CN113073040A - 一种用于水环境治理的微生物扩培装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于水环境治理的微生物扩培装置，包括：设备外壳、菌剂自动定量投加系统、原水水质过滤和消毒系统、清水补给系统、菌剂恒温培养系统及自控系统；所述菌剂自动定量投加系统、所述原水水质过滤和消毒系统以及所述清水补给系统均通过管路与所述菌剂恒温培养系统连接；所述自控系统提前设置运行控制程序及运行要求。本发明通过控制影响微生物增殖的温度、溶解氧等关键环境因子对拟补充投加到水体中的有效菌群进行扩大培养，在同样菌剂投加量情况下，增加投入到水体中有效菌群数量及生物活性，提升处理效果。

Description

一种用于水环境治理的微生物扩培装置
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是涉及一种用于水环境治理的微生物扩培装置。
背景技术
随着城市化水平的不断提高，城市水环境受城市化进程的影响愈来愈显著，越来越多的城市污染物被排放到城市河道中，导致城市水体污染日益加剧，严重影响了城市水环境质量和居民的健康生活。水体微生物修复技术是通过在水体适当位置添加微生物试剂或(及)营养元素等，并与水体充氧、微生物固定等技术相结合，提高水体土著微生物或外源微生物对污染物的降解能力，从而使水质逐步得到恢复的过程。该技术无须在水体中修建构筑物，可“就地”清除河水污染，削减底泥，快速解决水体突出的黑臭问题，已广泛应用于黑臭水体治理方面。
目前常用的微生物菌剂使用方法主要有直接投加法、二次培养返回法、固定化投菌法、根系附着法等。其中二次培养返回法是通过取出一定量待处理水体的底泥或泥水混合液，定期往底泥中投放菌剂，并提供微生物生长的其他环境条件，使投加微生物及土著微生物在混合液中大量生长，待数量达到一定程度后，返还入受污染水体中。该方法可使远大于最初投加量的目标微生物被释放人受污染水体中，且由于微生物在生长时将混合液中的有机质作为基质利用，可快速适应水体环境，具有菌剂投加量少，处理效果好、见效快等优点。
但目前针对此种方法的专用设备较少，仅仅采用菌剂与底泥简单混合，由于温度、溶解氧等环境因子无法实现精准控制，且底泥中含有的其他微生物会与投加菌剂中有效微生物竞争营养成分，导致微生物二次培养效率较低，导致处理效果难以达到最佳水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于水环境治理的微生物扩培装置，对投加生物菌剂进行二次扩培，增加加入水体微生物量，提升水体治理效果，降低治理成本，可用于含有厌氧、兼氧、好氧等微生物菌群的各种生物菌剂培养，具有现场安装简便、运行管理方便灵活、适用范围广、不产生二次污染等特点。
本发明提供一种用于水环境治理的微生物扩培装置，包括：设备外壳、菌剂自动定量投加系统、原水水质过滤和消毒系统、清水补给系统、菌剂恒温培养系统及自控系统；所述菌剂自动定量投加系统、所述原水水质过滤和消毒系统以及所述清水补给系统均通过管路与所述菌剂恒温培养系统连接；所述自控系统提前设置运行控制程序及运行要求。
进一步，所述菌剂自动定量投加系统包括：第一计量泵，菌剂储罐以及第一连接管路；生物菌剂通过所述第一计量泵从所述菌剂储罐通过第一连接管路定量投加到所述菌剂恒温培养系统。
进一步，所述菌剂储罐内设置液位控制装置，当菌剂数量不足时计量泵停止运行并启动报警功能。
进一步，所述原水水质过滤和消毒系统包括：原水取水泵、过滤器、消毒箱、储水箱、第二计量泵及第二连结管路；原水经所述原水取水泵和所述过滤器通过所述第二连结管路进入到所述消毒箱中，消毒后的原水流入到所述储水箱中；所述第二计量泵从所述储水箱中将消毒后的原水通过所述第二连结管路加入到所述菌剂恒温培养系统；所述第二连结管路上设置有第一流量计和第一调节阀门；当所述储水箱液位低于设定液位时启动报警，所述第二计量泵停止运行。
进一步，所述消毒箱内设置紫外线消毒组件和第一搅拌器，所述消毒箱通过连通孔与所述储水箱连通，经过消毒的原水通过所述连通孔流入所述储水箱。
进一步，所述储水箱内设液位计，所述第二计量泵通过第二连结管路从所述储水箱取水输送至所述菌剂恒温培养系统。
进一步，所述清水补给系统包括：清水补给泵和第三连接管路，所述第三连接管路上设置有第二流量计和第二调节阀门；所述清水补给泵接自来水或消毒中水作为补给水水源，通过所述第二调节阀门调节补给水量定量输送至所述菌剂恒温培养系统。
进一步，所述菌剂恒温培养系统包括：一级培养室和二级培养室，所述一级培养室和所述二级培养室培养室内均设置有曝气装置、第二搅拌器、溶解氧在线监测仪和氧化还原反应电位在线监测仪；所述一级培养室内还设置有温控装置。
进一步，所述曝气装置包括：充氧风机、曝气管和第四连结管路；所述曝气管设置在所述一级培养室和所述二级培养室的底部，且通过所述第四连结管路与所述充氧风机连接。
进一步，所述自控系统包括：可编程控制器和变动器，通过提前设置的运行控制程序及运行要求，实现装置的自动运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过设置菌剂恒温培养系统对温度、溶解氧、营养元素进行精准控制，实现有效菌群在培养室的高效增殖，通过优化运行参数，菌剂经扩大培养后，有效菌群总数量可扩大3～4倍，菌群增殖效率高，可显著提升污染水体治理效果；
2.利用污染水体原水作为培养底物，基本无需外加营养物质，运行费用低；
3.可适用于好氧菌、厌氧菌等微生物菌群的二次培养，适用范围广；
4.设备设置自控系统，可实现无人值守，24小时连续运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一种用于水环境治理的微生物扩培装置结构示意图。
附图标记说明：
1：第一计量泵；2：菌剂储罐；3：原水取水泵；4：过滤器；5：消毒箱；6：储水箱；7：第二计量泵；8：紫外线消毒组件；9：第一搅拌器；10：连通孔；11：液位计；12：清水补给泵；13：第二流量计；14：第一流量计；15：一级培养室；16：二级培养室；17：第二搅拌器；18：温控装置；19：充氧风机；20：曝气管。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
本发明提供了一种用于水环境治理的微生物扩培装置，通过对用于水环境原位治理的微生物菌剂进行扩大培养，增加投加到水体中的微生物数量，可实现减少菌剂用量，提升处理效果，降低水环境治理费用的目的。
本发明的技术方案如下：
如图1所示，一种用于水环境治理的微生物扩培装置，包括：设备外壳、菌剂自动定量投加系统、原水水质过滤和消毒系统、清水补给系统、菌剂恒温培养系统及自控系统。菌剂自动定量投加系统、原水水质过滤和消毒系统以及清水补给系统均通过管路与菌剂恒温培养系统连接。设备主体优选采用不锈钢材质，也可采用玻璃钢、碳钢防腐等材质，以满足结构强度、无生物毒性和耐腐蚀性要求为准。自控系统提前设置运行控制程序及运行要求。
菌剂自动定量投加系统包括：第一计量泵1，菌剂储罐2以及第一连接管路。生物菌剂通过第一计量泵1从菌剂储罐2通过第一连接管路定量投加到菌剂恒温培养系统。菌剂储罐2内设置液位(料位)控制装置，当菌剂数量不足时计量泵停止运行并启动报警功能。
菌剂培养底物为稀释的污染水体原水。为避免无效微生物大量繁殖，采用污染水体原水作为菌剂培养底物，并进行过滤、消毒等预处理以杀灭无效菌群。原水水质过滤和消毒系统包括：原水取水泵3、过滤器4、消毒箱5、储水箱6、第二计量泵7及第二连结管路。原水经原水取水泵3和过滤器4通过第二连结管路进入到消毒箱5中，消毒后的原水流入到储水箱6中。第二计量泵7从储水箱6中将消毒后的原水通过第二连结管路加入到菌剂恒温培养系统。第二连结管路上设置有第一流量计14和第一调节阀门。当储水箱6液位低于设定液位时启动报警，第二计量泵7停止运行。
消毒箱5内设置紫外线消毒组件8和第一搅拌器9，消毒箱5通过连通孔10与储水箱6连通，经过消毒的原水通过连通孔10流入储水箱6。储水箱6内设液位计11，第二计量泵7通过第二连结管路从储水箱6取水输送至菌剂恒温培养系统。
稀释水通过清水补给系统提供。清水补给系统包括：清水补给泵12和第三连接管路，第三连接管路上设置有第二流量计13和第二调节阀门。清水补给泵12接自来水或消毒中水作为补给水水源，通过第二调节阀门调节补给水量定量输送至菌剂恒温培养系统。根据微生物驯化原则，将污染水体原水与自来水按一定比例混合，以提升培养效率并确保培养菌群投加到水体后快速适应水体环境，发挥处理效果。
菌剂恒温培养系统包括：一级培养室15和二级培养室16，一级培养室15和二级培养室培养室16内均设置有曝气装置、第二搅拌器17、溶解氧(DO)在线监测仪和氧化还原反应电位(ORP)在线监测仪。仅用于好氧菌培养时，可不设置第二搅拌器17及氧化还原电位在线监测仪；仅用于厌氧菌培养时，可不设置曝气装置及溶解氧在线监测仪。
菌剂首先在一级培养室15进行激活并增殖，之后进入二级培养室16进一步培养。二级培养室16排出的富含有效菌群的培养液自流排入水体投加点。一级培养室15内还设置有温控装置18。为提升培养菌群对外界环境适应能力，二级培养室不再设置温控装置18，以环境温度进行菌群培养。具体实施时，在保证足够水力停留时间的情况下，也可设计为单级培养。
曝气装置包括：充氧风机19、曝气管20和第四连结管路。曝气管20设置在一级培养室15和二级培养室16的底部，且通过第四连结管路与充氧风机19连接。
自控系统包含可编程控制器(PLC)、变动器等元器件，实现装置内泵、风机、搅拌器等设备的自动运行，故障自动报警。
本发明关键参数如下：
消毒箱5的紫外线计量为15～30mJ/cm2；一级培养室15菌剂与培养底物比例为1：100，培养底物由原水与清水混合而成，混合比例为原水：清水1：1；二级培养室16持续补充原水，补充量与一级培养室15培养底物流量相同；一级培养室15停留时间为菌群世代周期2～3倍，二级培养室16停留时间为菌群世代1～2倍；一级培养室15控制培养温度35℃，二级培养室16在环境温度下运行。可根据水体污染程度调整原水与清水比例，水体污染程度不高时可直接采用预处理后的原水。
当用于培养好氧菌时，两级培养室溶解氧浓度控制在1～2mg/L；当用于厌氧菌培养时，两级培养室氧化还原电位控制在-100～200mV；培养室内搅拌装置按照拌强度3～5W/m3选型设置，当用于好氧菌培养时无需运行搅拌装置。培养室温度、溶解氧、氧化还原单位等参数根据实际培养菌种最佳需要设置。
本发明的原理如下：
污染水体微生物原位治理技术通过添加具有特定降解功能的菌株以强化“土著”微生物的功效，实现污染水体、底泥中氨氮、有机污染物的去除，投加的微生物种类主要包括硝化菌、光合菌、低温菌及特定工业有机污染物降解菌等。在水体中维持足够浓度有效菌群浓度是取得显著处理效果的前提。
本发明通过控制影响微生物增殖的温度、溶解氧等关键环境因子对拟补充投加到水体中的有效菌群进行扩大培养，在同样菌剂投加量情况下，增加投入到水体中有效菌群数量及生物活性，提升处理效果。
本发明培养系统的日常维护工作以自来水冲洗及双氧水消毒为主，管理简单，基本无二次污染产生。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，包括：设备外壳、菌剂自动定量投加系统、原水水质过滤和消毒系统、清水补给系统、菌剂恒温培养系统及自控系统；所述菌剂自动定量投加系统、所述原水水质过滤和消毒系统以及所述清水补给系统均通过管路与所述菌剂恒温培养系统连接；所述自控系统提前设置运行控制程序及运行要求。
2.根据权利要求1所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述菌剂自动定量投加系统包括：第一计量泵(1)，菌剂储罐(2)以及第一连接管路；生物菌剂通过所述第一计量泵(1)从所述菌剂储罐(2)通过第一连接管路定量投加到所述菌剂恒温培养系统。
3.根据权利要求2所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置置，其特征在于，所述菌剂储罐(2)内设置液位控制装置，当菌剂数量不足时计量泵停止运行并启动报警功能。
4.根据权利要求1所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述原水水质过滤和消毒系统包括：原水取水泵(3)、过滤器(4)、消毒箱(5)、储水箱(6)、第二计量泵(7)及第二连结管路；原水经所述原水取水泵(3)和所述过滤器(4)通过所述第二连结管路进入到所述消毒箱(5)中，消毒后的原水流入到所述储水箱(6)中；所述第二计量泵(7)从所述储水箱(6)中将消毒后的原水通过所述第二连结管路加入到所述菌剂恒温培养系统；所述第二连结管路上设置有第一流量计(14)和第一调节阀门；当所述储水箱(6)液位低于设定液位时启动报警，所述第二计量泵(7)停止运行。
5.根据权利要求4所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述消毒箱(5)内设置紫外线消毒组件(8)和第一搅拌器(9)，所述消毒箱(5)通过连通孔(10)与所述储水箱(6)连通，经过消毒的原水通过所述连通孔(10)流入所述储水箱(6)。
6.根据权利要求4所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述储水箱(6)内设液位计(11)，所述第二计量泵(7)通过第二连结管路从所述储水箱(6)取水输送至所述菌剂恒温培养系统。
7.根据权利要求1所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述清水补给系统包括：清水补给泵(12)和第三连接管路，所述第三连接管路上设置有第二流量计(13)和第二调节阀门；所述清水补给泵(12)接自来水或消毒中水作为补给水水源，通过第二所述调节阀门调节补给水量定量输送至所述菌剂恒温培养系统。
8.根据权利要求1所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述菌剂恒温培养系统包括：一级培养室(15)和二级培养室(16)，所述一级培养室(15)和所述二级培养室培养室(16)内均设置有曝气装置、第二搅拌器(17)、溶解氧在线监测仪和氧化还原反应电位在线监测仪；所述一级培养室(15)内还设置有温控装置(18)。
9.根据权利要求8所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述曝气装置包括：充氧风机(19)、曝气管(20)和第四连结管路；所述曝气管(20)设置在所述一级培养室(15)和所述二级培养室(16)的底部，且通过所述第四连结管路与所述充氧风机(19)连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于水环境治理的微生物扩培装置，其特征在于，所述自控系统包括：可编程控制器和变动器，通过提前设置的运行控制程序及运行要求，实现装置的自动运行。
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