CN109928454A - 一种用于管道内生物膜灭活的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于管道内生物膜灭活的设备，包括水箱Ⅰ，还包括管道机器人，所述水箱Ⅰ承载在管道机器人上，水箱Ⅰ内部设置有水泵，水泵出水位置通过管道连接有多个扇形喷头，所有扇形喷头位于同一个平面，并且该平面垂直于管道中轴线。本发明的设备，用于管道内壁生物膜的灭活，使用时直接向管壁上喷药，药物直接作用于生物膜，完全不同于现有的研究方向，为管道生物膜的灭活提供了一种新的思路。

Description

一种用于管道内生物膜灭活的设备

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及管道环境处理，具体涉及一种将紫外线灯和药物喷洒与管道机器人组合的灭活生物膜设备。

背景技术

城市排水管网是城市基础设施的重要组成部分，但是，近些年来关于污水管道的问题越来越多，讨论最多的就是污水管道内有害气体的影响。由于污水在管道内的停留时间长，管内会形成厌氧环境，管壁上会生长大量生物膜，生物膜中的厌氧微生物就会在排水管网中产生大量的有毒有害气体。城市污水中的硫酸盐的含量在40-200mg/l，管网的硫酸盐还原菌会将其还原产生大量的硫化氢气体，这也是管道内有毒有害气体的主要成分，对人体、城市环境以及管道寿命等都造成威胁，因此，排水管网内硫化氢气体的控制对城市的发展来说非常关键。

对于硫化氢气体的控制，国内研究相对较少，大多应用化学品静态吸附或者采用附带吸附材料的抽气装置抽取气体去除硫化氢。由于水体内温度、化学变化、生物菌群的影响，排水管道内的硫化氢气体持续产生且具有一定的溶解度，水体外去除硫化氢的方式效率并不高。国外对排水管道内硫化氢气体有较多的研究，多集中在通过化学手段或者物理手段，主要有三类：

(1)提高管道内污水环境的氧化还原电位，控制硫化物和甲烷的产生。

(2)提高污水环境的pH值，抑制产甲烷菌和硫酸盐还原菌的活性。

(3)投加金属盐，控制硫化氢和甲烷。

(4)通过碱的冲击投加灭活生物膜中的微生物，控制硫酸盐还原菌和产甲烷菌。这些措施虽然对硫化氢的控制确实有效，但是却存在着不同程度的缺陷。例如：提高氧化还原电位的措施，注氧和加入硝酸氮，虽都能控制硫化氢，但是一定程度上也增加了脂肪酸的消耗，对下游的脱氮除鳞产生不利影响；提高pH所加的碱石灰，设备复杂，且当连续加入时，成本非常高；铁盐投加也一样，对管道内硫化氢控制非常有效，但是连续加入装置复杂并且会导致有害气体控制成本增加。碱冲击法灭活微生物的效果很好，并且效果可以持续数天，但因为污水的流量不断变化，管内水深也随之改变，因此在加药灭活微生物时管顶和部分管壁无法与药物接触，得不到处理，这部分残留的生物膜会继续产硫，造成管道的腐蚀。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种管道生物膜灭活设备，该设备专项用于管道内壁生物膜的灭活，可以让生物膜与药物直接接触，充分发挥杀菌剂的效果，达到完全控制管道腐蚀、控制排水系统中的硫的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种用于管道内生物膜灭活的设备，包括水箱Ⅰ，还包括管道机器人，所述水箱Ⅰ承载在管道机器人上，水箱Ⅰ内部设置有水泵，水泵出水位置通过管道连接有多个扇形喷头，所有扇形喷头位于同一个平面，并且该平面垂直于管道中轴线。

优选的，至少包括三个扇形喷头，其中一个扇形喷头竖直向上，另外两个扇形喷头分别位于两侧并间隔90°。

上述水泵通过吸盘固定在水箱Ⅰ底部。

此外，本设备还包括水箱Ⅱ，水箱Ⅱ位于水箱Ⅰ一侧，水箱Ⅱ顶部开有加药口，水箱Ⅱ侧面开有孔口，通过孔口与水箱Ⅰ连通。

可选的，水箱Ⅱ内孔口旁设置有浮球液位控制器。

可选的，管道机器人上设置有护板，护板一侧连接在管道机器人上，护板另一侧连接在水箱Ⅱ或者水箱Ⅰ上。

为强化效果，在水箱Ⅱ的前方设置有一根紫外线灯；水箱Ⅰ两侧分别设置有一根紫外线灯，这两根紫外线灯位于护板下方。

考虑到节能，紫外线灯与水箱Ⅰ或水箱Ⅱ的壁接触的一面设置有反光涂料层。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、本发明的设备，用于管道内壁生物膜的灭活，使用时直接向管壁上喷药，药物直接作用于生物膜，完全不同于现有的研究方向(通过物理或者化学的手段间接作用于管道内的液体来减少生物膜的产生)，为管道生物膜的灭活提供了一种新的思路。

2、本发明的设备，采用直接喷药的方式，用药量很少，在喷药的同时，还应用紫外线进行照射进行杀菌，药物会灭活生物膜，使其脱落，提高了紫外线的灭菌效果，两者相辅相成，相互促进。

3、该设备紫外灯上的反光涂料层可以最大化地利用紫外线光，减少了能源的浪费。与传统的处理方法相比，本设备简化了加药设备，减少了占地面积，降低了投资，更加灵活，可以应付各种突发状况。

附图说明

图1为本发明设备主视图，图中箭头表示水流方向。

图2为设备俯视图。

图3为图2沿A-A的剖视图。

图4为图2沿B-B的剖视图。

图5为本设备扇形喷头示意图。

图中各标号的含义为：

1—水箱Ⅰ，2—管道机器人，3—水泵，4—扇形喷头，5—水箱Ⅱ，6—加药口，7—浮球液位控制器，8—护板，9—支撑柱，10—紫外线灯。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明的设备针对于管壁上随水位降低而出现的生物膜，在当下应用的管道气体控制方案中，多数只能处理被水淹没的管壁，忽略了不与污水接触的管壁。本设备通过药物与生物膜的直接接触，与投放于水中的同剂量的药物浓度以及药量相比，此种设备大大提高与生物膜接触的药物浓度和药量；其药物喷洒覆盖范围较大，喷洒到管道上部的药物在向下流动时会流经侧面的生物膜，使得侧面生物膜所受到的处理更加充分。此外，药物流到管底也能在一定程度上灭活管底的生物膜。同时，以紫外线照射管壁，灭活管壁生物膜中的微生物(硫酸盐还原菌等)。本发明装置可有效灭活管壁上的微生物，减少管道中硫的产生，控制管道的腐蚀。该装置药液与泵分别放置在两个水箱的设计增加了可携带的药量，降低了设备的高度，使其可以适用于不同管径的排水管，成本低且使用方便。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1-5所示，本实施例给出一种用于管道内生物膜灭活的设备，包括水箱Ⅰ1和管道机器人2，水箱Ⅰ1承载在管道机器人2上，水箱Ⅰ1内部设置有水泵3，水箱Ⅰ1主要用来承载水泵3，抽取水箱Ⅰ1中的药液并加压，泵送至管道中，与水泵3连接的管道为塑料软管，材料为PVC，如果管道有变径的需要，可用黄铜材质的异径管连接两个不同直径的管道，因为黄铜抗氧化能力较强，分流药液的四通也是黄铜材质。随后是四通和三个扇形喷头4，其中一个扇形喷头4竖直向上，另外两个扇形喷头4分别位于两侧并间隔90°，每个喷头可服务106°的范围，各扇形喷头4的服务区域之间有所重叠，确保在喷洒药物时不会出现死角，四通将药液分成三股，分别输送至三个扇形喷头4，通过扇形喷头4将药剂喷洒至管壁上。在水箱Ⅰ1两侧设有较长的护板8，用于防止药剂溅到车体的轴承，接缝等部分，护板8可以呈L型，由透明塑料制成。护板8上方与水箱相连接固定，下侧靠近管道机器人2的位置有两个支撑柱9，与管道机器人2的车体连接以提供额外支撑，支撑柱9的数量可随车体长度不同增加。车体外壳可由塑料制成，其上有防腐涂层，以防药剂或污水对车体产生腐蚀，车体共四个轮子，其金属部分为防腐材料制成。

具体的，水箱Ⅱ5为方形，同样为防腐材质，如防腐塑料，其上边缘有加药口6，用于向水箱Ⅱ5中加药，或者对水箱Ⅱ5进行清洗；水箱Ⅱ5中盛放的杀菌药物可为次氯酸钠，次氯酸钙等药物。水箱Ⅰ1为长方体，比水箱Ⅱ5矮一些，其上有洞口，供管道通过。水箱Ⅱ5中药液的初始水深一般较深，以携带更多药物；用水箱Ⅰ1中水深较浅，避免水泵3的接缝、孔口等部位、管道和金属构件与药液接触，产生腐蚀。

本发明的扇形喷头4喷洒角度为43°-106°，应用106°的喷洒角度，材质为黄铜，工作压力为0.5-10巴，流量从0.38-65L/min不等，可调范围大。同时，应用的紫外线灯可根据不同管道情况应用不同功率和长度的灯管。

水泵3通过吸盘固定在水箱Ⅰ1底部，防止水泵3移动，水泵3上方为出水口，连接塑料管并穿过水箱Ⅰ1，与铜制四通相连，随后连接三个扇形喷头4；若管道与四通直径不同，可在其间设置变径管。

水箱Ⅱ5内孔口旁设置有浮球液位控制器7，可采用在孔口上侧设置浮球控制的阀门，阀门与浮球之间用塑料杆相连接，水箱Ⅱ5壁上有轴承穿过塑料杆的中间，用于在水位达到一定高度时堵住孔口。。

水箱Ⅱ5的前方布置1根紫外线灯，其上方有透明塑料板以防药剂的腐蚀，下方和后侧设有反光涂层，以便于光能的最大化利用，L型护板下侧分别布置1根，在其下方有塑料板保护紫外线灯，灯的功率可以根据情况进行调整。设备电能消耗低，并且将产生的紫外线最大化利用；药物易于采购，配制容易，危害性较小，并且用量较少；所以此法与传统方法相比，所需投资大大降低。处理过程中不会产生副产物，不会对管道结构产生危害，不会影响下游污水厂的运行；并且车体有抗腐蚀材料做的L型护板，可以阻挡喷洒的药液溅射到车体上，避免了药物对车体、轮胎和水箱等组件的腐蚀。紫外线灯上透明板也可以避免药物对灯的腐蚀，同时不会影响紫外线灯的亮度。

本发明设备的工作过程为：

先配置确定浓度的药液(0.1％的次氯酸钠)，储存于药箱中。应用之前先根据管道直径和管道长度确定所需药物的量、泵的流量和紫外线灯的功率。流量可根据管径和机器人移速的不同进行调整。准备好后，先手动向水箱Ⅱ5中投加药液，并让药液通过孔口流到水箱Ⅰ1中；加药之后，打开紫外线灯，将管道机器人2放置到管道内让其沿管道运动，与此同时，开启水箱Ⅰ1中的水泵3，将水箱Ⅰ1中的药液抽取到管道中，药液沿管道输送至四通，分流到三条管道并输送至扇形喷头4，经过扇形喷头4使药液呈扇形均匀喷到管壁上，灭活生物膜，三个扇形喷头4的喷药面积有所重叠，可保证管壁上所有生物膜全部能得到处理，不会出现死角。

性能测试实验

①灭活微生物效果测定

首先，将同样数量填料包在纱布中，共准备四份，将纱布用麻绳扎好，放置在检查井下污水中培养生物膜，20天后取出。

第一份生物膜为对照组，不进行处理；第二组生物膜为喷药组，运用本设备向其上均匀少量喷洒0.1％的次氯酸钠溶液10mL；第三组为紫外线组，用10W的紫外线灯照射生物膜5分钟。第四组为组合组，在喷洒次氯酸钠10mL之后，用紫外线灯照射1分钟。

在生物膜经过处理之后，将其放置到1000mL锥形瓶中加入500mL的生活污水，将锥形瓶放置在恒温振荡器中，经12小时后取出。测定污水的各项水质。

实验结果如表1所示:

表1

	原水	对照	加药	紫外线	加药+紫外线
						COD浓度	373.32	219.25	351.56	323.09	364.19
硫离子浓度	0.045	2.20	0.36	0.72	0.14

由实验结果可知，药物与紫外线相组合确实可以有效灭活生物膜，控制污水中硫的产生，并且要比两种方法单独使用效果要好。

②本发明电能消耗和药物用量测算

设定排水管网管径0.3m，管道长度50m，经计算，这部分管道所需药物为3.53L，电能消耗约为10.6度电，用药量少，同时更加节能。

③经济分析

在排水管中硫的控制方面，大多用氢氧化钠冲击来灭活管内生物膜，所以用氢氧化钠冲击与此法作对比。

在应用氢氧化钠冲击时，每次投加效果可以3到4天，每次投加药剂量为0.52kg/m³，持续6小时，氢氧化钠价格为每千克4元左右，因此投资为0.15元/m³。

10％的次氯酸钠价格为10元/L，电费按照0.6元/度来算。则每次处理价格约为10元，300mm管道每天流量最高可达为1500m³左右，若每次处理之后效果持续时间按照3-4天计算的话，则投资约为0.003元/m³，要比传统方法更为经济。并且此法所用药物为强氧化剂，所以效果应该能持续更长时间。

Claims (9)

1.一种用于管道内生物膜灭活的设备，包括水箱Ⅰ(1)，其特征在于，还包括管道机器人(2)，所述水箱Ⅰ(1)承载在管道机器人(2)上，水箱Ⅰ(1)内部设置有水泵(3)，水泵(3)出水位置连接有多个扇形喷头(4)，所有扇形喷头(4)位于同一个平面，并且该平面垂直于管道中轴线。

2.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述设备至少包括三个扇形喷头(4)，其中一个扇形喷头(4)竖直向上，另外两个扇形喷头(4)分别位于两侧并间隔90°。

3.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述水泵(3)通过吸盘固定在水箱Ⅰ(1)底部。

4.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述设备还包括水箱Ⅱ(5)，水箱Ⅱ(5)位于水箱Ⅰ(1)一侧，水箱Ⅱ(5)顶部开有加药口(6)，水箱Ⅱ(5)侧面开有孔口，通过孔口与水箱Ⅰ(1)连通。

5.如权利要求4所述设备，其特征在于，水箱Ⅱ(5)内孔口旁设置有浮球液位控制器(7)。

6.如权利要求4所述设备，其特征在于，所述管道机器人(2)上设置有护板(8)，护板(8)一侧连接在管道机器人(2)上，护板(8)另一侧连接在水箱Ⅱ(5)或者水箱Ⅰ(1)上。

7.如权利要求6所述设备，其特征在于，护板(8)与管道机器人(2)之间设置有支撑柱(9)。

8.如权利要求4所述设备，其特征在于，在水箱Ⅱ(5)的前方设置有一根紫外线灯(10)；水箱Ⅰ(1)两侧分别设置有一根紫外线灯(10)，这两根紫外线灯(10)位于护板(8)下方。

9.如权利要求8所述设备，其特征在于，所述紫外线灯(10)与水箱Ⅰ(1)或水箱Ⅱ(5)的壁接触的一面设置有反光涂料层。