮及COD，并去除水中氮磷营养元素，提高湖泊水的透明度，增加了溶解氧浓度，起到了净化水质的作用，并具有一定的景观效果。

Description

一种采用组合工艺净化湖泊水的系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种净化湖泊水的系统及方法，具体涉及一种采用组合工艺净化小型湖泊水的系统及方法。

背景技术

在自然条件下，湖泊、河流水体都会遇到不同的水质问题，水体污染主要是污染源的侵入，如：生活垃圾的侵入、化肥和农药的渗透、动植物体的腐烂、水生植物的排泄、水体中有机物分解时消耗大量的溶氧，加上水体缺少必要的循环、溶氧过低，使得水体逐渐失去自净能力。水体中氮磷等营养盐的不断增加，导致水体富营养化，水体逐渐变绿，藻类疯长，最终导致出现“水华”现象，产生异味，容易发黑发臭。

常用的湖泊污水治理的方法有：建筑大坝、引水换水、污泥疏浚；微波净化、循环过滤、沸石吸附及混凝、投加微生物或杀菌灭藻剂、管式膜处理工艺、生态浮岛等等。

建筑大坝、引水换水、污泥疏浚等方法虽然可有效改善湖泊水的水质，但是施工工期长、工艺十分复杂、且耗资较大；微波净化、循环过滤、沸石吸附及混凝可有效去除磷元素、COD等污染物质但无法去除总氮；投加微生物或杀菌灭藻剂可氧化氨氮及COD，消除藻类物质，但此法仅适用于高浓度的黑臭水体，无法将污染物浓度降低至较低水平，管式膜处理工艺可去除氮磷元素及COD，但投资费用较高，浓水存在二次污染的问题。

生态浮岛是一种针对富营养化的水质，利用生态工学原理，降解水中COD、氮、磷含量的人工浮岛。水生植物的生长繁殖过程需要大量营养，生态浮岛植物的根系在水中形成的富氧环境和根系表面的生物膜能高效的降解水中的COD、氮、磷的含量，而根系膜内微生物产生的多聚糖能有效吸附水中悬浮物。它能使水体透明度大幅度提高，同时水质指标也得到有效的改善，特别是对藻类有很好的抑制效果。生态浮岛利用植物的根系吸收水中的富营养化物质，使得水体的营养得到转移，减轻水体由于封闭或自循环不足带来的水体腥臭、富营养化现象。

但生态浮岛存在季节性的影响，水生植物在低温环境下对湖水的净化作用将会减弱，导致该技术不能实现连续净化污水。部分资料显示，浮岛系统中水生植物在春夏秋三季对水质具有良好的净化效果，但在冬季水中的氮磷及COD含量基本不变，植物近似于停止生长。因此，必须关注生态浮岛系统在不同季节的使用限制以及考虑降雨等突发事件导致的水质突然变差的情况。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种采用组合工艺净化湖泊水的系统及方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：包括人工浮岛和/或移动式超滤膜装置；

所述人工浮岛具有三层结构，包括上层浮岛、中层浮岛、下层浮岛、刚性框架；所述上层浮岛、中层浮岛、下层浮岛均固定设置在所述刚性框架内；所述上层浮岛位于水面上，用于种植挺水植物，所述中层浮岛和下层浮岛位于水面以下，所述中层浮岛用于种植沉水植物，所述下层浮岛内填充有复合填料；

所述人工浮岛若干，均固定安装于湖泊中；

所述移动式超滤膜装置包括进水管、管道过滤器、浸没式超滤膜组件、膜箱、自吸泵、清水箱；所述进水管一端与潜水泵连通，所述潜水泵设置于湖泊内，所述进水管另一端与所述管道过滤器连通；所述管道过滤器通过管道与所述膜箱连通，所述膜箱内设置有若干浸没式超滤膜组件；所述膜箱的出水口通过管道与自吸泵连通，所述自吸泵通过管道与所述清水箱连通，用于存储处理后的湖水；所述清水箱通过排水管与湖泊连通，用于将清水箱内的水排入湖中，湖水不断的被抽取经处理后又排入湖中，实现湖水的循环与净化。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种采用组合工艺净化湖泊水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：开启风机对人工浮岛进行曝气增氧，促进植物根系对氮磷营养物的吸收，并降解微生物，起到净化水质、提升景观功能的效果；

步骤2：在冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的情况下，开启移动式超滤膜装置，作为应急处理装置使用，通过潜水泵抽取湖水，通过进水管输送至所述移动式超滤膜装置内；

步骤3：来水首先经过管道过滤器过滤掉大颗粒杂质，然后投加混凝剂PAC、炭水混合物至膜箱内，污水中含磷杂质由于胶体颗粒脱稳得以凝聚，形成较小的絮体从水中逐渐分离，同时粉末活性炭的吸附作用进一步去除COD，含磷絮体和粉末炭被浸没式超滤膜组件截留，从而留在所述膜箱内，实现了COD及总磷的去除；

步骤4：同时于所述膜箱内投放活性污泥，并投加一定浓度的硝化菌粉和反硝化菌粉，进行长期驯化培养，采用膜池风机通过底部的曝气盘向所述膜箱曝气供氧，通过硝化反硝化的作用实现污水中氨氮及总氮的去除，剩余污泥被所述浸没式超滤膜组件截留，净水排出所述膜箱；

步骤5：所述浸没式超滤膜组件排出的净水经自吸泵吸取后，进入清水箱，由于存在液位差，净水通过排水管自流排入湖中，经过反复的抽取、处理、排放，实现了湖水的循环净化；

步骤6：所述浸没式超滤膜组件每日定期进行反洗，所述膜箱内的剩余污泥及废炭浆通过污泥泵输送至污泥脱水装置进行脱水后外运处置。

本发明方法具有以下特点和有益效果：

本发明采用人工生态浮岛系统对湖泊水进行净化处理，可吸收水中氮磷元素，降低水中的COD值，有效提高水质；植物与水体直接接触，减少水面光照面积，抑制水中藻类生长，提高对水质的净化能力；美化水体景观，净化周围空气，增加城市绿化，为水生动物和鸟类的生息繁衍提供场所，浮岛系统无二次污染，工艺简单，操作方便，耗费少，经济效益高。在冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的情况下，利用移动式超滤膜装置作为应急处理装置来净化湖泊水，在膜箱内集活性炭吸附、曝气增氧、微生物生化降解、混凝除磷、硝化反硝化、膜分离等多种功能为一体，对COD、氨氮、总磷、总氮、色度、浊度等去除效果显著。移动式超滤膜装置可根据用户需要灵活移动，不受场地限制；装置内部结构紧凑、工艺简单、抗来水冲击能力强、出水水质稳定、自动化程度高。本发明可适用于全国绝大部分小型湖泊水的净化处理，应用范围广。

附图说明

图1：本发明实施例的系统结构图；

图中，1.移动式超滤膜装置，2.人工浮岛，3.潜水泵，4.进水管，5.排水管，6.上层浮岛，7.中层浮岛，8.下层浮岛，9.刚性框架，10.挺水植物，11.沉水植物，12.复合填料，13.风机，14.管道过滤器，15.浸没式超滤膜组件，16.膜箱，17.膜池风机，18.曝气盘，19.自吸泵，20.清水箱，21.植物栽培基盘，22.反洗泵，23.污泥泵，24.污泥脱水装置。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种污水深度处理和浓水处置的系统，包括人工浮岛2；

和/或移动式超滤膜装置1、人工浮岛2、潜水泵3、进水管4、排水管5；

人工浮岛2若干，均固定安装于湖泊中；人工浮岛2具有三层结构，包括上层浮岛6、中层浮岛7、下层浮岛8、刚性框架9，上层浮岛6位于水面上，于刚性框架9内种植挺水植物10，中层浮岛7和下层浮岛8位于水面以下，中层浮岛7距离水面0.5～2.0米，于刚性框架9内种植沉水植物11，下层浮岛8距离水面2.5～3.5米，于刚性框架9内安装复合填料12，采用风机13进行曝气增氧，促进植物根系对氮磷营养物的吸收。

同时湖边设置一套移动式超滤膜装置1，作为冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的应急处理装置，潜水泵3固定安装于湖泊液面以下2.0～3.0米处，进水管4一端与潜水泵3连接，另一端与移动式超滤膜装置1进水口连接，移动式超滤膜装置1包含管道过滤器14、浸没式超滤膜组件15、膜箱16、膜池风机17，曝气盘18、自吸泵19、清水箱20，通过潜水泵3抽取湖水，经过管道过滤器14过滤掉大颗粒杂质，膜箱16内投放活性污泥，投加一定浓度的硝化菌粉和反硝化菌粉，进行长期驯化培养，并投加混凝剂PAC、粉末活性炭进行处理，通过膜池风机17向膜箱16曝气供氧，从而对湖水中的氮磷元素及COD进行去除，处理后的湖水经自吸泵19从膜箱16内抽取出储存在清水箱20内，通过排水管5排入湖中，湖水不断的被抽取经处理后又排入湖中，实现湖水的循环与净化。

本实施例的刚性框架9采用纤维强化塑料加特殊合成树脂、混凝土材料构成。

本实施例的上层浮岛6、中层浮岛7中的刚性框架9上还安装了植物栽培基盘21，植物栽培基盘21由椰子树纤维、鱼网、土壤混合构成，用于种植水生植物。

本实施例的复合填料12为生物基带，主要由编制层和泡沫层构成，编织层可根据实际需要设置纤维的疏密程度，使其表面形成藻菌共生的微生物体系，泡沫层位于两层编织层中间，通过特殊的处理使其与编织层紧密贴合在一起，使生物基带在水流中保持漂浮状态。

本实施例的浸没式超滤膜组件15具有中空纤维结构，材质为PVDF(聚偏氟乙烯)，运行压力0.05～0.1MPa，膜表面平均孔径≤0.05μm，膜直径为0.8～1.9mm，膜产水通量为10～15L/(㎡·h)。浸没式超滤膜组件15需定期反洗，反洗用水来源于清水箱20。

本实施例的移动式超滤膜装置1为一体化集装箱式结构，可根据用户需要灵活移动，不受场地限制。移动式超滤膜装置1还配备有反洗泵22，反洗泵22一端与浸没式超滤膜组件15相连接，一端与清水箱20连接。移动式超滤膜装置1还配备有污泥泵23和污泥脱水装置24，用于对所述移动式超滤膜装置(1)产生的污泥进行脱水处理。

本实施例的系统可实现PLC全自动控制。

本发明采用了“人工生态浮岛+移动式超滤膜装置”相结合的方法对小型湖泊水进行净化处理，工艺技术原理如下：

生态浮岛主要是通过沉水植物的根系来达到净化水体的效果，浮岛植物的根系一方面可以吸收和吸附水中的含氮、磷物质，另一方面根系可以分泌大量的酶来促进水中有机物的分解，再者，根系与微生物可形成相互协同效应，共同降解水中的营养盐类。除了根系的作用外，浮岛植物在水面要占据一定的面积，从而可以减弱藻类的光合作用，某些浮岛植物还具有克制藻类生长的作用，从而延缓水质的恶化。

在冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的情况下，利用移动式超滤膜装置作为应急处理装置来净化湖泊水，膜箱内首先投加混凝剂PAC，可使水中胶体脱稳形成较小的絮体，使污水中的磷元素转移到絮体颗粒中，从而实现了水中总磷的降低；同时膜箱内还投加粉末活性炭，对污水中的色度、COD等污染物进行吸附和去除；膜箱内还投放一定浓度的硝化菌和反硝化菌，在充足供氧区域内，自养菌的硝化作用将NH₃-N(NH₄ ⁺)氧化为NO₃ ^-，成为硝化液。在缺氧区域内，硝化液进行同步反硝化，异氧菌的反硝化作用将NO₃ ^-还原为分子态氮(N₂)，实现总氮的脱除。含磷絮体和膜箱内的剩余污泥通过浸没式超滤膜进行泥水分离，用膜组件替代了传统工艺中的二沉池进行固相和液相的分离，分离出的清水排入湖中，污泥进行脱水后外运处置。移动式超滤膜装置在膜箱内集活性炭吸附、曝气增氧、微生物生化降解、混凝除磷、硝化反硝化、膜分离等多种功能为一体，对COD、氨氮、总磷、总氮、色度、浊度等去除效果显著。

本发明还提供了采用组合工艺净化湖泊水的方法，包括以下步骤：

步骤1：于人工浮岛2内，开启风机13进行曝气增氧，促进植物根系对氮磷营养物的吸收，并降解微生物，起到净化水质、提升景观功能的效果；

步骤2：在冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的情况下，开启潜水泵3及移动式超滤膜装置1，作为应急处理装置使用，通过潜水泵3抽取湖水，通过进水管4输送至移动式超滤膜装置1内；

步骤3：来水首先经过管道过滤器14过滤掉大颗粒杂质，然后投加混凝剂PAC、炭水混合物至膜箱16内，污水中含磷杂质由于胶体颗粒脱稳得以凝聚，形成较小的絮体从水中逐渐分离，同时粉末活性炭的吸附作用可进一步去除COD，含磷絮体和粉末炭被浸没式超滤膜组件15截留，从而留在膜箱16内，实现了COD及总磷的去除；

其中混凝剂PAC投加量为20～30mg/L，炭水混合物采用固体粉末活性炭与所述清水箱20内的清水配制而成，固体粉末活性炭的实际投加量为10～30mg/L；

步骤4：同时于膜箱16内投放活性污泥，并投加一定浓度的硝化菌粉和反硝化菌粉，进行长期驯化培养，采用膜池风机17通过底部的曝气盘18向膜箱16曝气供氧，通过硝化反硝化的作用实现污水中氨氮及总氮的去除，剩余污泥被浸没式超滤膜组件15截留，净水排出膜箱16。

步骤5：浸没式超滤膜组件15排出的净水经自吸泵19吸取后，进入清水箱20，由于存在液位差，净水通过排水管5自流排入湖中，经过反复的抽取、处理、排放，实现了湖水的循环净化。

步骤6：浸没式超滤膜组件15每日定期进行反洗，膜箱16内的剩余污泥及废炭浆通过污泥泵23输送至污泥脱水装置24进行脱水后外运处置。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：包括人工浮岛(2)和/或移动式超滤膜装置(1)；

所述人工浮岛(2)具有三层结构，包括上层浮岛(6)、中层浮岛(7)、下层浮岛(8)、刚性框架(9)；所述上层浮岛(6)、中层浮岛(7)、下层浮岛(8)均固定设置在所述刚性框架(9)内；所述上层浮岛(6)位于水面上，用于种植挺水植物(10)，所述中层浮岛(7)和下层浮岛(8)位于水面以下，所述中层浮岛(7)用于种植沉水植物(11)，所述下层浮岛(8)内填充有复合填料(12)；

所述人工浮岛(2)若干，均固定安装于湖泊中；

所述移动式超滤膜装置(1)包括进水管(4)、管道过滤器(14)、浸没式超滤膜组件(15)、膜箱(16)、自吸泵(19)、清水箱(20)；所述进水管(4)一端与潜水泵(3)连通，所述的潜水泵(3)设置于湖泊内，所述进水管(4)的另一端与所述管道过滤器(14)连通；所述管道过滤器(14)通过管道与所述膜箱(16)的进水口连通，所述膜箱(16)内设置有若干浸没式超滤膜组件(15)；所述膜箱(16)的出水口通过管道与自吸泵(19)连通，所述自吸泵(19)通过管道与所述清水箱(20)连通，用于存储处理后的湖水；所述清水箱(20)通过排水管(5)与湖泊连通，用于将清水箱(20)内的水排入湖中，湖水不断的被抽取经处理后又排入湖中，实现湖水的循环与净化。

2.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述复合填料(12)为生物基带，由编制层和泡沫层构成；所述编织层根据实际需要设置纤维的疏密程度，使其表面形成藻菌共生的微生物体系；所述泡沫层位于两层编织层中间，并与所述编织层紧密贴合在一起，使所述生物基带在水流中保持漂浮状态。

3.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述人工浮岛(2)内配置有风机(13)，用于进行曝气增氧，促进植物根系对氮磷营养物的吸收。

4.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述膜箱(16)底部配置有曝气盘(18)，通过膜池风机(17)、曝气盘(18)向所述膜箱(16)曝气供氧，对湖水中的氮磷元素及COD进行去除。

5.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述刚性框架(9)采用纤维强化塑料加特殊合成树脂、混凝土材料构成。

6.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述上层浮岛(6)、中层浮岛(7)中的刚性框架(9)上还安装了植物栽培基盘(21)，所述植物栽培基盘(21)由椰子树纤维、鱼网、土壤混合构成，用于种植水生植物。

7.根据权利要求1采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述浸没式超滤膜组件(15)具有中空纤维结构，材质为PVDF，运行压力0.05～0.1MPa，膜表面平均孔径≤0.05μm，膜直径为0.8～1.9mm，膜产水通量为10～15L/(㎡·h)。

8.根据权利要求1-7任意一项采用组合工艺净化湖泊水的系统，其特征在于：所述移动式超滤膜装置(1)还配备有反洗泵(22)、污泥泵(23)和污泥脱水装置(24)，所述反洗泵(22)一端与所述浸没式超滤膜组件(15)相连接，另一端与所述清水箱(20)连接；所述移动式超滤膜装置(1)通过污泥泵(23)和污泥脱水装置(24)连通，用于对所述移动式超滤膜装置(1)产生的污泥进行脱水处理。

9.一种采用组合工艺净化湖泊水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：开启风机(13)对人工浮岛(2)进行曝气增氧，促进植物根系对氮磷营养物的吸收，并降解微生物，起到净化水质、提升景观功能的效果；

步骤2：在冬季、降雨或其他情况导致湖水水质突然变差的情况下，开启移动式超滤膜装置(1)，作为应急处理装置使用，通过潜水泵(3)抽取湖水，通过进水管(4)输送至所述移动式超滤膜装置(1)内；

步骤3：来水首先经过管道过滤器(14)过滤掉大颗粒杂质，然后投加混凝剂PAC、炭水混合物至膜箱(16)内，污水中含磷杂质由于胶体颗粒脱稳得以凝聚，形成较小的絮体从水中逐渐分离，同时粉末活性炭的吸附作用进一步去除COD，含磷絮体和粉末炭被浸没式超滤膜组件(15)截留，从而留在所述膜箱(16)内，实现了COD及总磷的去除；

步骤4：同时于所述膜箱(16)内投放活性污泥，并投加一定浓度的硝化菌粉和反硝化菌粉，进行长期驯化培养，采用膜池风机(17)通过底部的曝气盘(18)向所述膜箱(16)曝气供氧，通过硝化反硝化的作用实现污水中氨氮及总氮的去除，剩余污泥被所述浸没式超滤膜组件(15)截留，净水排出所述膜箱(16)；

步骤5：所述浸没式超滤膜组件(15)排出的净水经自吸泵(19)吸取后，进入清水箱(20)，由于存在液位差，净水通过排水管(5)自流排入湖中，经过反复的抽取、处理、排放，实现了湖水的循环净化；

步骤6：所述浸没式超滤膜组件(15)每日定期进行反洗，所述膜箱(16)内的剩余污泥及废炭浆通过污泥泵(23)输送至污泥脱水装置(24)进行脱水后外运处置。

10.根据权利要求9采用组合工艺净化湖泊水的方法，其特征在于：步骤3中，所述混凝剂PAC投加量为20～30mg/L，所述炭水混合物采用固体粉末活性炭与所述清水箱(20)内的清水配制而成，固体粉末活性炭的实际投加量为10～30mg/L。