專利名稱：升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，屬于受污染河水凈化技術領域。
背景技術：
河流是流域內(nèi)主要地理構造，是流域水循環(huán)的主要節(jié)點。河流水體是流域水環(huán)境的重要組成部分，既是流域內(nèi)生產(chǎn)生活的重要取水源，承擔流域經(jīng)濟社會發(fā)展的重要資源支撐，也是流域內(nèi)生產(chǎn)生活的重要納污體，承載流域經(jīng)濟社會發(fā)展的重要廢棄物排放。近年來，由于人們過多關注經(jīng)濟社會發(fā)展的現(xiàn)實，忽略對河流水環(huán)境的保護，大部分河流水體受到嚴重污染，資源價值降低甚至喪失。非但如此，嚴重污染的河流水體，對河流水環(huán)境及沿岸邊區(qū)城鎮(zhèn)的生產(chǎn)生活造成不良影響，形成潛在威脅。尤其是缺水地區(qū)小城鎮(zhèn)過境河道水體的嚴重污染，對小城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活的影響更為深遠。缺水問題一直是缺水小城鎮(zhèn)經(jīng)濟社會發(fā)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(qū)不得不過度開采地下水以支撐突飛猛進的經(jīng)濟建設進程，出現(xiàn)由地下水位下降而引起的土地鹽堿化、地面沉降等更嚴重的水環(huán)境問題。然而，由于缺水小城鎮(zhèn)一般為經(jīng)濟能力相對較低、技術管理水平不高，基礎設施建設相對落后的區(qū)域，治理河流水環(huán)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(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，適用技術的區(qū)域性差異明顯，目前大城市廣泛應用的相對成熟的水環(huán)境治理技術在缺水小城鎮(zhèn)存在適用性問題。因此，需針對缺水小城鎮(zhèn)河道水環(huán)境治理技術進行針對性和實用性研究。由于缺水小城鎮(zhèn)區(qū)域降雨量少，對河道地表徑流的貢獻率不高，流域內(nèi)生產(chǎn)生活排水成為河道地表徑流的重要水源；然而，由于缺水小城鎮(zhèn)一般受經(jīng)濟建設水平偏低的影響，工業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水量相對偏低，相比于發(fā)達地區(qū)，流域產(chǎn)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，污染嚴重的主要原因之一。如此，水體富營養(yǎng)化便成為缺水小城鎮(zhèn)河道水環(huán)境的主要問題之一。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量輸入緩流水體，引起藻類及其他浮游生物過度繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。每年的5 10月份是藻類及浮游生物生長繁殖的適宜季節(jié)，水體富營養(yǎng)化問題尤為突出。既然水體富營養(yǎng)化問題是適宜條件下藻類過度繁殖引起的一系列問題，那么藻類對水體氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)必然存在同化吸收。這樣，倘若在特定區(qū)域創(chuàng)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(yǎng)元素，之后采取措施將藻類移出系統(tǒng)，從而實現(xiàn)削減水體氮/磷營養(yǎng)物質(zhì)的目的。菌藻生物膜河水凈化方法，是指在河道水體富營養(yǎng)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凈化系統(tǒng)，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(yǎng)物質(zhì)；通過定期清除填料上附著的菌藻生物膜，將氮/磷等營養(yǎng)物質(zhì)移出系統(tǒng)。然而，運行研究表明，單獨通過菌藻生物膜直接凈化污染河水，除ΝΗ4+、Ρ043_等營養(yǎng)物質(zhì)有明顯去除外，C0D、B0D等有機污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(tài)的C02，并非水體有機物，且測試水樣中富含藻類細胞，故而出現(xiàn)出水的COD、BOD不低于進水的現(xiàn)象。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，(1)系統(tǒng)垂向上DO梯度較大，表層水(水面至水下40cm) DO過飽和(> 2aiig/L)而底層水(泥面及其以上20cm)處于虧氧狀態(tài)；(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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，利用填料富集的菌藻生物膜凈化河水，為缺水小城鎮(zhèn)地區(qū)河道水體污染物削減提供一套經(jīng)濟適用、操作方便的系統(tǒng)。按照本發(fā)明提供的技術方案，所述升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是包括立體式河水凈化床、填料生物膜凈化層、以及過濾除藻用的植物濾床，所述填料生物膜凈化層為設置在河水凈化床內(nèi)部的多層填料凈化箱；在所述河水凈化床的底部為污泥區(qū)，在所述河水凈化床的下部設置進水管，進水管與填料凈化箱的內(nèi)部導流管連接，導入污泥層的底部，在填料凈化箱的頂部設置有處理出水管，在所述填料凈化箱的底部設置排泥口 ；在每層填料凈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。在所述污泥區(qū)設置第一回流管，在所述污泥層與填料生物膜凈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凈化層頂端的回流泵連接。在所述污泥層與填料生物膜凈化層之間為反沖消能區(qū)和污泥絮凝區(qū)。所述填料凈化箱包括圓筒形周壁和設置在周壁內(nèi)部的柵格，所述柵格由多片格網(wǎng)構成，每片格網(wǎng)之間的間距< 0. 5cm。所述填料凈化箱的外徑均略小于河水凈化床的內(nèi)徑。所述植物濾床為一洼地，在洼地上敷設陶粒，在陶粒上敷設碎石屑，在碎石屑上種植蘆葦。在所述河水凈化床的不銹鋼圓筒體的內(nèi)壁上設置有作為填料凈化箱承托的托扣。所述河水凈化床包括不銹鋼圓筒體，在不銹鋼圓筒體的下邊緣連接同徑的不銹鋼半球底面。本發(fā)明具有如下技術特點及積極效果
(1)污染物削減效果良好，技術經(jīng)濟優(yōu)勢明顯
本發(fā)明利用出水雙回流系統(tǒng)產(chǎn)生的水力流態(tài)，及中下部回流水的自充氧作用，實現(xiàn)對河水的水解酸化預處理，強化菌藻生物膜系統(tǒng)的凈水性能，綜合效果良好，不僅離子態(tài)氮、磷(NH4+、PO43-)削減量明顯，有機污染物(COD、BOD)也有較好凈化效果，對水體富營養(yǎng)化及黑臭現(xiàn)象有一定控制作用。另外，本發(fā)明除需較小的建造及運行維護費用外，基本無其他生產(chǎn)及能耗方面的經(jīng)費支出；
(2)技術策略實施方便，裝置運行操作簡單
本發(fā)明所述技術策略貼近于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)方式，涉及的裝置運行所需技術水平相對較低，一般從事農(nóng)耕生產(chǎn)的農(nóng)民即可完成管理維護工作，在缺水小城鎮(zhèn)地區(qū)具有較好的適用性。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的填料凈化箱的示意圖。圖3為本發(fā)明的濾床的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖廣圖3所示升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)包括填料生物膜凈化層1、托扣2、進水管3、內(nèi)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、污泥絮凝區(qū)10、反沖消能區(qū)11、污泥區(qū)12、填料層出水管13、菌藻生物膜14、格網(wǎng)15、河水凈化床16、填料凈化箱17、植物濾床18、洼地19、陶粒20、碎石屑21、蘆葦22、河水A等。本發(fā)明包括立體式河水凈化床16、填料生物膜凈化層1、以及過濾除藻用的植物濾床18，所述填料生物膜凈化層1為設置在河水凈化床16內(nèi)部的多層填料凈化箱17 ；
所述河水凈化床16包括不銹鋼圓筒體，在不銹鋼圓筒體的下邊緣焊接同徑的不銹鋼半球底面，在不銹鋼圓筒體的內(nèi)壁上焊接有作為填料凈化箱17承托的托扣2，依據(jù)所需填料及藻類生長狀況，確定填料凈化箱17的裝填層數(shù)；在所述河水凈化床16的底部為污泥區(qū)12，在所述河水凈化床16的圓筒體下邊緣設置進水管3，進水管3與填料凈化箱17的內(nèi)部導流管4連接，導入污泥層12底部，用于將河水A導入填料凈化箱17的底部，在填料凈化箱17的頂部設置有處理出水管5，采用溢流式管道；在所述填料凈化箱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；在每層填料凈化箱17的下邊緣均設置有填料層出水管13，便于系統(tǒng)在填料菌藻生物膜移除時連續(xù)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；
在所述污泥區(qū)12設置第一回流管7，用于將一部分出水回流至河水凈化床16底部的污泥區(qū)12，在水力發(fā)電推動作用下，污泥呈螺旋流緩慢上升；自河水凈化床16底部的內(nèi)部導流管4進入的河水A，在旋流升流污泥層中進行厭氧預處理，以污泥齡為控制參數(shù)，將厭氧反應控制在水解酸化階段，大分子不溶性有機物(包括難降解有機污染物)通過發(fā)酵細菌的水解酸化過程，降解為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、NH3、PO43-及其他低分子化合物；
在所述河水凈化床16底部的污泥層12與填料生物膜凈化層1之間設置第二回流管8，用于將一部分出水回流至污泥層12與填料生物膜凈化層1之間，使回流水方向與上升污泥的旋流方向相反，通過反沖流抵消污泥上升流的徑向流能量，旋流升流逐漸轉變?yōu)橥屏魃?，形成反沖消能區(qū)11和污泥絮凝區(qū)10相接的動態(tài)污泥層，在反沖消能區(qū)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(chǎn)物在好氧/兼氧微生物作用下被降解，在污泥絮凝區(qū)10由于混合液渦旋流、離散流大量減少，污泥絮凝成團，形成混合液上升流的污泥過濾層，其中無機組分比例相對較高的污泥絮團下降，并通過反復水力剪切作用，最后污泥中無機組分含量高的絮團沉入河水凈化床16的底部，由排泥口 9排出；動態(tài)污泥層的出水進入填料生物膜凈化層1，經(jīng)細菌及藻類的協(xié)同作用，污染物進一步被削減，尤其NH4+、
5P043_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后續(xù)的濾床18除藻后直接排放；脫落的菌藻生物膜14自動沉入動態(tài)污泥層，補充污泥微生物數(shù)量及碳源；菌藻生物膜填料置換期間，河水凈化床16的出水口臨時改為填料層出水管13后，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凈化層1頂端的回流泵6連接，從而實現(xiàn)不同部位的回流；兩套回流管道的長度均可調(diào)，便于根據(jù)系統(tǒng)運行需要調(diào)整回流位置；雙回流系統(tǒng)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(tài)，使污泥呈緩慢旋流上升流態(tài)，筒體口徑不同的系統(tǒng)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(xiàn)旋流流態(tài)為宜，由目測污泥流態(tài)進行回流量控制；中下部回流目的主要是實現(xiàn)反沖消流(抵消旋流升流的徑向流，助成推流升流)及充氧，回流量控制受污泥泥位及充氧效果雙重影響，應以污泥泥位控制為主，污泥泥位控制在距填料層下邊緣5 10cm為宜；
如圖2所示，所述填料凈化箱17包括圓筒形周壁和設置在周壁內(nèi)部的柵格，所述柵格由多片格網(wǎng)15構成，每片格網(wǎng)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(wǎng)15之間的間距< 0. 5cm ；所述填料凈化箱17的高度為40cm，填料凈經(jīng)箱17的外徑均略小于河水凈化床16的圓筒體內(nèi)徑，可直接放入河水凈化床16和圓筒體內(nèi)，由圓筒體內(nèi)壁的托扣2承托作為填料生物凈化層1，可在河水凈化床16中自由裝卸；
如圖3所示，植物濾床18為靠近河水凈化床16附近的一塊洼地19，將洼地19平整夯實做防滲處理后，在洼地19上敷設25cm厚的粒徑為0. 3^0. 5cm陶粒20，在陶粒20上敷設5cm厚粒徑為0. 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，也可對污染物進一步去除，保證出水水質(zhì)。本發(fā)明所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)安裝試水后，通水部分河水，接種河道底泥，在河水凈化床底部培養(yǎng)污泥；同時，將用于凈化河水的填料凈化箱投放入富營養(yǎng)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于過濾床上，進行適應性生長。待污泥培養(yǎng)、菌藻生物膜自然富集完成及濾床中蘆葦生出新芽之后，將富含菌藻生物膜的填料凈化箱裝入河水凈化床中，通入河水后將填料凈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(tài)及中下部回流的自充氧作用，實現(xiàn)污泥對河水的預處理；河水凈化床出水流經(jīng)植物濾床，過濾除藻，并進一步削減污染物。本發(fā)明的維護管理有菌藻生物膜的掛膜及移除、污泥層管理、植物濾床管理等三個方面。菌藻生物膜的掛膜是將填料凈化箱投入富營養(yǎng)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后，將填料凈化箱裝入河水凈化床中；菌藻生物膜移除是將河水凈化床中已出現(xiàn)菌藻生物膜明顯累積的填料箱定期移出系統(tǒng)，清理生物膜，或資源化利用，或通入污泥層補充污泥；污泥層管理是通過目測旋流污泥泥位，進行回流量調(diào)節(jié)，并以污泥齡為控制參數(shù)，間歇式排泥；植物濾床管理是針對植物的補種、收割及基質(zhì)的置換、處置。特別說明，由于河流水體中藻類的生長存在季節(jié)性問題，冬季及初春季節(jié)，水體溫度低且水體冰封，大部分藻類無法正常生長，故而本發(fā)明所述方法及系統(tǒng)具有季節(jié)選擇性；鑒于華北地區(qū)每年5 10月份是華北地區(qū)河流水體藻類生長的適宜季節(jié)，可作為該期間缺水小城鎮(zhèn)河流水體凈化的技術措施。
本發(fā)明所述升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，是針對缺水小城鎮(zhèn)河道水體污染成分復雜，膠體組分比例大，河水可生化性低造成的有機物污染物削減效果較差的實際問題，依據(jù)水體富營養(yǎng)化期間藻類對離子態(tài)氮/磷大量吸收，合成自身細胞的客觀現(xiàn)象，并結合水體垂向DO梯度大，底層水處于虧氧狀態(tài)及脫落菌藻生物膜形成的底泥微生物活性高的具體特征而設計開發(fā)的。具體實施方案分為裝置建造、通水運行、維護管理。本系統(tǒng)采取間歇式排泥策略，以保持厭氧區(qū)污泥濃度(MLVSS) 1200(Tl5000mg/L左右。
權利要求
1.一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是包括立體式河水凈化床(16)、填料生物膜凈化層(1 )、以及過濾除藻用的植物濾床(18)，所述填料生物膜凈化層(1)為設置在河水凈化床(16)內(nèi)部的多層填料凈化箱(17)；在所述河水凈化床(16)的底部為污泥區(qū)(12)，在所述河水凈化床(16)的下部設置進水管(3)，進水管(3)與填料凈化箱(17)的內(nèi)部導流管(4)連接，導入污泥層(12)的底部，在填料凈化箱(17)的頂部設置有處理出水管(5)，在所述填料凈化箱(17)的底部設置排泥口(9);在每層填料凈化箱(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1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是在所述污泥區(qū)(12)設置第一回流管(7)，在所述污泥層(12)與填料生物膜凈化層(1)之間設置第二回流管(8)。
3.如權利要求1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是所述第一回流管(7)和第二回流管(8)分別與安裝在填料生物凈化層(1)頂端的回流泵(6)連接。
4.如權利要求1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是在所述污泥層(12)與填料生物膜凈化層(1)之間為反沖消能區(qū)(11)和污泥絮凝區(qū)(10)。
5.如權利要求1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是所述填料凈化箱(17)包括圓筒形周壁和設置在周壁內(nèi)部的柵格，所述柵格由多片格網(wǎng)(15)構成，每片格網(wǎng)(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-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是所述填料凈化箱(17)的外徑均略小于河水凈化床(16)的內(nèi)徑。
7.如權利要求1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是所述植物濾床(18)為一洼地(19)，在洼地(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1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是在所述河水凈化床(16)的不銹鋼圓筒體的內(nèi)壁上設置有作為填料凈化箱(17)承托的托扣(2)。
9.如權利要求1所述的升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是所述河水凈化床(16)包括不銹鋼圓筒體，在不銹鋼圓筒體的下邊緣連接同徑的不銹鋼半球底
全文摘要
本發(fā)明涉及一種升流式水解酸化-菌藻生物膜河水凈化系統(tǒng)，其特征是包括立體式河水凈化床、填料生物膜凈化層、以及過濾除藻用的植物濾床，所述填料生物膜凈化層為設置在河水凈化床內(nèi)部的多層填料凈化箱；在所述河水凈化床的底部為污泥區(qū)，在所述河水凈化床的下部設置進水管，進水管與填料凈化箱的內(nèi)部導流管連接，導入污泥層的底部，在填料凈化箱的頂部設置有處理出水管，在所述填料凈化箱的底部設置排泥口；在每層填料凈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。本發(fā)明具有如下技術特點及積極效果(1)污染物削減效果良好，技術經(jīng)濟優(yōu)勢明顯；(2)技術策略實施方便，裝置運行操作簡單。
文檔編號C02F3/32GK102557249SQ20121001433
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權日2012年1月17日
發(fā)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