專利名稱：一種污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國社會、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、城市化進(jìn)程的加速，越來越多的工業(yè)廢水和生活污水排入河流，造成河流水質(zhì)不斷下降。2008年中國環(huán)境狀況公報顯示，全國203條河流408個地表水國控監(jiān)測斷面中，I III類、IV V類和劣V類水質(zhì)的斷面比例分別為 57. 3%,24. 3%和18. 4%。主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量和氨氮。其中淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。說明全國河流水體污染整體較為嚴(yán)重，形勢嚴(yán)峻，嚴(yán)重污染的河流不僅會散失自凈化能力，還會引起河中生物的中毒死亡，破壞河流生態(tài)環(huán)境。因此，改善河流水質(zhì)，對河流進(jìn)行凈化處理，進(jìn)而進(jìn)行生態(tài)修復(fù)具有重要
眉、ο傳統(tǒng)的河道治理技術(shù)包括原位處理、旁位處理兩大類方式，相對應(yīng)的技術(shù)包括物理處理、化學(xué)處理、生物-生態(tài)處理技術(shù)，土地處理技術(shù)(快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流)、人工濕地技術(shù)、塘類技術(shù)等。由于生物-生態(tài)技術(shù)作為一種生態(tài)、無害的治理方法，結(jié)合了生物方法、生態(tài)方法兩者的優(yōu)點，具有操作簡便、投資少、無二次污染等特點受到了環(huán)境界的關(guān)注。目前在原位生物-生態(tài)凈化技術(shù)中通常采用生物浮床技術(shù)、水生植物修復(fù)技術(shù)等。專利申請?zhí)枮?00910224164. 1公布了一種組合式水體栽種植物花卉生態(tài)浮床，專利申請?zhí)枮?01010159154. 7公開了一種適用于高泥沙大流速水體的生態(tài)浮床，專利申請?zhí)枮?200910055699. 0公開了一種集成性污水河道水質(zhì)凈化方法，該專利主要采用生態(tài)浮床結(jié)合河道曝氣船進(jìn)行河道凈化。另外，李華等人(環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，生態(tài)浮床與人工濕地凈水效果比較小試研究)報道了通過對生態(tài)浮床和人工濕地這兩種方法的凈化水質(zhì)的效果進(jìn)行對比分析，對凈化河道湖泊水體方面的進(jìn)行了小試應(yīng)用，徐玉榮等人(華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，梯級生態(tài)浮床凈化城市黑臭河水中氮污染物的試驗研究)報道了采用水生植物， 并應(yīng)用逐級下沉的運行方式，構(gòu)建立體生態(tài)系統(tǒng)，李海英(湖泊科學(xué)，2009，微曝氣生態(tài)浮床凈化入湖河口污染河水原位模型實驗)報道了生物膜、水生植物浮床結(jié)合微曝氣凈化河口的試驗研究。但上述方法大多數(shù)為采用生態(tài)浮床，其凈化河道水質(zhì)過程往往在秋冬季氣溫降低時隨著漂浮植物的死亡凈化河道污染水體能力受到限制，從而限制了生態(tài)浮床的應(yīng)用。另外，上述技術(shù)大多為單項技術(shù)，其凈化水質(zhì)和改善生境的效果較慢，也不適合大面積實施， 且技術(shù)集成化程度不高、缺乏有效的集成方法，從而限制了技術(shù)的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的問題是提供一種集合生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解懸床模塊、以及沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊為一體的河道凈化模塊化系統(tǒng)。 由于我國大部分河道是城鄉(xiāng)居民水源地，并具有航運、養(yǎng)殖、旅游等多種功能，近年來沿岸工業(yè)點源污染、城鎮(zhèn)生活污水的大量排放、農(nóng)田面源污染，使得河道污染、富營養(yǎng)化現(xiàn)象愈加嚴(yán)重，河道水質(zhì)的惡化不僅制約了社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，也對城鎮(zhèn)居民的健康產(chǎn)生巨大危害。本發(fā)明設(shè)計出污染河道水體凈化模塊化技術(shù)，在污染(V類水或劣V類水)河道利用河道的水流方向，依次布置植物格柵模塊、彈性調(diào)料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解模塊、 沉水植物凈化模塊，污染河水經(jīng)過植物格柵單元、彈性填料單元、微生物分解單元、沉水植物單元強化凈化后，可以有效降低污染負(fù)荷，凈化河道水質(zhì)；在重污染河道(如黑臭河道)， 利用河道的水流方向，依次布置植物格柵模塊、微生物生態(tài)分解模塊、彈性調(diào)料吸附床模塊、沉水植物凈化模塊，污染河水經(jīng)過植物格柵模塊、微生物分解模塊、彈性填料模塊、沉水植物模塊時，經(jīng)過生物格柵模塊對水體懸浮顆粒物攔截，微生物生態(tài)分解懸床模塊中微生物降解、微孔曝氣處理，彈性填料模塊上生物膜降解，以及沉水植物模塊對水體污染物吸收降解過程，可以有效降低河道污染負(fù)荷，使得河道水體得到凈化，在冬季運行過程中也有較好效果。本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種污染河道水體凈化模塊化技術(shù)，按照本發(fā)明技術(shù)構(gòu)建的污染河道水質(zhì)凈化模塊，可以根據(jù)河道水體污染程度對模塊在水體中的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，高效凈化河道水體及在河道水體凈化中的應(yīng)用。所述的污染河道水體凈化模塊化技術(shù)構(gòu)建方法為在污染(V類水或劣V類水)河道利用河道的水流方向依次布設(shè)生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解懸床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊；而在重污染河道(如黑臭河道)，利用河道的水流方向，依次布置植物格柵模塊、微生物生態(tài)分解模塊、彈性調(diào)料吸附床模塊、沉水植物凈化模塊。所述的生物格柵模塊由沉水植物、浮水植物、挺水植物組成，可對污染河道水體懸浮顆粒物進(jìn)行有效攔截，生物格柵模塊的支撐框架為PVC管，潛沒于河道水體中，通過 2 X 2cm孔徑的篩網(wǎng)固定水生植物。所述的彈性填料模塊由親水型彈性填料、疏水性彈性填料構(gòu)成，支撐框架為PVC 管，彈性調(diào)料懸掛于支撐框架上，可對污染河道水體懸浮顆粒物進(jìn)行二次攔截并通過掛膜在彈性填料上的微生物群落對水體中的氮磷有機(jī)物進(jìn)行降解。所述的微生物床模塊由氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及床體構(gòu)成，床體支撐框架為PVC管；所述的微生物床模塊上附有微孔曝氣裝置，當(dāng)河道水體黑臭時，可以采用微孔曝氣裝置對水體進(jìn)行曝氣。所述的沉水植物凈化床模塊由沉水植物種群及床體構(gòu)成。優(yōu)選所述沉水植物模塊由水竹、香蒲、黑藻等組成。優(yōu)選所述彈性填料由親水性填料組成。作為優(yōu)選方案，微生物床由PVC管構(gòu)建而成，微生物床設(shè)有多個可抽拉式箱體，內(nèi)部放置具有良好微孔結(jié)構(gòu)的固定化載體，該種構(gòu)成了一種適宜于微生物生存、生長、增殖的“微生態(tài)”環(huán)境，適宜于微生物的生長，載體上負(fù)載土著氮循環(huán)細(xì)菌(包括氨化細(xì)菌、亞硝
4化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、及反硝化細(xì)菌)，床體四周由浮體組成，當(dāng)需要換置載體時，先調(diào)節(jié)浮力調(diào)節(jié)裝置，使微生物床浮出水面，然后拉開微生物床，更換載體。微生物床六個面密布孔徑 1 3cm的圓孔，使微生物能向周圍水體擴(kuò)散；微生物床模塊上附有微孔曝氣裝置，當(dāng)河道水體黑臭、溶解氧較低時，可以采用微孔曝氣裝置對水體進(jìn)行曝氣。作為優(yōu)選方案，沉水植物床由沉水植物及床體構(gòu)成，床體主體框架長寬高尺寸為 4X4X1. 5m,由6分圓管和方管底架構(gòu)成。沉水植物水草種植板由尺寸為2X2cm的角鐵框架與扁鐵條緊固構(gòu)成，沉水植物種植板由篩網(wǎng)構(gòu)建而成，通過沉水植物床頂部帶繩索的中央絞升架的牽拉調(diào)節(jié)種植板高度，沉水植物優(yōu)選伊樂藻、黑藻、馬來眼子菜。通過絞升架可以根據(jù)透明度高低調(diào)節(jié)種植板在水體中的深度，適應(yīng)于沉水植物對光照的要求。作為優(yōu)選方案，污染河道水體凈化模塊化技術(shù)根據(jù)水流方向的構(gòu)建順序依次為布設(shè)生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，利用生物格柵模塊降低河道水體懸浮顆粒物，利用彈性調(diào)料吸附模塊吸附部分水體懸浮顆粒物、通過彈性填料模塊上附著的微生物轉(zhuǎn)化河道水體中的營養(yǎng)鹽，通過微生物模塊進(jìn)一步分解、轉(zhuǎn)化河道水體氮磷，最后利用水生植物凈化模塊中沉水植物吸收轉(zhuǎn)化水體氮、 磷、有機(jī)物，達(dá)到有效降低水體污染負(fù)荷，凈化水質(zhì)目的；在重污染河道(如黑臭河道)，利用河道的水流方向，依次布置植物格柵模塊、微生物生態(tài)分解模塊、彈性調(diào)料吸附床模塊、沉水植物凈化模塊，污染河水經(jīng)過植物格柵模塊、微生物分解模塊、彈性填料模塊、沉水植物模塊時，經(jīng)過生物格柵模塊對水體懸浮顆粒物攔截，微生物生態(tài)分解懸床模塊中微生物降解、微孔曝氣處理，彈性填料模塊上生物膜降解，以及沉水植物模塊對水體污染物吸收降解過程，可以有效降低河道污染負(fù)荷，使得河道水體得到凈化。本發(fā)明的有益效果是提供的污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)，包含的生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解懸床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，可分別對污染河道水體中的顆粒物進(jìn)行有效攔截，對水體中的氮磷有機(jī)物進(jìn)行有效降解、吸收，有效降低河道污染負(fù)荷，使得河道水體得到凈化，在冬季運行過程中也有較好效果。


圖1污染河道水體凈化模塊化技術(shù)凈化河道水體位置2黑臭河道水體凈化模塊化技術(shù)凈化河道水體位置3生物格柵模塊結(jié)構(gòu)圖
1挺水植物，2浮力調(diào)節(jié)裝置，3沉水植物，4錨定裝置，5浮水植物，6篩網(wǎng)圖4彈性填料吸附床模塊結(jié)構(gòu)圖 1浮力調(diào)節(jié)裝置，2彈性填料，3錨定裝置圖5微生物分解床模塊結(jié)構(gòu)圖
1浮力調(diào)節(jié)裝置，2固定化微生物，3錨定裝置，4微孔曝氣裝置，5可抽拉式箱體圖6沉水植物生態(tài)凈化床模塊結(jié)構(gòu)圖 1浮力調(diào)節(jié)裝置，2沉水植物，3錨定裝置，4沉水植物種植板。
具體實施例方式實施例一以蘇南武進(jìn)港紅旗河為例進(jìn)行了實驗研究，該河?xùn)|入武進(jìn)港，全長1. 68km，河寬平均 16m，河深平均1. 68m，底泥深0. 16m，水流緩慢。河流穿過馬弛村和天井村，匯水面積約1944 畝，其中耕地約702畝。紅旗河周邊有農(nóng)村生活污水排放、農(nóng)田尾水以及企業(yè)排污，水體濁度較大。監(jiān)測顯示，紅旗河主要是總氮、總磷超標(biāo)，河流水質(zhì)總體為劣V類。實驗河道長度約 1000米，在河道中采用污染河道水體凈化模塊化技術(shù)構(gòu)建河道凈化系統(tǒng)，順?biāo)鞣较蛞来尾荚O(shè)生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，首先，布設(shè)生物格柵模塊，模塊長寬高分別為4X4X1. 5米，由PVC管構(gòu)成，潛沒于河道水體中，模塊中植物采用水竹、香蒲、黑藻，利用生物格柵模塊降低河道水體懸浮顆粒物； 其次布置彈性調(diào)料吸附模塊，模塊長寬高分別為4X4X1. 5米，由PVC管構(gòu)成，潛沒于河道水體中，模塊框架上懸掛親水型彈性填料，利用彈性調(diào)料吸附模塊吸附部分水體懸浮顆粒物、通過彈性填料模塊上附著的微生物轉(zhuǎn)化河道水體中的營養(yǎng)鹽；第三步布設(shè)微生物床模塊，微生物床模塊由PVC管構(gòu)建而成，模塊長寬高分別為4X4X1. 5米，微生物床設(shè)有多個可抽拉式箱體，內(nèi)部放置具有良好微孔結(jié)構(gòu)的固定化載體，載體上固定有氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌，可通過水流向下游擴(kuò)散，附著在水生植物根系，通過植物_微生物互利共生關(guān)系有效增加水生植物吸收轉(zhuǎn)化河道水體氮磷有機(jī)物，通過微生物床模塊上安裝的微曝氣裝置，在河水溶解氧較低時，啟動微曝氣裝置對河水進(jìn)行曝氣，增加河道水體溶解氧，分解有機(jī)物；最后布設(shè)水生植物床模塊，模塊由6分圓管和方管底架構(gòu)成，床體主體框架長寬高尺寸為4X4X1. 5m，模塊中間設(shè)置種植板，種植板由篩網(wǎng)構(gòu)成，上種植沉水植物，優(yōu)選伊樂藻、黑藻、馬來眼子菜，通過絞升架調(diào)節(jié)種植板深度，適應(yīng)于沉水植物對光照的要求，通過水生植物對水體氮磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行吸收，逐步凈化河道水體水質(zhì)。通過本河道水體凈化模塊化技術(shù)的處理(從10月起約8周)，實驗區(qū)河道水體水質(zhì)凈化水質(zhì)效果明顯，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分別達(dá)到45%、42%、54%、45%和37%，SS 從56下降為11，凈化效果明顯。實施例二
以蘇北某河道為例進(jìn)行實施研究，該河全長10. 6km，河寬平均13m，河深平均2. 15m，底泥厚0. 23m，水流緩慢。河流匯水面積約2541畝。河道周邊有農(nóng)村生活污水排放、農(nóng)田灌溉出水以及企業(yè)污染處理尾水，水體濁度較大，河水污染物主要是總氮、總磷、有機(jī)物超標(biāo)， 河流水質(zhì)總體為劣V類。實驗河道長度約1000米，在河道中采用污染河道水體凈化模塊化技術(shù)構(gòu)建河道凈化系統(tǒng)，順?biāo)鞣较蛞来尾荚O(shè)生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，四種模塊長寬高分別為模塊長寬高分別為4X4X1. 5米、4X4X1. 5米、4X4X1. 5米、和4X4X1. 5米，經(jīng)過約8周的凈化處理，實驗區(qū)河道水體水質(zhì)凈化水質(zhì)效果明顯，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分別達(dá)到41%、45%、 59%,51%和41%，SS從66下降為13，凈化效果明顯。實施例三
以淮北某入湖河道為例進(jìn)行實施研究，該河全長12. 4km,河寬平均16m，河深平均 2. 45m，底泥厚0. 34m，水流緩慢。河流匯水面積約3564畝。河道周邊有企業(yè)污染處理尾水、 農(nóng)村生活污水排放、農(nóng)田灌溉出水，河道黑臭、有機(jī)污染物含量高、溶解氧低。實驗河道長度約1300米，工程開始實施時，由于水體發(fā)黑發(fā)臭，沉水植物難以存活，針對該情況在河道中采用污染河道水體凈化模塊化技術(shù)構(gòu)建河道凈化系統(tǒng)，順?biāo)鞣较蛞来尾荚O(shè)生物格柵模塊、微生物生態(tài)分解床模塊、彈性填料吸附床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，四種模塊長寬高分別為模塊長寬高分別為6X6X2米、6X6X2米、6X6X2米、和6X6X2米，污染河水經(jīng)過植物格柵模塊、微生物分解模塊、彈性填料模塊、沉水植物模塊時，經(jīng)過生物格柵模塊對水體懸浮顆粒物攔截，微生物生態(tài)分解懸床模塊中微生物降解、通過微生物分解懸床的曝氣裝置1 (興德高效節(jié)能微孔曝氣系統(tǒng)XD-40)進(jìn)行微孔曝氣，并每隔一周換置一次固定化微生物載體，使水體微生物保持較高密度，再通過彈性填料模塊上生物膜降解，以及沉水植物模塊對水體污染物吸收降解過程，有效降低了該入湖河道污染負(fù)荷，使得河道水體得到凈化，經(jīng)過約10周的凈化處理，實驗區(qū)河道水體水質(zhì)凈化水質(zhì)效果明顯，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分別達(dá)到57%、55%、64%、54%和65%，SS從71下降為15，凈化效果明顯。 實施例四
以山東某入湖河道為例進(jìn)行實施研究，該河全長8. 5km,河寬平均11m，河深平均 2. 07m，底泥厚0. 17m，水流緩慢。河流匯水面積約2417畝。由于河道周邊有企業(yè)污染處理尾水、農(nóng)村生活污水排放、農(nóng)田灌溉出水，導(dǎo)致河道黑臭、有機(jī)污染物含量高、溶解氧低、水生植物難以生長。實驗河道長度約1300米，工程開始實施時，由于水體發(fā)黑發(fā)臭，沉水植物難以存活，針對該情況在河道中采用污染河道水體凈化模塊化技術(shù)構(gòu)建河道凈化系統(tǒng)， 順?biāo)鞣较蛞来尾荚O(shè)生物格柵模塊、微生物生態(tài)分解床模塊、彈性填料吸附床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊，四種模塊長寬高分別為模塊長寬高分別為5X5X1. 5米、5X5X1. 5 米、5X5X1. 5米、和5X5X1. 5米，污染河水經(jīng)過植物格柵模塊、微生物分解模塊、彈性填料模塊、沉水植物模塊時，經(jīng)過生物格柵模塊對水體懸浮顆粒物攔截，微生物生態(tài)分解懸床模塊中微生物降解、通過微生物分解懸床的曝氣裝置1(興德高效節(jié)能微孔曝氣系統(tǒng)XD-40) 進(jìn)行微孔曝氣，并每隔二周換置一次固定化微生物載體，使水體微生物保持較高密度，再通過彈性填料模塊上生物膜降解，以及沉水植物模塊對水體污染物吸收降解過程，有效降低了該入湖河道污染負(fù)荷，使得河道水體得到凈化，經(jīng)過約12周的凈化處理，實驗區(qū)河道水體水質(zhì)凈化水質(zhì)效果明顯，TN、TP、氨氮、硝氮、COD的去除率分別達(dá)到62%、54%、62%、51%和 58%，SS從65下降為11，凈化效果明顯。
權(quán)利要求
1.一種污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)，其特征是由生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解懸床模塊、沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)，其特征是生物格柵模塊由沉水植物、浮水植物、挺水植物組成，通過2X2cm孔徑的篩網(wǎng)固定水生植物；彈性填料吸附床模塊由親水型彈性填料、疏水性彈性填料構(gòu)成，支撐框架為PVC管；微生物生態(tài)分解懸床模塊由氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及床體構(gòu)成，床體支撐框架為PVC管，所述的微生物床模塊上附有微曝氣裝置；沉水植物生態(tài)凈化床模塊由沉水植物種群及床體構(gòu)成，床體支撐框架為鐵管或鋼管構(gòu)成，沉水植物種植板由篩網(wǎng)構(gòu)建而成，通過沉水植物床頂部帶繩索的中央絞升架的牽拉調(diào)節(jié)種植板高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)，其特征是依據(jù)污染程度對模塊在水體中的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，高效凈化污染河道水體水質(zhì)。
4.權(quán)利要求1所述污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)在河道水環(huán)境污染防治中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于水環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污染河道水體凈化模塊化系統(tǒng)及其應(yīng)用。污染河道水體凈化模塊化主要由生物格柵模塊、彈性填料吸附床模塊、微生物生態(tài)分解懸床模塊、以及沉水植物生態(tài)凈化懸床模塊組成；生物格柵模塊由框架及沉水植物、浮水植物、挺水植物組成，彈性填料模塊由框架結(jié)構(gòu)與親水型彈性填料、疏水性彈性填料構(gòu)成，微生物床模塊由框架結(jié)構(gòu)、微孔曝氣裝置、微生物構(gòu)成，沉水植物凈化床模塊由沉水植物種群及床體構(gòu)成。本發(fā)明技術(shù)提供的污染河道水質(zhì)凈化模塊，可以根據(jù)河道水體污染程度對模塊在水體中的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，高效凈化污染河道水體和黑臭河道水體水質(zhì)，有效降低河道污染負(fù)荷，對河道水體凈化具有重要意義。
文檔編號C02F9/14GK102219339SQ20111011823
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者李正魁, 潘靜赟 申請人:南京大學(xué)