專利名稱：一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污染水體凈化的處理方法或工藝，特別涉及一種強化生物脫氮除 磷功效的水體自富氧復合浮床技術(shù)原位凈化面源污染水體的處理方法。
背景技術(shù)：
在治理面源污染的眾多措施中，生態(tài)浮床已經(jīng)被證明是一種效果顯著的技術(shù)措 施。生態(tài)浮床是運用無土栽培技術(shù)，采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的污水生態(tài)工 程治理技術(shù)。該技術(shù)通過植物根部的吸收、吸附作用與根系生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑，削減 水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從而達到凈化水體及水面景觀的雙重效果，體現(xiàn)了一種新型的 水體生態(tài)管理和污染控制方式。在生態(tài)浮床去除污染物的過程中，無機材料的吸附和微生物的降解起著至關(guān)重要 的作用。已有研究證實，植物吸收利用的氮素和磷素僅占生態(tài)浮床系統(tǒng)氮素和磷素去除量 的8%和13%，可見植物的同化吸收并非人工浮床系統(tǒng)的主要脫氮除磷途徑。立體復合式 浮床融合了無機吸附材料，為微生物的附著提供了巨大表面積，有利于發(fā)揮微生物在去除 污染物方面的優(yōu)勢，必將成為浮床技術(shù)的發(fā)展趨勢。另外，立體浮床能有效降低水流速度， 促進水體中不溶于水的懸浮物的絮凝沉淀，并降低底泥再懸浮的風險。眾所周知，硝化和 反硝化反應(yīng)在去除水體氮素的過程中發(fā)揮著重要作用，但兩個反應(yīng)所需的環(huán)境條件截然不 同，硝化細菌適宜于好氧環(huán)境，而反硝化細菌在厭氧水體中活性較大，并且聚磷菌在好氧環(huán) 境中對磷的吸收量要顯著大于其在厭氧環(huán)境下對磷的釋放量，所以，創(chuàng)造合適的好氧-厭 氧環(huán)境必將有效提高污染水體氮磷的去除效率。在現(xiàn)存的浮床專利技術(shù)中，尚未發(fā)現(xiàn)能明 顯體現(xiàn)這一特點的。一般來說，水體的DO濃度隨水深的增加遞減，由于DO的限制，水體中 的好氧微生物和水生動植物對水體的凈化作用受到抑制，因此，水體的富氧效果在很大程 度上影響了水體的自凈作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)狀，旨在提出一種通過增加水體富氧量和強化生物凈化功能提 高污染水體氮磷去除效果的復合浮床構(gòu)建方法。本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征在于包括植物吸收利 用單元、水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元、微生物掛膜強化單元和框架；在框架的六面 設(shè)有絲網(wǎng)；所述的植物吸收利用單元由支撐基質(zhì)和浮床植物構(gòu)成，所述的支撐基質(zhì)和浮床 植物設(shè)于框架頂部絲網(wǎng)上；所述的水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元由若干個好氧區(qū)和 厭氧區(qū)構(gòu)成，所述的好氧區(qū)和厭氧區(qū)設(shè)于框架內(nèi)部并由分隔體分隔而成；微生物掛膜強化 單元由若干個微生物附著的懸掛介質(zhì)構(gòu)成，所述的懸掛介質(zhì)設(shè)于框架底部絲網(wǎng)上。在框架上安裝浮子，確保支撐介質(zhì)部分或全部能浮出水面。所述的框架為長方體結(jié)構(gòu)，所用材料選用竹子或木條。在框架的頂部的不銹鋼絲網(wǎng)上設(shè)有支撐基質(zhì)和浮床植物，浮床植物生長和固定的支撐基質(zhì)是用天然椰棕纖維制成， 在不同季節(jié)栽種不同的浮床植物。本發(fā)明所述浮床植物是對氮、磷吸收效果較好植物的一 種或幾種，并根據(jù)季節(jié)選擇相應(yīng)的植物，其中春夏季節(jié)種植空心菜或香根草，秋冬季節(jié)種植 水芹菜或多花黑麥草，種植密度為50-120株/m2。作為一種優(yōu)化方式分隔體由不銹鋼絲網(wǎng)圍成，不銹鋼絲網(wǎng)內(nèi)表面設(shè)有襯里，襯里 設(shè)有填料；作為進一步優(yōu)化方式，所述的分隔體為直三棱柱形，錐形等，其排列順序為上三 角與下三角交替布置，實現(xiàn)水流狀態(tài)由水平水流向“N”形水流的轉(zhuǎn)變。襯里為無紡布，所述 的填料選用活性炭和沸石體積比1 1的混合物，活性碳和沸石的粒徑為0.5-2cm。浮床框架的中部被分隔體分隔成交替的好氧區(qū)和厭氧區(qū)，所述的分隔體為直三棱 柱形，錐形等，分隔體不同部位對水流的阻力作用是有差別的，這可以改變水流的天然水平 流狀態(tài)，另外，與普通浮床相比，立體式復合浮床能顯著降低水體流速，在促進水體中懸浮 物沉淀的同時降低了底泥再懸浮的風險。植物吸收利用單元能將水體中的營養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn) 化為植物組織，通過對植物的收割實現(xiàn)水體污染物的轉(zhuǎn)移。當水流通過水體自富氧多級好 氧-厭氧反應(yīng)單元時，在該單元分隔體的阻力作用下原本的水平水流變?yōu)椤癗”形水流，將上 層溶解氧含量較高的表層流帶到浮床中層水體，實現(xiàn)對中層好氧區(qū)的富氧，提升了中層水 體的自凈功能。由于分隔體的存在，該單元形成了若干個好氧-厭氧相間區(qū)域，為氨化菌、 亞硝化菌、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌提供了適宜的生存環(huán)境，在氮磷等營養(yǎng)鹽隨水流沿好 氧區(qū)-厭氧區(qū)逐級傳遞的過程中強化微生物的凈化作用。另外，分隔體內(nèi)部填料為沸石和 活性炭，它們對水體中的污染物均有較好的吸附凈化效果。微生物掛膜強化單元的多空介 質(zhì)填料的巨大表面積為微生物提供了廣闊的生存空間，該單元一方面可以通過微生物作用 實現(xiàn)對污染物的分解、吸收、轉(zhuǎn)化，另一方面微生物呼吸作用產(chǎn)生的凝膠能促進水體中懸浮 物的沉淀。在框架的底部鋪設(shè)一層不銹鋼絲網(wǎng)作為微生物強化單元介質(zhì)材料的懸掛點。通過 棉線等懸掛懸掛介質(zhì)，懸掛介質(zhì)由陶粒和石英砂體積比10 1的混合物，其中陶粒的粒徑 為l-2cm，石英砂的粒徑為0. 3-0. 7cm，混勻裝進口袋封口構(gòu)成。所述的框架為所述的框架為長方體結(jié)構(gòu)，所述的框架材料可以選用竹子或木條。作為一種優(yōu)化條件，本發(fā)明中所用的絲網(wǎng)可以為不銹鋼網(wǎng)或尼龍網(wǎng)，或其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。作為一種優(yōu)化方式所述的分隔體除直三棱柱形，還可以為圓錐形，或鍥形等。有益效果1、在本發(fā)明中，浮床將穿過水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元的水平水流轉(zhuǎn)變 為“N”形水流，實現(xiàn)了對浮床中層好氧區(qū)水體的富氧，提升了中層水體的自凈功能。2、本發(fā)明提出多級好氧-厭氧反應(yīng)單元，增強了水體微生物的脫氮除磷效果。3、本發(fā)明中浮床植物的生長基質(zhì)采用天然的椰棕纖維，具有較好的水氣界面交換 效果，與之前普遍使用的高分子材料相比更合理，符合生態(tài)學原則。


圖1為一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床的剖面立體示意圖，圖2為一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床的剖面平面示意圖，
圖3為浮子示意圖。其中1、植物吸收利用單元；2、水體自富氧多級好氧_厭氧反應(yīng)單元3、微生物 掛膜強化單元；4、框架；5、浮床植物；6、不銹鋼絲網(wǎng)；7、支撐介質(zhì)；8、分隔體；9、懸掛介質(zhì)； 10、棉繩；11、好氧區(qū)；12、厭氧區(qū)；13、浮子
具體實施例方式以下結(jié)合附圖1、2、3和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1(1)用竹子或木條制作浮床框架4，竹子或木條的直徑為3-6cm ，框架4的長、寬、高 依次為60-75cm、40-45cm、25-35cm,各部分之間用鐵絲或三孔碗口接頭連接固定。(2)在框架4的頂部、底部和四圍用扎絲或扎帶固定一層不銹鋼絲網(wǎng)6，絲徑為 0. 8mm,網(wǎng)孔為 13mm。(3)如圖1所示，水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元2由分隔體8將框架4中部 分隔成好氧區(qū)11和厭氧區(qū)12構(gòu)成。用不銹鋼絲網(wǎng)圍成直三棱柱分隔體8，并在內(nèi)表面襯 一層無紡布，防止填料撒漏，暫留一端開口裝填料，填料選用活性炭和沸石體積比1 1的 混合物，活性碳和沸石的粒徑為0. 5-2cm。填料裝好后用木條固定直三棱柱的控制邊，防止 其在使用過程中發(fā)生變形，然后把制作好的直三棱柱分隔體8按圖1所示安裝到框架內(nèi)部。 直三棱柱分隔體8橫截面底寬為5cm，共布置3個分隔體，中間的一個底朝下，兩邊距端點 IOcm處各布置1個。(4)在框架較長兩邊的外沿安裝浮子13，使浮子處于鉛垂方向，浮子的數(shù)量視浮 床自身重力和浮力的大小而定，原則是保證椰棕纖維部分或全部能浮出水面。(5)微生物掛膜強化單元3的懸掛介質(zhì)9是由陶粒和石英砂按體積比10 1混合 而成，其中陶粒的粒徑為l-2cm，石英砂的粒徑為0. 3-0. 7cm，材料混勻裝進用窗紗縫制的 口袋并封口按一定間距固定在棉繩上，然后把棉繩10的一端固定在浮床框架4底部的不銹 鋼絲網(wǎng)上，如圖1所示，棉繩10布置密度為25-50根/m2。雖然陶粒的密度小于水的密度， 但由于石英砂的存在，懸掛介質(zhì)9會自動懸浮在水體中，不會漂浮起來。(6)如圖1所示，在浮床框架4的頂部鋪一層厚度為3_8cm的天然椰棕纖維，作為 浮床植物生長固定支撐介質(zhì)7。(7)如圖1所示，在椰棕纖維上栽種對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)具有較強吸收能力的植 物，其中春夏季節(jié)栽種空心菜或香根草，秋冬季節(jié)栽種水芹菜或多花黑麥草，栽種密度為 50-120 株/m2。構(gòu)建好一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，進行水槽實驗。室內(nèi)設(shè)計一水槽，水槽的特征為長X寬X深=80cmX55cmX60cm。實驗用水是 在自來水中按一定比例加入復合肥、葡萄糖和營養(yǎng)液配成TN和TP濃度分別約為20mg/l和 5mg/l的受污染水。實驗除了復合浮床外，還設(shè)置了普通浮床和空白對照兩個實驗處理進 行同步實驗，普通浮床的浮床裝置只包括復合浮床的植物吸收利用單元，空白對照是對水 槽中的配水靜置不作任何處理。實驗歷時8天，實驗結(jié)束時，復合浮床處理水體的TN濃度 從 21. 66mg/l 降至Ij 6. 79mg/l，凈化率達 68. 65%, TP 濃度從 5. 46mg/l 降到 1. 42mg/l，凈化 率達73. 99%;而同期普通浮床處理水體的TN含量從20. 64mg/l降到11. 25mg/l，凈化率為45.49%3 含量從5.53!1^/1降到1. 78mg/l，凈化率為67. 81 %。另外，考慮到水體的自凈作用，在扣除水體的自凈功能(參考空白對照處理)影響后，復合浮床對TN的凈化率是普 通浮床的3. 14倍，對TP的凈化率是普通浮床的1. 55倍。因此，復合浮床對污染水體氮、磷 的去除效果顯著，明顯優(yōu)于普通浮床。
權(quán)利要求
一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征在于包括植物吸收利用單元(1)、水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元(2)、微生物掛膜強化單元(3)和框架(4)；在框架(4)的六面設(shè)有絲網(wǎng)(6)；所述的植物吸收利用單元(1)由支撐基質(zhì)(7)和浮床植物(5)構(gòu)成，所述的支撐基質(zhì)(7)和浮床植物(5)設(shè)于框架(4)頂部絲網(wǎng)上；所述的水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元(2)由若干個好氧區(qū)(11)和厭氧區(qū)(12)構(gòu)成，所述的好氧區(qū)(11)和厭氧區(qū)(12)設(shè)于框架(4)內(nèi)部并由分隔體(8)分隔而成；微生物掛膜強化單元(3)由若干個微生物附著的懸掛介質(zhì)(9)構(gòu)成，所述的懸掛介質(zhì)(9)設(shè)于框架(4)底部絲網(wǎng)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征 在于在框架(4)上設(shè)有浮子(13)，使得支撐介質(zhì)(7)部分或全部浮出水面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征 在于所述的植物吸收利用單元(1)的浮床植物(5)為空心菜、香根草、水芹菜或多花黑麥 草，其種植密度為50-120株/m2 ；所述的植物吸收利用單元(1)的支撐基質(zhì)(7)為天然椰棕 纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征 在于所述的分隔體(8)由不銹鋼絲網(wǎng)圍成，不銹鋼絲網(wǎng)內(nèi)表面設(shè)有襯里，襯里設(shè)有填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其 特征在于所述分隔體(8)為直三棱柱分隔體，其排列順序為上三角與下三角交替布置，實 現(xiàn)水流狀態(tài)由水平水流向“N”形水流的轉(zhuǎn)變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其 特征在于襯里為無紡布，所述的填料選用活性炭和沸石體積比1 1的混合物，活性碳和沸 石的粒徑為0. 5-2cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征 在于懸掛介質(zhì)(9)由陶粒和石英砂體積比10 1的混合物，其中陶粒的粒徑為l-2cm，石英 砂的粒徑為0. 3-0. 7cm，混勻裝進口袋封口構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征 在于所述的框架(4)為長方體結(jié)構(gòu)，材料選用竹子或木條。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種污染水體凈化的處理方法或工藝；一種強化生物脫氮除磷功效的水體自富氧復合浮床，其特征在于該方法包括植物吸收利用單元(1)、水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元(2)、微生物掛膜強化單元(3)和框架(4)；在框架(4)的頂部、底部和四圍固定不銹鋼絲網(wǎng)(6)；所述的植物吸收利用單元(1)由框架頂部上設(shè)有支撐基質(zhì)(7)和浮床植物(5)構(gòu)成；浮床將穿過水體自富氧多級好氧-厭氧反應(yīng)單元的水平水流轉(zhuǎn)變?yōu)椤癗”形水流，實現(xiàn)了對浮床中層好氧區(qū)水體的富氧，提升了中層水體的自凈功能。
文檔編號C02F3/30GK101817591SQ201010164360
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者劉俊偉, 劉凌, 劉玉洪, 燕文明 申請人:河海大學