申请日2019.07.12
公开(公告)日2019.09.27
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明涉及一种应用于黑臭水体治理的方法，属于生态环境治理领域。该方法中，将生物生态微动力浮岛装置漂浮放置在需要进行处理的黑臭水体中，生物生态微动力浮岛装置中浮岛箱体内安装有生物载体模块和植物模块，依靠生物生态微动力浮岛装置上的风动叶片带动风力驱动空气压缩机产生压缩空气并贮存在空气压缩储罐中，空气压缩储罐内的压缩空气提供浮岛箱体的旋转、移动、曝气和进水排水，完成对黑臭水体的净化处理。本方法实现与周边环境友好融合，不需要外加电力及燃料，处理效率高，节能环保。同时还提供了一种生物生态微动力浮岛装置，具有稳定高效、节约占地、景观优美的特点。
权利要求书
1.一种应用于黑臭水体治理的方法，其特征在于，将生物生态微动力浮岛装置漂浮放置在需要进行处理的黑臭水体中，生物生态微动力浮岛装置中浮岛箱体(1)内安装有生物载体模块(9)和植物模块(10)，依靠生物生态微动力浮岛装置上的风动叶片(5)带动风力驱动空气压缩机(6)产生压缩空气并贮存在空气压缩储罐(7)中，空气压缩储罐(7)内的压缩空气提供浮岛箱体(1)的旋转、移动、曝气，浮岛箱体(1)的旋转实现进水排水，完成对黑臭水体的净化处理。
2.根据权利要求1所述的应用于黑臭水体治理的方法，其特征在于，每个生物载体模块(9)内均设有填料层，其中的填料层为帘式纤维填料层，帘式纤维填料层由内至外编织紧密至疏松。
3.根据权利要求1所述的应用于黑臭水体治理的方法，其特征在于，浮岛箱体(1)呈圆柱形，在浮岛箱体(1)外周均匀设置多个进水窗口、与进水窗口数量相同的出水窗口和多个空气推进器(4);
正常工作需要生物生态微动力浮岛装置旋转，空气推进器(4)设置成与圆形浮岛箱体(1)外周切线呈30°-45°夹角，空气推进器(4)驱动浮岛箱体(1)旋转;
当需要生物生态微动力浮岛装置水平移动时，空气推进器(4)设置成与圆形浮岛箱体(1)外周切线呈90°夹角，同时根据移动方向开启其中一个空气推进器(4)，其余的空气推进器(4)均处于关闭状态，实现空气推进器(4)驱动浮岛箱体(1)水平移动。
4.根据权利要求1所述的应用于黑臭水体治理方法使用的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，包括浮岛箱体(1)、浮力橡胶圈(2)、进出水窗口(3)、风动叶片(5)、风力驱动空气压缩机(6)、空气压缩储罐(7)和塔筒(11)，其中浮岛箱体(1)的四周安装有浮力橡胶圈(2)，浮岛箱体(1)的四周等间距设有偶数个进出水窗口(3)，进出水窗口(3)均与浮岛箱体(1)内部连通;浮岛箱体(1)的顶端中部固定设有中空的塔筒(11)，塔筒(11)的底部一侧固定有空气压缩储罐(7)，塔筒(11)的顶部安装有风力驱动空气压缩机(6)，风力驱动空气压缩机(6)的一侧经传动机构连接有风动叶片(5);塔筒(11)内还设置有第一连接管道(12)和第二连接管道(13)，第一连接管道(12)的一端与风力驱动空气压缩机(6)连通，第一连接管道(12)的另一端与空气压缩储罐(7)连通;第二连接管道(13)的一端与空气压缩储罐(7)连通，第二连接管道(13)的另一端引到浮岛箱体(1)内用于曝气。
5.根据权利要求4所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，所述浮岛箱体(1)内设有曝气管(8)、生物载体模块(9)、植物模块(10)和固定架(14)，固定架(14)上设有若干个植物模块(10)和若干个生物载体模块(9)，曝气管(8)水平置于浮岛箱体(1)底部，且曝气管(8)与第二连接管道(13)远离空气压缩储罐(7)的端部连通。
6.根据权利要求4所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，还包括多根第三连接管道(15)，浮岛箱体(1)的四周还等间距安装有多个空气推进器(4)，每个空气推进器(4)均连接有一根第三连接管道(15)，第三连接管道(15)远离空气推进器(4)的端部与空气压缩储罐(7)连通，第三连接管道(15)上均安装有阀门。
7.根据权利要求6所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，浮岛箱体(1)为圆柱体;单个进出水窗口(3)是由导向板(16)构成的两端开口的筒状结构;偶数个进出水窗口(3)等间距布置于圆形浮岛箱体(1)的圆周上，其中一半所述圆周上进出水窗口(3)的导向板与圆形浮岛箱体(1)的圆周顺时针倾斜布置，另一半所述圆周上进出水窗口(3)的导向板与圆形浮岛箱体(1)的圆周逆时针倾斜布置。
8.根据权利要求7所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，所述进出水窗口(3)内部的横截面上还安装有能上下移动的插板(17)。
9.根据权利要求7所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，所述空气推进器(4)与浮岛箱体(1)外部采用可转动的连接方式。
10.根据权利要求5所述的生物生态微动力浮岛装置，其特征在于，每个植物模块(10)中的植物为挺水植物。
说明书
应用于黑臭水体治理的方法及生物生态微动力浮岛装置
技术领域
本发明涉及一种应用于黑臭水体治理的方法及生物生态微动力浮岛装置，属于生态环境治理领域。
背景技术
随着经济的快速发展，城镇规模的迅速扩大和人口的急剧膨胀使得城镇的河流受到了不同程度的污染，黑臭水体问题比较严重。根据《水污染防治行动计划》为黑臭水体治理划定了路线图，明确了时间表，即到2020年，我国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。目前为解决黑臭水体的问题，普遍采用的做法是将污染的河水用水泵通过管道提升至污水处理厂，达标处理后，再经管道排入河道。这样不仅需要新建提水泵站和扩建污水厂规模等工程设施，而且占用大量城市用地，破坏城市道路或绿化，总体建设成本很高，而且运行维修费用也高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用于黑臭水体治理的方法，实现与周边环境友好融合，不需要外加电力及燃料，采用增效水生植物和人工填料强化生化处理，处理效率高，节能环保;同时还提供了一种应用于黑臭水体治理的生物生态微动力浮岛装置，具有稳定高效、节约占地、节能降耗、景观优美的特点，符合国家绿色治污的发展理念。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种应用于黑臭水体治理的方法，将生物生态微动力浮岛装置漂浮放置在需要进行处理的黑臭水体中，生物生态微动力浮岛装置中浮岛箱体内安装有生物载体模块和植物模块，依靠生物生态微动力浮岛装置上的风动叶片带动风力驱动空气压缩机产生压缩空气并贮存在空气压缩储罐中，空气压缩储罐内的压缩空气提供浮岛箱体的旋转、移动、曝气，浮岛箱体的旋转实现进水排水，完成对黑臭水体的净化处理。生物载体模块、植物模块构建形成水生植物-人工填料泥膜共生生物处理系统，形成生物立体食物链网，实现生物生态处理功能。本发明将生物生态微动力浮岛装置放置在需要进行处理的黑臭水体中形成生物好氧池作用，无须电力设备依靠自然能量便可实现生物生态微动力浮岛装置的漂浮、旋转、移动、曝气和进水排水，完成黑臭水体的净化处理。正常状态下，生物生态微动力浮岛装置漂浮在黑臭水体中旋转的同时曝气，此时黑臭水体进出生物生态微动力浮岛装置实现净化;若是该区域的黑臭水体净化后，还可以将生物生态微动力浮岛装置移动到其他位置继续旋转、净化黑臭水体。
前述的应用于黑臭水体治理的方法，每个生物载体模块内均设有填料层，其中的填料层为帘式纤维填料层，帘式纤维填料层由内至外编织紧密至疏松，帘式纤维填料材料的厚度为2-5mm。帘式纤维填料层由内至外编织紧密至疏松，使得材料本身具备厌氧、兼氧、好氧的微环境，具备同步硝化反硝化(SND)功能，提高系统的脱氮除磷能力。
前述的应用于黑臭水体治理的方法，浮岛箱体呈圆柱形，在浮岛箱体外周均匀设置多个进水窗口、与进水窗口数量相同的出水窗口和多个空气推进器;
正常工作需要生物生态微动力浮岛装置旋转，空气推进器设置成与圆形浮岛箱体外周切线呈30°-45°夹角，空气推进器驱动浮岛箱体旋转;
当需要生物生态微动力浮岛装置水平移动时，空气推进器设置成与圆形浮岛箱体外周切线呈90°夹角，同时根据移动方向开启其中一个空气推进器，其余的空气推进器均处于关闭状态，实现空气推进器驱动浮岛箱体水平移动。空气推进器工作原理是压缩空气推动活塞在气缸里运行，带动曲轴旋转而作功，曲轴的旋转运动带动螺旋桨叶片旋转，从而推动生物生态微动力浮岛装置旋转或移动。
前述的应用于黑臭水体治理方法使用的生物生态微动力浮岛装置包括浮岛箱体、浮力橡胶圈、进出水窗口、风动叶片、风力驱动空气压缩机、空气压缩储罐和塔筒，其中浮岛箱体的四周安装有浮力橡胶圈，浮力橡胶圈使得浮岛箱体能够稳定漂浮在黑臭水体中，形成一座黑臭水体上的小型污水处理设施。具体的，浮力橡胶圈固定于浮岛箱体四周的上部稳定性更好。浮岛箱体的四周等间距设有偶数个进出水窗口，进出水窗口均与浮岛箱体内部连通;进出水窗口均在浮岛箱体上等高度布置，该种布置方式使得进出水效果更好。浮岛箱体的顶端中部固定设有中空的塔筒，塔筒的底部一侧固定有空气压缩储罐，塔筒的顶部安装有风力驱动空气压缩机，风力驱动空气压缩机的一侧经传动机构连接有风动叶片;塔筒内还设置有第一连接管道和第二连接管道，第一连接管道的一端与风力驱动空气压缩机连通，第一连接管道的另一端与空气压缩储罐连通;第二连接管道的一端与空气压缩储罐连通，第二连接管道的另一端引到浮岛箱体内用于曝气。安装在塔筒顶部的风动叶片通过传动机构带动风力驱动空气压缩机产生压缩空气并贮存在空气压缩储罐内，以自然界的风能为动力驱动风力驱动空气压缩机工作;具体的，传动机构包括横轴、第一伞形齿轮、第二伞形齿轮、立轴，其中横轴的一端安装有风动叶片，横轴的另一端水平连接于第一伞形齿轮，第一伞形齿轮与第二伞形齿轮啮合，第二伞形齿轮竖直连接有立轴，立轴远离第二伞形齿轮的一端与风力驱动空气压缩机连接;风力驱动空气压缩机包括连杆、活塞、缸体，其中立轴与连杆的一端连接，连杆的另一端与活塞连接，活塞滑动设于缸体内，缸体远离立轴的端部与第一连接管道的端部连接。当风动叶片受到风力作用，围绕横轴作圆周运动，并驱动第一伞形齿轮、第二伞形齿轮及立轴旋转，通过立轴带动连杆使风力驱动空气压缩机活塞和缸体产生相对运动，从而达到产生压缩空气的作用，产生压缩空气的过程不需要外加电力及燃料，节能、环保。空气压缩储罐内的压缩空气提供生物生态微动力浮岛装置的旋转、移动以及生化曝气。
前述的生物生态微动力浮岛装置，所述浮岛箱体内设有曝气管、生物载体模块、植物模块和固定架，固定架上设有若干个植物模块和若干个生物载体模块，曝气管水平置于浮岛箱体底部，且曝气管与第二连接管道远离空气压缩储罐的端部连通。浮岛箱体内安装了生物载体模块和植物模块形成一个生化反应池，实现了生物生态处理功能。具体的，通过生物载体模块和植物模块使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型生物附着生长繁育，并在其上形成膜性生物污泥-生物膜。黑臭水体与生物膜接触，黑臭水体中的有机污染物作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，黑臭水体得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。浮岛箱体内采用生物载体模块和植物模块作为微生物附着载体，通过构建高度多样化的生态系统，利用各次级生态系统中的微生物、水生植物、水生动物等的新陈代谢作用，增强对黑臭水体中污染物的去除效果。微生物在载体上以附着生长为主，可降低悬浮污泥浓度，减少污泥产量，提高氧传递效率，同时，显著提高生化反应池的等效污泥浓度，从而提高污水处理效率。本发明在满足同样出水水质标准的前提下，显著降低生化反应池的水力停留时间，减小浮岛箱体容积，节约生物生态微动力浮岛装置的占地面积。总之，生物载体模块和植物模块根系共同作用形成生物膜，提高污泥密度，高污泥浓度的固定生物膜工艺对水质水量冲击负荷适应能力更强，形成稳定高效的污水处理系统。植物模块根系还可吸收黑臭水体中的氮磷，起到辅助脱氮除磷效果。浮岛箱体采用风力驱动空气压缩机产生的压缩空气进行曝气，利用自然界的风能，不需要外加电力及燃料，更加节能、环保。
进一步的，前述的生物生态微动力浮岛装置还包括多根第三连接管道，浮岛箱体的四周还等间距安装有多个空气推进器，每个空气推进器均连接有一根第三连接管道，第三连接管道远离空气推进器的端部与空气压缩储罐连通，第三连接管道上均安装有阀门。每个空气推进器包括气缸、活塞、曲轴和螺旋桨叶片，其中活塞滑动置于气缸内，气缸的一端与第三连接管道连通，气缸内的活塞远离第三连接管道的一侧连接有曲轴，曲轴远离活塞的端部等间距安装有螺旋桨叶片。空气压缩储罐内的压缩空气经第三连接管道传递给空气推进器。空气推进器工作原理是压缩空气推动活塞在气缸里运行，带动曲轴旋转而作功，曲轴的旋转运动带动螺旋桨叶片旋转，从而推动生物生态微动力浮岛装置旋转或移动。具体的，空气推进器中的螺旋桨叶片随曲轴一起转动，将水从螺旋桨叶片的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动浮岛箱体旋转或移动。本发明能够通过第三连接管道上的阀门的开闭实现空气推进器的开启或关闭。
进一步的，前述的生物生态微动力浮岛装置，浮岛箱体为圆柱体，当浮岛箱体采用圆柱形结构时，抗外来的冲击力更好，稳定性更好。单个进出水窗口是由导向板构成的两端开口的筒状结构;偶数个进出水窗口等间距布置于圆形浮岛箱体的圆周上，其中一半所述圆周上进出水窗口的导向板与圆形浮岛箱体的圆周顺时针倾斜布置，另一半所述圆周上进出水窗口的导向板与圆形浮岛箱体的圆周逆时针倾斜布置。即该种布置方式使得圆形浮岛箱体的圆周两侧上进出水窗口的导向板安装方向相反，始终保持一侧的进出水窗口实现进水功能，另一侧的进出水窗口实现排水功能。
前述的生物生态微动力浮岛装置，所述进出水窗口内部的横截面上还安装有能上下移动的插板。插板形状与进出水窗口的横截面形状相匹配，当插板完全下落后，能够将进出水窗口的横截面封堵住;当插板置于进出水窗口上方时，进出水窗口无阻碍处于畅通状态;当插板下降一部分时，进出水窗口的横截面也被阻挡一部分。通过这种方式，能够调节进出水窗口过水部分大小，进而控制黑臭水体在浮岛箱体内的停留时间长短。具体的，当黑臭水体水质较差时，将进出水窗口过水部分调小，此时黑臭水体在浮岛箱体内的停留时间较长，水质净化效果更佳;当黑臭水体水质较好时，将进出水窗口过水部分调大，此时黑臭水体在浮岛箱体内的停留时间较短，无需较长时间便能实现净化效果。
前述的生物生态微动力浮岛装置，所述空气推进器与浮岛箱体的外部采用可转动的连接方式，以调节空气推进器的布置角度。具体的，空气推进器与浮岛箱体的外部通过销轴连接。根据浮岛箱体的旋转或者移动需要，可以通过人工调整空气推进器与圆形浮岛箱体外周切线的夹角，调整后通过销轴固定即可。正常工作需要浮岛箱体旋转，空气推进器设置成与圆形浮岛箱体外周切线呈30°-45°夹角，空气推进器驱动浮岛箱体旋转;在旋转过程中，由于进出水窗口在圆形浮岛箱体两个半圆周上安装角度正好相反，根据流体学原理，无需外力便能实现一般圆周上的进出水窗口进水，另一半圆周上的进出水窗口排水。当需要生物生态微动力浮岛装置水平移动时，空气推进器设置成与圆形浮岛箱体外周切线呈90°夹角，同时根据移动方向开启其中一个空气推进器，其余的空气推进器通过关闭相应第三连接管道上的阀门调整为关闭状态，实现空气推进器驱动浮岛箱体水平移动。另外，空气推进器释放的压缩空气还兼备了对黑臭水体的生化曝气作用。
进一步的，前述的生物生态微动力浮岛装置中，每个植物模块中的植物为挺水植物。本发明在浮岛箱体内布置了生物载体模块、植物模块，实现了生物模块性能的优化。每个生物载体模块由一个载体框架、填料层和紧固件等组成，填料层经紧固件固定于载体框架内，填料层为帘式纤维填料层。具体的帘式纤维填料层为帘式生态纤维层，经过亲水性处理，纤维表面有大量微孔，比表面积更大，有利于微生物膜附着。帘式生态纤维层由内至外编织紧密至疏松，使得材料本身具备厌氧、兼氧、好氧的微环境，具备同步硝化反硝化(SND)功能，提高系统的脱氮除磷能力。每个植物模块由外至内为“定植网筐+筛网+基质+植物”的结构。具体的，定植网筐为一个外部框架结构，定植网筐内设有基质，植物培育于基质内，为了避免基质流失，还在基质的上方设有筛网固定。其中基质可以为陶粒等。本发明在植物模块中嵌入挺水植物，构建适宜微生物生长繁殖的生态系统，既可利用植物生长去除黑臭水体中的部分有机物，又可利用植物根系构建辅助生物载体，从而达到减少剩余污泥量和净化黑臭水体处理过程所产生的臭味，改善景观环境。具体的，其中的挺水植物可以为芦、蒲草、水芹、茭白荀、荷花、香蒲、慈姑、芦苇等。植物模块10的根系可吸收黑臭水体中的氮磷，起到辅助脱氮除磷效果。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明用于治理城市黑臭水体，具有稳定高效、节约占地、节能降耗、景观优美的特点，符合国家绿色治污的发展理念;
2、本发明以自然界的风能为动力驱动风力驱动空气压缩机工作，只使用了自然风能进行工作，没有废气排放，没有危险的电力装置，不需要外加电力及燃料，具有节能、环保、安全性能;另外，空气推进器释放的压缩空气还兼备了对黑臭水体的生化曝气作用;
3、本发明在浮岛箱体内布置了生物载体模块和植物模块，实现了生物生态处理功能。通过在浮岛箱体内构建增效水生植物-人工填料泥膜共生生物处理系统，形成生物立体食物链网，等效污泥浓度达到8g/L以上，提高污水处理效率，降低污水在反应池的停留时间，能够减少浮岛箱体容积40%以上。生物膜在人工填料附着生长，生物膜内产生溶氧梯度，硝化-反硝化同步反应，本发明对氨氮的去除率在95%以上，对总氮的去除率在85%以上。（发明人韩买良;周保卫）
