CN112158963A - 一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置 - Google Patents

一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置 Download PDF

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CN112158963A CN202011101724.7A CN202011101724A CN112158963A CN 112158963 A CN112158963 A CN 112158963A CN 202011101724 A CN202011101724 A CN 202011101724A CN 112158963 A CN112158963 A CN 112158963A
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Abstract

本发明公开了一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，属于水体修复技术领域，可以实现设有特制的供给修复组件，供给修复组件不仅可自动向水中投放微生物，通过微生物法对水体进行修复，并能释放处出大量的氧气，提高水中溶解氧的含量，溶解氧含量的提高，不仅能显著减少投放微生物的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，供给修复组件还能自动上浮便于回收，避免造成二次污染，还设有吸附组件，吸附组件中特制的吸附剂对水中的磷有极好的吸附效果，从而实现微生物法和物理吸附法的结合，有效提高了修复效率和效果。

Description

一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置
技术领域
本发明涉及水体修复技术领域，更具体地说，涉及一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置。
背景技术
水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河湖、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。富营养化会影响水体的水质，对水生动物有害，造成鱼类大量死亡，且因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。
微生物修复技术，是水体富营养化常用的修复手段之一，微生物将水体中的污染物和营养成分进行吸收、降解和转化，作用成分消除，从根本上实现水质净化。
现有技术中，微生物修复技术主要是通过向水体中投放微生物，来进行水体富营养化的修复，微生物中的好氧型细菌在生长繁殖时，需要大量的氧气，但由于水体的富营养化容易导致水中溶解氧含量降低，就使得好氧型细菌难以生存，微生物死亡后，需要重新投放微生物，降低了修复效率，且提高了成本较高。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，它可以实现设有特制的供给修复组件，装置投入水中后，供给修复组件可自动脱落下沉，下沉过程中，供给修复组件不仅可自动向水中投放微生物，通过微生物法对水体进行修复，并能释放处出大量的氧气，提高水中溶解氧的含量，溶解氧含量的提高，不仅能显著减少投放微生物的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，供给修复组件还能自动上浮便于回收，避免造成二次污染，还设有吸附组件，吸附组件中特制的吸附剂对水中的磷有极好的吸附效果，从而实现微生物法和物理吸附法的结合，有效提高了修复效率和效果。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，包括设置为回字形的木质漂浮框，所述木质漂浮框的内壁上设置有吸附组件，所述吸附组件包括多个纵横交叉围成网格状的连接网绳，所述连接网绳与木质漂浮框的内壁固定连接，所述连接网绳围成的网格中设置有多个供给修复组件，所述供给修复组件通过固定连接块与吸附组件固定连接，多个所述供给修复组件呈矩形阵列分布，所述供给修复组件包括球形膜衣，所述球形膜衣的外壁上包裹有一层水溶密封层，所述球形膜衣的内壁上固定连接有相匹配的网状支撑球壳，所述球形膜衣的底端固定连接有两个对称设置的微生物盛放袋，所述微生物盛放袋的内壁上固定连接有疏水薄膜，所述网状支撑球壳的顶端设置有上浮回收组件。
进一步的，所述木质漂浮框两侧的外壁上均固定连接有多个充气浮球，所述连接网绳的内部固定连接有筒型支撑网，所述筒型支撑网的内部填充有吸附剂，所述筒型支撑网采用吸水纤维材料制成，通过充气浮球、连接网绳的设置，使得装置放入待修复水体后，可漂浮于水面上，进而使吸附组件漂浮于水面上，吸附剂以硅藻土为原料经过改性、表征等处理制得，对水中的磷有极好的吸附效果，使得吸附组件可通过物理吸附法对富营养化的水体进行修复，连接网绳可吸水进而使水与吸附剂进行接触，有利于吸附的进行，筒型支撑网可在不妨碍吸附的同时，起到一个支撑作用。
进一步的，所述吸附剂的制备方法包括以下步骤：
S1、以硅藻土原土为原料，对原料进行碱洗，然后通过浸渍负载羟基氧化铁对其进行改性，得到改性硅藻土；
S2、利用SEM、XRD及物理吸附仪，对S1中的改性硅藻土的形貌、比表面积等进行表征；
S3、将S2中表征后的改性硅藻土，投入造粒机中进行造粒，即可制得吸附剂。
进一步的，所述固定连接块的一端与连接网绳固定连接，所述固定连接块的另一端与水溶密封层固定连接，所述水溶密封层采用水溶性材料制成，水溶性材料制成的水溶密封层遇水逐渐溶化，使供给修复组件可自动脱离连接网绳并在水中下落。
进一步的，所述球形膜衣的内部盛放有供氧剂，所述供氧剂为过氧化钙与氢氧化钙的混合物，所述过氧化钙与氢氧化钙的质量比为5：1，所述球形膜衣为防水透气膜，水溶密封层溶解后，待修复水体中的二氧化碳穿过球形膜衣与供氧剂中的氢氧化钙反应，可生成碳酸钙和水，生成的水与过氧化钙反应生成氢氧化钙和氧气，如此反复，使得供氧剂可大量的生成氧气，生成的氧气随着供给修复组件的在水中的下落，穿过球形膜衣进入待修复水体中，提高水中溶解氧的含量，水中溶解氧含量的提高，不仅可以显著减少本装置投放的好氧型菌种的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，球形膜衣的设置，在保证生成的氧气可进入水体中的同时，还可防止水进入球形膜衣内，进而防止供给修复组件因水的进入而导致重量增加，进而有利于后续供给修复组件上浮回收。
进一步的，所述微生物盛放袋内盛放有好氧型菌种，所述微生物盛放袋采用水溶性材料制成，水溶性材质的微生物盛放袋遇水溶解，使微生物盛放袋中的好氧型菌种流入待修复水体，进而可自动投放好氧型菌种对水体进行修复，使得供给修复组件可通过微生物法对水体进行修复。
进一步的，所述微生物盛放袋内还填充有二氧化碳气体，所述疏水薄膜采用可降解材料制成，微生物盛放袋内填充的二氧化碳，可在水溶密封层、微生物盛放袋未溶解时，直接穿过球形膜衣与供氧剂发生反应，从而生成氧气，可有效的防止微生物盛放袋内的好氧型菌种失活死亡，微生物盛放袋溶解后，疏水薄膜掉落在水中可逐渐降解，从而避免造成二次污染。
进一步的，所述上浮回收组件包括固定连接于网状支撑球壳顶端的集气管，所述集气管远离网状支撑球壳的一端贯穿球形膜衣、水溶密封层并固定连接有干瘪气囊，所述集气管的内壁上固定连接有单向透气膜，供氧剂生成的氧气，大部分会穿过球形膜衣进入水中，还有一部分氧气可经集气管并穿过单向透气膜进入干瘪气囊中，使干瘪气囊体积膨胀，从而使整个供给修复组件的体积有所增加，进而增大供给修复组件受到的浮力，而供给修复组件随着微生物盛放袋、水溶密封层的溶解脱落，整体质量有所减少，直至浮力大于重力，使供给修复组件自动上浮至水面，然后将供给修复组件打捞即可进行回收，避免供给修复组件留在水底造成二次污染。
进一步的，所述单向透气膜的上下两侧均固定连接有平板支撑网，所述平板支撑网与集气管的内壁固定连接，平板支撑网可起到一个支撑保护作用，防止单向透气膜破损。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案设有特制的供给修复组件，装置投入水中后，供给修复组件可自动脱落下沉，下沉过程中，供给修复组件不仅可自动向水中投放微生物，通过微生物法对水体进行修复，并能释放处出大量的氧气，提高水中溶解氧的含量，溶解氧含量的提高，不仅能显著减少投放微生物的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，供给修复组件还能自动上浮便于回收，避免造成二次污染，还设有吸附组件，吸附组件中特制的吸附剂对水中的磷有极好的吸附效果，从而实现微生物法和物理吸附法的结合，有效提高了修复效率和效果。
(2)通过充气浮球、连接网绳的设置，使得装置放入待修复水体后，可漂浮于水面上，进而使吸附组件漂浮于水面上，吸附剂以硅藻土为原料经过改性、表征等处理制得，对水中的磷有极好的吸附效果，使得吸附组件可通过物理吸附法对富营养化的水体进行修复，连接网绳可吸水进而使水与吸附剂进行接触，有利于吸附的进行，筒型支撑网可在不妨碍吸附的同时，起到一个支撑作用。
(3)所述水溶密封层采用水溶性材料制成，水溶性材料制成的水溶密封层遇水逐渐溶化，使供给修复组件可自动脱离连接网绳并在水中下落。
(4)水溶密封层溶解后，待修复水体中的二氧化碳穿过球形膜衣与供氧剂中的氢氧化钙反应，可生成碳酸钙和水，生成的水与过氧化钙反应生成氢氧化钙和氧气，如此反复，使得供氧剂可大量的生成氧气，生成的氧气随着供给修复组件的在水中的下落，穿过球形膜衣进入待修复水体中，提高水中溶解氧的含量，水中溶解氧含量的提高，不仅可以显著减少本装置投放的好氧型菌种的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，球形膜衣的设置，在保证生成的氧气可进入水体中的同时，还可防止水进入球形膜衣内，进而防止供给修复组件因水的进入而导致重量增加，进而有利于后续供给修复组件上浮回收。
(5)水溶性材质的微生物盛放袋遇水溶解，使微生物盛放袋中的好氧型菌种流入待修复水体，进而可自动投放好氧型菌种对水体进行修复，使得供给修复组件可通过微生物法对水体进行修复。
(6)微生物盛放袋内填充的二氧化碳，可在水溶密封层、微生物盛放袋未溶解时，直接穿过球形膜衣与供氧剂发生反应，从而生成氧气，可有效的防止微生物盛放袋内的好氧型菌种失活死亡，微生物盛放袋溶解后，疏水薄膜掉落在水中可逐渐降解，从而避免造成二次污染。
(7)供氧剂生成的氧气，大部分会穿过球形膜衣进入水中，还有一部分氧气可经集气管并穿过单向透气膜进入干瘪气囊中，使干瘪气囊体积膨胀，从而使整个供给修复组件的体积有所增加，进而增大供给修复组件受到的浮力，而供给修复组件随着微生物盛放袋、水溶密封层的溶解脱落，整体质量有所减少，直至浮力大于重力，使供给修复组件自动上浮至水面，然后将供给修复组件打捞即可进行回收，避免供给修复组件留在水底造成二次污染。
(8)板支撑网可起到一个支撑保护作用，防止单向透气膜破损。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明的正视结构示意图；
图3为本发明连接网绳内的剖视图；
图4为本发明供给修复组件的剖视截面图；
图5为本发明集气管内的剖视图；
图6为本发明微生物盛放袋内的剖视图。
图中标号说明：
001、木质漂浮框；101、连接网绳；102、筒型支撑网；103、吸附剂；104、固定连接块；105、充气浮球；002、供给修复组件；201、球形膜衣；202、水溶密封层；网状支撑球壳203、网状支撑球壳；204、集气管；205、干瘪气囊；206、单向透气膜；207、平板支撑网；208、微生物盛放袋；209、疏水薄膜。
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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-3，一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，包括设置为回字形的木质漂浮框001，木质漂浮框001的内壁上设置有吸附组件，吸附组件包括多个纵横交叉围成网格状的连接网绳101，连接网绳101与木质漂浮框001的内壁固定连接，木质漂浮框001两侧的外壁上均固定连接有多个充气浮球105，连接网绳101的内部固定连接有筒型支撑网102，筒型支撑网102的内部填充有吸附剂103，筒型支撑网102采用吸水纤维材料制成，通过充气浮球105、连接网绳101的设置，使得装置放入待修复水体后，可漂浮于水面上，进而使吸附组件漂浮于水面上，吸附剂103以硅藻土为原料经过改性、表征等处理制得，对水中的磷有极好的吸附效果，使得吸附组件可通过物理吸附法对富营养化的水体进行修复，连接网绳101可吸水进而使水与吸附剂103进行接触，有利于吸附的进行，筒型支撑网102可在不妨碍吸附的同时，起到一个支撑作用，固定连接块104的一端与连接网绳101固定连接，固定连接块104的另一端与水溶密封层202固定连接，水溶密封层202采用水溶性材料制成，水溶性材料制成的水溶密封层202遇水逐渐溶化，使供给修复组件002可自动脱离连接网绳101并在水中下落。
吸附剂103的制备方法包括以下步骤：
S1、以硅藻土原土为原料，对原料进行碱洗，然后通过浸渍负载羟基氧化铁对其进行改性，得到改性硅藻土；
S2、利用SEM、XRD及物理吸附仪，对S1中的改性硅藻土的形貌、比表面积等进行表征；
S3、将S2中表征后的改性硅藻土，投入造粒机中进行造粒，即可制得吸附剂103。
请参阅图1-5，连接网绳101围成的网格中设置有多个供给修复组件002，供给修复组件002通过固定连接块104与吸附组件固定连接，多个供给修复组件002呈矩形阵列分布，供给修复组件002包括球形膜衣201，球形膜衣201的外壁上包裹有一层水溶密封层202，球形膜衣201的内壁上固定连接有相匹配的网状支撑球壳203，球形膜衣201的底端固定连接有两个对称设置的微生物盛放袋208，微生物盛放袋208的内壁上固定连接有疏水薄膜209，球形膜衣201的内部盛放有供氧剂，供氧剂为过氧化钙与氢氧化钙的混合物，过氧化钙与氢氧化钙的质量比为5：1，球形膜衣201为防水透气膜，水溶密封层202溶解后，待修复水体中的二氧化碳穿过球形膜衣201与供氧剂中的氢氧化钙反应，可生成碳酸钙和水，生成的水与过氧化钙反应生成氢氧化钙和氧气，如此反复，使得供氧剂可大量的生成氧气，生成的氧气随着供给修复组件002的在水中的下落，穿过球形膜衣201进入待修复水体中，提高水中溶解氧的含量，水中溶解氧含量的提高，不仅可以显著减少本装置投放的好氧型菌种的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，球形膜衣201的设置，在保证生成的氧气可进入水体中的同时，还可防止水进入球形膜衣201内，进而防止供给修复组件002因水的进入而导致重量增加，进而有利于后续供给修复组件002上浮回收，微生物盛放袋208内盛放有好氧型菌种，微生物盛放袋208采用水溶性材料制成，水溶性材质的微生物盛放袋208遇水溶解，使微生物盛放袋208中的好氧型菌种流入待修复水体，进而可自动投放好氧型菌种对水体进行修复，使得供给修复组件002可通过微生物法对水体进行修复，微生物盛放袋208内还填充有二氧化碳气体，疏水薄膜209采用可降解材料制成，微生物盛放袋208内填充的二氧化碳，可在水溶密封层202、微生物盛放袋208未溶解时，直接穿过球形膜衣201与供氧剂发生反应，从而生成氧气，可有效的防止微生物盛放袋208内的好氧型菌种失活死亡，微生物盛放袋208溶解后，疏水薄膜209掉落在水中可逐渐降解，从而避免造成二次污染。
请参阅图4和图6，网状支撑球壳203的顶端设置有上浮回收组件，上浮回收组件包括固定连接于网状支撑球壳203顶端的集气管204，集气管204远离网状支撑球壳203的一端贯穿球形膜衣201、水溶密封层202并固定连接有干瘪气囊205，集气管204的内壁上固定连接有单向透气膜206，供氧剂生成的氧气，大部分会穿过球形膜衣201进入水中，还有一部分氧气可经集气管204并穿过单向透气膜206进入干瘪气囊205中，使干瘪气囊205体积膨胀，从而使整个供给修复组件002的体积有所增加，进而增大供给修复组件002受到的浮力，而供给修复组件002随着微生物盛放袋208、水溶密封层202的溶解脱落，整体质量有所减少，直至浮力大于重力，使供给修复组件002自动上浮至水面，然后将供给修复组件002打捞即可进行回收，避免供给修复组件002留在水底造成二次污染，单向透气膜206的上下两侧均固定连接有平板支撑网207，平板支撑网207与集气管204的内壁固定连接，平板支撑网207可起到一个支撑保护作用，防止单向透气膜206破损。
本发明设有特制的供给修复组件002，装置投入水中后，供给修复组件002可自动脱落下沉，下沉过程中，供给修复组件002不仅可自动向水中投放微生物，通过微生物法对水体进行修复，并能释放处出大量的氧气，提高水中溶解氧的含量，溶解氧含量的提高，不仅能显著减少投放微生物的死亡，同时还能提高水体中原位微生物的活性，进而大幅度提高了修复效率，并降低了投放微生物的修复成本，供给修复组件002还能自动上浮便于回收，避免造成二次污染，还设有吸附组件，吸附组件中特制的吸附剂103对水中的磷有极好的吸附效果，从而实现微生物法和物理吸附法的结合，有效提高了修复效率和效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，包括设置为回字形的木质漂浮框(001)，其特征在于：所述木质漂浮框(001)的内壁上设置有吸附组件，所述吸附组件包括多个纵横交叉围成网格状的连接网绳(101)，所述连接网绳(101)与木质漂浮框(001)的内壁固定连接，所述连接网绳(101)围成的网格中设置有多个供给修复组件(002)，所述供给修复组件(002)通过固定连接块(104)与吸附组件固定连接，多个所述供给修复组件(002)呈矩形阵列分布，所述供给修复组件(002)包括球形膜衣(201)，所述球形膜衣(201)的外壁上包裹有一层水溶密封层(202)，所述球形膜衣(201)的内壁上固定连接有相匹配的网状支撑球壳(203)，所述球形膜衣(201)的底端固定连接有两个对称设置的微生物盛放袋(208)，所述微生物盛放袋(208)的内壁上固定连接有疏水薄膜(209)，所述网状支撑球壳(203)的顶端设置有上浮回收组件。
2.根据权利要求1所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述木质漂浮框(001)两侧的外壁上均固定连接有多个充气浮球(105)，所述连接网绳(101)的内部固定连接有筒型支撑网(102)，所述筒型支撑网(102)的内部填充有吸附剂(103)，所述筒型支撑网(102)采用吸水纤维材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述吸附剂(103)的制备方法包括以下步骤：
S1、以硅藻土原土为原料，对原料进行碱洗，然后通过浸渍负载羟基氧化铁对其进行改性，得到改性硅藻土；
S2、利用SEM、XRD及物理吸附仪，对S1中的改性硅藻土的形貌、比表面积等进行表征；
S3、将S2中表征后的改性硅藻土，投入造粒机中进行造粒，即可制得吸附剂(103)。
4.根据权利要求1所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述固定连接块(104)的一端与连接网绳(101)固定连接，所述固定连接块(104)的另一端与水溶密封层(202)固定连接，所述水溶密封层(202)采用水溶性材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述球形膜衣(201)的内部盛放有供氧剂，所述供氧剂为过氧化钙与氢氧化钙的混合物，所述过氧化钙与氢氧化钙的质量比为5：1，所述球形膜衣(201)为防水透气膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述微生物盛放袋(208)内盛放有好氧型菌种，所述微生物盛放袋(208)采用水溶性材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述微生物盛放袋(208)内还填充有二氧化碳气体，所述疏水薄膜(209)采用可降解材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述上浮回收组件包括固定连接于网状支撑球壳(203)顶端的集气管(204)，所述集气管(204)远离网状支撑球壳(203)的一端贯穿球形膜衣(201)、水溶密封层(202)并固定连接有干瘪气囊(205)，所述集气管(204)的内壁上固定连接有单向透气膜(206)。
9.根据权利要求8所述的一种基于微生物修复技术的水体富营养化修复装置，其特征在于：所述单向透气膜(206)的上下两侧均固定连接有平板支撑网(207)，所述平板支撑网(207)与集气管(204)的内壁固定连接。
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