本發(fā)明涉及河湖污染治理領域，特別是一種可切換檔位的高效水體修復裝置。

背景技術：

在水體修復過程中，高效微生物能夠強化有機物降解，加快水體修復效率并降低能耗。然而高效微生物需要與之對應的溫度條件才可以發(fā)揮其活力。嗜熱微生物對有機物的降解效率極強，其酶活力一般高于常溫微生物，這正是可以利用的高效微生物，然而嗜熱微生物需要50℃以上的溫度環(huán)境才可以發(fā)揮其高效性，而水體溫度一般不會超過40℃，如果采用人工加熱需要體積巨大的加熱裝置并消耗大量的電能，因此目前國內(nèi)外還沒有人采用嗜熱微生物對水體進行修復。

太陽能是一種清潔環(huán)保的免費能源，太陽能熱水器是世界范圍內(nèi)被廣泛使用的熱水器，節(jié)能效果優(yōu)異，目前，市場上出售的家用熱水器正常情況下每天可以提供100~300L熱水，大型酒店及企業(yè)使用的熱水器每日可產(chǎn)生約50噸熱水（50立方米）。利用太陽能為污水加熱是降低能耗的最佳選擇。然而日照強度隨時都會發(fā)生變化，例如夏季的日照強度要高于冬季，晴天的日照強度要高于陰雨天，白天的日照強度大大高于夜晚的日照強度，正午的日照強度高于白天任何時刻的日照強度。環(huán)境溫度也會對污水加熱造成影響，環(huán)境溫度越低，污水加熱越困難，風速、氣候、日照強度等因素都會影響環(huán)境溫度，給污水加熱過程帶來諸多變數(shù)。特定的微生物必須在特定的溫度環(huán)境中才能良好地生長與繁殖，若日照強度突然發(fā)生變化就會導致污水溫度發(fā)生變化，若污水溫度變化幅度過大（例如白天和夜晚）就會導致特定的微生物失去活力，降解污水的能力就會大大降低。例如嗜熱菌喜歡生長在50~60℃的溫度環(huán)境中，若將其放在20℃的溫度環(huán)境中，其生長代謝速度就會大大減慢，甚至停止，酶活力也迅速降低；嗜溫菌喜歡生長在20~30℃的溫度環(huán)境中，若將其放在60℃的溫度環(huán)境中，其生長代謝速度也會大大減慢，甚至死亡，酶活力也迅速降低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種可切換檔位的高效水體修復裝置，這種用于水體修復的高效水處理裝置能夠根據(jù)污水溫度變化情況迅速切換至合適的檔位，繼續(xù)進行污水快速修復。首次設計出可搭載嗜熱菌的水體修復裝置，首次設計出可切換檔位的水體修復裝置。

本發(fā)明的技術方案：一種可切換檔位的高效水體修復裝置，主要結(jié)構(gòu)包括：水泵、太陽能熱水器、軌道車、微生物菌床、多孔曝氣管、微生物載體、風機。如圖1所示，污水泵1通過水管連接著熱水器水箱2，穿出來的水管連接著軌道車3，軌道車由車體3-1、車架3-2、車輪3-3組成，其中車體3-1固定在車架3-2上，車架3-2固定在車輪3-3上，車輪固定于兩根軌道4-1和4-2的內(nèi)側(cè)，兩根軌道4-1和4-2固定在三角支架5上。水管從軌道車中穿出來后的出水口6垂直向下。在出水口的下方正對著五個并列相同的微生物菌床7-1、7-2、7-3、7-4、7-5。在五個微生物菌床內(nèi)分別固定有相同的多孔曝氣管8-1、8-2、8-3、8-4、8-5，五根多孔曝氣管分別被相同的微生物載體9-1、9-2、9-3、9-4、9-5包裹，多孔曝氣管8的一端封閉，另一端連接著風機10。在微生物菌床7的右端設置有出水口11。五個微生物菌床之間被隔板12-1、12-2、12-3、12-4分開。裝置工作時黑臭水在水泵1的作用下以一定的流速通過多臺串聯(lián)的太陽能熱水器水箱2（圖1中標識了兩臺熱水器僅作為原理示意圖），黑臭水經(jīng)過水箱2的過程中與水箱2中的熱水發(fā)生熱交換而升溫，加熱后的水流入軌道車3，在軌道車3的內(nèi)部設置有水溫傳感器可以連續(xù)監(jiān)測入水溫度，軌道車3內(nèi)設置有固定程序，該程序可以根據(jù)水溫度決定軌道車3的位置，軌道車3的出水口6垂直向下對準微生物菌床7的最前端。當水溫等于或大于50℃時，軌道車3自動移動至微生物菌床7-1的前端；當水溫介于40~50℃時，軌道車3自動移動至微生物菌床7-2的前端；當水溫介于30~40℃時，軌道車3自動移動至微生物菌床7-3的前端；當水溫介于20~30℃時，軌道車3自動移動至微生物菌床7-4的前端；當水溫低于20℃時，軌道車3自動移動至微生物菌床7-5的前端。微生物載體9-1、9-2、9-3、9-4、9-5上分別接種有能夠在50℃以上、40℃~50℃、30℃~40℃、20℃~30℃、20℃以下良好生長的微生物。特定溫度的污水會流向固定有特定微生物的微生物菌床，例如夏季正午12點~14點，出水溫度能持續(xù)保持50℃以上，此時污水自動會流向微生物菌床1，微生物菌床1上的嗜熱菌會將污水中的有機物迅速降解，當夜幕降臨熱水器停止工作，導致水溫緩慢下降，軌道車會自動根據(jù)水溫變化依次從微生物菌床7-1移動至微生物菌床7-5。第二天太陽再次升起時，熱水器重新進入工作狀態(tài)，使污水水溫逐漸上升，軌道車會自動根據(jù)水溫升高程度依次從微生物菌床7-5移動至微生物菌床7-1，如此反復左右運行?？諝庠陲L機10的作用下流進多孔曝氣管8，隨后從微生物載體9的間隙中流出，為微生物載體9上的微生物提供氧氣。隨著污水向著出水口11的方向流動，熱量會逐漸被空氣帶走導致污水溫度逐漸降低，因此在每一個微生物菌床內(nèi)會存在著一個溫度梯度，而每一個溫度區(qū)間會分別對應著適應這一溫度區(qū)間的不同微生物菌群，由于每一個微生物都處于最佳的溫度環(huán)境中，因此微生物降解污水的能力會接近極限狀態(tài)。處理后的污水從出水口11排入黑臭水體。

本發(fā)明的工作原理：垂直于水流方向上的曝氣會帶走污水中的部分能量導致污水降溫，因此當水流過特定的距離后就會在微生物載體上形成一段由高到低的溫度梯度，不同的微生物會選擇適合于自己生長的溫度段在載體上繁殖定居下來，形成穩(wěn)定的生物膜，由于每種微生物都處于最佳溫度條件下，因此生物膜的處理效率會接近極限。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

（1）首次實現(xiàn)了嗜熱菌在黑臭水體治理中的應用，大大提高了水體的修復效率；

（2）采用濾料負載微生物避免了高效微生物流失與雜菌污染；

（3）將曝氣管包埋于微生物濾料中強化了曝氣效率；

（4）利用太陽能為污水加熱，大大減少了黑臭水治理的能源消耗；

（5）可以自動根據(jù)日照強度和環(huán)境溫度的變化讓污水隨時切換至合適的微生物菌床上進行處理；

（6）操作簡易、處理效率極高、生態(tài)環(huán)保。

附圖說明

圖1 可切換檔位的高效水體修復裝置示意圖。

圖2 五個并列的微生物菌床俯視圖。

圖3 熱水器與水管連接部位側(cè)視圖。

圖4 微生物菌床對污水的降解效果。

圖中：1.污水泵 2.熱水器水箱 3.流向轉(zhuǎn)換器 4.出水管 5.微生物菌床 6.多孔曝氣管 7.微生物載體 8.風機 9.出水口 10.隔板。

具體實施方式

本發(fā)明通過以下實施例進一步詳述,但本實施例所敘述的技術內(nèi)容是說明性的,而不是限定性的,不應依此來局限本發(fā)明的保護范圍。

一種可切換檔位的高效水體修復裝置，主要結(jié)構(gòu)包括：水泵、太陽能熱水器、軌道車、微生物菌床、多孔曝氣管、微生物載體、風機。如圖1所示，污水泵1通過水管連接著熱水器水箱2，穿出來的水管連接著軌道車3，軌道車由車體3-1、車架3-2、車輪3-3組成，其中車體3-1固定在車架3-2上，車架3-2固定在車輪3-3上，車輪固定于兩根軌道4-1和4-2的內(nèi)側(cè)，兩根軌道4-1和4-2固定在三角支架5上。水管從軌道車中穿出來后的出水口6垂直向下。在出水口的下方正對著五個并列相同的微生物菌床7-1、7-2、7-3、7-4、7-5。在五個微生物菌床內(nèi)分別固定有相同的多孔曝氣管8-1、8-2、8-3、8-4、8-5，五根多孔曝氣管分別被相同的微生物載體9-1、9-2、9-3、9-4、9-5包裹，多孔曝氣管8的一端封閉，另一端連接著風機10。在微生物菌床7的右端設置有出水口11。五個微生物菌床之間被隔板12-1、12-2、12-3、12-4分開。

上述實施例中污水泵1的型號為：LX-155，額定功率為85w。水管內(nèi)徑30mm。三十臺太陽能熱水器2均選用型號為Q-B-J-1-300/4.52/0.05的太陽能熱水器。軌道車3為天津奧為環(huán)?？萍迹ㄌ旖颍┯邢薰九c北京普世圣華科技有限公司聯(lián)合設計研發(fā)，軌道車內(nèi)設置有溫度傳感器與電子芯片，可以根據(jù)水溫自動移動位置。5個并列的微生物菌床7尺寸均為：8m*0.2m*0.2m（長*寬*高）,微生物菌床由有機玻璃制作而成，由于裝置較長，為了便于運輸，每個微生物菌床均由8塊尺寸為：1m*0.2m*0.2m（長*寬*高）的模塊組裝而成，模塊的連接部位用玻璃膠密封。多孔曝氣管8也是由8個尺寸為1m*0.05m*0.06m(長*內(nèi)徑*外徑)的模塊拼接而成，多孔曝氣管由不銹鋼材料制作而成。微生物載體9為粒徑介于4~6mm的陶粒濾料，陶粒濾料被孔徑為3mm的不銹鋼鋼絲網(wǎng)包裹并固定在曝氣管上。風機10選用型號為ACO-016的曝氣機。

微生物菌床7-1中接種的微生物為天津市奧為環(huán)保科技（天津）有限公司所保藏的嗜熱菌，經(jīng)過鑒定分別為Bacillus sp. MN-07，Bacillus coagulans，Bacillus coagulans strain KM-1，Bacillus coagulans 36D1，Bacillus licheniformis strain Pb-WC09009，Bacillus tequilensis strain CGX5-1，Bacillus licheniformis strain TS-11。使用前先將七種微生物置于LB培養(yǎng)基中活化，其中，LB培養(yǎng)基的配方為：蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化鈉5g，pH值7.4，培養(yǎng)溫度為50~55℃。將活化后的微生物，接種于LB培養(yǎng)基中制作成嗜熱菌菌液，將陶粒濾料放置于裝有嗜熱菌菌液的容器中，采用人工加熱維持菌液溫度介于50~60℃，高強度曝氣約一周，期間適時更換菌液，直至陶粒上生長出穩(wěn)定的嗜熱菌菌落再將其包裹于微生物菌床7-1的曝氣管8-1的外側(cè)。其余四個微生物菌床不接種任何微生物，讓污水中的微生物在微生物載體上自然生長繁殖。

實驗場位于天津市津南區(qū)北閘口鎮(zhèn)一處黑臭水體治理示范現(xiàn)場，系統(tǒng)預運行30天。第31天開始從各個出水口取樣，檢測水樣COD。圖4顯示了各水樣的檢測結(jié)果，從圖中可以看出，入水口水樣的COD值介于155 mg/L~164 mg/L之間，經(jīng)過微生物菌床7-1、7-2、7-3、7-4、7-5的處理后COD值均明顯下降，其中微生物菌床7-1對COD的降解效率最高，出水水樣的COD值下降至78 mg/L左右。微生物菌床7-5對COD的降解效率最低，出水水樣的COD值下降至135 mg/L左右。這一實驗結(jié)果證明嗜熱菌能夠高效降解污水COD，其效果遠遠高于其他微生物，太陽能產(chǎn)生的熱量全部用于給各種類型的微生物升溫，強化了各種微生物的酶活力和生命活動。證明了這種水體修復裝置是一種高效水體修復裝置。