CN209143828U - 一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置 - Google Patents

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邵媛媛
张亚文
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Abstract

本实用新型提供了一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，包括一个或多个生物反应区，所述生物反应区至少有一个包括悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则。所述载体颗粒的直径为0.5‑12mm。该颗粒强化水体净化装置采用箱体式，结构紧凑、安装移动方便。其含有的悬浮颗粒系统应用于污水处理不仅能够使微生物浓度得到极大的提高，耐冲击负荷增强，剩余污泥产量小，而且通过气体的作用使颗粒悬浮的方式可以更多的降低能耗。将该颗粒强化水体净化装置应用到河道或湖泊的净化处理中，见效快、普适性强、尤其可适于浓度高、点源处理不完善的河水或湖水。

Description

一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月28日提交的如下中国专利申请号的优先权并通过全文引用的方式将如下中国专利申请号的全文引用结合到本申请：
201710190014.8，201710190231.7，201710190239.3，201710190261.8，201710191017.3，201710191046.X，201720306549.2，201720306550.5，201720307758.9，201720308436.6，201720308438.5，201720308449.3。
技术领域
本实用新型涉及一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，应用于河道或湖泊中的水体净化。
背景技术
从2015年地表水和地下水水质监测结果来看，我国目前的整体水质状况不容乐观，并且随着人口的增长和经济的发展，我国对水资源的需求会越来越大，废水排放量也随之增加，因此中国的水资源形势岌岌可危。废水主要来源于生活废水、工业废水、畜禽养殖场废水及农业废水等，废水的主要指标为化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮以及总磷等，其中含有能促进水生植物生长的各种营养物质、能致病的病原体微生物以及可能致癌或基因突变的有毒化合物，若这些污水不及时处理，排放到江河湖海后，一方面由于有机物的降解消耗水体中大量氧气，造成腐败发臭，鱼虾绝迹，另一方面，污水中的N、P物质的进入造成水体富营养化，藻类物质疯狂增长，水体环境进一步恶化。目前我国许多河流湖泊，大到如：海河、太湖、鄱阳湖、黄浦江、珠江等、小到许多大中小城市的内城河都遭受到严重的污染，给人们的生存环境及身体健康带来了隐患。
因此，从可持续发展来看，河道和湖泊的治理刻不容缓。处理废水的方法有很多，目前在国内的大部分传统废水处理厂中，生物法处理废水技术采用的是活性污泥法，比如氧化沟活性污泥法、A-B活性污泥法、SBR序批式活性污泥法、投料式活性污泥法等，虽然处理效果能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的要求，但这些方法有机负荷低、微生物浓度低、耐冲击负荷能力弱、剩余污泥产量大，易产生污泥膨胀，造成处理效率低、能耗高、剩余污泥量大，从而使得装置体积大，占用空间多，因此需要寻找一种占地面积小、处理效率高、能耗少、灵活易控且针对河道、湖泊的治理的小型化污水处理装置。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，所述的颗粒强化水体净化装置采用箱体式，结构紧凑、安装移动方便。将其按照一定的方式安装并应用到河道或湖泊的治理中，可更为高效地发挥作用。
为达到上述目的，本实用新型公开了如下技术方案：
一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，包括：
一个或多个生物反应区；
所述生物反应区至少有一个包括悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则；所述载体颗粒为轻颗粒、重颗粒或混合颗粒；所述轻颗粒密度大于等于所在水体密度的50％且小于所在水体的密度；所述重颗粒密度大于所在水体的密度且小于等于所在水体密度的150％；所述混合颗粒为轻颗粒和重颗粒的混合，所述混合颗粒的密度在水体密度的50％-150％之间；
所述载体颗粒的直径为0.5-12mm，向所述生物反应区中通入气体；
所述生物反应区包括兼氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区中的任一种或其组合；
将气体通入所述生物反应区的中部或下部，在气体的作用下，载体颗粒处于悬浮状态。本实用新型的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置具有以下优点：装置结构紧凑、占地面积小、处理效率高、能耗小、易于安装操控、普适性强等尤其可适于浓度高、点源处理不完善的河水或湖水，因此在河道或湖泊的治理方面具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置示意图。
具体实施方式
为了更好的理解此置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，下面结合实施例进行阐述该装置。
在一个实施例中，本实用新型公开了一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，包括：
一个或多个生物反应区；
所述生物反应区至少有一个是悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则；所述载体颗粒为轻颗粒、重颗粒或混合颗粒；所述轻颗粒密度大于等于所在水体密度的50％且小于所在水体的密度；所述重颗粒密度大于所在水体的密度且小于等于所在水体密度的150％；所述混合颗粒为轻颗粒和重颗粒的混合，所述混合颗粒的密度在水体密度的50％-150％之间；
所述载体颗粒的直径为0.5-12mm，向所述生物反应区中通入气体。
对于该实施例而言，在箱体式颗粒强化水体净化装置中设置一个或多个生物反应区，生物反应区内悬浮颗粒作为微生物群生长的载体，颗粒较大的比表面积可为微生物附着提供足够的空间，由于微生物在悬浮颗粒介质的表面生长与脱落，不断更新，可有效地提高系统中微生物的浓度，从而很容易对有机污染物进行代谢降解反应，和/或对氨氮进行硝化反硝化反应，和/或对磷进行释放磷和吸收磷的反应，从而提高污水处理效率。
悬浮颗粒系统的特点如下：(1)较高的有机容积负荷，水力停留时间短，所需反应器的体积小；(2)传质性能好，特别是采取气体方式流化时，可以使其具有更高的处理效率；(3)气液固三相的流动可促进生物膜的更新，保证活性强的微生物占有颗粒表面从而具有更强的处理能力；(4)通过气体作用使得颗粒悬浮的方式可以更多的降低能耗。综上所述，悬浮颗粒系统在废水处理中不仅能够提高其处理效率，而且也可以节约能量。悬浮颗粒系统中选择载体颗粒考虑粒径时，一般选用载体颗粒的直径为0.5-12mm，优选载体颗粒直径为2-5mm。若载体颗粒粒径过大，同种颗粒需要克服更大的曳力和更多的能量才能使载体颗粒悬浮于系统中，另外所选择的颗粒直径过大，则颗粒的比表面积越小，越不利于气液固三相充分接触传质。
所述的颗粒强化水体净化装置采用箱体式的结构，并将一个或多个生物反应区，包括兼氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区，进行多样化的组合、紧凑合理的布局，可更为灵活的应对复杂的污水处理体系。
在所述的置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置中，将气体通入所述生物反应区的中部或下部，在气体的作用下，载体颗粒处于悬浮状态。气体的通入一方面为系统提供一定的溶氧满足生化反应的进行，一方面为载体颗粒提供一定的动力使其在系统中均匀悬浮。曝气系统是整个装置的关键，曝气器可以选用盘式膜片曝气器、管式曝气器、微孔型皮管等等。选择曝气器时要综合考虑同时满足生化反应的需氧量以及颗粒悬浮两个条件。若需氧量大，则选择小气泡的曝气器；需氧量小可选择大气泡的曝气器。
在悬浮颗粒系统中选择轻颗粒作为颗粒载体，考虑密度因素时首选密度大于等于所述液相密度的50％且小于所述液相密度的轻颗粒，优先选择大于所述液相密度80％的轻颗粒。若轻颗粒的密度过低，同等体积下所述轻颗粒与所述液相密度差过大，需要更大的动力才能克服轻颗粒本身的浮力，能耗过大，轻颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。
轻颗粒载体在系统中悬浮是这样实现的：在液体中加入轻颗粒，由于轻颗粒的密度小于液体的密度，静置时轻颗粒浮于液体的上层，向体系中通入气体，随着气速的加大，液面上部的轻颗粒由于气液混合密度的降低以及气体对液体的作用而造成的扰动的影响开始向下部运动而悬浮。
在悬浮颗粒系统中选择重颗粒作为颗粒载体，考虑密度因素时首选密度小于等于所述液相密度的150％的重颗粒，优先选择小于所述液相密度120％的重颗粒。若重颗粒的密度过大，同等体积下所述重颗粒与所述液相密度差过大，需要更大的动力才能克服重颗粒本身的重力，能耗过大，重颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。
重颗粒载体在系统中悬浮是这样实现的：在液体中加入重颗粒，由于重颗粒的密度大于液体的密度，静置时重颗粒沉于液体的下部，向体系中通入气体，随着气速的加大，当气体作用于载体颗粒的曳力大于其本身的重力时，颗粒在气体的作用下向上运动而悬浮。
在悬浮颗粒系统中选择混合颗粒作为颗粒载体，所述混合颗粒为轻颗粒和重颗粒的混合。所述混合颗粒的密度在水体密度的50％-150％之间，优选在水体密度的80％-120％之间。若混合颗粒的密度与所在液体密度差过大，需要更大的动力才能克服颗粒本身的重力或浮力，能耗过大，颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。
对于混合颗粒而言，其系统中既包括轻颗粒又包括重颗粒，因此只要选择适当颗粒以及适宜的操作气速即轻颗粒和重颗粒悬浮状态时的操作速度重合部分，便可使混合颗粒在系统中处于悬浮状态。又由于轻、重颗粒从系统的两端向中心方向运动而悬浮，轻、重颗粒在系统的轴向方向上形成的浓度梯度可进行互补更容易达到均一的分布。
进一步的，所述的载体颗粒的尺寸可以均一也可非均一，所述载体颗粒的密度可以均一也可非均一。选择载体颗粒不仅需要考虑颗粒的密度、粒径，而且还需要考虑颗粒的材质、形状、表面性能等等影响因素。所述的轻颗粒可以是塑料颗粒(如：聚乙烯、聚丙烯、发泡的聚苯乙烯等等)也可以是中空的玻璃球等等；重颗粒可以是塑料颗粒、火山岩、沸石等等。所述轻、重颗粒的形状多种多样，可以是球形，椭球形，柱状形，也可以是不规则多边形等等。颗粒选择时应优先选择比表面积大，类似球形、密度与液体接近、导液性好的颗粒，既易于流化节能又具有较高的传质效率。
在另一个实施例中，所述载体颗粒还可以包括一个或多个微孔，预先或者在处理污水过程中在微孔中富集微生物。更进一步的，所述颗粒还可以在包括微孔的同时，包括一个或多个与微孔连通的空腔，空腔内部预先富集微生物，并在污水处理过程中通过微孔与污水接触、传质。所述微生物可以是处理污水前由颗粒预先携带的，也可以是处理污水时富集、携带自污水中本身存在的。
在另一个实施例中，将所述的颗粒强化水体净化装置于河道或湖泊中，所述装置在河道或湖泊中水体浮力的作用下浮于水体之中。易于理解的，装置的四周可布置若干个浮球，助于装置悬浮于水体之中。
在另一个实施例中，将所述颗粒强化水体净化装置于河道或湖泊中，所述装置的固定方式可采用相对固定式，如用绳索拴到岸上。在雨季或旱季河道或湖泊中的水位上涨或下降时，所述装置在浮力的作用下随水位上升或下降。
在另一个实施例中，将所述颗粒强化水体净化装置于河道或湖泊中，所述装置的安装可以采用上下浮动式，如安装底部支撑支架并设置上下移动的导轨，将装置限定在某一区域水体中。在雨季或旱季河道或湖泊中的水位上涨或下降时，可将所述装置沿导轨方向随水位的变化而上下移动。
在另一个实施例中，将所述颗粒强化水体净化装置于河道或湖泊中，所述装置漂浮于水面可以移动，此移动可以是在机械动力的作用下按设定路径连续式移动或间歇性移动。如将装置拴到船尾，在船的拖动下而移动。
在另一个实施例中，将所述颗粒强化水体净化装置于河道或湖泊中，所述装置可以固定地挂靠在河岸旁或设置在河岸上。便于就近处理被污染的河道或湖泊河水或湖水，并将除理后的水排入到河道或湖泊中。
所述的置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置包括进水系统、出水系统、进气系统、排泥系统或其组合。所述的进气系统根据需要可采用连续或间歇式进气方式。排泥系统可定期将沉降的污泥排出体系。
所述的置于河道或湖泊中颗粒强化水体净化装置进行污水就地处理的流程如下：
河水或湖水在推流器或机械水泵的作用下经进水系统通入箱体式颗粒强化水体净化装置的生化反应区内；空气在气泵的作用下经进气系统进入曝气器；所述生化反应区内的载体颗粒在气体的作用下均匀地悬浮于体系中，河水或湖水与载体颗粒表面附着的微生物充分接触，使其得以有效地处理或净化。处理或净化后的水重新回流到河道或湖泊中。
在另一个实施例中，所述的颗粒强化水体净化装置还可以应用于水产养殖水体的净化中。
在另一个实施例中，为了治理某被污染的河道，将如图1所示该装置置于该河道中并用绳索拴到岸上。沿河道方向每隔一公里设置一个所述颗粒强化水体净化装置。该装置集厌氧区、缺氧区、好氧区为一体，箱体长、宽、高分别为6×3×3m。所述生物反应区中各加入所在区20％体积含率的固体颗粒。所述的固体颗粒可以是轻颗粒或/和重颗粒，固体颗粒表面可携带或在污水处理过程中富集微生物，固体颗粒在气体的作用下均匀分散于箱体中，颗粒上所携带的微生物可有效地处理污水。
对于所述实施例，每个装置每天的污水的处理量为800吨，在运行期内，进水平均COD为150g/m3，平均NH4-N为36g/m3，总氮为45g/m3，总磷为1.5g/m3。经过1.5小时的水力停留时间后，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)IV类水标准。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改，等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，包括：一个或多个生物反应区；其特征在于，所述生物反应区至少有一个包括悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则；所述载体颗粒为轻颗粒、重颗粒或混合颗粒；所述轻颗粒密度大于等于所在水体密度的50％且小于所在水体的密度；所述重颗粒密度大于所在水体的密度且小于等于所在水体密度的150％；所述混合颗粒为轻颗粒和重颗粒的混合，所述混合颗粒的密度在水体密度的50％-150％之间；
所述载体颗粒的直径为0.5-12mm，向所述生物反应区中通入气体；
所述生物反应区包括兼氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区中的任一种或其组合；
将气体通入所述生物反应区的中部或下部，在气体的作用下，载体颗粒处于悬浮状态。
2.根据权利要求1所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于：
所述轻颗粒密度大于等于所在水体密度的80％且小于所述水体的密度；
所述重颗粒密度大于所在水体的密度且小于等于所在水体密度120％；
所述混合颗粒的密度在水体密度的80％-120％之间。
3.根据权利要求1所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于：
所述载体颗粒还包括一个或多个微孔，预先或者在处理污水过程中在微孔中富集微生物，以及所述颗粒还可选的包括一个或多个与微孔连通的空腔，空腔内部预先富集微生物，并在污水处理过程中通过微孔与污水接触、传质；其中，所述微生物是处理污水前由颗粒预先携带的，或是处理污水时富集、携带自污水本身。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置在浮力的作用下浮于河道或湖泊的水体之中。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置的固定方式采用相对固定式。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置的安装采用上下浮动式，安装底部支撑支架及设置上下移动的导轨，将装置限定在某一区域水体中。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置漂浮于水面并在机械动力的作用下按设定路径连续式移动或间歇性移动。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置固定地挂靠在河岸旁或设置在河岸上。
9.根据权利要求1-3任一项所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述装置还包括进水系统、出水系统、进气系统、排泥系统或其组合。
10.根据权利要求9所述的一种置于河道或湖泊中的颗粒强化水体净化装置，其特征在于，所述进气系统采用连续或间歇式进气方式。
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