申请日2021.08.31
公开日期2021.12.17
IPC分类C02F3/34;C02F3/02;C02F3/32;H02J7/35;C02F7/00;C02F9/14;C02F3/28
摘要
一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法，它包括主体、进水单元、溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元、生物处理单元和智能控制系统，通过在主体内设置溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元，进水单元位于主体的两端与溞处理单元连通，主体浮于河湖水体中，通过河湖水体依次从进水单元进入溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元处理后，再排入河湖水体中，具有工艺简单、无需外接电源和药投加剂，运行成本低，可拆卸清洗重复利用，环境友好，不产生二次污染，操作简单方便，有利于推广。
权利要求
1.一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：它包括主体（1）、进水单元（2）、溞处理单元（3）、生态浮床单元（4）、滤食性鱼类处理单元（5）、生物处理单元（6）和智能控制系统（7）；
所述溞处理单元（3）、生态浮床单元（4）、滤食性鱼类处理单元（5）和生物处理单元（6）皆位于主体（1）内；
所述进水单元（2）位于主体（1）的两端与溞处理单元（3）连通；
所述溞处理单元（3）与滤食性鱼类处理单元（5）连通，生态浮床单元（4）位于溞处理单元（3）上部；
所述滤食性鱼类处理单元（5）和生物处理单元（6）位于主体（1）内的中部组合成一体，滤食性鱼类处理单元（5）位于生物处理单元（6）上部；
所述智能控制系统（7）的推流器（75）位于主体（1）外部靠近进水单元（2）。
2.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述主体（1）为上部开口的中空船体结构，中空框体结构的浮板（11）位于中空船体上部与其连接，中空船体的船底设置网格结构的排水口（12）与生物处理单元（6）连通。
3.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述进水单元（2）包括进水管（21）连接的进水泵（22），进水管（21）穿过主体（1）的密封舱与溞处理单元（3）连通，位于主体（1）外的进水管（21）一端与拦鱼网（23）连接，进水泵（22）位于 密封舱内。
4.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述溞处理单元（3）包括从主体（1）内两端往中心依次上下错位的多个隔板（31）组成的流体空间，溞投加装置（32）与流体空间连通，隔板（31）与主体（1）两侧的内壁连接。
5.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述生态浮床单元（4）包括浮床（41）内种植的挺水植物（42），浮床（41）位于溞处理单元（3）的隔板（31）上部。
6.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述滤食性鱼类处理单元（5）包括筛孔板（51）和曝气组件（52），两个相互平行的筛孔板（51）与主体（1）两侧的内壁连接形成鱼类生活区（53），曝气组件（52）位于鱼类生活区（53）下端。
7.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述生物处理单元（6）包括从上向下依次布设的生物膜填料层（61）、沸石层（62）和硅藻土层（63）；所述生物膜填料层（61）、沸石层（62）和硅藻土层（63）分别位于中空的三个滤水框（64）内，滤水框（64）位于两个侧板（65）之间的处理空间内，侧板（65）与主体（1）两侧的内壁连接。
8.根据权利要求1所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述智能控制系统（7）包括光伏发电装置（71）、动力系统（72）、储能电池（73）、曝气器（74）和推流器（75）；光伏发电装置（71）、动力系统（72）和曝气器（74）与储能电池（73）电性连接，曝气器（74）与滤食性鱼类处理单元（5）内的曝气组件（52）连接，推流器（75）与动力系统（72）连接。
9.根据权利要求8所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，其特征是：所述智能控制系统（7）还包括集控箱，集控箱内集成定位控制系统、推流器智能控制系统和远程遥控系统；定位控制系统和远程遥控系统与后台控制中心无线连接，推流器智能控制系统与动力系统（72）电性连接，集控箱固定于主体（1）的浮板（11）上。
10.根据权利要求1~9任一项所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，下水，将主体（1）拖入河湖水体中；此步骤中，进水管（21）和排水口（12）开启，进水泵（22）和动力系统（72）关闭；
S2，进水，进水泵（22）启动，蓝绿藻及富营养化水沿进水管（21）进入溞处理单元（3）和滤食性鱼类处理单元（5）内，与此同时，拦鱼网（23）拦截河湖水体中的垃圾及鱼类；当溞处理单元（3）内的水位漫过隔板（31）上端后，浮床（41）浮于溞处理单元（3）上部，进水泵（22）关闭；
S3，投溞，从溞投加装置（32）向溞处理单元（3）内投入大型溞，大型溞随进水水流分散于溞处理单元（3）内；
S4，投鱼，将滤食性鱼类投入滤食性鱼类处理单元（5）内；
S5，修复，结合溞处理单元（3）、生态浮床单元（4）、滤食性鱼类处理单元（5）和生物处理单元（6）对蓝绿藻及富营养化水进行处理，修复水体；此步骤中，进水泵（22）、曝气器（74）和推流器（75）处于启动状态；
S5-1，大型溞摄食溞处理单元（3）内水体中的部分蓝绿藻，消化后将排泄物排入水体中；
S5-2，浮床（41）上挺水植物（42）的根系向下生长与溞处理单元（3）内水体连通，溞处理单元（3）内水体中的氮磷元素及排泄物被挺水植物（42）的根系吸附、吸收，同时挺水植物（42）获取养分；
S5-3，溞处理单元（3）内的水体经过处理后形成污水，未被大型溞摄食的部分蓝绿藻及大型溞随污水穿过筛孔板（51）进入鱼类生活区（53）内的底部；曝气组件（52）通过气浮作用，将污水中的蓝绿藻及死亡的大型溞分离并浮于水面，滤食性鱼类通过摄食消化蓝绿藻及死亡的大型溞；
S5-4，污水进入生物膜填料层（61），填料表面附着的生物膜净化污水，去除污水中的COD、NH3-N；
S5-5，污水进入沸石层（62），具有较强的磷元素吸附能力的沸石吸附污水中的磷元素，净化污水；
S5-6，污水进入硅藻土层（63），硅藻土为微生物提供生存环境，硅藻土中的反硝化细菌，进行反硝化作用去处污水中的TN，进一步净化水质；
S5-7，净化后的水质从排水口（12）排出进入河湖水体中。
说明书
复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法
技术领域
本发明专利属于富营养化水体治理技术领域，涉及一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法。
背景技术
富营养化是指自然水体受到自然因素或人为因素的影响，水体中的氮磷等营养物质增多，浮游藻类在足够营养的水体条件下迅速繁殖造成水体溶解氧含量急剧下降，水生生物大量死亡，水质急剧恶化的水体污染现象。我国属于多湖泊国家，随着社会经济快速发展及湖泊周边城镇过度开发，湖泊接纳的污染物已严重超过湖泊的自净能力，大多数湖泊爆发了较为严重的蓝绿藻等富营养化现象。
对于富营养化现象的治理，目前的技术主要有物理技术、化学技术、生物技术。物理技术如除燥、截污、底泥疏浚工程和引水冲污，通常作为治理的前置措施，治标不治本，富营养化现象没有从根本上得到解决，后期会出现反复爆发，达不到预期的效果。化学修复技术如采用絮凝剂、药剂杀藻等措施，可通过发生化学反应生成沉淀，沉降蓝绿藻，但所需的化学药剂量大，成本较高，而且有二次污染的风险，长期使用会造成污水区域出现抗药性，一般作为应急处理。现有的生物修复技术如微生物修复技术、水生植物修复技术、生物操纵技术是建立在生物自身新陈代谢活动的基础上，该方法利用水生生物吸收利用水中氮磷元素后，达到去除水体氮磷营养物质的效果，不仅效率高、成本低，而且不易造成二次污染。
大型溞是枝角类浮游动物，近年来被广泛用于生物操纵中修复富营养化水体，大型溞对小球藻、斜生栅藻、螺旋藻等多种浮游藻类植物的繁殖存在抑制作用。现有的技术主要是将大型溞投入到开放水域，大型溞通过摄食处理比其口径小的蓝绿藻。该技术存在如下问题：（1）大型溞是水体生态系统中一些如鲢鱼、鳙鱼等经济鱼类的主要食物来源，投入到开放性水体中易被鲢鱼、鳙鱼等经济鱼类摄食，蓝绿藻治理的效果难以保证；（2）溞类摄食蓝绿藻后自身代谢活动过程中会再释放营养盐，会造成水体再度富营养化，水体富营养现象治理效果难以维持。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法，在主体内设置溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元，进水单元位于主体的两端与溞处理单元连通，主体浮于河湖水体中，河湖水体依次从进水单元进入溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元处理后，再排入河湖水体中，具有工艺简单、无需外接电源和药投加剂，运行成本低，可拆卸清洗重复利用，环境友好，不产生二次污染，操作简单方便，有利于推广。
为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，它包括主体、进水单元、溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元、生物处理单元和智能控制系统；
所述溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元皆位于主体内；
所述进水单元位于主体的两端与溞处理单元连通；
所述溞处理单元与滤食性鱼类处理单元连通，生态浮床单元位于溞处理单元上部；
所述滤食性鱼类处理单元和生物处理单元位于主体内的中部组合成一体，滤食性鱼类处理单元位于生物处理单元上部；
所述智能控制系统的推流器位于主体外部靠近进水单元。
所述主体为上部开口的中空船体结构，中空框体结构的浮板位于中空船体上部与其连接，中空船体的船底设置网格结构的排水口与生物处理单元连通。
所述进水单元包括进水管连接的进水泵，进水管穿过主体的密封舱与溞处理单元连通，位于主体外的进水管一端与拦鱼网连接，进水泵位于 密封舱内。
所述溞处理单元包括从主体内两端往中心依次上下错位的多个隔板组成的流体空间，溞投加装置与流体空间连通，隔板与主体两侧的内壁连接。
所述生态浮床单元包括浮床内种植的挺水植物，浮床位于溞处理单元的隔板上部。
所述滤食性鱼类处理单元包括筛孔板和曝气组件，两个相互平行的筛孔板与主体两侧的内壁连接形成鱼类生活区，曝气组件位于鱼类生活区下端。
所述生物处理单元包括从上向下依次布设的生物膜填料层、沸石层和硅藻土层；所述生物膜填料层、沸石层和硅藻土层分别位于中空的三个滤水框内，滤水框位于两个侧板之间的处理空间内，侧板与主体两侧的内壁连接。
所述智能控制系统包括光伏发电装置、动力系统、储能电池、曝气器和推流器；光伏发电装置、动力系统和曝气器与储能电池电性连接，曝气器与滤食性鱼类处理单元内的曝气组件连接，推流器与动力系统连接。
所述智能控制系统还包括集控箱，集控箱内集成定位控制系统、推流器智能控制系统和远程遥控系统；定位控制系统和远程遥控系统与后台控制中心无线连接，推流器智能控制系统与动力系统电性连接，集控箱固定于主体的浮板上。
如上所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的方法，它包括如下步骤：
S1，下水，将主体拖入河湖水体中；此步骤中，进水管和排水口开启，进水泵和动力系统关闭；
S2，进水，进水泵启动，蓝绿藻及富营养化水沿进水管进入溞处理单元和滤食性鱼类处理单元内，与此同时，拦鱼网拦截河湖水体中的垃圾及鱼类；当溞处理单元内的水位漫过隔板上端后，浮床浮于溞处理单元上部，进水泵关闭；
S3，投溞，从溞投加装置向溞处理单元内投入大型溞，大型溞随进水水流分散于溞处理单元内；
S4，投鱼，将滤食性鱼类投入滤食性鱼类处理单元内；
S5，修复，结合溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元对蓝绿藻及富营养化水进行处理，修复水体；此步骤中，进水泵、曝气器和推流器处于启动状态；
S5-1，大型溞摄食溞处理单元内水体中的部分蓝绿藻，消化后将排泄物排入水体中；
S5-2，浮床上挺水植物的根系向下生长与溞处理单元内水体连通，溞处理单元内水体中的氮磷元素及排泄物被挺水植物的根系吸附、吸收，同时挺水植物获取养分；
S5-3，溞处理单元内的水体经过处理后形成污水，未被大型溞摄食的部分蓝绿藻及大型溞随污水穿过筛孔板进入鱼类生活区内的底部；曝气组件通过气浮作用，将污水中的蓝绿藻及死亡的大型溞分离并浮于水面，滤食性鱼类通过摄食消化蓝绿藻及死亡的大型溞；
S5-4，污水进入生物膜填料层，填料表面附着的生物膜净化污水，去除污水中的COD、NH3-N；
S5-5，污水进入沸石层，具有较强的磷元素吸附能力的沸石吸附污水中的磷元素，净化污水；
S5-6，污水进入硅藻土层，硅藻土为微生物提供生存环境，硅藻土中的反硝化细菌，进行反硝化作用去处污水中的TN，进一步净化水质；
S5-7，净化后的水质从排水口排出进入河湖水体中。
本发明专利的主要有益效果主要体现于：
在主体内设置溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元，形成复合生物处理系统，每个单元皆为独立模块，集成度高，装置轻便简单，有利于推广。
采用进水泵从河湖水体中抽水进入主体内的复合生物处理系统中，复合生物处理系统处理的整个过程为自流式，无需额外能源和设备驱动。
采用溞处理单元内的大型溞摄食消化处理蓝绿藻，排泄物经生态浮床单元的挺水植物根系吸附吸收，剩余蓝绿藻及死亡的大型溞可作为饵料被滤食性鱼类捕获摄食消化处理，此过程为生态处理，无需药剂，运行成本低，滤食性鱼类可作为经济产物外售，实现生态效益与经济效益共赢。
富营养化水体进入生物处理单,依次经过生物膜填料层表面的生物膜进一步降解COD、NH3-N，经沸石层吸附处理磷元素，经硅藻土层发生反硝化作用去处TN，实现COD、NH3-N、TP、TN彻底去除处理，减少水体中富营养化物质的浓度，降低富营养化现象爆发。
溞处理单元中每两个相邻的隔板上的过水通道分别位于两端，增加了污水流通的路径，整体结构紧凑，有利于富营养化水体的净化。
融合了生态浮床单元和生物处理单元，解决了现有技术治标不治本、易造成二次污染的难题。
位于浮床上种植的挺水植物，将主体作为景观浮岛打造，美化河湖水面环境，增加了观赏性。
（发明人：吴坤明; 叶鼎; 雷轰）
