CN115159771B - 一种水环境修复装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水环境修复装置，涉及水环境修复技术领域，包括泵站，与泵站相连的微藻培养反应器和膜生物反应器，微藻培养反应器由垂直分布的下微藻培养单元、上微藻培养单元和承载框架组成，多个下微藻培养单元与上微藻培养单元相连通，内部设有同步旋转的下微藻生物膜和上微藻生物膜。本发明还提出了一种水环境修复工艺，本发明通过垂直分布的筒状和饼状微藻生物膜进行微藻双面培养，内置转轴，以旋转的方式，增大微藻对光照的利用率，为微藻生长提供所需的光环境，使其利用富营养化的水体中的N、P等营养性物质大量生长繁殖，可以大大降低后续生化系统的负荷，减少生化系统产泥量，降低系统成本。
Description
技术领域
本发明属于水环境修复装置技术领域，具体涉及一种水环境修复装置及工艺。
背景技术
水体的富营养化是全球性的环境问题，尤其是城市景观水体以及周围水域普遍存在富营养化或超营养化状态。水体富营养化是由于水体中接纳了过量的氮、磷等营养性物质，在适宜的环境下，促使藻类疯狂生长繁殖，水体呈蓝色、棕色或是深绿色，水体透明度和溶解氧下降，从而使水体生态系统和水功能受到阻碍和破坏，进一步加剧了湖泊水体的污染程度。
微藻是一种微小的单细胞或多细胞生物。其细胞直径在1到数百微米之间，常被分为原核蓝绿细菌或蓝藻(藻界和蓝藻科)和真核硅藻和微藻(原生藻界)。它们含有叶绿体，通过自养方式，微藻可以高效地利用太阳能进行光合作用，同时固定空气中的CO2，被认为是固定大气碳最有前景的光自养生物；也可以通过异养方式将有机质污染物转化为自身丰富的活性物质，如蛋白质、多糖、脂质等；此外，微藻收获的生物量可以多样应用，特别是用来生产生物燃料，有望解决能源困境。与传统植物相比，微藻具有光能利用效率高、生长快，固碳率高等优点。近几十年来，由于它们在生物燃料、废水处理、食品添加剂和二氧化碳吸收等方面的应用，受到了广泛的关注。
由于微藻自身的优点，使其在修复水环境污染中具有巨大的潜力，但由于被破坏的水体，其水体透明度低，不利于微藻的培育，阻碍微藻对水环境污染修复，为了使微藻能够治理水体富营养化，并方便获取微藻，我们设计并提出了一种水环境修复装置，利用富营养化的水体中含有大量的N、P等营养性物质，为微藻的生长繁殖提供优良生长环境的同时，可以最大限度的修复水环境污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在水体透明度低，不利于微藻的培育，阻碍对水环境污染修复的缺点，而提出的一种水环境修复装置及工艺。该装置可为微藻提供良好的生长繁殖环境，可充分利用富营养化的水体中含有大量的N、P等营养性物质进行生长繁殖，在提供优良生长环境的同时，可以最大限度的修复水环境污染。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种水环境修复装置，包括泵站，与所述泵站相连的微藻培养反应器和膜生物反应器，所述泵站将河道内的水依次送入到微藻培养反应器和膜生物反应器进行去除水体中含有的N、P等营养性物质，所述微藻培养反应器由垂直分布的下微藻培养单元、上微藻培养单元和承载框架组成，多个所述下微藻培养单元与上微藻培养单元相连通，下微藻培养单元和上微藻培养单元的的内部分别设有同步旋转的下微藻生物膜和上微藻生物膜，所述下微藻生物膜呈筒状结构，筒状结构的下微藻生物膜在旋转的过程中可便于接近光源，一方面可更加充分利用光源，另一方面可增大微藻对水体的处理面积，所述上微藻生物膜呈饼状结构，饼状结构的上微藻生物膜实现微藻的双面培养，旋转的方式可提高自然光的利用率，为微藻生长提供所需的光环境，使其大量生长繁殖；所述下微藻培养单元包括透明结构的微藻培养筒，所述微藻培养筒的内部设有圆筒结构的培养通道，所述下微藻生物膜设置在培养通道内，所述培养通道的内侧设有内光照室，内光照室为封闭结构，所述内光照室的内部设有全光谱LED灯；全光谱LED灯可为下微藻生物膜的筒内提供充足的光照，增大对微藻的光照强度，所述上微藻培养单元包括透明结构的微藻培养箱，所述微藻培养箱内设置多个所述上微藻生物膜，每个所述上微藻生物膜对应一个所述下微藻培养单元设置，并通过转轴与所述下微藻生物膜相连，转轴可同步带动上微藻生物膜和下微藻生物膜进行旋转；所述培养通道的顶部通过连通管与所述微藻培养箱相连通，底部通过进水管连接泵管，水体从微藻培养筒进入到微藻培养箱，使微藻最大程度利用富营养化的水体中的N、P等营养性物质；所述微藻培养箱上设有与膜生物反应器相连的出水管，经过微藻培养反应器处理后的水体可降低膜生物反应器生化系统的负荷，减少生化系统产泥量，可以最大限度的修复水环境污染；所述承载框架上固定设有用于驱动所述转轴转动的电机，所述转轴上固定设有齿轮，所述电机的输出轴上设有与齿轮相啮合的齿轮皮带。
进一步的，所述微藻培养反应器至少设有一个，并通过支撑杆固定，当多个微藻培养反应器成排设置时，相邻微藻培养反应器之间设有充足的光照条件。
进一步的，所述下微藻生物膜的顶部沿周向设有多个通水孔。
进一步的，所述下微藻生物膜和上微藻生物膜内置骨架，以拔插的方式固定连接在所述转轴的两端，所述上微藻生物膜的顶部设有把手，采用拔插的方式，便于取出下微藻生物膜和上微藻生物膜收集膜上繁殖的微藻。
进一步的，所述微藻培养筒通过螺纹连接的方式固定在所述承载框架上，所述承载框架上设有与微藻培养筒口径大小相适配的连接座。
进一步的，所述下微藻生物膜的内、外径与培养通道的内、外壁之间留有空隙，空隙以便于水体贴合在下微藻生物膜的膜壁上流动，减少水体的厚度，提高微藻表面水体的透明度，以便光照能够穿过水体照射在微藻上，另外，较薄的水流也有利于微藻利用水体中的N、P等营养性物质。
进一步的，所述下微藻生物膜的内圈骨架上沿轴向至少设有一个内毛刷，下微藻生物膜的外圈骨架上沿轴向至少设有一个外毛刷，所述内毛刷和外毛刷的端部分别与培养通道的内、外壁相接触，内毛刷和外毛刷的设置可清除培养通道内、外壁上的污染物，保持培养通道内、外壁的通透性。
进一步的，所述转轴与微藻培养筒和微藻培养箱连接处均设有防水密封轴承。
与现有技术相比，采用本发明的水环境修复装置，具有以下有益效果：
(1)、本发明可根据微藻的生存条件设置垂直微藻培养反应器，采用透明垂直微藻培养反应器，装置内垂直分布的筒状和饼状微藻生物膜进行双面培养，内置转轴，以旋转的方式，增大微藻对光照的利用率，为微藻生长提供所需的光环境，使其大量生长繁殖。
(2)、本发明通过微藻反应器可以去除水中大量的N、P、重金属等。微藻具有很高的营养消耗能力，可以大大降低后续生化系统的负荷，减少生化系统产泥量，降低系统成本。
(3)、本发明采用筒状结构的培养通道以及培养通道两侧的光照，可确保充足光照强度的同时，可减少水体透明度低对微藻光照的影响，有效改善微藻培养的生长繁殖环境。
本发明还提出了一种水环境修复工艺，采用所述的水环境修复装置，包括如下步骤：
步骤1、沿河设置泵站和膜生物反应器，和一组垂直的微藻培养反应器；
步骤2、泵站将污染后的河水自下而上送入微藻培养反应器，河水经过直瀑分布的下微藻培养单元与上微藻培养单元，下微藻培养单元和上微藻培养单元内的旋转微藻生物膜去除水中大量的N、P、重金属等，通过自流的方式送入膜生物反应器；
步骤3、经过膜生物反应器进一步去除河水中含有的N、P、重金属等污染物质，达标后排入河道，形成一个沿河的水处理循环机制。
本发明提出的一种水环境修复装置，有益效果在于：可为微藻提供良好的生长繁殖环境，可充分利用富营养化的水体中含有大量的N、P等营养性物质，在提供优良生长环境的同时，可以最大限度的修复水环境污染。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中关于对组微藻培养反应器的结构示意图；
图3是本发明的下微藻培养单元和上微藻培养单元的内部结构示意图；
图4是本发明的上微藻生物膜和下微藻生物膜的结构示意图；
图中标记为：1、泵站；2、微藻培养反应器；21、承载框架；211、支撑杆；22、微藻培养筒；221、培养通道；222、下微藻生物膜223、；内光照室；224、通水孔；225、全光谱LED灯；226、内毛刷；227、外毛刷；23、微藻培养箱；231、上微藻生物膜；232、把手；233、出水管；24、连通管；25、转轴；251、齿轮；252、防水密封轴承；26、电机；261、齿轮皮带；27、泵管；271、进水管；3、膜生物反应器。
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。
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”、“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。
现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
参见图1-3，一种水环境修复装置，包括泵站1，与泵站1相连的微藻培养反应器2和膜生物反应器3，对河水进行处理时，河水经过泵站1依次送入微藻培养反应器2和膜生物反应器3，去除河水中含有的N、P、重金属等物质。微藻培养反应器2由垂直分布的下微藻培养单元、上微藻培养单元和承载框架21组成，承载框架21的两侧设有支撑杆211，支撑杆211用于组合固定，当多个微藻培养反应器2成排设置时，相邻微藻培养反应器2之间设有充足的光照条件。通过多个下微藻培养单元与上微藻培养单元相连通，内部设有同步旋转的下微藻生物膜222和上微藻生物膜231，下微藻生物膜222呈筒状结构，上微藻生物膜231呈饼状结构，下微藻生物膜222和上微藻生物膜231内置骨架，以拔插的方式固定连接在转轴25的两端，上微藻生物膜231的顶部设有把手232，采用拔插的方式方便下微藻生物膜222和上微藻生物膜231从装置内取出，以便收集下微藻生物膜222和上微藻生物膜231上培养出来的微藻，进行微藻下一步的深加工，转轴25与微藻培养筒22和微藻培养箱23连接处均设有防水密封轴承252。饼状结构的上微藻生物膜231和筒状结构的下微藻生物膜222，可实现微藻的双面培养，旋转的方式可提高自然光的利用率，为微藻生长提供所需的光环境，使其大量生长繁殖。
参见图3和4，下微藻培养单元包括透明结构的微藻培养筒22，微藻培养筒22通过螺纹连接的方式固定在承载框架21上，微藻培养筒22可从承载框架21下拆卸下来，以便下微藻生物膜222的安装或取出，承载框架21上设有与微藻培养筒22口径大小相适配的连接座214。微藻培养筒22的内部设有圆筒结构的培养通道221，下微藻生物膜222设置在培养通道221内，下微藻生物膜222的内、外径与培养通道221的内、外壁之间留有空隙，此间隙用于水体至下而上的方式流经培养通道221，并贴合下微藻生物膜222的内壁上通过，如此一来，一方面可增大水体与下微藻生物膜222表面的接触面积，有利于微藻对水体N、P等营养性物质的利用，另一方面，可减小光照穿透水体的厚度，提高下微藻生物膜222外围的透明度，提高下微藻生物膜222表面的光照强度，培养通道221的内侧设有内光照室223，内光照室223的内部设有全光谱LED灯225，内光照室223为封闭结构，为下微藻生物膜222内部提供光照。使下微藻生物膜222的内侧面可进行微藻培养，增大微藻的繁殖量，下微藻生物膜222的内圈骨架上沿轴向至少设有一个内毛刷226，下微藻生物膜222的外圈骨架上沿轴向至少设有一个外毛刷227，内毛刷226和外毛刷227的端部分别与培养通道221的内、外壁相接触，内毛刷226和外毛刷227的设置可清除培养通道221室壁上附着的水垢，起到良好的清理能力，保持培养通道221内、外壁的通透性，避免影响光照强度。
参见图3和4，上微藻培养单元包括透明结构的微藻培养箱23，微藻培养箱23内设置多个上微藻生物膜231，每个上微藻生物膜231对应一个下微藻培养单元设置，并通过转轴25与下微藻生物膜222相连，转轴25可同步驱动上微藻生物膜231和下微藻生物膜222进行转动，转动后的上微藻生物膜231和下微藻生物膜222可以更好的利用周围光照进行微藻的培养。提高微藻的繁殖效率，进而提高了对水体中N、P等营养性物质的消耗。
参见图1-3，培养通道221的顶部通过连通管24与微藻培养箱23相连通，底部通过进水管271连接泵管27，水体从微藻培养筒22流经培养通道221，再通过连通管24进入到微藻培养箱23，通过这种垂直分布的微藻培养反应器，可提高微藻的繁殖能力，以及对水环境修复能力，为了使培养通道221内的水更好的进入到微藻培养箱23内，下微藻生物膜222的顶部沿周向设有多个通水孔224。
参见图1-3，微藻培养箱23上设有与膜生物反应器3相连的出水管233，经过微藻培养反应器处理后的水体经过出水管233送入到膜生物反应器，膜生物反应器对水体进一步处理，微藻培养反应器处理后的水体可以大大降低后续生化系统的负荷，减少生化系统产泥量，降低系统成本。
参见图2-3，承载框架21上固定设有用于驱动转轴25转动的电机26，转轴25上固定设有齿轮251，电机26的输出轴上设有与齿轮251相啮合的齿轮皮带261，齿轮皮带261可实现多个转轴25在一个电机26的带动下同步转动。
本发明的水环境修复装置，可根据微藻的生存条件设置垂直微藻培养反应器，采用透明垂直微藻培养反应器，装置内垂直分布的筒状和饼状微藻生物膜进行双面培养，内置转轴，以旋转的方式，增大微藻对光照的利用率，为微藻生长提供所需的光环境，使其大量生长繁殖，微藻具有很高的营养消耗能力，一方面通过微藻反应器可以去除水中大量的N、P、重金属等，大大降低后续生化系统的负荷，减少生化系统产泥量，降低系统成本，另一方面，采用筒状结构的培养通道以及培养通道两侧的光照条件，在确保充足光照强度的同时，可减少水体透明度低对微藻光照的影响，有利提高水下微藻培养的生长繁殖环境。
本发明还提出了一种水环境修复工艺，采用水环境修复装置，包括如下步骤：
步骤1、沿河设置泵站1、膜生物反应器3和一组垂直的微藻培养反应器2，微藻培养反应器2的数量根据处理量来定。
步骤2、泵站1将污染后的河水自下而上送入微藻培养反应器2，河水经过直瀑分布的下微藻培养单元与上微藻培养单元，下微藻培养单元和上微藻培养单元内的旋转微藻生物膜去除水中大量的N、P、重金属等，通过自流的方式送入膜生物反应器3。
步骤3、经过膜生物反应器3进一步去除河水中含有的N、P、重金属等污染物质，达标后排入河道，形成一个沿河的水处理循环机制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水环境修复装置，包括泵站(1)，与所述泵站(1)相连的微藻培养反应器(2)和膜生物反应器(3)，其特征在于，所述微藻培养反应器(2)由垂直分布的下微藻培养单元、上微藻培养单元和承载框架(21)组成，多个所述下微藻培养单元与上微藻培养单元相连通，内部设有同步旋转的下微藻生物膜(222)和上微藻生物膜(231)，所述下微藻生物膜(222)呈筒状结构，所述上微藻生物膜(231)呈饼状结构；
所述下微藻培养单元包括透明结构的微藻培养筒(22)，所述微藻培养筒(22)的内部设有圆筒结构的培养通道(221)，所述下微藻生物膜(222)设置在培养通道(221)内，所述培养通道(221)的内侧设有内光照室(223)，所述内光照室(223)的内部固定设有全光谱LED灯(225)；
所述上微藻培养单元包括透明结构的微藻培养箱(23)，所述微藻培养箱(23)内设置多个所述上微藻生物膜(231)，每个所述上微藻生物膜(231)对应一个所述下微藻培养单元设置，并通过转轴(25)与所述下微藻生物膜(222)相连；
所述培养通道(221)的顶部通过连通管(24)与所述微藻培养箱(23)相连通，底部通过进水管(271)连接泵管(27)；
所述微藻培养箱(23)上设有与膜生物反应器(3)相连的出水管(233)；
所述承载框架(21)上固定设有用于驱动所述转轴(25)转动的电机(26)，所述转轴(25)上固定设有齿轮(251)，所述电机(26)的输出轴上设有与齿轮(251)相啮合的齿轮皮带(261)。
2.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述微藻培养反应器(2)至少设有一个，并通过支撑杆(211)固定，当多个微藻培养反应器(2)成排设置时，相邻微藻培养反应器(2)之间设有充足的光照条件。
3.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述下微藻生物膜(222)的顶部沿周向设有多个通水孔(224)。
4.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述下微藻生物膜(222)和上微藻生物膜(231)内置骨架，以拔插的方式固定连接在所述转轴(25)的两端，所述上微藻生物膜(231)的顶部设有把手(232)。
5.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述微藻培养筒(22)通过螺纹连接的方式固定在所述承载框架(21)上，所述承载框架(21)上设有与微藻培养筒(22)口径大小相适配的连接座(214)。
6.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述下微藻生物膜(222)的内、外径与培养通道(221)的内、外壁之间留有空隙。
7.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述下微藻生物膜(222)的内圈骨架上沿轴向至少设有一个内毛刷(226)，下微藻生物膜(222)的外圈骨架上沿轴向至少设有一个外毛刷(227)，所述内毛刷(226)和外毛刷(227)的端部分别与培养通道(221)的内、外壁相接触。
8.根据权利要求1所述的一种水环境修复装置，其特征在于，所述转轴(25)与微藻培养筒(22)和微藻培养箱(23)连接处均设有防水密封轴承(252)。
9.一种水环境修复工艺，采用如权利要求1-7任一项所述的水环境修复装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)、沿河设置泵站(1)、膜生物反应器(3)和一组垂直的微藻培养反应器(2)；
步骤2)、泵站(1)将污染后的河水自下而上送入微藻培养反应器(2)，河水经过直瀑分布的下微藻培养单元与上微藻培养单元，下微藻培养单元和上微藻培养单元内的旋转微藻生物膜去除水中大量的N、P、重金属等，通过自流的方式送入膜生物反应器(3)；
步骤3)、经过膜生物反应器(3)进一步去除河水中含有的N、P、重金属等污染物质，达标后排入河道，形成一个沿河的水处理循环机制。
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