CN1648074A - 地表水域的水质直接净化方法 - Google Patents

Abstract

一种地表水域的水质直接净化方法，直接在地表水域内部设置曝气充氧装置进行曝气充氧，提高水体中溶解氧含量；并直接在地表水域内部设置微生物附着载体，微生物附着载体设置在曝气充氧装置的充氧范围内，促使水域中原有土著微生物在微生物附着载体上大量繁殖，形成生物膜，最终依靠生物膜上的大量微生物分解净化水中的污染物，实现水质的直接净化。本发明将曝气充氧装置、微生物附着载体都直接放置在前述地表水域内。这样就不需要在原有地表水域之外另行开挖新的水处理池或添加新的水处理设施，也就不存在在前述地表水域和外部处理设施之间来回输送水的问题，因此可以避免土建工程、减少“间接净化法”的巨大建设投资和耗能。

Description

地表水域的水质直接净化方法

技术领域

本发明涉及环保行业中对河流、湖泊、水库、海洋港湾、人工河流、人工湖、池塘等地表水域的水质进行处理净化的一种方法。

背景技术

河流、湖泊、水库、海洋港湾、人工河流、人工湖、水池、池塘等地表水域大都存在着较严重的污染。污染源主要来自于工业污水、生活污水、雨水径流所携带的面源污水、风沙扬尘携污等。

我国目前对天然的河流、湖泊、水库等地表水域的治理措施基本是截污、清淤两种，截污是截断污染源，送往污水处理厂，清淤是清除水底原有淤泥，防止淤泥中原有污染物质向水中重新释放。截污和清淤对地表水域的水质净化很有好处，这是不容置疑的，但是也存在投资极其巨大、建设周期长的致命弱点，一条小河的治理资金往往需要几十亿元，而且配套管网建设、配套污水处理厂建设极其繁杂，需要数年的工期。

更大的问题是，截污和清淤并不能确保地表水域水质的长期向好？。往往是截污和清淤做过几年之后，一度好转的地表水域水质又再度恶化。原因是由于地表水域的露天开放性，雨水径流所携带的面源污水、风沙扬尘携污等污染源难以避免。而很多地表水域属于封闭性半封闭性水域，如湖泊、水库、海港、大湖湖汊、死河汊、城市死水河道等，由于水体封闭、流动缓慢、与外部交换不畅，呈死水状态，水体的自我净化能力极度低下，即便较少量的污染源进入水体，由于得不到及时分解净化，日积月累也会使水质再度恶化。

对于人工开挖的人工湖、人工河道、水池、池塘等地表水域，虽然先天性就解决好了截污和清淤的问题，但这种地表水域大多是封闭死水区域，同样由于雨水径流所携带的面源污水、风沙扬尘携污等污染源的进入，以及死水的水质自我恶化，即便原本注入自来水或井水等比较干净的水源，过不多久水质也会恶化。

中国专利92113369.3、日本专利特开平3-81000等公布了一些湖泊等地表水域的净化方法和装置。其基本原理是在水中直接曝气充氧增加水域中溶解氧含量，或是通过表层水与底层水交换的方式促进底层水溶解氧含量。对受污染的水体而言，增加水体中溶解氧含量防止出现缺氧厌氧现象是十分必要的。这些措施都具有一定的积极意义。

增加水中溶解氧的目的是促进水中好氧微生物的繁殖，最终通过好氧微生物来分解去除水中污染物。但是从微生物的生存特性上考虑，微生物喜欢附着在固体表面生长，同一环境下，水中的微生物含量要比固体表面的微生物含量少一个数量级。自然状态下，由于地表水域中微生物数量的不足，影响了对污染物的分解净化速度，因此，单纯的曝气充氧往往耗能不小、效果不佳。

对于封闭型湖泊类地表水域1，一种常见的现有治理技术是用水泵4将湖水抽上来，经过在岸上建造的水处理设施2处理后回流到湖里(参见图1)。这里的水处理设施是常规的污水处理设施，可以有多种方式，比如过滤、生化、沉淀等等。由于受到水处理设施投资和占地面积的限制、以及水泵抽水能力和电耗的限制，一般对于水量较大的地表水域(比如1万吨以上)，很难做到每天循环一次，一般是5天、10天甚至更长时间才循环一次。水量越大循环周期就越长。这么长时间才循环一次，使得水体流动极端缓慢仍接近死水，而且藻类的繁殖速度几个小时就翻倍，岸上水处理设施的治理速度远远赶不上污染速度，治理效果不尽人意，而且建设费用高，运行费昂贵，有很多这样的治理设施建成后不久就弃置不用。

另一种针对河流而言比较常见的背景技术是在河流(水域)1边开挖水渠3，用水渠3将部分河水引到岸上的水处理设施内2，治理后回流(参见图2)。落差大、水流急的河流里可以这样用，省略了水泵的耗能。这里的水处理设施同样也是常规的污水处理设施，可以有多种方式，比如过滤、生化、沉淀等等。这种方式能处理的水只是河水的一部分，未进入水处理设施内的河水得不到治理。而且受水处理设施投资和占地面积的限制，能处理的水量也较少。

发明内容

本发明的目的就是提供一种地表水域的水质直接净化方法，设法避免“间接净化法”的巨大建设投资和耗能，尽可能不做任何土建工程，直接在地表水域内部建立水质净化体系。改变单纯在水域中曝气充氧的简单做法，增加微生物数量，大幅度提升地表水域的水质净化速度。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术措施：

直接在地表水域内部设置曝气充氧装置进行曝气充氧，提高水体中溶解氧含量；并直接在地表水域内部设置微生物附着载体，促使水域中原有土著微生物在微生物附着载体上大量繁殖，形成生物膜，最终依靠生物膜上的大量微生物分解净化水中的污染物，实现水质的直接净化。

所述的曝气充氧装置是雾化曝气软管，直接敷设在所述地表水域中，并与设置在岸上的压力气源相联接；所述的微生物附着载体设置在所述的雾化曝气软管的上方或附近。

在所述地表水域内部直接设置水流营造装置，使水体充分流动，并使所述曝气充氧装置所充入的溶解氧随水流流向所述的微生物附着载体。

在所述地表水域内部还直接种植水生植物，水生植物可以种在水下、岸边，或是无土种植在漂浮于水面的浮岛上。

在所述地表水域内部还直接投洒各种人工培养的微生物制剂或复合生物酶制剂。

在所述地表水域内部还直接放养鱼类、贝类等水生动物。

所述的水流营造装置与所述的曝气充氧装置是一体的造流曝气机，由该造流曝气机同时实现水流营造和曝气充氧两种功能。

本发明将曝气充氧装置、微生物附着载体都直接放置在前述地表水域内。这样就不需要在原有地表水域之外另行开挖新的水处理池或添加新的水处理设施，也就不存在在前述地表水域和外部处理设施之间来回输送水的问题，因此可以避免土建工程、减少“间接净化法”的巨大建设投资和耗能。

本发明对地表水域水质净化的机理是：由于微生物附着载体的存在，地表水域中原本存在的土著微生物将很容易地附着在所述微生物附着载体上，形成生物膜，生物膜中的微生物通常可分为好氧微生物和厌氧微生物两种类型，本发明中所需要的主要是好氧微生物。好氧微生物群一方面需要呼吸溶解氧，一方面以水中有机污染物为食物，最终将有机污染物分解成无害的二氧化碳和水，实现水质净化作用。在溶解氧充足的情况下，微生物附着载体上的好氧微生物能够大量繁殖，只有足够多的微生物数量才能实现比较明显的水质净化效果。

从微生物的生存特性上考虑，微生物喜欢附着在固体表面生长，同一环境下，固体表面附着的微生物数量要远远大于水中的微生物数量。故此设置微生物附着载体是为大量增殖微生物数量服务的，我们需要的是大量培养好氧微生物，这又加大了对溶解氧的需求，如果溶解氧的供应跟不上也会大大影响好氧微生物的大量繁殖。故此设置曝气充氧装置也是为大量增殖好氧微生物数量服务的。

由于本发明方案中同时提供了曝气充氧装置和微生物附着载体，完全满足了好氧微生物大量繁殖的需要，故而能快速有效地实现地表水域水质的直接净化。

附图说明

图1是现有技术“间接净化法”对静止水域的一种净化设施示意图；

图2是现有技术“间接净化法”对流动水体的一种净化设施示意图；

图3是本发明实施例1的净化设施示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明实施例2的净化设施示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是本发明实施例3的净化设施示意图；

图8是图7的C向视图；

图9是填料的单根水草式安装方式示意图；

图10是图9的D-D剖视图；

图11是填料的网箱式安装方式示意图；

图12是一个网箱的立体结构示意图；

图13是本发明设在河流中的实施例示意图；

图14是图13的E-E剖视图；

图15是本发明设在通航河流中的实施例示意图；

图16是本发明设在不流动河流中的实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见图3和图4，该实施例的曝气充氧装置由压力气源5和雾化曝气软管6组成。雾化曝气软管直接敷设在所述地表水域1中，并与设置在岸上的压力气源5相联接。所述雾化曝气软管6是一种特殊材料制成的软管，在软管内部灌入带压空气的情况下，由于软管结构上的特性，无数微细气泡11从管壁上渗出，形成雾状气流，氧气从气体中溶解到水中，实现曝气充氧功能。由于雾化曝气软管6是一种柔软的类似橡胶管一样的物体，使得它非常容易地直接敷设在所述地表水域中，敷设方式简单不受限制，在水底可以呈任意形状排列。敷设成本非常低廉，加上雾化曝气软管6本身售价不贵，故而从经济角度考虑是非常适合用作大水量的地表水域曝气充氧装置的。

在一个要治理的地表水域内，将橡胶管状雾化曝气软管6尽可能均匀地布放在地表水域1的水底，尽量不留下较大的未放置雾化曝气软管6的空白水域。雾化曝气软管6与岸上的压力气源5相连接，在水中自下而上释放出雾化气泡11，由于雾化曝气软管布置的比较均匀，地表水域内不会出现缺氧死角。同时在地表水域中也均匀设置了许多微生物附着载体(填料)7，填料可以以网箱安装等方式形成一个个填料区块，这时填料区块最好设置在雾化曝气软管正上方或附近，当然填料也可以以水草方式或悬浮球漂浮方式分散随机设置在水里。由于雾化曝气软管6也能在几米的范围内促成小范围水流循环，加上溶解氧自然扩散作用、和风力作用也能使溶解氧适当向周围水体扩散，故雾化曝气软管6和填料7也无需摆放过密。这样地表水域中各处的水中污染物都能跟填料上的生物膜充分接触，溶解氧也分布均匀，故能产生很好的治理效果。

如图13和图14所示的实施例，在流动的河流1内间隔放置微生物附着载体(填料)7，在每一填料7的上游各设置一个曝气充氧装置9。曝气充氧装置9产生气泡11提高了其附近水体的溶解氧含量，富含溶解氧的河水随着水流被带到填料7，达到净化的目的。如果在通航的河流(参见图15)，则可以将曝气充氧装置9和填料7分别交替设置在河流的两岸，小船可以沿曲线12航行。

图13～14的实施例中所用的曝气充氧装置可以是雾化曝气软管、表面曝气机、射流曝气机、喷水式曝气机、鼓风曝气等水处理行业常规曝气方式中的任何一种或几种。

参见图5～图8，为了进一步提高地表水域直接净化的效果，除了所述的曝气充氧装置和微生物附着载体之外，本发明还在所述地表水域内部直接设置水流营造装置，使水体充分流动，并使所述曝气充氧装置所充入的溶解氧随水流广为扩散，并流向微生物附着载体7，以便使地表水域内更广泛的范围内溶解氧得到补充，消除地表水域中可能存在的死水缺氧区域。

在地表水域中放置微生物附着载体时，需要将微生物附着载体设置在水流营造装置的水流波及范围内，以便使溶解氧随水流扩散到微生物附着载体周围。最好将微生物附着载体设置在水流流路上，这样水中溶解氧以及散布在水中的污染物都会随着水流输送到微生物附着载体周围，使微生物附着载体上的生物膜能充分接受到充足的溶解氧，并能充分地捕捉到水中的污染物，从而发挥出快速高效的水质净化性能。

图5和图6所示的是独立结构的水流营造装置8和曝气充氧装置9，曝气充氧装置9设置在水流营造装置8与微生物附着载体7之间。水流的存在既能对微生物附着载体7上的生物膜起到冲刷作用，促使老化生物膜的脱落和新生物膜的生长；也能促使地表水域中各处水体与微生物附着载体充分接触，使广泛分布在地表水域中的有机污染物、氮、磷、藻类等有害成分在与微生物附着载体7上的生物膜接触时被生物膜所截留、捕捉、分解，从而起到水质净化作用。横向或纵向水流营造装置8的使用能够大大促进地表水域的净化过程，使得地表水域中设置的微生物附着载体的数量或体积可以大大缩减，即便微生物附着载体的体积只占整个地表水域水体积的百分之几，由于水体处于流动状态，仍然能够做到使微生物附着载体上的生物膜与整个水体都充分接触，使广大范围内的地表水域水体都能得到生物净化。

所述的水流营造装置8可以是市场上出售的螺旋桨式潜水推流器、水泵、造流曝气机、转碟曝气机、超大流量造流曝气机等。理想的水流营造装置的选定标准是能耗低、推动的水流流量大，这样才能做到节能、经济。螺旋桨式潜水推流器、大口径低扬程轴流泵、超大流量造流曝气机等都是较好的选择。

所述曝气充氧装置9可以是雾化曝气软管、表面曝气机、射流曝气机、喷水式曝气机、鼓风曝气等水处理行业常规曝气方式，它们都在本发明专利的保护范围之内。

使用上述污水处理行业传统曝气器时，如果没有水流营造装置，因为溶解氧在水中的自然扩散传递速度很慢，就需要在地表水域中高密度布置大量的曝气器，否则地表水域中容易出现缺氧区域。但这样一来，曝气的投资将非常昂贵，缺乏经济性，因此，本实施例中使用上述污水处理行业传统曝气方式时，同步在地表水域中加上了水流营造装置，这样就可以只在地表水域的少数几个点(局部小区域)进行曝气，然后通过水流营造装置将溶解氧传递到整个水域中，从而既能避免出现缺氧区域，又能大幅度减少曝气装置数量，使投资成本控制在用户可以接受的程度。

所述曝气充氧装置9还可以是一种促进地表水域上下层水体交换的公知设备，虽然没有直接的曝气作用，但由于表层水存在大气复氧作用能从空气中获得溶解氧，缺氧的是深层水体，故促进地表水域上下层水体交换也能将富含溶解氧的表层水赶到水底，而将缺氧的底层水体赶到水面接受大气复氧，从而也能起到曝气充氧设备同样的作用，特别是在水深较深、水量较大的水库等深水水域，该方法更具有其经济优越性，因而上下层水体交换设备也是一种广义的曝气充氧设备，也在本发明的保护范围之内。

图7和图8所示的实施例是将水流营造装置8和曝气充氧装置9合为一体结构，称作造流曝气机10，由造流曝气机10同时实现水流营造和曝气充氧两种功能。这种方式非常经济有效，造流曝气机10所营造的水流能够立即将该机器周围富含溶解氧的水体推到远处，同时又在进水端吸进溶解氧低的水块进行充氧，这样只需在地表水域中间隔较远距离设置少量的造流曝气机，就能实现整个大的地表水域的全范围的充氧曝气。造流曝气机的数量不需要太多，从而大大降低了对庞大水量的地表水域进行广范围曝气充氧的成本，使得用户在经济上容易接受。

同样，地表水域中也同时布设微生物附着载体(填料)，填料可以以网箱安装等方式形成一个个填料区块，也可以以水草方式或悬浮球漂浮方式分散随机设置在水里。图中是一个个填料区块的示意图。由于水体充分流动，各处水体中的污染物都能与填料上的生物膜充分接触，溶解氧也分布均匀，故能产生很好的治理效果。

对于不能流动的河道和海港死水的净化，因为同属于封闭半封闭地表水域，故其治理模式可以与图3、图5、图7所示实施例相同，例如图16是对不能流动的河道的治理方法中的一种，设置了造流曝气机10和填料7，造流曝气机10产生的水流在河道的一端(道路13)被阻挡而向两边分流反向流过填料7，达到净化的目的。

本发明所述的微生物附着载体7可以是市场上常见的各种水处理用填料，例如：软性填料、半软性填料、组合填料、立体弹性填料、蜂窝填料、串孔填料、悬浮球填料、辨带式填料等等，也可以是新开发出的某种新结构的固体填料，其本质都是一种固体材料，具有较大的比表面积，为微生物提供附着载体，增加地表水域中微生物的含量，都属于本发明的范畴。

微生物附着载体7(或称填料)的安装方式跟所使用的填料的种类相关，一般采用与污水处理行业相同的安装方式即可。例如常用的软性填料、半软性填料、组合填料、立体弹性填料、辨带式填料等填料的形状都是绳索状，可以采取网箱式安装、水草式安装、浮动悬挂式安装等方式。网箱式安装(如图11和图12所示)是用金属或非金属材料做成一个个网箱式框架71，将各种绳索状填料捆扎在框架上，然后将填料网箱沉到水中，网箱不露出水面，这样不影响水面景观。水草式安装(如图9和图10所示)是在绳索状填料7的一端系上重物沉到水底，另一端系上浮子，使每根填料像水草一样直立在水中，并可以随水流摆动。采用水草式安装时，填料即可以像水稻抛秧一样散布在整个地表水域中，也可以在某个区域相对集中，非常灵活。由于填料像水草一样随水流摆动，对于有船只行驶的地表水域(城市观光河道、有游览船的公园湖等)非常合适，不会对船只造成任何影响。浮动悬挂式安装是在水面搭建一个浮动式平台，伸出许多挂臂，像晾衣架一样悬挂着一根根绳索状填料。该方法缺点是影响水面景观，也直接影响水面行船。

微生物附着载体7(或称填料)的数量跟水质、水体是否流动、治理要求等都有很大关系。具体的使用数量计算，环保水处理行业的一般技术人员按照设计手册或小型试验可以确定，不需要创造性劳动。

微生物附着载体(填料)的不同的种类和不同的安装方式可以与不同的曝气充氧方式、不同的造流方式交叉搭配使用，构筑出更多的具体实施例来，都属于本发明的保护范围。

本发明还可在上述技术方案的基础上采取以下措施，以提高净化效果：

在所述地表水域1内部直接种植水生植物，水生植物可以种在水下、岸边，或是无土种植在漂浮于水面的浮岛上。

也可在所述地表水域1内部还直接投洒各种人工培养的微生物制剂或复合生物酶制剂。

还可在所述地表水域1内部还直接放养鱼类、贝类等水生动物。

Claims (7)

1、一种地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：直接在地表水域内部设置曝气充氧装置进行曝气充氧，提高水体中溶解氧含量；并直接在地表水域内部设置微生物附着载体，促使水域中原有土著微生物在微生物附着载体上大量繁殖，形成生物膜，最终依靠生物膜上的大量微生物分解净化水中的污染物，实现水质的直接净化。

2、根据权利要求1所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：所述的曝气充氧装置是雾化曝气软管，直接敷设在所述地表水域中，并与设置在岸上的压力气源相联接；所述的微生物附着载体设置在所述的雾化曝气软管的上方或附近。

3、根据权利要求1所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：在所述地表水域内部直接设置水流营造装置，使水体充分流动，并使所述曝气充氧装置所充入的溶解氧随水流流向所述的微生物附着载体。

4、根据权利要求1所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：在所述地表水域内部还直接种植水生植物，水生植物可以种在水下、岸边，或是无土种植在漂浮于水面的浮岛上。

5、根据权利要求1所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：在所述地表水域内部还直接投洒各种人工培养的微生物制剂或复合生物酶制剂。

6、根据权利要求1所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：在所述地表水域内部还直接放养鱼类、贝类等水生动物。

7、根据权利要求1或2所述的地表水域的水质直接净化方法，其特征在于：所述的水流营造装置与所述的曝气充氧装置是一体的造流曝气机，由该造流曝气机同时实现水流营造和曝气充氧两种功能。

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