申请日2019.06.19
公开(公告)日2019.09.17
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32
摘要
本发明提供一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法及其曝气复氧系统，所述治理方法包括以下步骤：(1)河道污染概况调查，(2)控源与截污，(3)曝气复氧处理，(4)利用生物碳固载化复合微生物系统进行降解。净化处理，(5)对城市河流生态系统健康的综合监测和长期动态评估。本发明所需投入的能源物资少，人为管理控制少，更为经济，费用仅为传统环境工程技术的30%‑50%。固载化复合微生物生态修复技术利用自然界原有的或者经过略微改造的生物，而非人工物质来净化河流、湖泊中的污水，环境相容性好，不存在对环境的二次污染。可与亲水景观建设结合，外在表现形式自然情切，更富人性化。
权利要求书
1.一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)河道污染概况调查：对河道地形、水文分析，河道位置及其长度和宽度、河道污染源情况、河道水质污染状况、河底泥污染状况和底泥状况进行调查;
(2)控源与截污：通过沿河铺设污水截流管线，并合理设置输运泵房，将污水截流并纳入城市污水收集和处理系统;
(3)曝气复氧处理：增设曝气复氧系统，进行曝气复氧;
(4)生物碳固载化复合微生物处理：在河道各个排污口或泄洪上游处选点进行生物碳固载化复合微生物菌种投放，对污染物进行转移、转化和降解;
(5)监测和修复评价指标体系构建：对城市河流生态系统健康的综合监测和长期动态评估，并达到河流生态系统的自我维持和持续状态;
所述生物碳固载化复合微生物菌种的制备步骤包括：
(a)以醋酸和氢氧化钠的混合溶液浸泡生物碳，再依次采用自来水、蒸馏水冲洗，然后采用乙醇溶液和生理盐水浸泡后烘干备用;
(b)将经过步骤(a)处理后的生物碳与微生物液体培养基通过蒸汽灭菌锅湿热灭菌;
(c)将灭菌后的生物碳与液体培养基混合均匀，常温振荡搅拌，接入复合微生物菌种，在恒温培养箱中吸附固定;
所述复合微生物菌种为硝化细菌、芽孢杆菌、光合菌、酵母菌、丝状真菌和放线菌组成的复合微生物。
2.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述治理方法还结合岸边植物种植、人工浮岛、水生生态植物景观，所述水生生态植物景观包括浮萍、水花生、水葫芦、美人蕉、睡莲、茭白和芦苇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述步骤(1)中调查时检测的理化指标包括：CODcr、BOD5、NH3-N、NO2--N、TP、TN及pH值;生物学指标包括：异样细菌、氨化细菌、亚硝酸细菌、硝酸细菌、叶绿素和浮游藻类;其他指标包括淀粉、糖类、多类氨基酸、脂肪、有机酸、维生素、酶类、有机质含量。
4.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据污水截流管线的溢流装置排出口及接纳水体水位的标高，设置有止回装置，防止暴雨时倒灌。
5.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述步骤(4)中生物碳固载化复合微生物菌种的投放点靠近污染源和河水滞留处，对于水流湍急的河道，设立有拦水堤坝，降低河水流速。
6.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述生物碳固载化复合微生物菌种的制备步骤为：用1mol/L醋酸和20g/L氢氧化钠混合溶液(体积比=1:1)浸泡生物碳24h，然后用自来水冲洗2遍，随后用蒸馏水冲洗2遍、再用乙醇溶液浸泡2遍，最后用10%生理盐水浸泡24h烘干备用;将处理后生物碳与微生物液体培养基一起通过蒸汽灭菌锅湿热灭菌30min后取出;将灭菌后生物碳与液体培养基混合均匀，常温振荡搅拌30min，向其中按3%接种量接入复合微生物菌种，在30℃恒温培养箱中吸附固定化36h。
7.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述生物碳固载化复合微生物的适宜运行水温为5～35℃，河湖前滞库水深为0.3～3.0m，生态景观塘水深0.3～2m，步骤(4)中按照生物碳固载化复合微生物与河水1:10000的体积比投放，复合微生物菌种中硝化细菌、芽孢杆菌、光合菌、酵母菌、丝状真菌和放线菌的数量比例为1:0.1:0.1:0.2:0.1:0.2。
8.根据权利要求1所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法，其特征在于：所述步骤(5)中选择水质理化参数DO，BOD，COD，NH3-N以及TP、生物群落指标浮游藻类、底栖大型无脊椎动物以及河流水文流量状况、流速特征为反映河流状况的监测指标，以及影响河流生态环境的河岸带状况河岸带宽度、结构完整性、廊道连续性以及河流形态结构弯曲程度、河岸稳定性、河床稳定性、护岸形式为评价指标。
9.一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理的曝气复氧系统，其特征在于：所述曝气复氧系统包括装置主体(1)、曝气复氧单元(2)和曝气软管环，装置主体(1)的一侧设有进水管道(3)，所述进水管道(3)上设有流速调节管(8)，所述曝气复氧单元(2)与进水管道(3)之间设有流速控制堰(4)，所述曝气复氧单元(2)包括曝气复氧装置和潜水泵，所述潜水泵泵周设有曝气软管环，所述装置主体(1)内还设有导流墙(5)和错落排布的隔板(6)。
10.根据权利要求9所述的基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理的曝气复氧系统，其特征在于：所述装置主体(1)分为两层，每层均配套设有曝气复氧单元(2)和隔板(6)，所述曝气复氧装置为臭氧发生器，所述导流墙(5)为U形导流墙，所述装置主体(1)上还设有放空管(7)。
说明书
一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法及其曝气复氧系统
技术领域
本发明涉及受污染水体生态水处理领域，具体为一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法及其曝气复氧系统。
背景技术
城市黑臭水体是百姓反映强烈的水环境问题，不仅损害了城市人 居环境，也严重影响城市形象。城市黑臭水体整治工作系统性强，工 作涉及面广。
城市河湖黑臭水体治理技术多样，控源减排是实现黑臭水体根治的最有效手段。国内外已开展了大量城市河湖水体在线修复技术研发，如河道滩涂湿地、直接曝气、浮岛等，相关技术建设成本低，但效率普遍不高，且影响行洪安全。目前国内外离线处理技术仅处于起步阶段，常采取分散处理、传统生物强化或湿地等技术，相关技术处理效率高，但处理效果不稳定，难以适应不同季节的水质水量保障需求。中国专利CN102351376A公开了“一种河滩坡岸多塘湿地废污水处理方法及装置”，该工艺包括沉淀塘、氧化塘、垂直潜流人工湿地、表面流人工湿地和稳定塘，受污染河水经各单元处理后排入下游河道，氧化塘与表面流人工湿地及稳定塘之间以分水溢流堰相连，垂直潜流人工湿地与氧化塘之间通过污水泵相连。该发明方法简单易行，能耗及投资建设成本低，但该工艺仅局限在河滩和岸坡，面积有限;且单元工艺采用常规工艺，未针对黑臭水质进行工艺调整，导致治理效率低、自然复氧能力不足，无法用于黑臭河湖水体有效治理。因此，亟待提供一种针对城市黑臭河湖水体，具有净化效率高、季节效果稳定、抗冲击、景观效果好的城市黑臭河湖水体水质快速净化技术。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理方法及其曝气复氧系统，固载化复合微生物生态修复技术利用自然界原有的或者经过略微改造的生物，而非人工物质来净化河流、湖泊中的污水，环境相容性好，不存在对环境的二次污染，所需投入的能源物资少，人为管理控制少，更为经济。
本发明提供的技术方案：一种基于生物碳固载化复合微生物系统的黑臭水体治理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)河道污染概况调查：对河道地形、水文分析，河道位置及其长度和宽度、河道污染源情况、河道水质污染状况、河底泥污染状况和底泥状况进行调查;
(2)控源与截污：通过沿河铺设污水截流管线，并合理设置输运泵房，将污水截流并纳入城市污水收集和处理系统;
(3)曝气复氧处理：增设曝气复氧系统，进行曝气复氧;
(4)生物碳固载化复合微生物系统处理：在河道各个排污口或泄洪上游处选点进行生物碳固载化复合微生物菌种投放，对污染物进行转移、转化和降解;
(5)监测和修复评价指标体系构建：对城市河流生态系统健康的综合监测和长期动态评估，并达到河流生态系统的自我维持和持续状态;
复合微生物菌种为硝化细菌、芽孢杆菌、光合菌、酵母菌、丝状真菌和放线菌组成的复合微生物;
所述生物碳固载化复合微生物菌种的制备步骤包括：
(a)以醋酸和氢氧化钠的混合溶液浸泡生物碳，依次采用自来水、蒸馏水冲洗，然后再采用乙醇溶液和生理盐水浸泡后烘干备用;
(b)将经过步骤(1)处理后的生物碳与微生物液体培养基通过蒸汽灭菌锅湿热灭菌;
(c)将灭菌后的生物碳与液体培养基混合均匀，常温振荡搅拌，接入复合微生物菌种，在恒温培养箱中吸附固定。
进一步的，所述治理方法还结合岸边植物种植、人工浮岛、水生生态植物景观，所述水生生态植物景观包括浮萍、水花生、水葫芦、美人蕉、睡莲、茭白和芦苇中的一种或多种。
进一步的，所述步骤(1)中检测的理化指标包括：CODcr、BOD5、 NH3-N、NO2--N、TP、TN及pH值;生物学指标包括：异样细菌、氨化细菌、亚硝酸细菌、硝酸细菌、叶绿素和浮游藻类;其他指标包括淀粉、糖类、多类氨基酸、脂肪、有机酸、维生素、酶类、有机质含量。
进一步的，所述步骤(2)中根据污水截流管线的溢流装置排出口及接纳水体水位的标高，设置有止回装置，防止暴雨时倒灌。
进一步的，所述步骤(4)中生物碳固载化复合微生物菌种的投放点靠近污染源和河水滞留处，对于水流湍急的河道，设立有拦水堤坝，降低河水流速。
进一步的，所述生物碳固载化复合微生物菌种的具体步骤为：在微生物固定化前，用1mol/L醋酸和20g/L氢氧化钠混合溶液(体积比=1:1)浸泡生物碳24h，然后用自来水冲洗2遍，随后用蒸馏水冲洗2遍、再用乙醇溶液浸泡2遍，最后用10%生理盐水浸泡24h烘干备用;将处理后生物碳与微生物液体培养基一起通过蒸汽灭菌锅湿热灭菌30min后取出;将灭菌后生物碳与液体培养基混合均匀，常温振荡搅拌30min，向其中按3%接种量接入复合微生物菌种，在30℃恒温培养箱中吸附固定化36h。所述液体培养基以10g/L蛋白胨、5g/L 酵母提取物、10g/L氯化钠和水为主要成分配置而成。
进一步的，所述生物碳固载化复合微生物系统的适宜运行水温为5～35℃，河湖前滞库水深为0.3～3.0m，生态景观塘水深0.3～2m，步骤(4)中按照生物碳固载化复合微生物与河水1:10000的体积比投放，复合微生物菌种中硝化细菌、芽孢杆菌、光合菌、酵母菌、丝状真菌和放线菌的数量比例为1:0.1:0.1:0.2:0.1:0.2。
进一步的，所述步骤(5)中选择水质理化参数(DO，BOD， COD，NH3-N以及TP)、生物群落指标浮游藻类、底栖大型无脊椎动物以及河流水文流量状况、流速特征为反映河流状况的监测指标，以及影响河流生态环境的河岸带状况河岸带宽度、结构完整性、廊道连续性以及河流形态结构弯曲程度、河岸稳定性、河床稳定性、护岸形式为评价指标。
一种基于生物碳固载化复合微生物处理的黑臭水体治理的曝气复氧系统，所述曝气复氧系统包括装置主体、曝气复氧单元和曝气软管环，装置主体的一侧设有进水管道，所述进水管道上设有流速调节管，所述曝气复氧单元与进水管道之间设有流速控制堰，所述曝气复氧单元包括曝气复氧装置和潜水泵，所述潜水泵泵周设有曝气软管环，所述装置主体内还设有导流墙和错落排布的隔板。
进一步的，所述装置主体分为两层，每层均设有曝气复氧单元和隔板，所述曝气复氧装置为臭氧发生器，所述导流墙为U形导流墙，所述装置主体上还设有放空管。
本发明使用的复合微生物菌种先进、高效、安全、稳定，包含多种有益微生物，在水环境中能清除水体底部长时间积累的动物排泄物、动植物残体以及有害气体(氨、硫化氢等)，使之先分解为小分子有机物(多肽、高级脂肪酸等)，接着分解为更小分子的有机物(氨基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等)，最终分解为CO2、硝酸盐、硫酸盐、N2等，有效地降低水体COD和BOD，使水体中的氨氮 (NH4+-N)与亚硝酸盐(NO2--N)降低，透明度提高，总磷含量降低，起到了净化水质的作用。生物碳固载化复合微生物在一定条件下能够自动生长繁殖，生物量不会因为净化作用而消耗，反而可能逐渐增加。生物水质净化作用的发挥与其自生的生长繁殖有着直接的联系，在整个生命活动周期中都可能发挥水质净化作用。
复合微生物菌群在水体碳、氮、磷、硫4种主要元素循环及生物控藻作用中都起到非常重要的作用，它可以有效控制4种元素在水体中的含量和存在形式，释放毒藻素，激发食藻生物繁殖，促进形成有益微生物菌落，分解有机物，转化和吸附重金属，消除有害物质，抑制藻类在水体中的大量繁殖，进一步提高水体透明度，有效净化水体，最终为恢复水体自净功能、促进富营养化和难降解有机污染以及重金属污染水体的生物修复提供有效的帮助和有利支持。
与传统的物理、化学修复技术相比，本发明具有以下优点：
(1)所需投入的能源物资少，人为管理控制少，更为经济，费用仅为传统环境工程技术的30%-50%。通过微生物和动植物的自然生长来降解、吸收、转移水中的污染物，无需对污染水体底部淤泥进行清除，人工的能源和物质输入较少。其次，微生物和动植物在一定条件下都能按照一定规律自行生长繁殖，发挥水质净化作用，较少需要人为管理以维持净化系统的运行。
(2)能维持河流、湖泊对污染物的自身净化作用。所利用的微生物在一定条件下能够自动生长繁殖，生物量不会因为净化作用的发挥而消耗，反而可能逐渐增加。生物水质净化作用的发挥与其自生的生长繁殖有着直接的联系，在生物整个生命活动周期中都可能发挥水质净化作用。
(3)固载化复合微生物生态修复技术利用自然界原有的或者经过略微改造的生物，而非人工物质来净化河流、湖泊中的污水，环境相容性好，不存在对环境的二次污染。稳定的生物/生态净化系统其内部的物质转换和能量流动处于平衡状态，各种生物之间互相依存，相互制约，不容易对外界环境造成冲击。
(4)可与亲水景观建设结合，外在表现形式自然情切，更富人性化。固载化复合微生物生态修复技术利用天然的生物，而非人工的化学物质或机械等来净化河水，能较为容易地与原有自然环境相融合。（发明人庄庆发;陈宝军;李学兵;王培雄;王忠;杨毅）