一種湖泊水體修複方法和裝置的製作方法

2023-06-21 18:39:51

專利名稱：一種湖泊水體修複方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及湖泊水體的處理方法，尤其涉及一種湖泊水體修複方法 和裝置。
背景技術：
城市湖泊生態系統具有調節生態、文化娛樂等服務功能，隨著我國 城市化進程的加快，許多城市在高速發展的同時，對城市內湖沒有進行 有效保護，許多湖泊呈現不同程度的富營養化，嚴重的破壞了城市湖泊 的生態景觀功能，因此城市湖泊治理是許多城市改善生態環境急需解決 的問題。
相對於一般的生活汙水和水汙染而言，湖泊水體主要存在以下幾個
特點-
(1) 所選擇的對象水域面積較小
這類湖泊大多具有水域相對封閉，對汙染物的自身消化降解能力較 差，對居民休閒具有重要的景觀功能，同時又容易被汙染而出現水體水 質惡化狀態，影響水體功能。
(2) 水體汙染物以氨氮、磷為主
城市內湖汙染主要由周邊居民生活汙水洩露或周邊娛樂設施產生 的汙染物汙染而導致，其中以氮、磷汙染物影響較大，容易造成水體富 營養化。
目前，湖泊水體的主要方法修複方法如下I 、物理修復主要通過底泥疏浚、換水、填沙、營養鹽鈍化、 底層曝氣、稀釋衝刷、調節湖水氮磷比、覆蓋底部沉積物 及絮凝沉降等措施改善水體水質，其中疏浚是最常見的方 法。該方法工程量大，成本高，在施工期間不可避免地會 對湖泊休閒景觀功能產生弱化影響。 II、化學修復主要從兩個方面進行， 一方面用化學手段最大 限度控制水體中的主要營養鹽類的濃度，如針對水體營養 鹽的過剩，向水體加入石灰進行脫氮；投加高價的金屬鹽 類以沉澱水體中的磷等。另一方面是主要針對過量浮遊藻 類的控制，例如加入化學藥劑進行殺藻。化學方法十分容 易造成水體的二次汙染，且使用成本比較高，容易再次爆 發水華現象，通常僅作為一種輔助技術或應急控制技術。 III、生態修復通過生態手段恢復湖泊生態系統合理的結構， 構建高效協調的湖泊生態鏈，重建受損生態系統的功能以 及相關的物理、化學和生物特性，使系統達到自我維持的 狀態，但生態修復技術的修復周期較長，見效慢。

發明內容
本發明的目的在於提供一種湖泊水體快速修複方法和裝置，以克服 現有技術中影響景觀、成本高、見效慢的缺點。
本發明所採用的湖泊水體修復裝置，包括一個工業罐體，其特徵在
於
所述的工業罐體內設置第一隔板和第二隔板，所述的第一隔板和第 二隔板將工業罐體內部依次分隔為生化區、濾膜區和清水區；
安置於湖泊中的第一提升泵連接管道，連通至生化區，所述的生化 區中設置曝氣盤，曝氣盤安裝於生化區的下部，所述的生化區中具有微生物降解作用的活性汙泥；
所述的第一隔板頂部設有溢流間隙，生化區中的湖泊水由溢流間隙 流入濾膜區；
所述的濾膜區中設置膜組件，所述的膜組件連接第二提升泵，該第 二提升泵安裝於濾膜區的頂部，連通至清水區，濾膜區中具有微生物降 解作用的活性汙泥，濾膜區構成一個膜生物反應器；
在膜組件的下方安裝穿孔曝氣管，所述的穿孔曝氣管連通至工業罐 體外的鼓風機；
所述的清水區的下部安裝反衝泵，所述的反衝泵連接管道，連通至 兩路管道反衝管道和輸出管道，所述的反衝管道連通至膜組件，輸出 管道連通至湖泊，所述清水區的上部安裝紫外消毒設備。
所述的濾膜區的下部設置汙泥回流泵，該汙泥回流泵連接回流管 道，回流管道穿過溢流間隙連通至生化區。
所述的生化區、濾膜區和清水區的底部分別安裝第一放空閥、第二 放空閥和第三放空閥，所述的第一放空閥、第二放空閥和第三放空閥連 接放空管道導通至湖泊。
所述的膜組件與清水區之間的連接管道中安裝電接點差壓表。
所述的第二提升泵連通至清水區的連接管道中安裝水錶。
所述的生化區、濾膜區和清水區中分別安裝第一液位控制器、第二 液位控制器和第三液位控制器，分別對生化區、濾膜區和清水區中的水 位進行監控，根據各自的水位分別控制第一提升泵、第二提升泵、反衝泵及其相關閥門的工作狀態。
本發明所採用的湖泊水體修複方法包括如下步驟
1) 生化區通過第一提升泵從湖泊中抽取湖泊水，活性汙泥通過微生物 的生化降解作用去除湖泊水中的汙染物質；
2) 生化區中的湖泊水溢滿後，湖泊水由溢流間隙流入濾膜區；
3) 濾膜區通過活性汙泥中微生物對湖泊水中汙染物進行進一步降解， 鼓風機向穿孔曝氣管供氣，對膜濾區供氧及衝刷膜組件微濾膜表 面，出水經過膜組件的過濾分離後，通過第二提升泵抽吸湖泊水進 入清水池；
4) 紫外消毒設備工作，對清水ii:中的湖泊水進行紫外消毒處理。
5) 反衝泵工作，將清水區中的處理後湖泊水通過輸出管道返回傳輸至湖泊。
所述的步驟3)之中還包括如下步驟
當濾膜區中的汙泥濃度過大時，汙泥回流泵開啟，將部分活性汙泥 通過回流管道回流至生化區。
所述的步驟3)中第二提升泵抽吸湖泊水進入清水池之後，還包括
如下步驟
若電接點壓差表的負壓低於一設定閾值時，反衝泵工作，接通反衝 管道，反衝泵通過反衝管道對膜表面進行反衝洗清洗。
本發明的有益效果為在本發明中，利用生化區和濾膜區中活性汙
泥對湖泊水進行微生物降解，去除湖泊水中的汙染物質，採用膜組件過 濾分離，濾膜區構成一個膜生物反應器，以及清水區中的紫外消毒，具體地，本發明具有如下優點
(一) 本發明針對湖泊水體汙染物以氮、磷為主的特點，對其降解具有 針對性，可以高效、快速地實現汙染湖泊水體修復。
(二) 本發明通過將這些技術集成於一個反應器中，實現了多種技術處 理的有機結合，同時通過PLC自動控制系統，設備操作管理簡單， 運行成本低，見效極其快速。
(三) 本發明的這種小型化的封閉結構對湖泊休閒景觀功能不會產生弱 化影響，在實際應用中，兼以一定的遮掩、裝飾，對於景觀幾乎 可以不產生任何影響。
(四) 在本發明內部，設有自動反衝清洗系統，即可通過反衝管道對膜
組件表面進行定期反衝洗清洗，便於本發明的使用，使得本發明 極具可操作性。
在本發明中，生化區、濾膜區和清水區的底部分別安裝第一放空閥、 第二放空閥和第三放空閥，所述的第一放空閥、第二放空閥和第三放空 閥連接放空管道導通至湖泊，可以便於本發明的維修、維護。
在本發明中，生化區、濾膜區和清水區中分別安裝第一液位控制器、 第二液位控制器和第三液位控制器，分別對生化區、濾膜區和清水區中 的水位進行監控，根據各自的水位分別控制第一提升泵、第二提升泵、 反衝泵及其相關閥門的工作狀態，可以提高本發明的自動化性能，進一 步提高本發明的實用性和可操作性。


圖l為本發明結構示意圖； 圖2為本發明沿M-M剖面示意圖； 圖3為本發明基本控制流程示意圖； 圖4為本發明具體控制流程示意圖。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明
根據圖1和圖2，本發明包括一個工業罐體，如圖1所示，工業罐
體內設置第一隔板A和第二隔板B，第一隔板A和第二隔板B將工業罐
體內部依次分隔為生化區l、濾膜區2和清水區3。
如圖1所示，安置於湖泊中的第一提升泵4連接管道41，連通至 生化區1，如圖1和圖2所示，生化區1中設置曝氣盤11，曝氣盤11 安裝於生化區1的下部，生化區1中具有微生物降解作用的活性汙泥。 在本發明中，生化區l為兼氧區域，只在系統啟動初期該區域培養活性 汙泥需要曝氣時使用，生化區1活性汙泥的主要微生物群落結構為厭氧 與兼氧微生物，該類微生物的生長不需要提供氧氣，主要進行厭氧呼吸 作用，該區間進行的生化反應為厭氧釋磷及反硝化脫氮。
如圖1所示，第一隔板A頂部設有溢流間隙A1，生化區l中的湖 泊水由溢流間隙Al流入濾膜區2。
如圖1和圖2所示，濾膜區2中設置有膜組件21，膜組件數量根 據修復裝置的處理規模而定。膜組件21連接第二提升泵22，該第二提 升泵22安裝於濾膜區2的頂部，連通至清水區3，濾膜區2中具有生物 降解作用的活性汙泥，濾膜區2構成一個膜生物反應器。在本發明中，濾膜區2中的活性汙泥主要包含好氧微生物，該類微生物對有機物的降 解速度快，可快速降低廢水中的有機汙染物。
本發明中設置兼氧生化區1與好氧膜濾區2是為了提高對湖泊水中 氮、磷汙染物的去除效果，因為氮、磷是造成湖泊水體富營養化的主要 原因。
如圖1所示，在膜組件21的下方安裝穿孔曝氣管23，曝氣盤11 與穿孔曝氣管23連通至工業罐體外的鼓風機5。
如圖1所示，濾膜區2的下部設置汙泥回流泵24，該汙泥回流泵 24連接回流管道25，回流管道25穿過溢流間隙Al連通至生化區1。
如圖l所示，清水區3的下部安裝反衝泵31，反衝泵31連接管道 32，連通至兩套管道系統反衝管道32A和輸出管道32B，反衝管道32A 連通至膜組件21，輸出管道32B連通至湖泊，清水區3的上部安裝紫外 消毒設備33，例如，紫外燈。
如圖1所示，膜組件21與清水區3之間的連接管道中安裝電接點 差壓表P。第二提升泵22連通至清水區3的連接管道中安裝水錶S。
如圖1所示，生化區1、濾膜區2和清水區3的底部分別安裝第一 放空閥1A、第二放空閥1B和第三放空閥1C，第一放空閥1A、第二放空 閥1B和第三放空閥1C連接放空管道6導通至湖泊。
如圖1所示，生化區1、濾膜區2和清水區3中分別安裝第一液位 控制器la、第二液位控制器lb和第三液位控制器lc，分別對生化區1、 濾膜區2和清水區3中的水位進行監控，根據各自的水位由PLC自動控 制系統分別控制第一提升泵4、第二提升泵22、反衝泵31及其相關閥
ii門的工作狀態。
如圖3所示，本發明的基本控制流程如下
1) 生化區1通過第一提升泵4從湖泊中抽取湖泊水，活性汙泥通過微 生物的降解作用去除湖泊水中的汙染物質。
2) 生化區1中的湖泊水溢滿後，湖泊水由溢流間隙Al流入濾膜區2。
3) 濾膜區2通過活性汙泥中微生物對湖泊水中汙染物進行進一步降 解，鼓風機5向穿孔曝氣管23供氣，對膜濾區供氧及衝刷膜組件 21的微濾膜表面，經過膜組件21的過濾分離後，出水通過第二提 升泵22抽吸湖泊水進入清水池。
4) 紫外消毒設備33工作，對清水區3中的湖泊水進行紫外消毒處理。
5) 反衝泵31工作，將清水區3中的湖泊水通過輸出管道32B返回傳 輸至湖泊。
如圖4所示，本發明的具體控制流程如下1. 第一液位控制器la對生化區1的水位進行監控。
2. 第一液位控制器la根據生化區1水位與一設定閾值的比較，進行 如下操作
21. 若生化區1水位低於設定閾值，第一液位控制器la控制第一 提升泵4及其管路中閥門的啟動/開啟，生化區1通過第一提 升泵4從湖泊中抽取湖泊水，繼續如下步驟3。
22. 否則，繼續如下步驟3。
3. 生化區1中的活性汙泥通過微生物的降解作用去除湖泊水中的汙 染物質，例如，有機物、氮、磷等。
4. 生化區1中的湖泊水溢滿後，湖泊水由溢流間隙Al流入濾膜區2。
5. 濾膜區2通過活性汙泥中微生物對湖泊水中汙染物進行進一步降解，鼓風機5向穿孔曝氣管23供氣，對膜濾區好氧微生物供氧，
並衝刷膜組件21微濾膜表面。穿孔曝氣管23產生相對較大的氣泡， 使得在曝氣過程中，對微濾膜表面進行儘量有效、徹底的氣水雙洗， 從而克服膜表面汙染物沉積。
6. 檢測濾膜區2中的汙泥濃度，進行如下操作
61.當濾膜區2中的汙泥濃度過大時，汙泥回流泵24開啟，將部 分活性汙泥通過回流管道25回流至生化區1，繼續如下步驟 7C
在本發明中，這種汙泥回流處理主要具有如下作用 攀 一方面可以提高生化區1的汙泥濃度。
魯在濾膜區2的好氧條件下，硝化與亞硝化菌對湖泊水中 的氨氮進行硝化作用，產生的硝酸鹽與亞硝酸鹽為厭氧 反硝化生化反應的底物，通過回流汙泥等於也回流了硝 化液，保證了在生化區1的反硝化反應順利進行。
參濾膜區2活性汙泥中的聚磷菌在好氧條件下吸收湖泊水
中的磷，通過回流至前端兼氧生化區1釋放磷，實現了 除磷功能。
參由於好氧膜濾區2反應為好氧生化反應，該反應的特點 是汙泥繁殖速度快，汙泥量增加速度快，該區域如果汙 泥濃度過高則會出現汙泥生化性能變差、對膜汙染加劇 膜通量下降的情況。因此，通過回流部分汙泥，可以保 持該區域的汙泥濃度維持在一定水平，同時，在兼氧條 件下可對回流汙泥進行消化分解，從而降低整個裝置的 剩餘汙泥產生量。 62.否則，繼續如下步驟7。 7.第二液位控制器lb對濾膜區2的水位進行監控。8. 第二液位控制器lb根據濾膜區2水位與一設定閾值的比較，進行 如下操作
81. 若濾膜區2水位高於設定閾值，第二液位控制器lb控制第二 提升泵22及其管路中閥門的啟動/開啟，啟動第二提升泵22， 經過膜組件21的過濾分離後，第二提升泵22抽吸湖泊水進 入清水池3，再根據電接點差壓表P所反映的膜組件21抽吸 時內外壓力差值進行如下操作
811. 若電接點壓差表P的負壓低於一設定閾值時，停止第二 提升泵22，反衝泵31工作，接通反衝管道32A，反衝
—泵31通過反衝管道32A對膜表面進行反衝洗清洗，直 至清洗結束，返回步驟8。
812. 否則，繼續如下步驟9。
82. 否則，繼續如下步驟9。
9. 紫外消毒設備33工作，對清水區3中的湖泊水進行紫外消毒處理， 紫外消毒處理後將湖泊水中的殘餘微生物及藻類滅活。
10. 第三液位控制器lc對清水區3的水位進行監控。
11. 第三液位控制器lc根據清水區3水位與設定高限/低限閾值的比 較，進行如下操作-
111. 若清水區3水位高於高限閾值，繼續如下歩驟12。
112. 否則，第三液位控制器lc進一步根據清水區3水位與低限 閾值的比較，進行如下操作
1221. 若清水區3水位低於低限閾值，反衝泵31停止工作。
1222. 否則，反衝泵31保持原有的(啟動或停止)工作狀態。
12. 反衝泵31工作，接通輸出管道32B，將清水區3中的湖泊水通過 輸出管道32B返回傳輸至湖泊。綜上所述，儘管本發明的基本結構、方法通過上述具體實施例予以 闡述，在不脫離本發明要旨的前提下，根據以上所述的啟發，本領域普 通技術人員可以不需要付出創造性勞動即可實施變換/替代形式或組 合，此處不再贅述。
權利要求
1. 一種湖泊水體修復裝置，包括一個工業罐體，其特徵在於所述的工業罐體內部設置第一隔板和第二隔板，所述的第一隔板和第二隔板將工業罐體內部依次劃分為生化區、濾膜區和清水區；安置於湖泊中的第一提升泵通過管道與生化區連接，所述的生化區中設置曝氣盤，曝氣盤安裝於生化區的下部，所述的生化區中具有生物降解作用的活性汙泥；所述的第一隔板頂部設有溢流間隙，生化區中的湖泊水由溢流間隙流入濾膜區；所述的濾膜區中設置膜組件，所述的膜組件與第二提升泵連接，該第二提升泵安裝於濾膜區的頂部，連通至清水區，濾膜區中具有生物降解作用的活性汙泥，濾膜區構成一個膜生物反應器；在膜組件的下方安裝穿孔曝氣管，所述的穿孔曝氣管連通至工業罐體外的鼓風機；所述的清水區下部安裝反衝泵，所述的反衝泵連接管道，連通至兩路管道反衝管道和輸出管道，所述的反衝管道連通至膜組件，輸出管道連通至湖泊，所述清水區的上部安裝紫外消毒設備。
2. 根據權利要求1所述的湖泊水體修復裝置，其特徵在於所述的濾 膜區的下部設置汙泥回流泵，該汙泥回流泵連接回流管道，回流管 道穿過溢流間隙與生化區連通。
3. 根據權利要求1所述的湖泊水體修復裝置，其特徵在於所述的生化區、濾膜區和清水區的底部分別安裝第一放空閥、第二放空閥和 第三放空閥，所述的第一放空閥、第二放空閥和第三放空閥通過管 道與湖泊直接連通。
4. 根據權利要求1所述的湖泊水體修復裝置，其特徵在於所述的膜 組件與清水區之間的連接管道中安裝電接點差壓表。
5. 根據權利要求1所述的湖泊水體修復裝置，其特徵在於所述的第 二提升泵連通至清水區的連接管道中安裝水錶。
6. 根據權利要求1所述的湖泊水體修復裝置，其特徵在於所述的生 化區、濾膜區和清水區中分別安裝第一液位控制器、第二液位控制 器和第三液位控制器，分別對生化區、濾膜區和清水區中的水位進 行監控，根據各自水位情況分別控制第一提升泵、第二提升泵、反 衝泵及其相關閥門的工作狀態。
7. —種湖泊水體修複方法，其特徵在於它包括如下步驟1) 生化區通過第一提升泵從湖泊中抽取汙染湖泊水，通過活性汙泥 中的微生物降解作用去除水體中的汙染物質；2) 生化區中的湖泊水溢滿後，湖泊水由溢流進入濾膜區；3) 濾膜區在好氧條件下通過好氧微生物對湖泊水中汙染物進行進一步降解，鼓風機通過穿孔曝氣管向膜濾區供氧及衝刷膜組件， 經過膜組件的過濾分離後，出水通過第二提升泵抽吸進入清水池；4) 紫外消毒設備工作，對膜濾區的出水進行紫外消毒處理。5) 反衝泵工作，將清水區中的湖泊水通過輸出管道返回傳輸至湖 泊。
8. 根據權利要求7所述的湖泊水體修複方法，其特徵在於所述的步 驟3)之中還包括如下步驟當濾膜區中的汙泥濃度過大時，汙泥回流泵開啟，將部分活性 汙泥通過回流管道回流至生化區。
9. 根據權利要求7所述的湖泊水體修複方法，其特徵在於所述的步 驟3)中第二提升泵抽吸湖泊水進入清水池之後，還包括如下步驟若電接點壓差表的負壓低於一設定閾值時，反衝泵工作，接通 反衝管道，反衝泵通過反衝管道對膜表面進行反衝洗清洗。
全文摘要
一種涉及水體處理的湖泊水體修複方法和裝置，包括一個工業罐體，工業罐體內設置第一、第二隔板，分隔為生化區、濾膜區和清水區，第一提升泵連通至生化區，濾膜區中設置膜組件，膜組件連接第二提升泵，連通至清水區，膜組件下方安裝穿孔曝氣管，清水區的下部安裝反衝泵，清水區的上部安裝紫外消毒設備，其方法為1)生化區從湖泊中抽取湖泊水，活性汙泥微生物降解汙染物質，2)生化區中的湖泊水溢滿後，流入濾膜區，3)濾膜區對汙染物進行進一步降解，並通過微濾膜過濾分離後，出水進入清水池，4)紫外消毒設備工作，對清水區中的湖泊水進行紫外消毒處理，5)反衝泵工作，將清水區中的湖泊水通過輸出管道返回輸送至湖泊，本發明不影響景觀、成本低、見效快。
文檔編號C02F3/12GK101423315SQ20081021743
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者何其虎, 史文彥, 廖志民, 張小雄, 戴睿智, 曹解軍, 茂 楊, 楊聖雲, 熊建中, 蔣幸福, 袁志華, 計海鷹, 鄒蓮花, 郭景奎, 琨 陶, 黃玉和 申請人:深圳市金達萊環保股份有限公司;江西金達萊環保研發中心有限公司