CN113511721B - 一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统，通过水气推流器提高受污染水体在管道净化修复器中的氧含量，为管道净化修复器创造适宜的好氧微生物生长条件，持续培养足够的好氧微生物处理优势菌群，在管道净化修复器内完成对黑臭水体的有机污染物处理，实现待修复污染水体生态系统的受污染能力与净化能力相配备，实现生态系统的长期稳定运行。

Description

一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统

技术领域

本发明涉及一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统，尤其是涉及用于黑臭河道、湖库和水塘等封闭或半封闭的水体的治理；

背景技术

黑臭水体一般发生在流动性差，外来排入水体的污染多，水体生态环境脆弱的河湖水体，包括河流、湖泊、沟渠、断头河浜、池塘、公园景观水体等自然或人工水域。黑臭水体发生的本质是流入水体中的外源性有机污染物过多，不仅消耗水体中的大量溶解氧，造成水体溶氧量的不足，还让有机物发生了厌氧反应，加剧了对好氧生态系统的破坏。

黑臭水体一般位于人类活动的集中区、密集区，一般与人民群众的生产生活关系密切，受到人类干扰的频度和强度均较大的河湖水体。外源污染一般较多，主要来源包括雨水管排污、污水管渗滤或偷排、地表径流污染、垃圾倾倒、底泥污染等，常见的水体原位处理采用的处理工艺或方法如下：

污染源物理分离处理方法：主要包括对污染河库底泥的清淤、疏浚以及底泥覆盖等措施，阻止污染物从底泥释放到水体中。对原有底泥污染源的治理效果较好，但对其他水体的污染治理效果一般，存在着水体易反复、费用高、对水域范围生态环境破坏严重等弊端。

常规的生态修复工艺：包括对水体进行增氧曝气，投加底栖动物和鱼类，布置生态浮岛和沿岸挺水植物等。可以逐步去除水体中的污染物，但需要时间较长，处理效果不佳。

水体强制流动方法：包括采用水系连通等应用大流量水泵将水体从一侧提升，利用高程差强制水体进行大流量循环，增加水体的溶解氧和活力。可以促进污染物的自我降解，逐步消耗水体污染物，对阻止藻类植物的生长较有效，但对黑臭水体治理效果慢，且能量消耗大。

水体置换方法：使用周边水质较好河流的水体或其他干净水体对受污染水体进行水体置换。可以一次性更换现有受污染水体，但是治标不治本，未对底泥污染物及其他污染物来源进行治理，水体水质反复速度快。

水体微生物处理方法：一般采用光合细菌、枯草芽孢杆菌等微生物制剂直接投放到黑臭水体中，增加水体污染物的降解能力，直接分解水体中的污染物。但使用环境局限，一般需配合其他工艺使用，单独使用时效果较差且可持续性时间短，且需要定期不断投加，成本较高。

上述黑臭水体的原位处理工艺或方法存在着物理治理反复快、生态治理速度慢，常规生物治理效果短暂等多种问题，导致水体水质的不稳定影响了水质修复处理的成功率。

发明内容

针对现有常规技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统，通过水气推流器提高受污染水体在管道净化修复器中的氧含量，为管道净化修复器创造适宜的好氧微生物生长条件，持续培养足够的好氧微生物处理优势菌群，在管道净化修复器内完成对黑臭水体的有机污染物处理，实现待修复污染水体生态系统的受污染能力与净化能力相配备，实现生态系统的长期稳定运行。

本发明采用的技术其结构方案如下：

一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统包括首尾依次相连的提升水泵、水气推流器和多节管道净化修复器等，所述水气推流器是一个两端大中间小的管道，进口端的中间安装有进气管，所述进气管上端露出水面，下端牢固连接与水气推流器的进口端中间，出口端呈喇叭状，并通过钢丝软管与管道净化修复器相连；所述钢丝软管与管道净化修复器之间设置有转换接头；所述管道净化修复器由浮箱进行承托，每节管道净化修复器之间通过承接四通相连接；所述承接四通上方敞口，下方连接有菌剂储存桶；所述管道净化修复器内安装有生物净化填料，所述生物净化填料是一种高亲水性材质的丝状纤维束，用于作为净化微生物菌剂的载体。

通过采用以上技术方案，河湖底部受污染较严重且含氧量较低的水体被提升水泵抽走，直接泵入水气推流器内，在水气推流器中，由于管径不同产生负压压差，因此空气从安装的进气管被吸入水气推流器中，并在其中进行混合，然后沿钢丝软管喷射进入管道修复净化器；在管道净化修复器中待修复水体与生长在生物净化填料上的微生物菌群充分接触，在水体氧含量充足、温度和接触时间足够以及水流流速适中的状态下大量有机污染物被好氧菌群进行吸附和分解，最终修复的水体在系统装置的另一侧排出，同时完成外部水体的大循环和修复治理。生物净化填料的丝状纤维束可以吸附微大量的生物菌种形成优势菌种群，作为各种净化微生物菌种吸附、生长和死亡脱落的主要载体，从而保障管道净化修复器内部的有足够的微生物数量进行污染物的分解；同时纤维束状的填料结构可以减少水体流动的阻力，同时促进表面好氧微生物和水体中氧气的充分接触，进行好氧微生物的呼吸交换作用，加速培养好氧的微生物的生长环境，抑制厌氧微生物的生长环境，加快实现在管道净化修复器内处理水体有机污染物的能力，恢复水体净化的平衡；通过有机污染物在管道净化修复器内的去除，提高待修复水体的整体溶氧含量，实现好氧生态系统特别是大型水生动物的恢复。而且待修复水体依次循环流经管道净化修复器和承接四通，在流经每段承接四通时可利用上方敞口的特点将生物呼吸产生的废气排出，同时带动新鲜空气的吸入，保障后续管道净化修复器生物处理过程中好氧微生物的用氧需求；此外，承接四通下方的菌剂储存桶在系统调试期间主要用于投放的菌剂的暂存，保证菌种随水体的流动逐步释放，逐步被生物净化填料吸附，而不是一次性随水流流走，提高投放微生物接种的成功率；其次，当微生物菌种在生物净化填料稳定挂膜后，菌剂储存桶可以用于填料上死亡脱落的微生物生物膜和水泵提升带来的重颗粒污泥由于重力作用掉落后的暂存桶，在减少水体中固体污染物的同时方便后期清理。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述提升水泵下端与提升底座固定连接，所述的提升底座中间安装有一块平铺板，四周设置有插泥脚；所述提升水泵上方由一根与之固定的提升铁链相连接，所述提升铁链另一端被悬挂在定位钢管的顶部挂钩上，所述定位钢管是两根插入并固定于水底淤泥的钢管。所述提升水泵可以采用大流量低扬程的潜水泵，水泵的流量可控制在60-100m³/h，保证管道净化修复器组内水流速度在0.1m/s及以下。

通过采用以上技术方案，可以保证水泵抽提的水体是位于底层的受污染较为严重且水体含氧量低的水体，但通过平铺板的隔离不会将底泥抽入，通过提升铁链可以方便将提升水泵提出水面，进行堵塞清理或配件维修等操作。采用适当的水泵流速可以保证水体在管道净化修复器组中有合适的流动速度，能让水体流动与空气充分接触，有足够的氧气保障好氧微生物处理的需求；其次，合理的流动速度既不至于让菌剂无法在填料上生长，又能保证老化脱落的生物膜菌剂能被水流带走，实现微生物的不断更新。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述浮箱为长方体结构，宽度比管道净化修复器直径略长，浮箱两侧中轴设置有定位孔，定位孔中插入定位钢管，定位钢管直径小于定位孔；所述浮箱优选为塑料浮箱，顶部设有半圆柱形凹槽，可将管道净化修复器直接固定在凹槽的浮箱上，浮箱上部两侧分别设置有固定连接装置，通过弹性绑带将管道净化修复器和浮箱进行连接固定。所述管道净化修复器和所属浮箱的联合体在静水状态下能让该节管道净化修复器部分浮出水面，其浮出水面的高度为该节管道净化修复器的内部有不少于5cm的空间，通过该高度的空间可以确保空气在净化器内部的流通。

通过采用以上技术方案，每节管道净化修复器被定位钢管限定在固定位置，无法前后左右移动，但可以随水位高低作上下浮动；其次，通过固定装置保证每节管道净化修复器和所属配套浮箱能紧密相连，可以确保每节管道净化修复器和浮箱的联合体可以随水位上下浮动，不会使管道净化修复器沉入水体，影响水体的含氧量。而且每节管道净化修复器内的水体向前流动时与管道内空气面接触并进行水气交换，保证有足够的氧气进入待修复的水体中，保障后续生物处理过程中微生物的用氧需求。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述生物净化填料的具体安装结构为：在每节管道净化修复器内壁两端和中轴位置分别安装有多个定位挂钩，所述定位挂钩用于固定支架连接杆，所述支架连接杆两端设有固定螺钉，用于将连接杆固定在定位挂钩上；所述支架连接杆上设置有套管，所述套管按固定间距设置有生物净化填料，最终将安装有填料的套管分别穿入支架连接杆，完成生物净化填料的连接；所述丝状纤维束被固定在片状的改性聚丙烯圆形膜片上，每个圆形膜片按相同的间距固定在连接绳上，通过连接绳固定在套管上。

通过以上技术方案，当单节管道净化修复器内的填料出现损坏或异常时，其内部填料可以通过拆卸两端的固定螺钉实现单节填料的定向更换和维修，无需整体更换，保留管道净化修复器的生物处理能力。

本发明在较佳示例中可以进一步配置为：所述承接四通上方开口外侧固定连接有一连接绳，连接绳另一端完全浸没在管道净化修复器的水中，浸没水中的连接绳上固定设置有生物净化填料。

通过以上技术方案，管道净化修复器内生物净化填料的生物生长和挂膜情况可以通过设置在承接四通检查口的活动填料进行观察，当巡查发现生物净化填料的好氧微生物生物生长不佳或挂膜异常时，可以及时对管道净化修复器进行水质指标检测和调整水流状态调整，实现水体含氧量和微生物菌群生活状态的调整。

本发明在较佳示例中可以进一步配置为：所述承接四通进出水方向两侧中央设置有定位卡槽，定位卡槽中插入挡水板，定位卡槽的最低处位于管道净化修复器管道的中线位置，挡水板的插入高度则根据现场情况进行调整，高度一般不超过定位卡槽最低处和水面位置的一半。

通过以上技术方案，可以通过调整水流状态改变管道净化修复器内水体的溶氧值，方法一般为通过对单个承接四通检查口水体溶解氧的检测，当检测到连续有两个及以上的检查口溶氧值低于2.2mg/l时，可在该检查口和后续的承接四通中插入挡水板，扰动水流的流动状态，解决水体溶氧量不足的问题，增加水体吸附氧气的能力，支持后端管道净化修复器内好氧微生物的生长，保证管道净化修复器内好氧微生物作为优势菌种的能力，提高微生物处理污染水体的处理效率。

本发明在较佳示例中可以进一步配置为：所述的菌剂储存桶的内部净深为距离管道净化修复器内壁下底400mm左右；所述承接四通和管道净化修复器及菌剂储存桶之间均通过皮圈承插接口连接和专用抱箍双重连接。

通过以上技术方案，双重固定主要保障设施在正常运行过程中承接四通和菌剂储存桶、承接四通和管道净化修复器之间不会出现脱落现象。

本发明在较佳示例中可以进一步配置为：所述管道净化修复器尾部的承接四通内设置有溶解氧和温度的在线传感器，同时为生物治理系统配置了一套专用的智能控制装置，可分别设置常开、停止、自动三种运行状态。

通过采用以上技术方案，可以实时在线读取系统溶解氧和温度的实时状态，根据实时数据调整系统运行状态，同时，通过智能控制装置可以随时启动和停止系统的提升水泵，调整运行状态，提高管道净化修复器内带修复水体的氧气含量和好氧微生物作为优势菌种的能力；当系统处于自动状态时，系统根据溶解氧传感器的数据自动进行的提升水泵启停的切换，当溶解氧数据连续6小时≤1.2mg/L时，提升水泵常开；当溶解氧连续6小时的数据平均值位于1.2mg/L(不含)至2.8mg/L(不含)时，提升水泵每运行十分钟停十分钟；当溶解氧数据连续6小时≥2.8mg/L时，提升水泵每运行三分钟停十分钟；所有运行状态的运作时间为6个小时(即上一次系统连续6个小时运行时监测得到的数据作为下一次系统运行状态的依据)。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的提升水泵及管道净化修复器的进水端位置一般设置在河道或湖泊下游方向的底部，如是静止水体时一般设置在水体宽度较长一侧河岸附近的底部；所述的管道净化修复器的出水端一般设置在上游方向或者水体宽度较长另一侧的河岸附近的顶部。

通过以上技术方案，可以让水体在管道净化修复器内流动修复的同时让其外侧的水体有一定幅度的扰动，主要是被提升和修复完成的水体输送到河湖另一侧后能推动未被治理的污染水体能被提升水泵吸入，特别是能实现河湖水体整体的流动和上下层水体之间的交换，促使更多底层严重污染的水体被管道净化修复器进行好氧修复；其次，更大范围的污染水体能被提升泵扰动，扰动范围越大越能促进水面水体和底层水体氧含量的迁移，增加水体的总溶氧量，提高待治理水体的自净效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：管道修复净化器的数量可以根据待修复水体的环境污染情况进行增减。

通过以上技术方案，当发现待修复水体污染严重时，特别是发现待修复河湖水体的溶氧含量下降时，可以通过增加管道修复净化器的数量来提高水体污染治理修复的能力和速度；当发现待修复水体污染减轻时，可以通过减少管道修复净化器的数量来实现水体污染治理修复能力与环境污染相匹配。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)通过在异地底部水泵进水和顶部修复水体出水的设置，实现了受污染水体的内部循环交换，大大降低外部循环或换水需要承担的能耗需求。

(2)通过水气推流器的设置，实现了受污染水体在固定的小范围和短时间内含氧量的提高，为管道净化修复器内好氧微生物的培养和有机污染物的处理提供可能。

(3)通过管道净化修复器的应用，特别是生物净化填料的应用，培养了好氧微生物菌群，实现了在原位固定小范围内段时间集中处理有机污染物的方式，创造了一种新的水体生物原位修复治理工艺，不仅实现了污染物的快速处理，而且大大降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例中生物治理系统的外形结构图；

图2是本发明实施例中管道净化修复器剖面结构图；

图3是本发明实施例中管道净化修复器截面图；

图4是本发明实施例中浮箱的结构示意图；

图5是本发明实施例中承接四通的结构示意图；

图6是本发明实施例中承接四通定位孔及挡水板示意图；

图7是本发明实施例中提升水泵的提升底座结构示意图。

图中：1、提升水泵 2、水气推流器 3、管道净化修复器

4、进气管 5、钢丝软管 6、转换接头 7、承接四通

8、菌剂储存桶 9、塑料浮箱 10、定位孔 11、定位钢管

12、顶部挂钩 13、提升铁链 14、定位挂钩 15、支架连接杆

16、填料连接绳 17、生物净化填料 18、固定接口 19、固定孔

20、绑带 21、挂绳钉 22、生物净化检查填料

23、提升底座 24、插泥脚 25、平铺板 26、定位卡槽

27、限位卡 28、挡水板 29、水质在线检测仪

30、不锈钢抱箍

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

一种用于黑臭河湖水体原位修复的生物治理系统，如图1所示包括首尾依次相连的提升水泵1、水气推流器2、钢丝软管5和管道净化修复器3。提升水泵1上方设置有提升铁链13，两侧设置有两根定位钢管11；定位钢管11插入底泥，用于固定提升水泵，顶部露出水面并设置有顶部挂钩12，可以将提升铁链13固定在顶部挂钩上12，方便检修时使用。

如图1和图7所示，提升水泵1下方设置有提升底座23，底座下方设置有平铺版25，用于防止河湖底部污泥上浮，平铺板下方设置有插泥脚24，便于设备固定在底泥中。

如图1所示，提升水泵1与水气推流器2紧密连接。进气管4上端露出水面，下端牢固连接于水气推流器2上，用于气体的吸入。水气推流器出口设置有钢丝软管5，并最终与管道修复净化器3相连接。钢丝软管5采用冗余设置，冗余量视河道最高和最低液位差值，一般可冗余设置2米。钢丝软管5与管道修复净化修复器3两者之间通过转换接头6进行连接。

如图1和图2及图3所示，管道净化修复器3横向依次排列，修复器内安装有生物净化填料17，用于作为净化微生物菌剂的载体，菌剂可以在填料上吸附、生长和脱落，生物净化填料17由填料连接绳16按固定间距连接，并固定在支架连接杆的外套上。每节管道净化修复器3内壁安装有三排定位挂钩14，用于固定支架连接杆15，最终将定位连接杆外套穿入定位连接杆15上，完成生物净化填料17的连接。

如图1和图4所示，每节管道净化修复器3由一个塑料浮箱9进行承托，提供上浮力，保证管道内壁上方有空气流通空间。塑料浮箱9上方四周设置有固定接口18，固定接口18上设置了固定孔19，绑带20穿过固定孔19将管道净化修复器3固定在塑料浮箱的专用卡槽内。

如图1和图4所示，每个塑料浮箱9两侧中轴线位置个设置了一个定位孔10，孔内需要插入小于定位孔10直径的定位钢管11，定位钢管11插入河湖底泥中固定塑料浮箱9及管道净化修复器3不在水平方向移动，保证其只能随水流上下浮动。

如图1和图5所示，每节管道净化修复器3通过承接四通7进行承插连接，外部同时通过不锈钢抱箍30进行双重固定，保证接口不脱落。承接四通的上方外侧设置一个挂绳钉21，将生物净化检查填料22挂在钉子上，承接四通下方设置菌剂储存桶8，在前期培养菌剂时和后期脱落的生物菌剂进行暂存集中，方便进行处理。

如图1和图6所示，每个承接四通7进出水方向的两侧设置了定位卡槽26，内部可以设置挡水板28，用于控制水体的流动状态，加大水体和空气的接触面，增加水体的溶氧量。

如图1所示，在最后一个承接四通7内设置一台监测溶解氧和温度的水质在线检测仪29，通过水质的在线检测来控制治理系统的运营模式。

本实施例的工作原理如下：

属于黑臭的河湖水体被提升泵1提升，进入水气推流器2，通过进气管4，空气和黑臭水体混合一起通过钢丝软管5进入管道净化修复器3进行水体的净化治理。

在管道净化修复器组3中，适用于水体修复的光合细菌、硝化菌等不同的微生物菌剂被投放进入到管道净化修复器3中，并被管道净化修复器3中悬挂的生物净化检查填料22吸附，并逐渐生长，通过菌剂的生长吸收和去除水体中的污染物，由于污染物的吸收和处理需要消耗大量氧气，需要保持管道净化修复器3中上部留有空气流通的空间，同时通过插入挡水板28等方式，改变水体流态来增加水体溶解氧，保持污染水体的持续治理。

在黑臭水体提升过程中，水体沿管道净化修复器组3从河湖的一侧向另一侧流动，势必造成两侧液位等差异，水流将会从外部回流到提升水泵一侧，从而对水体有一定的扰动作用，加速污染水体的净化速度。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依据本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于黑臭水体原位修复的生物治理系统，其特征在于：包括首尾依次相连的提升水泵、水气推流器和多节管道净化修复器，所述水气推流器是一个两端大中间小的管道，进口端的中间安装有进气管；所述进气管上端露出水面，下端连接至水气推流器的进口端中间，出口端呈喇叭状，并通过钢丝软管与管道净化修复器相连；所述钢丝软管与管道净化修复器之间设置有转换接头；所述管道净化修复器由浮箱进行承托，每节管道净化修复器之间通过承接四通相连接；所述承接四通上方敞口，下方连接有菌剂储存桶；所述管道净化修复器内安装有生物净化填料，所述生物净化填料是一种高亲水性材质的丝状纤维束。

2.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述提升水泵下端与提升底座固定连接，所述的提升底座中间安装有一块平铺板，四周设置有插泥脚；所述提升水泵上方由一根与之固定的提升铁链相连接，所述提升铁链另一端被悬挂在定位钢管的顶部挂钩上，所述定位钢管是两根插入并固定于水底淤泥的钢管；所述提升水泵的流量控制在60-100m³/h。

3.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述浮箱为长方体结构，宽度比管道净化修复器直径长，浮箱两侧中轴设置有定位孔，定位孔中插入定位钢管，定位钢管直径小于定位孔；所述浮箱上部两侧分别设置有固定连接装置，将管道净化修复器和浮箱进行连接固定。

4.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述每节管道净化修复器内壁两端和中轴位置分别安装有1个或者多个定位挂钩，所述定位挂钩用于固定支架连接杆，所述支架连接杆两端设有固定螺钉，用于将连接杆固定在定位挂钩上；所述支架连接杆上设置有套管，所述套管按固定间距设置有生物净化填料；所述丝状纤维束被固定在片状的改性聚丙烯圆形膜片上，每个圆形膜片按相同的间距固定在连接绳上，通过连接绳固定在套管上。

5.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述承接四通上方开口外侧固定连接有一连接绳，连接绳另一端完全浸没在管道净化修复器的水中，浸没水中的连接绳上固定设置有生物净化填料。

6.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述承接四通进出水方向两侧中央设置有定位卡槽，定位卡槽中插入挡水板，定位卡槽的最低处位于管道净化修复器管道的中线位置。

7.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述承接四通和所述管道净化修复器及所述菌剂储存桶之间均通过皮圈承插接口连接和抱箍双重连接。

8.根据权利要求1所述的生物治理系统，其特征在于：所述管道净化修复器尾部的承接四通内设置有溶解氧和温度的在线传感器。

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