CN109879445A

CN109879445A - 一种河道水质原位提升方法及系统

Info

Publication number: CN109879445A
Application number: CN201910133003.5A
Authority: CN
Inventors: 李传扬; 张力; 张金
Original assignee: Nanjing Hengmao Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Hengmao Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明公开了一种河道水质原位提升方法及系统，提升方法为将河道水体经过前置过滤处理后进行生物降解，生物降解过程为在水体中引入经培养后的微生物复合菌剂进行生物降解。提升系统为通过设置前置预处理区、高效生物降解区和生态净化区，利用前置预处理区对水体进行初级过滤和降解，然后通过高效生物降解区进行进一步降解并利用生态净化区进行净化使得水质得到有效提升。本发明是以河道自身为水质净化区的原位提升技术，不额外增加占地，对有机污染物、悬浮物等有着显著的去除效果，整个处理过程投资小，见效快，且不会造成水环境二次污染，能够有效保障河道水质长治久清。

Description

一种河道水质原位提升方法及系统

技术领域

本发明涉及一种河道水质原位提升技术，特别涉及一种河道水质原位提升方法及系统。

背景技术

一直以来，我国城市中小河道担负着排洪、水上交通等重要任务，但随着城镇化发展和人民生活水平的不断提高，大量污染物间接或者直接排入河道，对水体造成严重污染，部分水体甚至出现黑臭等现象，当前已经得到国家和人民的高度关注与重视，政府已经积极采取多种措施，如底泥清淤、引水换水、控源截污等，但根据调查显示，多数河道的水质并未得到根本性的改善和修复，仍然存在反复污染的现象。

国内学者研究表明，我国河道污染主要为有机污染，污染因子主要有COD、BOD₅、氨氮、总磷等，而且河道普遍存在水体流动性差，水流紊动性小，氧的传递和扩散速度慢，溶解氧不足，河水自净能力逐渐降低等现象，因此，在自然条件下，受污染河道水质难以在短时间内自我修复，必须采取人工强化措施加快河道的改善和恢复。

因此，众多学者通过研究提出多种技术措施，并将生物降解作为研究重点，主要是因为借助水体中的微生物能够对有机污染物进行快速降解、转化和吸收，且因微生物数量在自然水体中种类和数量均较多，繁殖速度快，对水体无二次污染，受到众多学者的青睐。但因河道污染严重，土著微生物生长受到限制，代谢活性降低，因此需要在适宜条件下，投加人工培育的外源微生物，如光合细菌，它在厌氧光照和好氧黑暗条件下都可以有机物为基质进行代谢和生长，对有机物有很强的降解和转化能力，同时也可以投加一些生物促进剂，激活本土微生物数量，促进其生长繁殖，对改善河道有很大帮助。但就目前技术而言，投加人工培育的未经试验研究的外源微生物用于提升河道水质，会破坏河道本土微生物系统，进而影响到河道生态系统的恢复，不利于水质的持久提升。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种河道水质原位提升方法及系统，可在较小投资和运行周期下，快速降低污染物浓度，从根本上改善水质，恢复水生态系统和提升水体自净能力。

本发明技术方案如下：

一种河道水质原位提升方法，将河道水体经过前置过滤处理后进行生物降解，生物降解过程为在水体中引入经培养后的微生物复合菌剂进行生物降解；其中所述微生物复合菌剂包括以下质量百分比的微生物组分：地衣芽孢杆菌0.5-1.5％、克雷伯氏菌0.5-1.5％、酵母菌5-15％、光合细菌10-30％、硝化细菌10-20％、反硝化细菌10-20％、放线菌5-15％、聚磷菌10-20％，枯草芽孢杆菌5-15％，以上各组分的质量百分比总和为100％。

进一步地，所述的河道水质原位提升方法，所述微生物复合菌剂在培养过程中需加入微生物激活剂进行共同培养，所述微生物激活剂包括以下质量百分比的组分：烟酸、泛酸、叶酸、生物素、矿质元素、葡萄糖或麦芽糖中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的河道水质原位提升方法，河道水体前置处理过程为在河道水体中沿河道水流方向依次设置生态拦截带、人工水草和格栅网，利用人工水草形成的生物膜协同生态拦截带和格栅网共同实现水体前置过滤。

进一步地，所述的河道水质原位提升方法，生物降解过程中通过在水体中设置微生物输送的管道，该管道均匀分布于水体中，通过管道上设置的微生物排出孔将微生物输送至水体中。

进一步地，所述的河道水质原位提升方法，生物降解后的水体还经过生态净化处理，处理过程为通过在水体中设置水生植物和/或水生动物实现进一步净化。

更进一步地，所述的河道水质原位提升方法，所述水生植物包括沉水植物或挺水植物中的一种或几种。更进一步地，水生植物可以包括西伯利亚鸢尾、芹菜、黄花鸢尾、黑三棱、荷花、睡莲、旱伞草、美人蕉、芦苇或香蒲中的一种或几种。

一种河道水质原位提升系统，该系统包括前置预处理区、高效生物降解区和生态净化区，其中所述前置预处理区的入口设置拦截带，前置预处理区的出口设置格栅网，前置预处理区内部设置人工水草；高效生物降解区的入口与前置预处理区的出口连通，高效生物降解区内部设置有曝气管道，曝气管道上设置微孔曝气头，高效生物降解区的出口与生态净化区的入口连通，生态净化区内部设置水生植物和/或水生动物。

进一步地，所述的水体水质原位提升系统，所述前置预处理区内部还设置有风机连接的曝气管，曝气管上设置曝气头。前置预处理区的入口设置的拦截带为生态拦截带。

进一步地，所述的河道水质原位提升系统，所述高效生物降解区设置有微生物培养箱，微生物培养箱通过水泵连接管道并将管道设置在高效生物降解区内部，高效生物降解区内部的管道上设置有微生物出口。

进一步地，所述的河道水质原位提升系统，所述人工水草和所述水生植物均沿河道宽度方向布置。

本发明所述前置预处理区，主要是通过格栅网、生态拦截带和人工水草，拦截上游入河污染物，同时人工水草可以作为微生物富集的载体，培育一定时间(如15天左右)，可初步形成生物膜，对入河有机物起到一定的降解作用；

本发明通过自主研发的微生物复合菌剂和微生物激活剂，经培育后，投入河道水体中，丰富水体中微生物种类和浓度，同时激活水体中本土微生物数量，此过程，同时辅助侧向微孔曝气，以提高水中溶解氧含量，促进微生物的生长繁殖。

本发明所述微生物复合菌剂，主要包括地衣芽孢杆菌、克雷伯氏菌、酵母菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌、芽孢杆菌、聚磷菌、放线菌等，并以固体粉末的形式存在，首先在现场培养罐或微生物培养箱中将微生物菌剂和微生物激活剂进行液体培养活化，当菌液达到预定浓度时，转移至已盛有河水的水箱中，搅拌均匀，继续培养24h，借助水泵和管道将水箱中的混合水均匀分散至河道水体中。

本发明所述的微生物复合菌剂的百分比组成以及培养后所需要达到的浓度可以进一步表示如下：

序号	菌剂名称	状态	配比(％)	浓度(cfu/mL)
					1	地衣芽孢杆菌	粉末状固体	1±0.5	1.0×10<sup>8</sup>
2	克雷伯氏菌	粉末状固体	1±0.5	1.0×10<sup>8</sup>
					3	酵母菌	粉末状固体	10±5	10×10<sup>8</sup>
4	光合细菌	粉末状固体	20±10	20×10<sup>8</sup>
					5	硝化细菌	粉末状固体	15±5	15×10<sup>8</sup>
6	反硝化细菌	粉末状固体	15±5	15×10<sup>8</sup>
					7	聚磷菌	粉末状固体	18±5	18×10<sup>8</sup>
8	放线菌	粉末状固体	10±5	10×10<sup>8</sup>
					9	枯草芽孢杆菌	粉末状固体	10±5	10×10<sup>8</sup>

进一步，本发明所述微生物激活剂，主要包括生物素、烟酸、矿质元素、葡萄糖等，其主要成分与浓度可以如下表所示：

序号	名称	浓度	序号	名称	浓度
						1	烟酸	3-5ng/mL	8	MgSO<sub>4</sub>	0.08mg/mL
2	泛酸	3-5ng/mL	9	FeSO<sub>4</sub>	0.05mg/mL
						3	叶酸	5-10ng/mL	10	CaCl<sub>2</sub>	0.08mg/mL
4	生物素	1-3ng/mL	11	ZnSO<sub>4</sub>	0.06mg/mL
						5	KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>	0.05mg/mL	12	MnSO<sub>4</sub>	0.05mg/mL
6	K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>	0.05mg/mL	13	葡萄糖	0.25mg/mL
						7	NaCl	0.05mg/mL	14	麦芽糖	0.35mg/mL

本发明所述生态净化区，主要包括水生植物的筛选搭配及水生态系统的构建，一是在水生植物的选择中，因地制宜，选择净化效果好、景观性强的水生植物，如水芹菜、黄花鸢尾、黑三棱等；二是构建水体生态系统，通过激活本土微生物群落系统，构建以水生植物为载体的生物膜系统，同时，可以在河道周边布置石笼网，为鱼类等水生动物的栖息空间，进而构建水生植物——微生物——水生动物相组合的水生态系统。

本发明提供的河道水质原位提升方法及系统，可以根据河道现状，如河长、宽度、水深、流速以及水质等情况，将其沿河分成三段水质处理区，主要包括河道前置预处理区、微生物高效降解处理区、生态净化区，整个处理过程以物化和生物法为主对河道水质进行原位提升，其中前置预处理区，主要用于将上游入河污染物进行初步截留如浮渣、落叶、油污等，微生物高效降解处理区，主要以微生物菌剂为核心，通过复合微生物菌剂，提高本段水体中微生物浓度，提高其对COD、氨氮、磷等有机物的去除率，生态净化区，主要是通过种植水生植物如沉水植物、挺水植物等以及水生动物等，构建水生态净化系统，提高水体的自净能力。

本发明以微生物菌剂和微生物激活剂为核心，借助生态拦截带对上游污染物进行拦截，降低下游河道污染物浓度；与此同时，在下游构建以水生动植物、微生物为核心的生物群落，从根本上恢复水体生态系统和河道自净能力，保证水质的长治久清。

有益效果

(1)占地空间小。本发明中所用到的设备以小型、分散式为主，可以充分利用沿河零散用地，不占用额外用地；同时该技术理念重在对原有河道的改造，强调与河道的有机组合，减少系统占地面积。

(2)无二次污染，净化效率高。与常规微生物菌剂相比，本发明中提供的微生物菌剂则是以本土微生物活化为基础，开发出微生物菌剂和生物激活剂，主要用于激活和提升本土微生物数量和活性，因水体中存在一些难降解有机物，或者水体环境如水温、流速、酸碱度污染因子等变化较大时，常规生物菌剂则无法有效发挥作用，而本发明中提供的菌剂具有针对性，能够快速适应复杂水环境并有效降解水中有机物，达到原位高效、快速改善水质的目的，且无二次污染。

(3)能耗低。本次发明中主要在生物降解区内均匀布置小型分散式曝气装置，且水流依靠重力自上而下流动，不额外提供动力，有效降低能耗。

(4)水质能够长效保持。本发明中涉及的技术方案，自上游至末端，均采用相应的技术措施，构建河道水生态系统，能够长效改善河道水质，保证河道长治久清。

受污染河道的修复是一项极其复杂的系统工程，而当前我国河道污染较为严重，水体污染原因复杂，仅仅采用单一的微生物修复技术难以达到理想的修复效果，为此，本发明通过构建以微生物复合菌剂为核心的河道水质原位提升技术，在应对受污染河道时，尤其是黑臭水体时，充分发挥本土微生物活化系统，因地制宜的利用零散用地，不占用额外用地，充分利用河道自身空间，合理布置设施设备，强调水质原位提升，针对性强，适用范围广，能够快速、高效提升水环境质量，且对水体不产生二次污染，同时，在处理区下游构建水生态系统，可保证水质长治久清，有效应对突发水污染事件。

附图说明

图1为本发明实施例2中提供的河道水质原位提升系统示意图；其中1为前置预处理区，11为拦截带，12为人工水草，13为格栅网，14为曝气管，15为曝气头，2为高效生物降解区，21为曝气管道，22为微孔曝气头，23为微生物培养箱，24为水泵，25为微生物出口，3为生态净化区，31为水生植物，32为水生动物，4为风机。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步阐述，这些实施案例仅用于解释说明的目的，而不限制于本发明的范围和实质。

实施例1

本实施例提供一种河道水质原位提升方法，通过将河道水体经过前置过滤处理后进行生物降解，生物降解过程为在水体中引入经培养后的微生物复合菌剂进行生物降解；其中所述微生物复合菌剂包括以下质量百分比的微生物组分：地衣芽孢杆菌0.5-1.5％、克雷伯氏菌0.5-1.5％、酵母菌5-15％、光合细菌10-30％、硝化细菌10-20％、反硝化细菌10-20％、聚磷菌10-20％、放线菌5-15％、枯草芽孢杆菌5-15％，以上各组分的质量百分比总和为100％。

进一步，为了提高微生物的生长效率，本实施例中加入了微生物激活剂与以上微生物复合菌剂进行混合培养，微生物激活剂包括以下质量百分比的组分：烟酸、泛酸、叶酸、生物素、矿质元素、葡萄糖或麦芽糖中的一种或几种的组合。

实施例2

本实施例为在实施例1的基础上，提供了一种河道水质原位提升系统，如图1所示，该系统包括前置预处理区1、高效生物降解区2和生态净化区3，其中所述前置预处理区1的入口设置拦截带11，前置预处理区1的出口设置格栅网13，前置预处理区1内部设置人工水草12；高效生物降解区2的入口与前置预处理区1的出口连通，高效生物降解区2内部设置有曝气管道21，曝气管道21上设置微孔曝气头22，高效生物降解区2的出口与生态净化区3的入口连通，生态净化区3内部设置水生植物31和/或水生动物32。

为了更好的实现水质提升效果，本实施例提供的河道水质原位提升系统中所述前置预处理区1内部还设置有风机4连接的曝气管14，曝气管14上设置曝气头15；高效生物降解区2设置有微生物培养箱23，微生物培养箱23通过水泵24连接管道并将管道设置在高效生物降解区2内部，高效生物降解区2内部的管道上设置有微生物出口25；以上所述人工水草12和所述水生植物31均沿河道宽度方向布置。

本实施例提供的河道水质原位提升系统可以在河道内进行原位改造，不额外增加占地，尽量利用沿河零散用地，通过合理布置处理区和设施，构建一体化原位提升技术体系，实现水质快速改善、水环境质量整体提升的目的。

本实施例提供的河道水质原位提升系统在实现提升水质的过程中，可以根据水中溶解氧浓度，调节曝气强度；通过微生物培养箱培养提高微生物浓度，并借助水泵和管道将微生物均匀分散至河道的水体中。

本实施例提供的河道水质原位提升系统在具体提升水质的过程中，可以根据河道具体条件进行布置，其中所述生态净化区，可以包括水生植物、沿岸石笼网、水生动物等，构建成水生植物-微生物-水生动物相协同的水生态群落系统。

利用本实施例提供的河道水质原位提升系统进行河道水质的提升，包括以下过程：

(1)河道内上游来水首先流入前置预处理区，在前置预处理区内，上游来水先经过生态拦截带，拦截水面上的浮渣，然后进入人工水草区，该区域内可对有机污染物进行初步降解，减轻后续生物降解区的处理压力，最后经过格栅网拦截人工水草因腐烂或枯萎形成的较大漂浮物，进一步去除水中悬浮物。

(2)前置预处理后进入高效生物降解区，具体过程为，经预处理后，上游来水中悬浮物得到有效去除，在该区域，根据水中溶解氧浓度和微生物对溶解氧的需求，通过曝气充氧的方式提供水中溶解氧，溶解氧浓度不低于6.0-8.0mg/L；同时，为提高水中微生物浓度，通过人工培育的方式在微生物培养箱中培养后，通过水泵的形式，利用管道将菌液均匀投加到河道中。

(3)高效生物降解区处理后进入生态净化区，具体过程为，沿河布置石笼网、为水生动物提高栖息场所，丰富水中动物群落；同时，在河道内栽植具有高效降解功能的水生植物，既起到景观美化，又丰富植物群落，并具有应对水质突发事件的能力，共同构建水生态系统。

本发明提供的河道水质原位提升系统在实际应用中可以因地制宜，视水污染程度和治理目标，针对性的调整技术工艺和设施设备，以保证在低成本下实现水环境的持久改善。

实施例3

本实施例为利用本发明提供的方法和系统进行河道水质提升的具体实例，具体如下：

选定某一条受污染河道，长约300米，宽约5米，水深约2米，水体体积约3000立方米，流速约0.20m/s，水温在20-30℃，在河道治理前期，对常规水质指标进行检测，详见下表：

水体中COD、氨氮、总磷等超标较为严重，溶解氧浓度偏低，不利于水生动物及微生物的生长，且水体透明度较差，不利于沉水植物的生长，整体而言，该段水环境较差，受污染程度较为严重。本发明针对该段河道，在上游布置宽约5米的生态拦截带，在拦截带下游10米内，布置人工水草区，其有多种选择，如聚乙烯弹性人工水草、纤维水草等，并在该区域进行均匀曝气，提高溶解氧至4.5mg/L，经15天左右，可在人工水草上富集多种微生物，形成生物膜，可有效削减水体中有机物，减轻后续生物处理的有机负荷；随后出水进入高效生物降解区，为提升该区域内微生物种类和数量，并激活本土微生物，利用微生物复合菌剂和微生物激活剂，在沿河设置的微生物培养箱中进行48h的培养后，经检测达到一定浓度，约300×10⁸CFU/mL，利用水泵和管道，将菌液均匀分散至河道内，为保证微生物生长所需溶解氧，需进行均匀曝气，维持溶解氧浓度不低于6.0-8.0mg/L，同时，将微生物激活剂通过人工将微生物激活剂洒落至河道内，促进河道内本土微生物和复合微生物菌类的生长，改善水体中微生物群落，系统运行约7天可初见成效，经区域内的生物降解处理后，有机物去除率可以达到75％-90％；经生物降解区处理后，进入生态净化区，在该区域内种植水生植物，如美人蕉、芦苇、香蒲等，因地制宜，既满足水质净化需求，又满足景观功能，在该区域段沿河零散布置石笼网，设置较大间隙，便于水生动物栖息，丰富水体生物群落，提升河道水生态系统，逐步恢复河道自净能力；经上述多种措施处理并稳定运行后，运行周期约30天，下游出水水体透明度可以达到90厘米以上或者清澈见底，COD约25mg/L、氨氮1.2mg/L、总磷1.35mg/L，且经过长时间运行发现，该河段具有较强抗污染冲击负荷能力，水体水质得到根本性改善。

本实施例中，对于微生物复合菌剂的组成质量百分比和培养浓度具体见下表：

对于微生物激活剂的添加组分及添加浓度见下表：

。

以上描述了本发明的基本原理和技术方案的具体实施过程以及其主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种河道水质原位提升方法，其特征在于，将河道水体经过前置过滤处理后进行生物降解，生物降解过程为在水体中引入经培养后的微生物复合菌剂进行生物降解；其中所述微生物复合菌剂包括以下质量百分比的微生物组分：地衣芽孢杆菌0.5-1.5%、克雷伯氏菌0.5-1.5%、酵母菌5-15%、光合细菌10-30%、硝化细菌10-20%、反硝化细菌10-20%、放线菌5-15%、聚磷菌10-20%，枯草芽孢杆菌5-15%，以上各组分的质量百分比总和为100%。

2.根据权利要求1所述的河道水质原位提升方法，其特征在于，所述微生物复合菌剂在培养过程中需加入微生物激活剂进行共同培养，所述微生物激活剂包括以下质量百分比的组分：烟酸、泛酸、叶酸、生物素、矿质元素、葡萄糖或麦芽糖中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的河道水质原位提升方法，其特征在于，河道水体前置处理过程为在河道水体中沿河道水流方向依次设置生态拦截带、人工水草和格栅网，利用人工水草形成的生物膜协同生态拦截带和格栅网共同实现水体前置过滤。

4.根据权利要求1所述的河道水质原位提升方法，其特征在于，生物降解过程中通过在水体中设置微生物输送的管道，该管道均匀分布于水体中，通过管道上设置的微生物排出孔将微生物输送至水体中。

5.根据权利要求1所述的河道水质原位提升方法，其特征在于，生物降解后的水体还经过生态净化处理，处理过程为通过在水体中设置水生植物和/或水生动物实现进一步净化，此过程流速控制在0.3-0.8m/s。

6.根据权利要求5所述的河道水质原位提升方法，其特征在于，所述水生植物包括沉水植物或挺水植物中的一种或几种。

7.一种河道水质原位提升系统，其特征在于，该系统包括前置预处理区、高效生物降解区和生态净化区，其中所述前置预处理区的入口设置拦截带，前置预处理区的出口设置格栅网，前置预处理区内部设置人工水草；高效生物降解区的入口与前置预处理区的出口连通，高效生物降解区内部设置有曝气管道，曝气管道上设置微孔曝气头，高效生物降解区的出口与生态净化区的入口连通，生态净化区内部设置水生植物和/或水生动物。

8.根据权利要求7所述的水体水质原位提升系统，其特征在于，所述前置预处理区内部还设置有风机连接的曝气管，曝气管上设置曝气头。

9.根据权利要求7所述的河道水质原位提升系统，其特征在于，所述高效生物降解区设置有微生物培养箱，微生物培养箱通过水泵连接管道并将管道设置在高效生物降解区内部，高效生物降解区内部的管道上设置有微生物出口。

10.根据权利要求7所述的河道水质原位提升系统，其特征在于，所述人工水草和所述水生植物均沿河道宽度方向布置。