升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統的製作方法

2023-11-09 12:55:57

專利名稱：升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，屬於受汙染河水淨化技術領 域。
技術背景 河流是流域內主要地理構造，是流域水循環的主要節點。河流水體是流域水環境的重要組成部分，既是流域內生產生活的重要取水源，承擔流域經濟社會發展的重要資源支撐，也是流域內生產生活的重要納汙體，承載流域經濟社會發展的重要廢棄物排放。近年來，由於人們過多關注經濟社會發展的現實，忽略對河 流水環境的保護，大部分河流水體受到嚴重汙染，資源價值降低甚至喪失。非但如此，嚴重汙染的河流水體，對河流水環境及沿岸邊區城鎮的生產生活造成不良影響，形成潛在威脅。尤其是缺水地區小城鎮過境河道水體的嚴重汙染，對小城鎮生產生活的影響更為深遠。缺水問題一直是缺水小城鎮經濟社會發展的主要制約因素，過境河流水體資源價值的喪失，迫使這些地區不得不過度開採地下水以支撐突飛猛進的經濟建設進程，出現由地下水位下降而引起的土地鹽鹼化、地面沉降等更嚴重的水環境問題。然而，由於缺水小城鎮一般為經濟能力相對較低、技術管理水平不高，基礎設施建設相對落後的區域，治理河流水環境的資金投入能力有限、運行管理水平低下，又考慮到缺水小城鎮經濟發展不平衡，適用技術的區域性差異明顯，目前大城市廣泛應用的相對成熟的水環境治理技術在缺水小城鎮存在適用性問題。因此，需針對缺水小城鎮河道水環境治理技術進行針對性和實用性研究。由於缺水小城鎮區域降雨量少，對河道地表徑流的貢獻率不高，流域內生產生活排水成為河道地表徑流的重要水源；然而，由於缺水小城鎮一般受經濟建設水平偏低的影響，工業生產及居民生活用水量相對偏低，相比於發達地區，流域產水量也相對偏低；總之，流域缺水是造成河道水量小，水體流動性差，汙染嚴重的主要原因之一。如此，水體富營養化便成為缺水小城鎮河道水環境的主要問題之一。水體富營養化是指在人類活動的影響下，氮、磷等營養物質大量輸入緩流水體，弓丨起藻類及其他浮遊生物過度繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。每年的5 10月份是藻類及浮遊生物生長繁殖的適宜季節，水體富營養化問題尤為突出。既然水體富營養化問題是適宜條件下藻類過度繁殖引起的一系列問題，那麼藻類對水體氮、磷等營養物質必然存在同化吸收。這樣，倘若在特定區域創造藻類的生長條件，通過促使藻類過度生長，大量吸收水體中的氮/磷等營養元素，之後採取措施將藻類移出系統，從而實現削減水體氮/磷營養物質的目的。菌藻生物膜河水淨化方法，是指在河道水體富營養化期間，將填料投放在河道水體中自然掛膜以富集細菌和藻類，將掛膜完成的填料移入河水淨化系統，結合水力條件及其他技術措施，促使藻類過度繁殖，大量吸收河水氮/磷等營養物質；通過定期清除填料上附著的菌藻生物膜，將氮/磷等營養物質移出系統。然而，運行研究表明，單獨通過菌藻生物膜直接淨化汙染河水，除ΝΗ4+、Ρ043_等營養物質有明顯去除外，COD、BOD等有機汙染物指標均無明顯變化。分析認為，藻類生長所需碳源與所需氮、磷源不同，碳源來自大氣中的CO2及水體中分子態的CO2，並非水體有機物，且測試水樣中富含藻類細胞，故而出現出水的COD、BOD不低於進水的現象。此外，研究還發現，(I)系統垂向上DO梯度較大,表層水(水面至水下40cm) DO過飽和(> 22mg/L)而底層水(泥面及其以上20cm)處於虧氧狀態；(2)以脫落的菌藻生物膜為主要補充的底泥耗氧速率相對較大，微生物活性較高。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，利用填料富集的菌藻生物膜淨化河水，為缺水小城鎮地區河道水體汙染物削減提供一套經濟適用、操作方便的系統。按照本實用新型提供的技術方案，所述升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是包括立體式河水淨化床、填料生物膜淨化層、以及過濾除藻用的植物濾床，所 述填料生物膜淨化層為設置在河水淨化床內部的多層填料淨化箱；在所述河水淨化床的底部為汙泥區，在所述河水淨化床的下部設置進水管，進水管與填料淨化箱的內部導流管連接，導入汙泥層的底部，在填料淨化箱的頂部設置有處理出水管，在所述填料淨化箱的底部設置排泥口 ；在每層填料淨化箱的下邊緣均設置有填料層出水管，所述處理出水管和填料層出水管分別與濾床連接。在所述汙泥區設置第一回流管，在所述汙泥層與填料生物膜淨化層之間設置第二回流管。所述第一回流管和第二回流管分別與安裝在填料生物淨化層頂端的回流泵連接。在所述汙泥層與填料生物膜淨化層之間為反衝消能區和汙泥絮凝區。所述填料淨化箱包括圓筒形周壁和設置在周壁內部的柵格，所述柵格由多片格網構成，每片格網之間的間距< O. 5cm。所述填料淨化箱的外徑均略小於河水淨化床的內徑。所述植物濾床為一窪地，在窪地上敷設陶粒，在陶粒上敷設碎石屑，在碎石屑上種植蘆葦。在所述河水淨化床的不鏽鋼圓筒體的內壁上設置有作為填料淨化箱承託的託扣。所述河水淨化床包括不鏽鋼圓筒體，在不鏽鋼圓筒體的下邊緣連接同徑的不鏽鋼半球底面。本實用新型具有如下技術特點及積極效果(I)汙染物削減效果良好，技術經濟優勢明顯本實用新型利用出水雙回流系統產生的水力流態,及中下部回流水的自充氧作用，實現對河水的水解酸化預處理，強化菌藻生物膜系統的淨水性能，綜合效果良好，不僅離子態氮、磷(nh4+、po43_)削減量明顯，有機汙染物(cod、bod)也有較好淨化效果，對水體富營養化及黑臭現象有一定控制作用。另外，本實用新型除需較小的建造及運行維護費用外，基本無其他生產及能耗方面的經費支出；(2)技術策略實施方便，裝置運行操作簡單本實用新型所述技術策略貼近於農牧業生產方式，涉及的裝置運行所需技術水平相對較低，一般從事農耕生產的農民即可完成管理維護工作，在缺水小城鎮地區具有較好的適用性。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型的填料淨化箱的示意圖。圖3為本實用新型的濾床的示意圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。如圖廣圖3所示升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統包括填料生物膜淨化層I、託扣2、進水管3、內部導流管4、處理出水管5、回流泵6、第一回流管7、第二回流管8、排泥口 9、汙泥絮凝區10、反衝消能區11、汙泥區12、填料層出水管13、菌藻生物膜14、格網15、河水淨化床16、填料淨化箱17、植物濾床18、窪地19、陶粒20、碎石屑21、蘆葦22、河水A等。本實用新型包括立體式河水淨化床16、填料生物膜淨化層I、以及過濾除藻用的植物濾床18，所述填料生物膜淨化層I為設置在河水淨化床16內部的多層填料淨化箱17 ；所述河水淨化床16包括不鏽鋼圓筒體，在不鏽鋼圓筒體的下邊緣焊接同徑的不鏽鋼半球底面，在不鏽鋼圓筒體的內壁上焊接有作為填料淨化箱17承託的託扣2，依據所需填料及藻類生長狀況，確定填料淨化箱17的裝填層數；在所述河水淨化床16的底部為汙泥區12，在所述河水淨化床16的圓筒體下邊緣設置進水管3，進水管3與填料淨化箱17的內部導流管4連接，導入汙泥層12底部，用於將河水A導入填料淨化箱17的底部，在填料淨化箱17的頂部設置有處理出水管5，採用溢流式管道；在所述填料淨化箱17的半球底面的下部設置排泥口 9，排泥口 9與排泥管道連接；在每層填料淨化箱17的下邊緣均設置有填料層出水管13，便於系統在填料菌藻生物膜移除時連續運行；所述處理出水管5和填料層出水管13分別與濾床18連接；在所述汙泥區12設置第一回流管7，用於將一部分出水回流至河水淨化床16底部的汙泥區12，在水力發電推動作用下，汙泥呈螺旋流緩慢上升；自河水淨化床16底部的內部導流管4進入的河水A，在旋流升流汙泥層中進行厭氧預處理，以汙泥齡為控制參數，將厭氧反應控制在水解酸化階段，大分子不溶性有機物(包括難降解有機汙染物)通過發酵細菌的水解酸化過程，降解為揮發性脂肪酸(VFA)、NH3、PO/—及其他低分子化合物；在所述河水淨化床16底部的汙泥層12與填料生物膜淨化層I之間設置第二回流管8，用於將一部分出水回流至汙泥層12與填料生物膜淨化層I之間，使回流水方向與上升汙泥的旋流方向相反，通過反衝流抵消汙泥上升流的徑向流能量，旋流升流逐漸轉變為推流升流，形成反衝消能區11和汙泥絮凝區10相接的動態汙泥層，在反衝消能區11富含DO的回流水與水解酸化混合液混合，一部分水解酸化產物在好氧/兼氧微生物作用下被降解，在汙泥絮凝區10由於混合液渦旋流、離散流大量減少，汙泥絮凝成團，形成混合液上升流的汙泥過濾層，其中無機組分比例相對較高的汙泥絮團下降，並通過反覆水力剪切作用，最後汙泥中無機組分含量高的絮團沉入河水淨化床16的底部，由排泥口 9排出；動態汙泥層的出水進入填料生物膜淨化層1，經細菌及藻類的協同作用，汙染物進一步被削減，尤其NH4+、P043_被藻類大量吸收，通過定期置換菌藻填料得以移除；處理出水管5排出的處理出水通過後續的濾床18除藻後直接排放；脫落的菌藻生物膜14自動沉入動態汙泥層，補充汙泥微生物數量及碳源；菌藻生物膜填料置換期間，河水淨化床16的出水口臨時改為填料層出水管13後,接入濾床18進行過濾工藝；所述第一回流管7和第二回流管8分別與安裝在填料生物淨化層I頂端的回流泵6連接，從而實現不同部位的回流；兩套回流管道的長度均可調，便於根據系統運行需要調整回流位置；雙回流系統的回流量控制相互獨立，底部回流主要功能是通過形成的水力流態，使汙泥呈緩慢旋流上升流態，筒體口徑不同的系統回流控制量不同，回流量控制應以使筒體底面混合液恰好出現旋流流態為宜，由目測汙泥流態進行回流量控制；中下部回流目的主要是實現反衝消流(抵消旋流升流的徑向流，助成推流升流)及充氧，回流量控制受 汙泥泥位及充氧效果雙重影響，應以汙泥泥位控制為主，汙泥泥位控制在距填料層下邊緣5 IOcm為宜；如圖2所示,所述填料淨化箱17包括圓筒形周壁和設置在周壁內部的柵格,所述柵格由多片格網15構成，每片格網15均由帶細孔的絲帶縱橫編織而成，垂直排列固定在圓筒周壁上，每片格網15之間的間距< O. 5cm ;所述填料淨化箱17的高度為40cm，填料淨經箱17的外徑均略小於河水淨化床16的圓筒體內徑，可直接放入河水淨化床16和圓筒體內，由圓筒體內壁的託扣2承託作為填料生物淨化層1，可在河水淨化床16中自由裝卸；如圖3所示，植物濾床18為靠近河水淨化床16附近的一塊窪地19，將窪地19平整夯實做防滲處理後，在窪地19上敷設25cm厚的粒徑為O. 3^0. 5cm陶粒20，在陶粒20上敷設5cm厚粒徑為O. 8 1. Ocm碎石屑21，在碎石屑21上按照49株/m2的密度種植蘆葦22，從而形成的蘆葦過濾床，過濾去除出水中藻類，也可對汙染物進一步去除，保證出水水質。本實用新型所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統安裝試水後，通水部分河水，接種河道底泥，在河水淨化床底部培養汙泥；同時，將用於淨化河水的填料淨化箱投放入富營養化的水體中，進行菌藻的自然掛膜；將取自河邊或坑塘中的蘆葦幼株移植於過濾床上，進行適應性生長。待汙泥培養、菌藻生物膜自然富集完成及濾床中蘆葦生出新芽之後，將富含菌藻生物膜的填料淨化箱裝入河水淨化床中，通入河水後將填料淨化箱上層的出水回流至底部及中下部,利用雙回流形成的水力流態及中下部回流的自充氧作用，實現汙泥對河水的預處理；河水淨化床出水流經植物濾床，過濾除藻，並進一步削減汙染物。本實用新型的維護管理有菌藻生物膜的掛膜及移除、汙泥層管理、植物濾床管理等三個方面。菌藻生物膜的掛膜是將填料淨化箱投入富營養化的河水中，通過填料的吸附作用富集細菌和藻類，待填料上略顯綠膜之後，將填料淨化箱裝入河水淨化床中；菌藻生物膜移除是將河水淨化床中已出現菌藻生物膜明顯累積的填料箱定期移出系統，清理生物膜，或資源化利用，或通入汙泥層補充汙泥；汙泥層管理是通過目測旋流汙泥泥位，進行回流量調節，並以汙泥齡為控制參數，間歇式排泥；植物濾床管理是針對植物的補種、收割及基質的置換、處置。特別說明，由於河流水體中藻類的生長存在季節性問題，冬季及初春季節，水體溫度低且水體冰封，大部分藻類無法正常生長，故而本實用新型所述方法及系統具有季節選擇性；鑑於華北地區每年5 10月份是華北地區河流水體藻類生長的適宜季節，可作為該期間缺水小城鎮河流水體淨化的技術措施。本實用新型所述升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，是針對缺水小城鎮河道水體汙染成分複雜，膠體組分比例大，河水可生化性低造成的有機物汙染物削減效果較差的實際問題，依據水體富營養化期間藻類對離子態氮/磷大量吸收，合成自身細胞的客觀現象，並結合水體垂向DO梯度大，底層水處於虧氧狀態及脫落菌藻生物膜形成的底泥微生物活性高的具體特徵而設計開發的。具體實施方案分為裝置建造、通水運行、維護管 理。本系統採取間歇式排泥策略，以保持厭氧區汙泥濃度(MLVSS) 1200(Tl5000mg/L左右。
權利要求1.一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是包括立體式河水淨化床(16)、填料生物膜淨化層(I )、以及過濾除藻用的植物濾床(18)，所述填料生物膜淨化層(I)為設置在河水淨化床(16)內部的多層填料淨化箱(17);在所述河水淨化床(16)的底部為汙泥區(12)，在所述河水淨化床(16)的下部設置進水管(3)，進水管(3)與填料淨化箱(17)的內部導流管(4)連接，導入汙泥層(12)的底部，在填料淨化箱(17)的頂部設置有處理出水管(5)，在所述填料淨化箱(17)的底部設置排泥口(9);在每層填料淨化箱(17)的下邊緣均設置有填料層出水管(13)，所述處理出水管(5)和填料層出水管(13)分別與濾床(18)連接。
2.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是在所述汙泥區(12)設置第一回流管(7)，在所述汙泥層(12)與填料生物膜淨化層(I)之間設置第二回流管(8)。
3.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是所述第一回流管(7)和第二回流管(8)分別與安裝在填料生物淨化層(I)頂端的回流泵(6)連接。
4.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是在所述汙泥層(12)與填料生物膜淨化層(I)之間為反衝消能區(11)和汙泥絮凝區(10)。
5.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是所述填料淨化箱(17)包括圓筒形周壁和設置在周壁內部的柵格，所述柵格由多片格網(15)構成，每片格網(15)之間的間距< 0. 5cm。
6.如權利要求5所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是所述填料淨化箱(17)的外徑均略小於河水淨化床(16)的內徑。
7.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是所述植物濾床(18)為一窪地(19)，在窪地(19)上敷設陶粒(20)，在陶粒(20)上敷設碎石屑(21)，在碎石屑(21)上種植蘆葦(22)。
8.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是在所述河水淨化床(16)的不鏽鋼圓筒體的內壁上設置有作為填料淨化箱(17)承託的託扣(2)。
9.如權利要求I所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是所述河水淨化床(16)包括不鏽鋼圓筒體，在不鏽鋼圓筒體的下邊緣連接同徑的不鏽鋼半球底面。
專利摘要本實用新型涉及一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水淨化系統，其特徵是包括立體式河水淨化床、填料生物膜淨化層、以及過濾除藻用的植物濾床，所述填料生物膜淨化層為設置在河水淨化床內部的多層填料淨化箱；在所述河水淨化床的底部為汙泥區，在所述河水淨化床的下部設置進水管，進水管與填料淨化箱的內部導流管連接，導入汙泥層的底部，在填料淨化箱的頂部設置有處理出水管，在所述填料淨化箱的底部設置排泥口；在每層填料淨化箱的下邊緣均設置有填料層出水管，所述處理出水管和填料層出水管分別與濾床連接。本實用新型具有如下技術特點及積極效果(1)汙染物削減效果良好，技術經濟優勢明顯；(2)技術策略實施方便，裝置運行操作簡單。
文檔編號C02F3/32GK202465379SQ201220020890
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者孫永利, 楊敏, 葛銅崗, 高晨晨 申請人:國家城市給水排水工程技術研究中心