申请日2017.03.21
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F3/12; C02F3/32
摘要
本发明公开了一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法与装置，属于水环境治理技术领域。本发明通过“接种活性污泥+种植浮水植物”同步治理黑臭水体，增加水体中具有降解性的活性微生物量，提高水体中有机污染物质去除效果，降低营养性污染氨氮浓度;黑臭水体治理与维护装置为集活性污泥投加、底泥采集、通气增氧、泥水混合、浮水植物收集与传输、压缩与脱水等功能于一体的作业船，进行对水体生态无破坏作业的原位治理与修复，在黑臭水体治理领域具有广泛的应用前景。
权利要求书
1.一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法，以污水处理厂二沉池活性污泥为高活性接种污泥，采用活性污泥中微生物菌种和浮水植物同步治理黑臭水体，其步骤为：
1)在黑臭水体中种植高效吸收氨氮的浮水植物，种植面积为水面的1/4～1/3;
2)将污水处理厂二沉池活性污泥，经离心脱水处理后成干泥，作为高活性微生物种源投加到黑臭水体中，活性污泥与黑臭底泥质量比为1:5～1:10;对黑臭水体泥水进行充分搅拌，通气充氧，促进水中有机污染物降解;
3)水体搅拌作业前进过程中，将浮水植物无损伤地从作业船前传送到船后水体中，保持浮水植物对氨氮的去除作用;浮水植物生长超过水体需求时，被收集、脱水、压缩成块移出水体，可作为动物饲料的生产原料;
4)对搅拌作业后水体中没有活性的底泥，作业船将其抽出排到水体岸边，改善土壤结构，并为植物提供营养。。
2.一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的装置，其特征在于：该装置为一作业船，用于权利要求1所述的黑臭水体治理与维护，所述作业船船体上安装了泥水搅拌系统、增氧曝气系统、污泥投加与采集系统、浮水植物采集传输系统、浮水植物脱水压缩系统、动力系统与控制系统;其中，浮水植物采集传输系统将浮水植物无损失地收集起来再返回到水体中，并在浮水植物生长超过水体需求时，将部分浮水植物输送给浮水植物脱水压缩系统，由浮水植物脱水压缩系统脱水、压缩成块移出水体。
3.根据权利要求2所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的泥水搅拌系统包括安装在作业船两边的4个搅拌设备(101)～(104)，及其对应的驱动装置搅拌电动机(601)～(604)，搅拌设备(101)～(104)的内空杆(107)穿过水平齿轮(106)，搅拌电动机(601)～(604)通过相交轴的竖向齿轮(105)带动水平齿轮(106)转动，水平齿轮(106)带动内空杆(107)转动，内空杆(107)可根据水体深度相对水平齿轮(106)进行升降高度调节;内空杆(107)上安装橡胶搅拌桨片(108)，下部连接搅拌钢丝纤维(109)，搅拌钢丝纤维(109)底部连接配重辊球(110)。
4.根据权利要求3所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述增氧曝气系统包括空压机(2)和曝气管(201)～(204)，曝气管(201)～(204)通过内空杆(107)通入水体。
5.根据权利要求3或4所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的污泥投加与采集系统包括贮泥池(3)、污泥泵(302)及其管道，贮泥池(3)上设有加泥口(301)、进水管(303)、出泥管(305)，贮泥池(3)内部设有冲泥管(304)和配水环管(307)，冲泥管(304)紧靠贮泥池内壁安装，向下倾斜30～60°。
6.根据权利要求5所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的进水管(303)上设有采泥管(306)，采泥管(306)接头上可连接喷射管。
7.根据权利要求5所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的浮水植物采集传输系统包括输送带(406)和辊柱(402)～(405)，输送带(406)一侧设有聚集推板(401)，辊柱(403)由输送电动机(605)驱动，带动辊柱(402)、(404)、(405)转动，输送带(406)两侧设有输送挡板(407)，输送带(406)下方设有接水槽(410)。
8.根据权利要求7所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的输送带(406)一侧输送挡板(407)上设置可旋转去留分隔板(408)，去留分隔板(408)通过固定挂钩(409)固定在输送挡板(407)上，浮水植物(8)被从输送带(406)上分离并斜向挤压落入下部的压缩箱(505);固定挂钩(409)上设有数个分隔竖杆，可以调节去留分隔板(408)在输送带(406)的位置。
9.根据权利要求8所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述的浮水植物脱水压缩系统包括压缩箱(505)，纵向前进驱动电机(606)连接纵向压缩齿杆(501)，推动纵向挤压块板(502)向前运动;横向前进驱动电机(608)驱动横向压缩齿杆(503)推动横向挤压块板(504)运动;纵向后退驱动电机(607)、横向后退驱动电机(609)，带动压缩齿杆、挤压块板回归到初始位置，完成复位。
10.根据权利要求9所述的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，其特征在于：所述动力系统包括9台变频减速电动机，控制系统为PLC控制系统。
说明书
一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法与装置
技术领域
本发明属于黑臭水环境治理技术领域，更具体地说，涉及一种快速、无生态破坏的黑臭水体原位治理与维护方法。
背景技术
城市水体黑臭丧失使用功能，不仅影响景观与日常生活，而且对居民健康带来危害。2015年4月国务院正式发布的《水污染防治行动计划》明确规定，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。因此黑臭水体治理修复成为一个亟待解决的难题。
现阶段黑臭水体修复常用方法有化学修复、物理修复、生物修复。中国专利“一种原位化学治理修复重污染黑臭底泥的方法(CN201610048562.2)”，采用化学修复黑臭水体底泥，该方法能短时间迅速改善黑臭现象，但往往氧化剂利用率不高，对有机物降解不完全，只能为应急措施，且强氧化剂会抑制甚至杀死水体生物，会破坏水体生态系统。而物理修复常用技术有引水冲污、底泥疏浚、底泥掩蔽等，虽易操作，短期内见效快，但不能对污染物进行有效削减，污染物迁移还会破坏水体环境平衡。一旦物理修复进程停止，则其修复黑臭水体效果便会停止，黑臭现象重现。
中国专利“一种用于黑臭水体脱氮除磷复合菌的培育方法(ZL201410136717.9)”，以黑臭水体污水和营养元素，将活性污泥与黑臭底泥土著微生物培育驯化为具有脱氮除磷的复合菌，可有效避免化学试剂使用后残留二次污染，显著提升黑臭水体脱氮除磷效果，但人工培育的菌种在实际水体中由于环境因素多变而易退化，且复合菌培养工艺流程时间长成本高，在实际工程应用中受到限制。“一种水环境生态治理及修复系统及其应用(ZL201310387422.4)”结合生物修复和智能化控制，采用益生微生物菌群和辅酶能够短期高效分解水体中的富营养有机、无机污染物。但所需构筑物过多，智能化控制造价昂贵，且同样存在微生物菌种易变异退化等问题。
中国专利“一种用于水体修复的多功能太阳能船及其使用方法(ZL201410766185.7)”，提供的多功能太阳能船集美观、垃圾收集、水面监控功能为一体，能提高曝气复氧装置效率，节约资源。但仅仅曝气不能将水体底泥扰动，不能利用其中微生物降解水中污染物质，水体水质改善作用不大。中国专利“一种污染水体泥水同步修复船及使用方法(ZL201510222276.9)”能够实现泥水同步修复，避免污水穿透底泥污染地下水，提高了修复效率，并具有收集水中杂物等功能。但该申请案没有活性污泥投加装置，不能很好地去除水体中的氨氮污染，修复时会对水面的浮水植物进行干扰，并缺乏对多余的浮水植物进行收集与压缩功能。
为了解决现有专利没能解决的问题，更好地去除水体中有机污染物质，降低营养性污染氨氮，将治理与水体水质长期维护结合起来，需要新的技术方法与装置设备。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新的黑臭水体治理方法，并研发出与该方法适应的、多功能的黑臭水体治理与维护装置，本发明在水体中投加了高活性微生物，提高了水体中有机污染物质去除效果，降低了营养性污染氨氮，更有效地维护了水体水质长期稳定，具有广泛的应用范围。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法，以污水处理厂二沉池活性污泥为高活性接种污泥，采用活性污泥中微生物菌种和浮水植物同步治理黑臭水体，其步骤为：
1)筛选氨氮去除率高的乡土浮水植物，如水鳖等，种植在黑臭水体水面，降低水体氨氮浓度，种植面积为水面的1/4～1/3;
2)将污水处理厂二沉池活性污泥，经离心脱水处理后成干泥，作为高活性微生物种源装入作业船的贮泥池中备用;将作业船置于待修复黑臭水体中，利用污泥投加系统泵抽取黑臭水体的水到作业船的贮泥池中，对活性污泥进行搅拌，使其溶解成含水率高的泥浆流到水体中。控制活性污泥量与黑臭底泥量比例为1:5～1:10，比例过小，投加活性污泥量过大，既不经济又会增加水体底泥量;比例过大，投加量污泥量过小，水体净化效果差;
3)利用空压机对水体进行充氧，提高水体DO，为降解污染物质的微生物提供充足氧气。利用作业船的搅拌设备对黑臭水体底泥、水体、活性污泥泥浆进行搅拌，使其充分混合均匀。底泥中的微生物、污泥中高活性微生物利用空压机提供的充足氧气，进行好氧呼吸，将水体中的有机污染物高效分解。
作业船在搅拌、充氧、投加活性污泥的同时，在水体中前进。为了不破坏浮水植物，影响对水体氨氮去除，启动浮水植物收集系统输送带工作，聚集推板将作业船前方水面上的浮水植物聚集到传送位置，输送带将其输送到作业后方水体，继续悬浮在水面上吸收水体氨氮;
当浮水植物生长过多超过水体需求时，输送带一侧挡板的一段打开，多余的浮水植物被分离落入压缩箱中，在纵、横压缩齿杆的共同作用下，被脱水压缩成块到压缩箱出口中被移出作业船，作为动物饲料原料。
4)当作业后水体底泥变成没有活性的淤泥时，污泥投加采集系统的污泥泵抽取底泥，通过污泥出管排到水体岸边，改善土壤结构，为植物提高营养。
本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护装置，该装置为一作业船，用于黑臭水体治理与维护，所述作业船船体上安装了泥水搅拌系统、增氧曝气系统、污泥投加与采集系统、浮水植物采集传输系统、浮水植物脱水压缩系统、动力系统与控制系统;其中，浮水植物采集传输系统将浮水植物无损失地收集起来再返回到水体中，并在浮水植物生长超过水体需求时，将部分浮水植物输送给浮水植物脱水压缩系统，由浮水植物脱水压缩系统脱水、压缩成块移出水体。
更进一步地，所述的泥水搅拌系统包括安装在作业船两边的4个搅拌设备，及其对应的驱动装置搅拌电动机，搅拌设备的内空杆穿过水平齿轮，搅拌电动机通过相交轴的竖向齿轮带动水平齿轮转动，水平齿轮带动内空杆转动，内空杆可根据水体深度相对水平齿轮进行升降高度调节;内空杆上安装橡胶搅拌桨片，下部连接搅拌钢丝纤维，搅拌钢丝纤维底部连接配重辊球。
更进一步地，所述增氧曝气系统包括空压机和曝气管，曝气管通过内空杆通入水体。
更进一步地，所述的污泥投加与采集系统包括贮泥池、污泥泵及其管道，贮泥池上设有加泥口、进水管、出泥管，贮泥池内部设有冲泥管和配水环管，冲泥管紧靠贮泥池内壁安装，向下倾斜30～60°。
更进一步地，所述的进水管上设有采泥管，采泥管接头上可连接喷射管。
更进一步地，所述的浮水植物采集传输系统包括输送带和辊柱，输送带一侧设有聚集推板，辊柱由输送电动机驱动，带动辊柱转动，输送带两侧设有输送挡板，输送带下方设有接水槽。
更进一步地，所述的输送带一侧输送挡板上设置可旋转去留分隔板，去留分隔板通过固定挂钩固定在输送挡板上，浮水植物被从输送带上分离并斜向挤压落入下部的压缩箱;固定挂钩上设有数个分隔竖杆，可以调节去留分隔板在输送带的位置。
更进一步地，所述的浮水植物脱水压缩系统包括压缩箱，纵向前进驱动电机连接纵向压缩齿杆，推动纵向挤压块板向前运动;横向前进驱动电机驱动横向压缩齿杆推动横向挤压块板运动;纵向后退驱动电机、横向后退驱动电机，带动压缩齿杆、挤压块板回归到初始位置，完成复位。
更进一步地，所述动力系统包括9台变频减速电动机，控制系统为PLC控制系统。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种接种活性污泥进行黑臭水体治理与维护的方法，采用活性污泥中微生物的自身强降解作用提高有机污染物去除效果，利用浮水植物降低特征指标氨氮浓度，为黑臭水体治理提供新的技术方法，将黑臭水体治理与维护结合，原位治理，保持水体生态平衡，有利于黑臭水体长期水质稳定的运行管理;
(2)本发明配套设计出的治理与维护作业船，具有活性污泥投加、水体底泥采集、通气增氧、底泥搅拌、浮水植物收集与传输、压缩脱水等综合功能，具有广泛的应用范围;
(3)本发明中内空杆可根据水体深度进行升降高度调节，对不同深度水体具有很好的适应性;内空杆上橡胶搅拌桨片扰动，使水体泥水混合;搅拌设备底部配重辊球不仅可以让上部的搅拌钢丝纤维不会漂浮起来，而且可以沉入底泥中，但又不至于陷入底泥中增加旋转阻力，搅拌钢丝纤维可以将水体底泥完全地搅动起来，充分地将泥水混合，将底泥中的微生物、污染物质均释放到上部水中;
(4)本发明中曝气管通过搅拌设备的内空杆通入底部水体，一方面让结构更加简洁，另一方面进入水体的氧气处于搅拌作用中心，可迅速地溶于水中，与被扰动起来的微生物快速、充分地接触，提高微生物活性;
(5)本发明的污泥投加与采集系统能够自动从作业船前部吸水冲动贮泥池中的活性污泥，将其溶解成泥浆，从2台搅拌设备中间自流进入水体，在搅拌作用下，快速与被搅拌起来的泥水充分混合，为水体提供活性微生物，加快水体中有机污染物降解;
(6)本发明的浮水植物采集传输系统通过输送带的运输，可以将作业船前端截留的浮水植物向船后输送，到达船尾时又落入水体中，使得泥水搅拌作业过程中，浮水植物没有损伤地回到水面;同时，当浮水植物生长超过水体需要时，可通过去留分隔板截留出部分浮水植物浮水植物进入脱水压缩系统，挤压成块作为动物饲料原料，便于浮水植物的回收利用。