本發(fā)明涉及生態(tài)工程水處理技術領域，更具體地，涉及一種用于城鎮(zhèn)河涌的不影響水流特性的原位生物強化處理裝置和系統(tǒng)及工法。

背景技術：

填料作為生物膜工藝核心，能增加微生物附著量，從而提高污染物去除率。不同材料和結構的填料其掛膜能力不同，處理效果相異。固定式生物填料主要有蜂窩狀生物填料和波紋板狀生物填料，這些填料在使用中常會遇到堵塞、結團、布氣布水不均勻、充氧性能差等問題。分散式填料包括堆積式、懸浮式填料，其中，陶粒、聚氨酯等多孔載體的應用較為廣泛。固定式載體在工程中存在安裝難度；人工水草等在水流發(fā)生變化時易纏繞和倒伏，表面積減少，不能長期使用；對于分散式填料直接在河道中的原位生態(tài)修復技術，會對河道水流特性造成影響。

動態(tài)膜生物反應器(Dynamic Membrane Bioreactor，DMBR)是以廉價微網(wǎng)材料為膜基材，通過預涂劑(材料表面涂抹活性炭、水合氧化鐵膠體等)或微生物及其代謝產(chǎn)物在膜材料表面自動形成動態(tài)膜起到截留作用的一種污水處理工藝。一般認為動態(tài)膜由凝膠層和濾餅層組成，首先在膜基材表面形成親水性的凝膠層，然后微生物、SS在凝膠層上堵塞形成濾餅層，濾餅層膜的脫落與新膜的形成達到穩(wěn)態(tài)平衡。作為DMB的膜基材主要有孔徑為μm～mm的織物纖維、篩絹、陶瓷膜、濾布無紡布等材料。大孔徑材料制作的膜組件，通量大、污染控制容易和清洗簡易，研究大孔徑材料在有機質(zhì)含量高的水體中的掛膜性能和污染物去除效率，可作為微孔生物載體易堵塞、柔性填料易纏繞等問題的解決方案之一。

活性炭纖維(ACF)具有比表面積大、孔徑小、分布均勻、雜質(zhì)少等優(yōu)點；與粉末活性炭(PAC)和顆?；钚蕴?GAC)相比較，ACF具有結構簡單、吸附效率高、吸附速度快，吸附量大，容易再生等特點。公開號為CN 202220105的中國專利申請公開了一種碳素纖維材質(zhì)填料與生態(tài)浮島聯(lián)用的水處理裝置，以其為代表的現(xiàn)有水處理系統(tǒng)雖然利用了碳素纖維填料，但是水流不經(jīng)過系統(tǒng)主體 的內(nèi)部，水流方向與處理系統(tǒng)呈垂直方向布置，處理效果比較局限；更重要的是現(xiàn)有水處理系統(tǒng)均沒有針對水體提供科學合理的分層處理技術方案，水體綜合處理的效果受到較大的影響。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有水處理系統(tǒng)中固定式生物填料易堵塞、充氧性能差、分散式填料堆積對河道水流特性造成影響、懸浮式填料在水流發(fā)生變化時易纏繞和倒伏等技術問題，以及抑制沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放等技術難題，提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理裝置。

本發(fā)明的另一要解決的技術問題是提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的還一要解決的技術問題是提供實現(xiàn)所述用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理工法。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理裝置，包括傾斜態(tài)網(wǎng)格結構和漂浮結構，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結構包括上端和下端，所述上端懸于水面，所述下端固定于河涌或水塘的河床表面，使傾斜態(tài)網(wǎng)格結構與水流方向呈35°～60°的角度；所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結構的上部懸掛碳素纖維，下部固定有無紡布，所述無紡布上設置有曝氣結構。

本發(fā)明以傾斜態(tài)接結構作為處理裝置的單元主體，與水流方向呈35°～60°的角度，對待處理水體實現(xiàn)表層水體和下層水體的分層處理，表層水體采用傾斜態(tài)網(wǎng)格結構上懸掛碳素纖維進行處理，碳素纖維載體懸掛于主體上部3/4或2/3部位，水流從網(wǎng)格內(nèi)通過，經(jīng)過碳素纖維載體，其表面固定微生物可凈化水質(zhì)；下層水體采用固定于傾斜態(tài)網(wǎng)格結構的下部的無紡布進行處理，無紡布設置在下層，攔截底泥懸浮物并加速其沉淀，促使下層水體中懸浮顆粒的沉淀，水流在無紡布表面形成錯流過濾，濾餅層的脫落和更新動態(tài)膜生物反應器，無紡布上緣固定微孔曝氣管，改變水體底層氧化還原狀態(tài)，馴化河道微生物群落，解決抑制底泥中沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放的技術難題，本發(fā)明經(jīng)過大量研究和驗證試驗，總結得到，使傾斜態(tài)網(wǎng)格結構與水流方向呈35°～60°的角度，可以加速懸浮顆粒的沉淀。進一步優(yōu)選地，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結構與水流方向呈60°的角度。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)格結構采用不銹鋼網(wǎng)格。

優(yōu)選地，所述無紡布是在網(wǎng)格結構的下部的1/4或1/3部位固定。

優(yōu)選地，所述傾斜態(tài)是在網(wǎng)格結構的上端懸掛漂浮載體以保證上端懸于水面，所述漂浮載體優(yōu)選浮球或漂排；浮球或漂排懸掛網(wǎng)格結構的上端，可隨水流方向的改變而移動，使網(wǎng)格結構始終與水流方向呈35～60°。優(yōu)選60°。

優(yōu)選地，所述無紡布為含碳無紡布。

優(yōu)選地，所述曝氣結構為微孔曝氣管。進一步優(yōu)選地，所述微孔曝氣管固定在無紡布的上緣，通過曝氣或不曝氣可以靈活地改變水體底層氧化還原狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述碳素纖維的長度為10cm。

本發(fā)明同時提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理系統(tǒng)，包括n個所述的處理裝置，所述n個的處理裝置沿河道縱斷面串聯(lián)布設。

優(yōu)選地，所述n個所述的處理裝置以無曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，較好地馴化不同微生物群落。

本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)所述用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理工法，包括以下步驟：

S1.構建本發(fā)明所述的用于河涌或水塘系統(tǒng)的裝置；

S2.將n個裝置串聯(lián)布設；

S3.沿河涌縱斷面設置不同區(qū)域，以無曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣的分段曝氣的方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，馴化不同微生物群落，處理水體。

其中，優(yōu)選地，步驟S1所述裝置的構建時，連接在傾斜態(tài)網(wǎng)格結構的上端的浮球或漂排可利用繩索等工具控制，便于在水位過高或突發(fā)洪水時，將主體沉于水體底部。

步驟S2所述串聯(lián)布設結合步驟S3所述的分段式曝氣處理，所述n個處理裝置中，相鄰的處理裝置分別以無曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，實現(xiàn)厭氧-缺氧-好氧處理模塊的串聯(lián)實施，構建了仿A2/O工藝，降低能耗的同時提高水體凈化效率。

可選地，步驟S2所述串聯(lián)布設中，每一個裝置之間的間隔參照裝置傾斜態(tài)網(wǎng)格結構的橫剖面長度確定；

可選地，所述間歇曝氣是按照曝氣時間與不曝氣時間的比例1：3～1：4確定。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種裝置，對待處理水體實現(xiàn)表層水體和下層水體的分層處理，表層水體采用傾斜態(tài)網(wǎng)格結構上懸掛碳素纖維進行處理，下層水體采用固定于傾斜態(tài)網(wǎng)格結構的下部的無紡布進行處理。結合設置于無紡布上的曝氣結構，該裝置的設計成功在河道橫斷面從上至下設置碳素纖維污水凈化區(qū)、微孔曝氣區(qū)和無紡布動態(tài)膜系統(tǒng)區(qū)，使碳素材料和無紡布發(fā)揮協(xié)同增效作用，并充分發(fā)揮生物接觸氧化技術、高效生物載體技術、微生物技術、微曝氣技術以及斜板沉淀技術的綜合效能，通過簡單易行的技術手段實現(xiàn)了處理裝置有機地復合、集成和優(yōu)化，綜合實現(xiàn)物理沉淀、載體吸附、微生物降解等處理途徑，抑制底泥再懸浮及高效凈化水體。

進一步地，本發(fā)明裝置主體采用網(wǎng)格結構，不僅節(jié)約材料，而且水流從網(wǎng)格內(nèi)通過，水流與懸掛于網(wǎng)格結構的碳素材料具有足夠充分的接觸面積和接觸時間，保障了合流行洪安全以及污染物處理效率。

本發(fā)明根據(jù)水體情況可容易地將若干個處理裝置串聯(lián)設置于河床，實現(xiàn)了一種不影響河道水流特性的原位生物處理技術，對微生物固定化技術進行科學改良，并結合分段式曝氣的技術對河道土著微生物進行馴化，抑制底泥污染物釋放的同時，加強對水質(zhì)的凈化，克服了現(xiàn)有固定式生物填料易堵塞、充氧性能差，分散式填料堆積對河道水流特性造成影響、懸浮式填料在水流發(fā)生變化時易纏繞和倒伏等問題，以及抑制沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放的難題，為黑臭河涌的水環(huán)境治理和水生態(tài)修復提供有力的技術支持。

本發(fā)明系統(tǒng)投資省、占地少(或基本不占地)、不影響水面景觀、污染物去除效率高，具有重要的社會效益和推廣應用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)剖面圖。

圖2分段式曝氣示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施方式僅用于示例性說明，不能理解為對本發(fā)明的限制。除非特別說明，本發(fā)明采用的原料及設備為本技術領域常規(guī)的原料及設備。

實施例1

本實施例提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理裝置，如附圖1所示，包括傾斜態(tài)網(wǎng)格結構1和漂浮結構3，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結構1包括上端和下端，所述上端懸于水面，所述下端固定于河涌或水塘的河床2的表面，在網(wǎng)格結構的上端懸掛浮球3以保證上端懸于水面使傾斜態(tài)網(wǎng)格結構1與水流方向呈60°的角度；所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結構1的上部懸掛碳素纖維5，下部固定有無紡布4，所述無紡布4上設置有曝氣結構6。

所述網(wǎng)格結構可以采用不銹鋼網(wǎng)格。

所述無紡布是在網(wǎng)格結構的下部的1/4部位固定。所述無紡布采用含碳無紡布。

優(yōu)選地，所述曝氣結構為微孔曝氣管，所述微孔曝氣管固定在無紡布的上緣，通過曝氣或不曝氣靈活地改變水體底層氧化還原狀態(tài)。

實施例2

本實施例提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強化處理系統(tǒng)，如附圖2所示，包括3套實施例1所述的處理裝置，所述3套處理裝置沿河道縱斷面串聯(lián)布設，分別沿水流方向以無曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊。

實施例3本發(fā)明裝置和系統(tǒng)的應用試驗

構建長度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進行重復試驗。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。

本實施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構建18個實施例1所述的用于河涌的原位生物強化處理裝置。每個裝置的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，上部利用浮球懸掛，控制懸掛繩索長度(約0.1m)使裝置的網(wǎng)格結構與水流方向角度呈60°；主體單元以橫斷面距離(0.3m)間隔布設，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設6個所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設置為無曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。(本實施例中，所述碳素纖維的長度為10cm。)

經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅77.17％，平均去除負荷為34.30g/m²·d；氨氮濃度降幅82.93％，平均去除負荷為2.06g/m²·d。

實施例4對比試驗

參照實施例1所述的裝置，但是在網(wǎng)格結構的下部不設置含碳無紡布，其他設置同實施例1裝置，以此作為對比裝置1。

同實施例3的方法，構建長度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進行重復試驗。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。本實施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構建18個對比裝置1。每個主體單元的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，上部利用浮球懸掛，控制懸掛繩索長度(約0.1m)使主體單元與水流方向角度呈60°；主體單元以橫斷面距離(0.3m)間隔布設，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設6個所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設置為無曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。本實施例中，所述碳素纖維的長度為10cm。

經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅52.50％，平均去除負荷為24.20g/m²·d；氨氮濃度降幅73.13％，平均去除負荷為1.40g/m²·d。

實施例5對比試驗

參照實施例1所述的裝置，調(diào)整網(wǎng)格結構與水流方向呈0°的角度固定于河床中，其他設置同實施例1裝置，以此作為對比裝置2。

同實施例3的方法，構建長度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進行重復試驗。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。本實施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構建18個對比裝置2。每個裝置的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，使裝置的網(wǎng)格機構與水流方向角度呈0°；裝置以橫斷面距離(0.3m)間隔布設，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設6個所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設置為無曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。本實施例中，所述碳素纖維的長度為10cm。

經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅43.70％，平均去除負荷為18.69g/m²·d；氨氮濃度降幅49.75％，平均去除負荷為0.81g/m²·d。

實施例6對比試驗

參照實施例1所述的裝置，調(diào)整網(wǎng)格結構與水流方向呈80°的角度固定于河床中，其他設置同實施例1裝置，以此作為對比裝置3。

其他設施和方法同實施例3。經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅56.36％，平均去除負荷為18.43g/m²·d；氨氮濃度降幅60.00％，平均去除負荷為1.10g/m²·d。

實施例7對比試驗

其他設施和方法同實施例3。不同的是，沿水流方向，三側(cè)河道分別設置為無曝氣。

經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅68.31％，平均去除負荷為24.26g/m²·d；氨氮濃度降幅38.53％，平均去除負荷為0.60g/m²·d。

實施例8對比試驗

其他設施和方法同實施例3。不同的是，沿水流方向，三側(cè)河道分別設置為連續(xù)曝氣。

經(jīng)測定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運行3d后，COD_Cr濃度降幅71.57％，平均去除負荷為30.29g/m²·d；氨氮濃度降幅90.93％，平均去除負荷為3.12g/m²·d。