CN110683711A - 一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置及方法，装置包括曝气箱、反应箱、植物吸收箱、纳米曝气管、悬浮筐、进水管、出水管、蠕动泵、充气泵。曝气箱、反应箱、植物吸收箱依次设置有海拔高程差。黑臭水体经曝气箱曝气后，向反应箱中投加微生物菌剂、促生剂、填料，使水体中降解污染物的微生物多样性及生物量迅速提高，从而污染物被高效去除，使水体水质提升，最后向植物吸收箱中栽入植物，植物进一步吸收水体中污染物，使水体水质进一步提升。其中所述的微生物菌剂为土著菌剂，其主要成分为光合菌、硝化菌、放线菌及酵母菌，促生剂为生物促生剂BE，填料为弹性立体填料，植物为水花生。本发明实施简单易行、成本低、无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置及方法。
背景技术
城市水体是城市居民生活的命脉，对城市的景观生态和经济发展起着至关重要的作用。然而，随着城市化和工业化进程的加快，大量工业废水和生活污水的直接排放，引起了水体的富营养化，甚至导致水体发黑发臭，最终形成黑臭水体。黑臭现象是水体污染极其严重的表现，它是一种生物化学现象，其过程为当外源性有机污染物在好氧微生物的生化作用下，消耗了水体的溶氧，造成水体缺氧，致使厌氧微生物大量繁殖，与此同时，分解有机物产生大量恶臭气体如H2S、氨、硫醇等逸出水面进入大气形成恶臭，其中致臭物质主要包括H2S和挥发性有机硫化物，同时水中形成FeS、MnS等黑色物质，致使水体黑臭。
当前，城市河流污染严重，许多河流黑臭问题严重，水体生态系统结构严重失衡。为此，国务院于2015年发布了《水污染防治行动计划》，其中对黑臭水体问题提出明确要求，到2020年，我国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内；到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。然而，据多方报道，目前我国关于黑臭河道治理工作的进展并不乐观。
由于城市河流集雨面积小，水体自净能力差，在水质较差情况下，如何去除污染物NH3-N，如何提高溶解氧、氧化还原电位、透明度是治理黑臭水体中的难点。当前黑臭水体常用净化方法有物理法(底泥清淤疏浚、引水冲稀和人工曝气等)，化学法(投加铝盐，硝酸盐和过氧化氢等)和生物学法(水生植物净化，微生物强化和外源微生物等)。这些方法可以较明显地改善黑臭水体水质，但仍然存在诸多不足。物理方法通常伴随着高成本，效率低和二次污染等问题。如黑臭水体清淤的底泥需进行底泥处理，人工曝气使更多的污染物从沉积物释放进入水中。此外，使用化学方法也存在许多问题。如使用铝盐净化时对水生生物有毒，使用硝酸盐会增加上覆水硝酸盐氮的浓度，使用过氧化氢具有危险性和不稳定性。而生物法具有效率高，成本低，无二次污染等优点已被许多国家广泛应用。
目前，生物法修复黑臭水体通常采用菌剂+促生剂、曝气+植物、菌剂+曝气等简单的组合技术，此类简单组合技术修复黑臭水体存在修复周期长、修复效果可持续性低等问题。曝气+菌剂+促生剂+填料+植物的系统组合生物技术法可通过最大限度提高功能微生物多样性和生物量，使污染物去除速率显著提高，进而缩短修复时间，该技术具有成本低、效果好、技术要求低、环境负效应小、持续性强、可应用范围广等特点。因此组合生物技术在黑臭水体治理方面具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单易行、成本低、可操作性强、无二次污染的治理黑臭水体的装置及方法，其主要作用是通过提高微生物多样性及生物量，来提高NH3-N、TP、COD等污染物的去除效率，从而达到净化黑臭水体的目的。
为实现上述目的，本发明的装置，包括曝气箱、反应箱、植物吸收箱、蠕动泵、充气泵、悬浮筐、进水管、出水管和纳米曝气管，所述曝气箱、反应箱和植物吸收箱用来盛装并处理污水。且需在反应箱中投加微生物菌剂、促生剂、填料，植物吸收箱中栽种植物，该工艺可高效去除NH3-N、TP、COD，并提高水体溶解氧、氧化还原电位及透明度，从而达到净化黑臭水体的效果。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，包括曝气箱、反应箱、植物吸收箱、蠕动泵、充气泵、悬浮筐、进水管、出水管和纳米曝气管；其特征在于：
所述充气泵连接纳米曝气管，所述纳米曝气管分别设置在曝气箱的深度方向的中部和反应箱的底部；
所述蠕动泵连接进水管，所述进水管由曝气箱的一侧底部进入，在该曝气箱的另一侧的顶部设置出水口，在反应箱的一侧的顶部设置入水口并在其另一侧的顶部设置出水口，在植物吸收箱的一侧的顶部设置入水口并在其另一侧的底部设置出水管；所述曝气箱的出水口与反应箱的入水口通过污水通道相连接；所述反应箱的出水口与植物吸收箱的入水口通过污水通道相连接；
所述悬浮框的框内放入等体积的弹性立体填料并固定于反应箱的深度方向的中部，所述反应箱内按一定比例放入微生物菌剂和促生剂。
所用微生物菌剂为土著菌剂，该土著菌剂由目标黑臭水体中富集培养硝化菌、光合菌、酵母菌、放线菌后，体积比按3：3：3：4比例配制而成。
微生物菌剂的投加量根据反应箱内的污水体积确定，投加量为45～55ml/L。
所用促生剂为生物促生剂BE，其投加量根据反应箱内的污水体积确定，投加量为27～33ml/m3。
所用植物栽种量根据植物吸收箱的水面面积确定，栽种量为2～4kg/m2。
所述植物为挺水植物水花生。
所述曝气箱与反应箱之间、反应箱与植物吸收箱均设有海拔高度差并能够使出水为自流出水。
所述反应箱内设置两个悬浮框。
一种利用组合生物技术净化黑臭水体的方法，其特征在于包括以下步骤：
A.将重度黑臭水经蠕动泵作用由进水管进入反应箱，反应箱内按一定比例加入微生物菌剂和生物促生剂BE，放入悬浮框，框内放入等体积的弹性立体填料，并固定于反应箱中部，使其完全浸入水中；植物吸收箱中以一定比例栽入水生植物；
B.启动装置控制进水流量计及曝气量，进水流量为0.8～2.3L/h，曝气量为0.2～0.6m3/h。使得水力停留时间为18h且水体溶解氧含量为4mg/L，整个装置呈持续进出水流动状态；
C.通过蠕动泵流量计控制重度黑臭水从曝气箱进入反应箱的体积，及在净化系统的停留时间。待出水水质符合NH3-N含量为不大于0.26mg/L、TP含量为不大于0.27mg/L、COD含量为不大于37.2mg/L要求时出水。此过程需要18-36小时。
优选地，按50ml/L的比例加入微生物菌剂10ml，按30ml/m3的比例加入生物促生剂BE，放入长宽高分别为15cm、4cm及10cm的两个悬浮框；植物吸收箱中根据植物吸收箱的水面面积以2-4kg/m2栽入挺水植物水花生。
曝气装置迅速为黑臭水体提供溶解氧，改善黑臭水体厌氧和缺氧状态，并为后期投加的微生物的生长繁殖提供较佳的环境。微生物菌剂加入水体中，使得微生物多样性及生物量迅速提高，从而提高污染物去除效率。生物促生剂BE是一种集有机酸、缓冲剂、酶、营养物质和能量于一体的尖端科学配方，富含微生物所必需的细胞分裂素、维生素和微量元素。在黑臭水体处理过程中加入少量BE，可促进微生物的新陈代谢，促使微生物在较差环境中快速大量地生长，提高微生物的多样性及生物量，从而提高降解污染物的效率，改善黑臭水体处理效果。弹性立体填料投入水体中，为微生物的生长繁殖提供附着点，黑臭水体在不断与填料接触过程中，形成一层生物膜。弹性立体填料有效区域内能立体全方位均匀舒展满布生物膜，使气、水、生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能均匀地着床在每一根丝条上，保持良好的活性和空隙可变性，而且能在运行过程中获得愈来愈大的比表面积，使得微生物多样性及生物量进一步提高，从而使污染物去除效率随之提高。水花生栽入黑臭水体中，可吸收黑臭水体中残余的NH3-N、TP、COD等污染物，使水体修复效果更佳。
本发明以生物修复技术为核心，通过改善水体厌氧缺氧环境、增加水体微生物多样性及生物量，来提高污染物去除能力，恢复水生生态系统，从而恢复水体自净能力。本技术较传统技术具有以下优点：
1、装置组装、拆卸技术要求低，可操作性、可移动性强；
2、设备运行管理要求低，维护成本低；
3、设备主采用生物法净化水体，环境负效应低、无二次污染风险、成本低；
4、设备净化后出水稳定，避免黑臭现象反弹，彻底解决水体污染问题；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的净化装置的垂直横截面结构示意图。
图2是本发明的净化装置的俯视图。
图3是本发明的净化装置的充气泵与纳米曝气管的连接示意图。
图4是本发明的净化方法的步骤流程图。
图5是本发明的用于污水处理的悬浮生物筐的结构示意图。
其中：1-曝气箱；2-反应箱；3-植物吸收箱；4-蠕动泵；5-充气泵；6-悬浮筐；7-进水管；8-排水管；9-纳米曝气管；10-微生物菌剂；11-促生剂；12-填料；13-水生植物；14-三通连接器；15-橡胶连接管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于：包括曝气箱1、反应箱2、植物吸收箱3、蠕动泵4、充气泵5、悬浮筐6、进水管7、出水管8、纳米曝气管9。
如图3所示，所述充气泵5的出风口经橡胶连接管连接三通连接器后连接纳米曝气管9。
如图4所示，所述净化方法的使用顺序为：首先曝气，再投加微生物菌剂、促生剂、填料，最后才栽入植物。
如图5所示，所述悬浮填料框里需均匀填满等体积填料。
污水经蠕动泵4作用经进水管7进入曝气箱1，曝气箱1中部设有纳米曝气管9，其既可迅速提高水体溶解氧含量，改善水体缺氧及厌氧环境，也可起到搅拌作用，使污水混匀。出水由曝气箱1顶部自流进入反应箱2，反应箱投入微生物菌剂10、促生剂11、悬浮框6、填料12。其中投入微生物菌剂10可迅速提高水体中微生物的多样性及生物量，投加促生剂11，为微生物提供生长繁殖所必须的营养物质，使微生物多样性及生物量进一步提高。所述反应箱2的底部铺设纳米曝气管9，为水体提供溶解氧并混匀污水；其中部设有悬浮框6，框内放入填料12，填料为微生物提供附着点，可进一步提高微生物的多样性及生物量，从而进一步提高微生物去除污染物的效率。植物吸收箱3内均匀栽入水生植物13吸收水体中残余的N、P、COD及重金属，使水体修复效果进一步提升。最终净化后的水体由植物吸收箱3顶部出水管8流出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护范围之内。
实施例1黑臭水体净化
进行20L的重度黑臭水体净化实验，黑臭水体各指标的本底值分别为：NH3-N含量为172.3mg/L，TP含量为6.0mg/L，COD含量为618mg/L，DO含量为0.16mg/L，氧化还原电位为-249mv，透明度几乎为0，属于重度黑臭水。将重度黑臭水经蠕动泵作用由进水管进入反应箱，反应箱内按50ml/L的比例加入微生物菌剂10ml，按30ml/m3的比例加入生物促生剂BE，放入长宽高分别为15cm、4cm及10cm的两个悬浮框，框内放入等体积的弹性立体填料，并固定于反应箱中部，使其完全浸入水中。植物吸收箱中根据植物吸收箱的水面面积以2-4kg/m2的比例栽入水生植物。启动装置控制进水流量计曝气量，使得水力停留时间为18h，水体溶解氧含量为4mg/L左右，整个装置呈持续进出水流动状态。实验18小时后，各项水质指标均达到地表水环境质量标准中的五类水水质标准及以上。随后经历了持续5天的净化实验，出水水质基本稳定。出水NH3-N含量为0.26mg/L、TP含量为0.27mg/L、COD含量为37.2mg/L，NH3-N、TP、COD去除率分别达到99.52％、92.86％、91.95％，DO和氧化还原电位分别上升至5.87mg/L、197mv，透明度显著提高，重度黑臭水体消除黑臭，DO、氧化还原电位值远高于轻度黑臭水体指标标准限值，NH3-N则远低于轻度黑臭水体指标标准限值。且NH3-N、TP、COD已达到地表水环境质量标准GB3838-2002中的五类水水质标准及以上，其中NH3-N达到二类水标准，TP达到四类水标准，COD达到五类水标准。
Claims (10)
1.一种利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，包括曝气箱(1)、反应箱(2)、植物吸收箱(3)、蠕动泵(4)、充气泵(5)、悬浮筐(6)、进水管(7)、出水管(8)和纳米曝气管(9)；其特征在于：
所述充气泵(5)连接纳米曝气管(9)，所述纳米曝气管(9)分别设置在曝气箱(1)的深度方向的中部和反应箱(2)的底部；
所述蠕动泵(4)连接进水管(7)，所述进水管(7)由曝气箱(1)的一侧底部进入，在该曝气箱(1)的另一侧的顶部设置出水口，在反应箱(2)的一侧的顶部设置入水口并在其另一侧的顶部设置出水口，在植物吸收箱(3)的一侧的顶部设置入水口并在其另一侧的底部设置出水管(8)；所述曝气箱(1)的出水口与反应箱(2)的入水口通过污水通道相连接；所述反应箱(2)的出水口与植物吸收箱(3)的入水口通过污水通道相连接；
所述悬浮框(6)的框内放入等体积的弹性立体填料(12)并固定于反应箱(2)的深度方向的中部，所述反应箱(2)内按一定比例放入微生物菌剂(10)和促生剂(11)。
2.根据权利要求1所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于：所用微生物菌剂(10)为土著菌剂，该土著菌剂由目标黑臭水体中富集培养硝化菌、光合菌、酵母菌、放线菌后，体积比按3:3:3:4比例配制而成。
3.根据权利要求2所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于:微生物菌剂(10)的投加量根据反应箱(2)内的污水体积确定，投加量为45～55ml/L。
4.根据权利要求1至3任一项所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于:所用促生剂(11)为生物促生剂BE，其投加量根据反应箱(2)内的污水体积确定，投加量为27～33ml/m3。
5.根据权利要求4所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于：所用植物(13)栽种量根据植物吸收箱(3)的水面面积确定，栽种量为2～4kg/m2。
6.根据权利要求5所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于:所述植物(13)为挺水植物水花生。
7.根据权利要求4所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于:所述曝气箱(1)与反应箱(2)之间、反应箱(2)与植物吸收箱(3)均设有海拔高度差并能够使得出水为自流出水。
8.根据权利要求4所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的装置，其特征在于:所述反应箱(2)内设置两个悬浮框(6)。
9.一种利用组合生物技术净化黑臭水体的方法，其特征在于包括以下步骤：
A.将重度黑臭水经蠕动泵作用由进水管进入反应箱，反应箱内按一定比例加入微生物菌剂和生物促生剂BE，放入悬浮框，框内放入等体积的弹性立体填料，并固定于反应箱中部，使其完全浸入水中；植物吸收箱中以一定比例栽入水生植物；
B.启动装置控制进水流量计及曝气量，进水流量为0.8～2.3L/h，曝气量为0.2～0.6m3/h；使得水力停留时间为18h-36h且水体溶解氧含量为4mg/L，整个装置呈持续进出水流动状态；
C.通过蠕动泵流量计控制重度黑臭水从曝气箱进入反应箱的体积，及在净化系统的停留时间；待植物吸收箱出水水质符合NH3-N含量为不大于0.26mg/L、TP含量为不大于0.27mg/L、COD含量为不大于37.2mg/L要求时出水；此过程需要18-36小时。
10.根据权利要求9所述的利用组合生物技术净化黑臭水体的方法，其特征在于：按50ml/L的比例加入微生物菌剂10ml，按30ml/m3的比例加入生物促生剂BE，放入长宽高分别为15cm、4cm及10cm的两个悬浮框；根据植物吸收箱中水面面积以2～4kg/m2栽入挺水植物水花生。
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