仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法
2023-05-10 15:18:36
專利名稱：仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法
技術領域：
本發明涉及對汙染水體的處理方法，特別涉及利用仿生植物對河流(地表)微汙染水體進行直接淨化的方法。
背景技術：
在本發明之前，隨著地表水體汙染的不斷加重，人們開始使用生物膜工藝或方法對其進行處理和淨化，如採用細繩狀生物填料、卵石填料、生物活性炭等，在汙染水體附近建設汙水處理廠，將微汙染水體引入汙水處理廠經過上述方法的處理後再排入水體中。這種方法屬於間接處理微汙染水體，效果不理想，投資也很大。人們又想出用浮筒連接生物填料放置於水體上進行直接處理微汙染水體，雖然屬於直接處理法，也有一定的效果，但是浮筒漂浮在河道水面上一是直接影響河道航運功能和作用，二是浮筒漂浮在水面上會引來並造成大量浮遊植物的繁殖，反過來又影響淨化效果。
發明內容
本發明的目的就在於克服上述缺陷，設計、研究一種利用仿生植物在微汙染水體中直接進行淨化的方法。
本發明的技術方案是仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其主要技術特徵在於在在支杆上連接填料片，填料片固定在支杆上，形成仿生植物，支杆底端連接在網格上，將網格固定放置在河床底部。
本發明進一步的技術方案是其技術特徵在於填料片包含中心扣環、填料絲，中心扣環固定在支杆上，填料絲穿過中心扣環固定在中心扣環上。
本發明的優點和效果在於在保證和不影響河流航運和洩洪功能的情形下，利用仿生植物漂浮在微汙染水體中對微汙染水體進行直接的淨化處理，即在仿生植物表面以汙染水體中原有的天然生物菌群作為種源自然培養掛膜後，利用仿生植物表面生物膜對汙染物質的吸附降解作用淨化河流微汙染水體。對水中汙染物質CODMn(化學需氧量)、NH4+-N(氨氮)、TN(總氮)和TP(總磷)均有一定程度的淨化，其中對NH4+-N的去除率可達36.63％。仿生植物通過一端固定在河床底部的網格上，另一端及整個枝體象植物一樣可以在水體中任意漂浮，具有一定彈性、韌性和柔性的用ABS材料製成的支杆可以在水體中隨著水流的流動而自由擺動，其上的用聚烯烴等材料製成的填料片包括中心扣環、填料絲也可以在水體中任意晃動、擺動，對水流的阻力也小，不影響航運和洩洪，並且選擇的是耐腐蝕、耐老化的優質塑料，其中的填料絲表面粗糙，比表面積大，有利於微生物附著，使其能夠並加強對汙染物質的降解和效率。其具體的結構很簡單，也易於加工，所選擇的仿生植物範圍廣，可以因地制宜地選擇使用。
圖1——本發明仿生植物的輪藻的模型圖。
圖2——本發明中仿生植物結構圖。
圖3——本發明中用於固定仿生植物的網格底架示意圖。
圖4——本發明中仿生植物放置於河床中的橫截面示意圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發明例舉所仿生的植物為輪藻，當然也可選擇其他植物；輪藻的莖1用仿生的支杆4代替，輪藻的節2用仿生的中心扣環5代替，輪藻的葉3用仿生的填料絲6代替；中心扣環5、填料絲6構成填料片；中心扣環5固定連接在支杆4上，填料絲6穿過中心扣環5，其中間與中心扣環5連接，兩端向兩側呈輻射狀均勻展開，仿生的支杆4、中心扣環5、填料絲6構成仿生植物(輪藻)9。可以仿生的植物還有金魚藻、狐尾藻等沉水植物，只要能仿生並能起到相應作用的都是本發明所強調的。
如果為了簡化，也可在支杆4上直接固定連接填料絲6(不用中心扣環5)，即填料絲6直接當填料片使用。
將竹製的網格底架7(網格底架的材料可根據當地的實際情況選用木頭、竹子或水泥塊等，本例中使用竹製的)放置在河床底部並用竹楔8固定住，其上根據支杆4的直徑和布置密度打許多孔洞，將一根根支杆4的底端插入網格底架7上的孔洞中並用風焊機軟化打節固定；由於仿生植物9中的支杆4採用ABS材料製成，可豎立在河流中，具有很強的彈性、韌性和柔性，可隨著水流的流動而擺動，不影響航船往來，在遇到航船時低頭彎曲，航船過後會重新豎直；填料片包括中心扣環5、填料絲6，中心扣環5、填料絲6均採用聚烯烴材料製成，也很輕，不會壓彎支杆4；填料絲6是經過特殊的拉絲和絲條毛工藝製成，表面粗糙，比表面積大，易於微生物附著。
下面是本發明中各部件材料性能表。
主要 斷裂強力 密度 老化前斷裂老化後斷裂強 斷裂強力保留構件名稱材料 (N) (g/cm3) 強力(N) 力(N) 率(％)支杆ABS2821.056282253.8 89.0中心扣環PE 3970.968397351 88.0填料絲 PP 85 0.90085 76.289.6當然，本發明所屬各部件並不局限於上表所列範圍，與上表類似的材料也是本發明所強調的。
將仿生植物9固定連接在河床底部的網格底架7上，使其在水流中自由地擺動，仿生植物9對汙染水體進行強化淨化首先要經過填料絲6的生物富集階段，使填料絲6上附著大量的對汙染物質直接進行淨化作用的微生物群落，即俗稱掛膜。掛膜的好壞決定該仿生植物9對汙染水體的處理效果。該過程一般採用非人工控制條件下的自然培養掛膜，以汙染水體中原有的天然生物菌群作為種源，水量為緩流水體的自然流量，以CODMn、NH4+-N、NO2--N/NO3--N、TN、TP的變化及填料絲上生物的變化特徵來表徵填料上生物富集的歷程。
下表是掛膜期間上、下兩點高錳酸鉀指數變化及去除效果的試驗數據。
注採樣點中的上點是指在距水面30cm處取樣點的水樣，下點是指在距水面60cm處取樣點的水樣。
下表是上、下兩點NH4-N的濃度變化及去除效果數據。
綜合上述兩表數據，填料段的CODMn的去除率在最初幾天就開始高於對照段CODMn的去除率，達到了2％，說明河水異養菌的數量大並已成功在填料絲6附著；隨著基質濃度的降低，去除率也略有降低，但由於填料絲6上異養菌的生長繁殖，CODMn去除率的總趨勢還是逐漸上升，最後穩定在10％左右；填料段NH4--N在啟動後的前6d的去除率與對照段的去除率幾乎無變化，說明硝化細菌的繁殖速度較慢，但從6月18日開始，NH4+-N的去除率增幅較大，呈臺階狀上升，最後穩定在40％左右。在整個掛膜過程中，NH4--N的去除率不是逐漸上升，而是呈階梯狀的跳躍式上升，這在一定程度上與硝化菌的對數生長規律有關。
在河道內安裝好後未通水之前，填料絲6是無色透明的，通水啟動後，填料絲6上逐漸發生變化；在啟動後的第9天鏡檢觀察，填料絲6上已附有微生物，填料絲6外觀呈淡綠色，鏡檢時發現填料絲6附著的藻類較多，其中硅藻、藍藻和綠藻較多，菌類(主要是桿菌和球菌)較少；啟動後第16天，填料絲6上有絮狀粘附物，填料絲6外觀呈黃綠色，鏡檢時發現填料絲6上的菌類開始增加，並以菌膠團的形式存在，藻類的數量也在逐漸減少，但填料絲6上依然有裸露部分存在；啟動後第23天，填料絲6上絮狀粘附物增厚，已無裸露部分存在，填料絲6的外觀呈褐綠色，鏡檢時發現填料絲6上種類有所增加(鏡檢可觀察到的藻類有藍藻門的微囊藻、項圈藻，硅藻門的小環藻、脆杆藻和舟形藻、隱藻門的卵形隱藻和齧蝕隱藻，裸藻門的梭形裸藻，綠藻門的柵藻、盤星藻、十字藻、浮球藻、弓形藻、新月藻和鼓藻等)，同時細菌的種類和數量也在不斷增加，後生動物也開始出現，如苔蘚蟲、輪蟲等，有些個體較大的寡毛類環節動物用肉眼就可填料絲上見到；掛膜的第30天，填料絲6的外觀已呈現黑褐色，孔(長度60×深度60mm)的金屬鑄型6的正上方停止，保持1s，將鐵基混合粉末填充在金屬鑄型中之後以200mm/s的速度後退。填充後，以480Mpa的壓力成型，製成成型體。另外，用相同鐵基混合粉末製成10個成型體。
測定得到的成型體的質量，求得填充密度(＝(成型體質量)/(金屬鑄孔的體積)。將用鐵基混合粉末的表觀密度除該填充密度得到的值作為填充值，評價填充性。另外，填充值是10個成型體的平均。填充值越大表示填充性越好。
另外，對各鐵基混合粉末，從得到的成型體(10個)的質量偏差，求得相對質量偏差的平均成型體質量的比、(質量的標準偏差)/(平均成型體質量)。將該比值換算成相對值，評價各鐵基混合粉末的成型體質量偏差，其中該相對值以現有例(鐵基混合粉末No.16)的值為基準(＝1.00)。
(5)壓粉密度(壓縮性)將鐵基混合粉末以490MPa壓力成型為直徑25mm×高度20mm的料錠，做成成型體。測定這些成型體的密度(壓粉密度)，評價壓縮性。
將得到的結果表示在表8中。
表5
權利要求
1.仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於在支杆上連接填料片，填料片固定在支杆上，形成仿生植物，支杆底端連接在網格底架上，將網格底架固定放置在河床底部。
2.根據權利要求1所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於填料片包含中心扣環、填料絲，中心扣環固定在支杆上，填料絲穿過中心扣環固定在中心扣環上。
3.根據權利要求1所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於支杆用ABS材料製成。
4.根據權利要求2所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於中心扣環、填料絲採用聚烯烴材料製成。
5.根據權利要求2、4所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於填料絲是經拉絲、絲條制毛工藝製成的呈絲條狀。
6.根據權利要求5所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於填料絲表面粗糙。
7.根據權利要求1、2所述的仿生植物對河流微汙染水體的淨化方法，其特徵在於填料絲中間連接在中心扣環上，兩端向兩側呈輻射狀。
全文摘要
本發明涉及一種利用仿生植物對河流微汙染水體進行淨化的方法。本發明採用生物材料仿植物的莖、節、葉，製成仿生植物，將其設置在河流中，對微汙染水體進行淨化。本發明解決了過去間接淨化效果差且工藝複雜、費用高，採用生物填料造成浮遊植物大量繁生而影響淨化效果及阻擋航運的缺陷。本發明的仿生植物底部固定，直立在河床中，可在河流水體中自動擺動，柔軟有韌，表面粗糙的填料絲附著大量微生物，形成生物膜，對汙染物質進行淨化，即掛膜。各項試驗數據表明，本發明處理、淨化微汙染水體的效果很好，應當是現有技術很難達到的，且仿生植物的製造既簡單又成本低，使用安裝過程也簡單、方便，易於現場操作。
文檔編號C02F3/10GK1644531SQ20041006591
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月27日 優先權日2004年12月27日
發明者王超, 田偉君, 王沛芳, 侯俊 申請人:河海大學