專利名稱：一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物強(qiáng)化裝置，更具體的說(shuō)是一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置及 其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
河流生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，由河岸生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)、濕地及沼澤生態(tài)系 統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。向河道內(nèi)排放污廢水、過(guò)量用水、擠占河灘地、砍伐森林、引入外來(lái)物種以 及大規(guī)模筑壩、修建水庫(kù)、渠道化等水利工程措施，都會(huì)破壞河流生態(tài)系統(tǒng)健康。過(guò)量用水 和排污造成水量嚴(yán)重不足或水質(zhì)惡化使大部分水生生物難以生存，將導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)崩 潰各種水利工程改變河流天然的地貌特征以及水文、水力條件，從而減弱河流的自我恢復(fù) 能力?，F(xiàn)有的河道修復(fù)技術(shù)主要有(一)物理修復(fù)技術(shù)主要包括河道補(bǔ)水技術(shù)、生態(tài)防 滲技術(shù)、底泥疏浚與物理覆蓋技術(shù)和人工增氧技術(shù)等。以上技術(shù)有工程量大，費(fèi)用高，為避 免對(duì)底質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)的破壞，要求疏浚的精度高等問(wèn)題。( 二)化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要針對(duì)水體污染物的特征投加化學(xué)藥劑以強(qiáng)制去除或固定 污染物，改善水質(zhì)以恢復(fù)河流生態(tài)的方法，如投加絮凝劑促進(jìn)污染物沉淀、加石灰脫氮、投 加化學(xué)藥劑除藻、調(diào)節(jié)PH值對(duì)重金屬進(jìn)行化學(xué)固定等?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)操作比較簡(jiǎn)單，短期 效果好，但容易造成二次污染。(三)生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)生物_生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要通過(guò)培育水生動(dòng)植物、投放微 生物、修復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及恢復(fù)河道天然形態(tài)實(shí)現(xiàn)河流的生態(tài)修復(fù)。具體而言包 括微生物修復(fù)技術(shù)、水生動(dòng)植物修復(fù)技術(shù)、人工濕地技術(shù)以及多自然型河流構(gòu)建技術(shù)等。存 在實(shí)施難度大、投放微生物易擴(kuò)散流失等問(wèn)題。受污染河道水體中，污染物之所以難以降解的主要原因是環(huán)境體系中不存在或存 在少量可降解污染物的微生物，即使存在少量可降解污染物的微生物，也會(huì)由于競(jìng)爭(zhēng)和捕 食作用等微生物的生態(tài)關(guān)系使其很難大量繁殖并發(fā)揮降解污染物的能力。水體的溫度、PH、 鹽度、溶解氧及營(yíng)養(yǎng)等外部環(huán)境條件不適的情況下也不利于微生物降解能力的發(fā)揮。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(moving-bed-biofilm-reactor，簡(jiǎn)稱MBBR)在80年代末就 有所介紹并很快在歐洲得到應(yīng)用，它吸取了傳統(tǒng)的活性污泥法和生物接觸氧化法兩者的優(yōu) 點(diǎn)而成為一種新型、高效的復(fù)合工藝處理反應(yīng)器。其核心部分就是以比重接近水的懸浮填料直接投加到曝氣池中作為微生物的活 性載體，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態(tài)，當(dāng)微生物附著在載體上， 漂浮的載體在反應(yīng)器內(nèi)隨著混合液的回旋翻轉(zhuǎn)作用而自由移動(dòng)，從而達(dá)到污水處理的目 的。作為懸浮生長(zhǎng)的活性污泥法和附著生長(zhǎng)的生物膜法相結(jié)合的一種工藝，MBBR法兼 具兩者的優(yōu)點(diǎn)占地少——在相同的負(fù)荷條件下它只需要普通氧化池20%的容積；微生物 附著在載體上隨水流流動(dòng)，所以不需活性污泥回流或循環(huán)反沖洗；載體生物不斷脫落，避免堵塞；有機(jī)負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，所以出水水質(zhì)穩(wěn)定；水頭損失小、動(dòng)力消耗低，運(yùn)行 簡(jiǎn)單，操作管理容易；同時(shí)適用于改造工程等。但現(xiàn)有的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器由于其結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)不能很好的應(yīng)用于河道凈化中，尤其是針對(duì)低溫條件下河道溝渠污染水體的治理。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有河道溝渠水體凈化設(shè)備的不足，本發(fā)明的目的是提供一種河道溝渠 水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置及其應(yīng)用，利用水流作為驅(qū)動(dòng)力，它能對(duì)河道溝渠污染物及生活污水進(jìn) 行有效強(qiáng)化處理，減少能量消耗，增加傳質(zhì)速率，提高氧利用率，并能保證在低溫條件下持 續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置， 包括其中心的中轉(zhuǎn)軸和圍繞中轉(zhuǎn)軸的填料區(qū)，以中轉(zhuǎn)軸為中心，上固定板與下固定板與中 轉(zhuǎn)軸為一體，葉輪固定在下固定板上，以格柵狀篩網(wǎng)將填料區(qū)分成四個(gè)區(qū)間，區(qū)間內(nèi)裝有生 物填料。上述的中轉(zhuǎn)軸、葉輪和固定板呈一體化。填料區(qū)中的四個(gè)區(qū)間中以相對(duì)二區(qū)間固 定生物填料于固定板之間，另二區(qū)間裝有懸浮生物填料。二區(qū)間固定生物填料優(yōu)選生物繩 填料。通過(guò)水流驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)生物繩和懸浮填料轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛膜，達(dá)到吸 附、去除污染物的效果。為滿足河道中部水流速度快，停留時(shí)間相對(duì)較短的現(xiàn)狀，固定板與 填料區(qū)構(gòu)成圓柱狀，在有利于裝置正常轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物更大效率的去除。選擇生 物繩填料并對(duì)其進(jìn)行固定，避免了填料流失的問(wèn)題，以懸浮填料進(jìn)行掛膜，可以實(shí)現(xiàn)污水的 同步脫氮，二者配合使用增大了微生物同污染物的接觸面積，掛膜后的填料上微生物密度 較高，對(duì)污染物質(zhì)有更高的吸附去除率。整個(gè)生物強(qiáng)化裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，有一半?yún)^(qū)間的生物繩填料和懸浮填料處于逆水 流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在水力剪切力的作用下，有利于促使老化的生物膜不斷脫落、新的生物膜不斷 形成，更能維持生物膜厚度保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平；借助水流的順流作用，可實(shí)現(xiàn)生物膜以 一個(gè)平緩的狀態(tài)吸附污染物并實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解，同時(shí)為生物膜的穩(wěn)定增長(zhǎng)創(chuàng)造條件。由常溫到低溫的掛膜馴化，可以實(shí)現(xiàn)生物膜中微生物由中溫菌占主導(dǎo)地位到耐冷 菌占主導(dǎo)地位的過(guò)度，由于耐冷菌在低溫條件下分泌的冷活性酶對(duì)污染物降解有更好的處 理效果，從而提高了生物強(qiáng)化裝置在冬季低溫條件下的可利用性。在結(jié)冰期可以通過(guò)參考 歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)冰層厚度，在縮短兩塊固定板間距后，將裝置高度降到冰層以下，實(shí)現(xiàn)凈化作 用持續(xù)進(jìn)行；結(jié)冰后冰層將軸殼包裹，但在軸殼的保護(hù)作用下，中轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)可不受冰層影 響。有益效果本發(fā)明提供了一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置及其應(yīng)用，以水流作為 驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)整個(gè)強(qiáng)化裝置運(yùn)動(dòng)，從根本上解決了降低能耗的問(wèn)題；以固定生物填料和懸浮 填料相結(jié)合，避免填料流失，同時(shí)可以結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)，達(dá)到對(duì)COD的有效去除和同步脫氮， 因?yàn)槠漭^大的比表面積可以固定更多的微生物，提高微生物濃度；以轉(zhuǎn)動(dòng)方式進(jìn)行污染物 的捕集、吸附，在達(dá)到移動(dòng)床效果的同時(shí)，大大提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧的傳質(zhì)速率，使微 生物得到更好的生存條件，保證穩(wěn)定的處理效率；該生物強(qiáng)化裝置可以針對(duì)河道溝渠不同 水層的污染狀況進(jìn)行處理，填料便于調(diào)整和更換，該裝置便于安裝、移動(dòng)、調(diào)整和搬運(yùn)，同時(shí)具有節(jié)能、環(huán)保、購(gòu)置成本低、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。填料馴化掛膜，低溫時(shí)可以提高生物膜中 耐冷菌的比例，在低溫條件下能適應(yīng)河道結(jié)冰期的變化，從而解決了北方地區(qū)冬季污水生 物處理效率低、排放不達(dá)標(biāo)所造成的河網(wǎng)污染等問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明提供的生物強(qiáng)化裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的生物強(qiáng) 化裝置的生物繩填料切面示意圖；圖3為本發(fā)明提供的生物強(qiáng)化裝置的懸浮填料切面示意 圖；圖4為本發(fā)明提供的生物繩填料的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供的生物強(qiáng)化裝 置，其為一圓柱體，以中轉(zhuǎn)軸1為中心，上固定板3與下固定板與中轉(zhuǎn)軸為一體，葉輪5固定 在下固定板上，以格柵狀篩網(wǎng)6將填料區(qū)4分成四個(gè)區(qū)間，以相對(duì)二區(qū)間固定生物填料于固 定板之間，另二區(qū)間裝有懸浮生物填料，篩網(wǎng)對(duì)填料起到網(wǎng)羅作用，防止流失。軸殼2套在 中轉(zhuǎn)軸1上端，對(duì)中轉(zhuǎn)軸1起保護(hù)作用。固定板結(jié)合水浮力及固定板密度優(yōu)選塑料，以實(shí)現(xiàn)滿足水利條件的前提下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。二區(qū)間固定生物填料選用生物繩填料，生物繩填料和懸浮填料其填料材質(zhì)軟硬皆 可，優(yōu)選為硬質(zhì)材料，以實(shí)現(xiàn)該填料在水中保持穩(wěn)定形態(tài)，防止生物膜大量脫落即可，通常 選用MBBR填料均可，常用聚丙烯等。圖4給出兩種生物繩填料結(jié)構(gòu)示意圖。葉輪數(shù)量要根據(jù)當(dāng)?shù)厮魉俣燃把b置所受整體阻力進(jìn)行選擇，同時(shí)要根據(jù)填料中 生物膜的生長(zhǎng)特性，設(shè)計(jì)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，即轉(zhuǎn)速維持合理范圍，葉輪數(shù)量設(shè)計(jì)由一個(gè)到多 個(gè)不等。軸殼的長(zhǎng)度要大于當(dāng)?shù)睾拥辣鶎拥暮穸?，同時(shí)軸殼的材質(zhì)要保證在低溫條件下不 變形、不破損，以實(shí)現(xiàn)在結(jié)冰期將生物強(qiáng)化裝置降到冰層以下，保證凈化的持續(xù)進(jìn)行。如附圖1與2所示，生物繩填料4由固定板3固定，葉輪5在水流的驅(qū)動(dòng)作用下旋 轉(zhuǎn)，帶動(dòng)整個(gè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，生物繩填料4旋轉(zhuǎn)掛膜；如附圖1和3所示，懸浮填料4在篩網(wǎng)6的 網(wǎng)羅作用下與水流接觸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛膜，達(dá)到移動(dòng)床的效果。生物膜厚度隨時(shí)間變化而不斷 增加，由于整個(gè)圓柱體外層生物繩填料線速度相對(duì)較快，與微生物接觸頻率更高，吸取營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)更多，所以掛膜速度相對(duì)內(nèi)層填料更快，要根據(jù)生物膜特性及所選填料的種類決定填 料的分布形式、密度等情況，保證內(nèi)層填料生物膜的微生物能得到充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解 氧，待掛膜穩(wěn)定后直接進(jìn)入污染物吸附、去除階段。該生物強(qiáng)化裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，根據(jù)設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)周期及旋轉(zhuǎn)速度，填料上的生 物膜在逆水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到相對(duì)更大的水力剪切力，有利于老化生物膜的脫除和新生物 膜的形成，同時(shí)使生物膜厚度保持在相對(duì)穩(wěn)定的程度，有利于其內(nèi)部微生物保持較高的生 物活性，保證污染物質(zhì)的穩(wěn)定去除效果。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，溫度由常溫到低溫過(guò)度時(shí)，生 物膜中的微生物經(jīng)歷一個(gè)自然馴化過(guò)程，耐冷菌的比例也會(huì)隨溫度降低而逐漸提高，可以 實(shí)現(xiàn)在低溫條件下穩(wěn)定的污染物去除效果。以下實(shí)施例均采用本生物強(qiáng)化裝置進(jìn)行水質(zhì)處 理。
實(shí)施例1在IV類水質(zhì)(根據(jù)GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))河道(溝渠)中 建立水流驅(qū)動(dòng)式生物強(qiáng)化裝置，先對(duì)生物繩填料和懸浮填料在填料區(qū)旋轉(zhuǎn)掛膜，經(jīng)過(guò)1 3 個(gè)月的掛膜后，強(qiáng)化裝置進(jìn)入正式運(yùn)行階段，生物膜吸附河道污染物，通過(guò)生物繩對(duì)有機(jī)物 的去除效果和懸浮填料的同步脫氮作用，經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化裝置凈化的河水水質(zhì)得到凈化，COD 減少30% 40%，N、P減少25% 30%。實(shí)施例2在V類和劣V類水質(zhì)(根據(jù)GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))河道(溝 渠)中建立水流驅(qū)動(dòng)式生物強(qiáng)化裝置，在中轉(zhuǎn)軸1垂直方向套用多個(gè)填料區(qū)單元，根據(jù)不 同水深水質(zhì)，使上下兩個(gè)單元填料相錯(cuò)布置，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，之后進(jìn)行掛膜，在掛膜成熟后， 進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，吸附去除污染物，增進(jìn)生物強(qiáng)化作用，COD減少50%，N、P減少25% 35%。實(shí)施例3在冬季存在結(jié)冰期的小河道(溝渠)中運(yùn)用已安裝生物強(qiáng)化裝置，根據(jù) 當(dāng)?shù)乇鶎雍穸龋谝延械膾炷ぜ暗蜏伛Z化的基礎(chǔ)上，將裝置高度降至冰層以下，在軸殼2被 冰層包裹情況下，保證中轉(zhuǎn)軸1自由轉(zhuǎn)動(dòng)，裝置由常溫過(guò)度到低溫運(yùn)行階段，經(jīng)馴化的生物 膜直接對(duì)污染物進(jìn)行吸附去除，裝置正常運(yùn)行，達(dá)到冬季結(jié)冰期河道持續(xù)凈化的效果，COD 減少20% 25%，N、P減少15% 20%。
權(quán)利要求
一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置，包括其中心的中轉(zhuǎn)軸(1)和圍繞中轉(zhuǎn)軸的填料區(qū)(4)，其特征在于以中轉(zhuǎn)軸(1)為中心，上固定板(3)與下固定板與中轉(zhuǎn)軸(1)為一體，葉輪(5)固定在下固定板上，以格柵狀篩網(wǎng)(6)將填料區(qū)(4)分成四個(gè)區(qū)間，區(qū)間內(nèi)裝有生物填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物強(qiáng)化裝置，其特征在于以相對(duì)二區(qū)間固定生物填料于固 定板之間，另二區(qū)間裝有懸浮生物填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物強(qiáng)化裝置，其特征在于中轉(zhuǎn)軸(1)、葉輪(5)和固定板 (3)呈一體化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的生物強(qiáng)化裝置，其特征在于固定板之間固定生物填料為生 物繩填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的生物強(qiáng)化裝置，其特征在于軸殼2套在中轉(zhuǎn)軸 1上端。
6.權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置在處理水體污染中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種河道溝渠水質(zhì)生物強(qiáng)化裝置及其應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。該裝置包括其中心的中轉(zhuǎn)軸和圍繞中轉(zhuǎn)軸的填料區(qū)，其特征在于以中轉(zhuǎn)軸(1)為中心，上固定板(3)與下固定板與中轉(zhuǎn)軸(1)為一體，葉輪(5)固定在下固定板上，以格柵狀篩網(wǎng)(6)將填料區(qū)(4)分成四個(gè)區(qū)間，區(qū)間內(nèi)裝有生物填料。本發(fā)明應(yīng)用于河道溝渠水體處理時(shí)，以水流作為驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)整個(gè)強(qiáng)化裝置運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明以固定生物填料和懸浮填料相結(jié)合，避免填料流失，能達(dá)到對(duì)COD的有效去除和同步脫氮；在達(dá)到移動(dòng)床效果的同時(shí)，大大提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧的傳質(zhì)速率；該生物強(qiáng)化裝置可以針對(duì)河道溝渠不同水層的污染狀況進(jìn)行處理，同時(shí)具有節(jié)能、環(huán)保、購(gòu)置成本低、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK101913696SQ20101024616
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者丁原紅, 任洪強(qiáng), 牛川, 郭瑞昕 申請(qǐng)人:南京大學(xué)