CN113087131A - 一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法 - Google Patents

一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法，该固定化微生物处理黑臭水体的装置包括漂浮机构、微孔曝气系统以及固定化微生物装填结构。本发明所述固定化微生物处理黑臭水体的装置将微生物制成固定化颗粒后装填在处理装置中，微生物装填量大，不易散失，且适宜多种不同菌种固定，可根据水体特征污染物选择特定微生物种群，从而有效处理水体中的各种污染物质，达到去除黑臭、水质达标的水体处理目标；能够漂浮在水体表面，水流可与固定微生物颗粒充分接触，同时曝气系统为微生物提供充足的氧气，为微生物降解水体中污染物提供好氧条件。

Description

一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法
技术领域
本发明涉及水体生物修复领域，尤其涉及一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法。
背景技术
随着工业化和城镇化不断发展,使得城市黑臭水体问题日益凸显,周边居民生活环境变得日趋恶化.城市黑臭水体的综合整治关系到城市水环境的良性发展以及城市经济社会是否能够可持续发展,关乎到城镇居民能否真正享有良好的生活环境。
目前，黑臭水体治理主要技术有物理修复技术、生物修复技术，其中生物修复技术大致可分为两类，一种是直接向水体投加经驯化的高效微生物菌剂(液体或粉剂)；另一种是在水体中设置织物型生物膜载体，使用经培养驯化的高效微生物，附着在填料或载体上繁殖。但是这两种方法均有一定的缺点。菌剂投加法需要持续投加，菌剂投加量大，且随水流散失情况严重，需持续投加，投加费用较高；生物膜载体法附着微生物种类及生物量较少，处理效果不明显，载体易损坏，对水体造成二次污染；同时由于黑臭水体普遍溶解氧较低，单纯投加微生物难以发挥其处理效果，必须辅以曝气装置，而目前黑臭水体常用的曝气装置通常采用大气泡型曝气系统，曝气效率低，能耗高，且噪音较大。
发明内容
为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种固定化微生物处理黑臭水体的装置及方法，将微生物制成固定化颗粒后装填在处理装置中，微生物装填量大，不易散失，且适宜多种不同菌种固定，可根据水体特征污染物选择特定微生物种群，从而有效处理水体中的各种污染物质，达到去除黑臭、水质达标的水体处理目标；同时，装置采用微孔曝气装置，曝气效率高，能耗低，能够有效提高水体溶解氧。
本发明提供了一种固定化微生物处理黑臭水体的装置，包括：漂浮机构、微孔曝气系统以及固定化微生物装填结构；所述漂浮机构包括飘浮主体以及罩设在所述飘浮主体上端的浮体外壳；所述飘浮主体的中间区域开设有圆孔，所述固定化微生物装填结构设置在所述飘浮主体下端圆孔外围处，所述固定化微生物装填结构为中空圆筒结构的腔体，所述腔体与所述飘浮主体中间区域的圆孔连通，所述腔体上以及所述浮体外壳上均匀分布有水流进出的通孔；所述微孔曝气系统包括风泵、曝气主管以及多个微孔曝气支管，所述风泵设置在所述飘浮主体上，多个所述微孔曝气支管分别连通在所述固定化微生物装填结构的底部，所述曝气主管设置在所述固定化微生物装填结构的腔体内，且所述风泵与所述微孔曝气支管之间通过所述曝气主管连通；所述固定化微生物装填结构的腔体内填充有海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球内装填有降解水体用的微生物种群，所述微生物种群为黑臭水体底泥中分离的土著微生物。
在本发明的某些实施方式中，海藻酸钠小球的直径大于所述通孔的直径。
在本发明的某些实施方式中，所述海藻酸钠小球的直径为5mm，所述通孔的直径为2mm。
在本发明的某些实施方式中，所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构内的装填量为1.1×106粒；所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
在本发明的某些实施方式中，所述海藻酸钠小球是通过黑臭水体底泥中分离的土著微生物以YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体，向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h制得。
在本发明的某些实施方式中，所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，CaCl20.3 g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2。
在本发明的某些实施方式中，所述固定化微生物处理黑臭水体的装置还包括动力系统，所述动力系统与所述风泵连接。
本发明还提供了一种应用于上述任一项所述固定化微生物处理黑臭水体的装置的方法，包括如下步骤：
步骤1：配置微生物种群用的YP培养基，所述YP培养基所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，CaCl20.3g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2；
步骤2：由黑臭水体底泥中分离的土著微生物，利用YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体；
步骤3：向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h，制成海藻酸钠小球；
步骤4：向固定化微生物装填结构内装填所述海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构内的装填量为1.1×106粒，所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明所述固定化微生物处理黑臭水体的装置将微生物制成固定化颗粒后装填在处理装置中，微生物装填量大，不易散失，且适宜多种不同菌种固定，可根据水体特征污染物选择特定微生物种群，从而有效处理水体中的各种污染物质，达到去除黑臭、水质达标的水体处理目标；能够漂浮在水体表面，水流可与固定微生物颗粒充分接触，同时曝气系统为微生物提供充足的氧气，为微生物降解水体中污染物提供好氧条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明所述固定化微生物处理黑臭水体的装置的结构示意图；
图2为本发明所述固定化微生物处理黑臭水体的装置的剖视图。
附图标记说明：
1、浮体外壳；2、飘浮主体；3、风泵；4、曝气主管；5、固定化微生物装填结构；6、微孔曝气支管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
参阅图1-2所示，所述固定化微生物处理黑臭水体的装置包括漂浮机构、微孔曝气系统以及固定化微生物装填结构5；所述漂浮机构包括飘浮主体2以及罩设在所述飘浮主体2上端的浮体外壳1；所述飘浮主体2的中间区域开设有圆孔，所述固定化微生物装填结构5设置在所述飘浮主体2下端圆孔外围处，所述固定化微生物装填结构5为中空圆筒结构的腔体，所述腔体与所述飘浮主体2中间区域的圆孔连通，所述腔体上以及所述浮体外壳1上均匀分布有水流进出的通孔(附图所示通孔为放大后示意供参考，实际的通孔尺寸较小视图无法显示)；所述微孔曝气系统包括风泵3、曝气主管4以及多个微孔曝气支管6，所述风泵3设置在所述飘浮主体2上，多个所述微孔曝气支管6分别连通在所述固定化微生物装填结构5的底部，所述曝气主管4设置在所述固定化微生物装填结构5的腔体内，且所述风泵3与所述微孔曝气支管6之间通过所述曝气主管4连通；所述固定化微生物装填结构5的腔体内填充有海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球内装填有降解水体用的微生物种群，所述微生物种群为黑臭水体底泥中分离的土著微生物。
所述海藻酸钠小球的直径大于所述通孔的直径以避免所述海藻酸钠小球被水流携带溢出散失，在本发明实施例中，所述海藻酸钠小球的直径为5mm，所述通孔的直径为2mm；所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构5内的装填量为1.1×106粒；所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
所述海藻酸钠小球是通过黑臭水体底泥中分离的土著微生物以YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体，向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h制得。
在本发明实施例中，所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，CaCl20.3 g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2。
在本发明的其他实施方式中，所述固定化微生物处理黑臭水体的装置还包括动力系统，所述动力系统与所述风泵3连接，用以提供运行的动力支持，包括电力系统、太阳能系统等。
本发明实施例所述固定化微生物处理黑臭水体的装置相比于现有技术具有以下优点：
1、本发明的固定化微生物处理黑臭水体的装置，能漂浮在水体中，同时装填大量固定化微生物颗粒，微生物不易散失，且固定化颗粒强度高，使用寿命长，不会对水体造成二次污染，不仅生物装填量大，且固定化微生物颗粒在水体中稳定性好，浸泡4个月后依然未出现解体、破损情况，微生物不易散失。
2、本发明中，固定化微生物种类可根据水体特征污染物选择特异性微生物，例如，当水体中COD超标时，可选取枯草芽孢杆菌、等COD降解效率较高的菌种；当水体氮超标时，可选取硝化细菌、热带假丝酵母菌等氮降解高效菌种；同时，也可将各菌种按一定配比混合后使用，以便应对各类复杂的水质。
2、由于黑臭水体一般存在表层水富氧而底层缺氧的情况，本发明的固定化微生物处理黑臭水体的装置，设置有微孔曝气系统，为固定化微生物颗粒提供充足的溶解氧；黑臭水体一般采用表面曝气系统，氧气利用率低，同时表面曝气对于水体扰动较大，黑臭水体一般水深较浅，容易将底泥搅起，导致景观恶化，且噪声较大；微孔曝气系统采用EPDM膜片，气泡直径约为2mm，在1m水深条件下氧气利用率可达到25％，充氧效率高，能够有效提高水体溶解氧，提高固定化微生物颗粒处理效果；同时微孔曝气通过风泵3供气，对水体无扰动，噪音较低。
4、本发明的固定化微生物处理黑臭水体的装置，可配置电力、太阳能等多种动力系统，使用灵活方便。
在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种应用于所述固定化微生物处理黑臭水体的装置的方法，包括如下步骤：
步骤1：配置微生物种群用的YP培养基，所述YP培养基所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，CaCl20.3g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2；
步骤2：由黑臭水体底泥中分离的土著微生物，利用YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体；
步骤3：向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h，制成海藻酸钠小球；
步骤4：向固定化微生物装填结构内装填所述海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构内的装填量为1.1×106粒，所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
上述实施例所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置可执行本发明实施例所提供的固定化微生物处理黑臭水体的方法，所述固定化微生物处理黑臭水体的方法具备上述实施例所述固定化微生物处理黑臭水体的装置相应的功能部件以及有益效果，具体请参阅上述固定化微生物处理黑臭水体的装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于，包括：漂浮机构、微孔曝气系统以及固定化微生物装填结构；所述漂浮机构包括飘浮主体以及罩设在所述飘浮主体上端的浮体外壳；所述飘浮主体的中间区域开设有圆孔，所述固定化微生物装填结构设置在所述飘浮主体下端圆孔外围处，所述固定化微生物装填结构为中空圆筒结构的腔体，所述腔体与所述飘浮主体中间区域的圆孔连通，所述腔体上以及所述浮体外壳上均匀分布有水流进出的通孔；所述微孔曝气系统包括风泵、曝气主管以及多个微孔曝气支管，所述风泵设置在所述飘浮主体上，多个所述微孔曝气支管分别连通在所述固定化微生物装填结构的底部，所述曝气主管设置在所述固定化微生物装填结构的腔体内，且所述风泵与所述微孔曝气支管之间通过所述曝气主管连通；所述固定化微生物装填结构的腔体内填充有海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球内装填有降解水体用的微生物种群，所述微生物种群为黑臭水体底泥中分离的土著微生物。
2.根据权利要求1所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：海藻酸钠小球的直径大于所述通孔的直径。
3.根据权利要求2所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：所述海藻酸钠小球的直径为5mm，所述通孔的直径为2mm。
4.根据权利要求1所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构内的装填量为1.1×106粒；所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
5.根据权利要求1所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：所述海藻酸钠小球是通过黑臭水体底泥中分离的土著微生物以YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体，向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h制得。
6.根据权利要求5所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，CaCl20.3 g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2。
7.根据权利要求1所述的固定化微生物处理黑臭水体的装置，其特征在于：所述固定化微生物处理黑臭水体的装置还包括动力系统，所述动力系统与所述风泵连接。
8.一种应用于权利要求1-7任一项所述固定化微生物处理黑臭水体的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：配置微生物种群用的YP培养基，所述YP培养基所述YP培养基包括如下比例的组分，酵母膏3g/L，蛋白胨3g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，CaCl20.3g/L，用10％NaOH将pH调节到7.2；
步骤2：由黑臭水体底泥中分离的土著微生物，利用YP培养基培养过夜的菌液在10000rpm下离心10min获得细胞，无菌水冲洗两遍后获得湿菌体；
步骤3：向100ml 3％的海藻酸钠溶液中加入待用的湿菌体，搅拌均匀后，用注射器将该溶液滴入200ml 8％CaCl2溶液中，并持续搅拌30min，放置1h，制成海藻酸钠小球；
步骤4：向固定化微生物装填结构内装填所述海藻酸钠小球，所述海藻酸钠小球在所述固定化微生物装填结构内的装填量为1.1×106粒，所述海藻酸钠小球内微生物装填量达到1.98×1013cells。
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