申请日2019.08.27
公开(公告)日2019.11.29
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种黑臭水体的一体化修复设备及修复方法，该装置包括箱体，箱体内包括四个区域，依次为强化混凝区、高效拦截沉淀协同生物降解区、生物‑生态修复区以及出水区，各区之间设有导流墙分隔开;所述强化混凝区内设有搅拌装置，高效拦截沉淀协同生物降解区内设有生态草;所述生物‑生态修复区内设有浮床，浮床上设有浮床植物，浮床下方设有生态草，底部设有曝气装置。本发明工艺流程简单，集成了多项水处理工艺，处理效果好、投资省、占地面积小，该修复方法既适用于黑臭水体的原位修复，也适用于非原位修复，并且可以防止原位修复或者非原位修复中的水质反弹。
权利要求书
1.一种黑臭水体的一体化修复设备，包括箱体，其特征在于：箱体内包括四个区域，依次为强化混凝区(1)、高效拦截沉淀协同生物降解区(2)、生物-生态修复区(3)以及出水区(4)，各区之间设有导流墙分隔开;所述强化混凝区内(1)设有搅拌装置，高效拦截沉淀协同生物降解区(2)内设有生态草(14);所述生物-生态修复区(3)内设有浮床(19)，浮床(19)上设有浮床植物(20)，浮床(19)下方设有生态草(14)，底部设有曝气装置。
2.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：箱体内设有用于储存黑臭原水的原水箱(27)，原水箱(27)与强化混凝区(1)连接;所述原水箱(27)与强化混凝区(1)之间设有进水装置，进水装置包括进水泵(5)、连接原水箱(27)和强化混凝区(1)的管道(6)。
3.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：所述生态草(14)的材质为碳纤维。
4.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：所述生态草(14)为若干束，若干束生态草(14)之间相互平行悬挂。
5.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：所述浮床植物(20)为鸢尾、再力花、香蒲、花叶芦竹、黄菖蒲中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：所述浮床(19)的床体材质为聚苯乙烯泡沫板或高密度聚乙烯。
7.根据权利要求1所述的一体化修复设备，其特征在于：所述高效拦截沉淀协同生物降解区(2)的底部设有导泥板(15)，导泥板(15)与箱体底部平面呈30～60°的倾斜角。
8.一种黑臭水体的修复方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)强化混凝处理：加入化学混凝剂，通过搅拌使得黑臭原水中的胶体颗粒发生脱稳混合、絮凝反应;
(2)高效拦截沉淀协同生物降解处理：将经强化混凝处理后的水，在水体内设置若干束平行悬挂的生态草，拦截沉淀经上一步骤形成的絮凝体颗粒，并分解转化水体中的部分有机污染物;
(3)生物-生态修复处理：在经上一步骤处理得到的水体中设置浮床，浮床上设有浮床植物，浮床下设有生态草，底部设有曝气装置。
9.根据权利要求8所述的修复方法，其特征在于：所述步骤(1)中的搅拌速度根据脱稳混合、絮凝反应两阶段所需的时间确定。
10.根据权利要求8所述的修复方法，其特征在于：所述步骤(3)的生物-生态修复处理，水体中还投放有水生动物。
说明书
一种黑臭水体的一体化修复设备及修复方法
技术领域
本发明涉及一种一体化水体处理装置及方法，特别是涉及一种黑臭水体的一体化修复设备及修复方法。
背景技术
黑臭水体是目前较为突出的水环境问题，我国正积极推进黑臭水体治理。然而在黑臭水体治理工程实践中暴露出诸多问题，突出表现为：有些黑臭水体治理工程，注重短期、忽视长效;有些注重水质，忽视生态修复;有些治理手段单一，忽视技术集成，结果导致黑臭反弹。黑臭水体的成因复杂，采取有效措施，短时间内就能消除黑臭现象并不难，但其难点在于治理后的水质长效保持。仅依靠一项单一的修复技术很难达到治理目的，黑臭水体的整治迫切需要标本兼治、高效集成多种技术保持长效机制。
近年来污水处理设备朝着小型化发展，一体化水处理设备取得了较大的进展。一体化污水处理设施具有结构紧凑、占地面积少、工艺流程简单、投入运营成本小、安全性高、便于管理等优点对解决水环境污染问题起到了很大作用。
而国内一体化处理设备的开发主要集中在工业污水、地埋式生活污水的处理中、分散式农村污水的处理中，很少涉及河湖水污染的处理和黑臭水体的原位改善。应对黑臭河道的高效集成多种污水处理技术的研究及一体化污水处理装置的研发还存在不足。
黑臭水体治理是一项系统的工程，必须在控制污染源的基础上，要有科学系统的治理路线。根据水体污染情况与整治目标，黑臭水体治理可分为应急治理、水质改善和长效保持三个阶段。各阶段的治理目标不同，采取的技术措施也有所不同。应急治理阶段，在截污、底泥清淤的基础上，常通过化学絮凝法投加絮凝剂、除藻剂等有效措施快速缓解和消除黑臭现象。化学混凝技术具有快速高效的优越性，可以在短时间内改善水质，但投加的化学药剂后产生的絮体沉至底泥，增加底泥负荷，易造成二次污染。化学方法应结合生态、生物等修复措施，才能保持长效改善。经过应急处理缓解黑臭之后，还需进一步减采取工程措施净化水质，水质改善阶段常用借助于物理的、化学的、生物、生态等水处理技术净化水质，比如曝气增氧、絮凝沉淀、微生物降解、生态浮床、水生植物塘等。要保持水体的长效改善，可通过生态恢复措施，调节水力停留时间、改善水动力条件。黑臭水体的治理技术非常多，不同的治理阶段，采用的技术方法、原理和应用形式也各不相同。
发明内容
发明目的：本发明的一个目的是提供一种黑臭水体的一体化修复设备，优选和集成水质净化、生态修复技术，减小化学加药处理产生的生态风险，确保水质的长效稳定，以避免黑臭水体修复中的水质反弹;本发明的另一个目的是提供一种黑臭水体的修复方法，该修复方法技术可行、经济合理、操作运行管理方便，解决原位修复或者非原位修复中的水质反弹问题。
技术方案：本发明的黑臭水体的一体化修复设备，包括箱体，箱体内包括四个区域，依次为强化混凝区、高效拦截沉淀协同生物降解区、生物-生态修复区以及出水区，各区之间设有导流墙分隔开;所述强化混凝区内设有搅拌装置，高效拦截沉淀协同生物降解区内设有生态草;所述生物-生态修复区内设有浮床，浮床上设有浮床植物，浮床下方设有生态草，底部设有曝气装置。
优选地，箱体内设有用于储存黑臭原水的原水箱，原水箱与强化混凝区连接;所述原水箱与强化混凝区之间设有进水装置，进水装置包括进水泵、连接原水箱和强化混凝区的管道。
优选地，所述生态草为碳纤维生态水草。该碳纤维生态仿生水草可对强化混凝过程中产生絮凝体颗粒具有良好的吸附截留功能，解决了强化混凝原位修复中产生的底泥负荷、二次污染等生态风险问题;同时由于该碳纤维生态仿生水草具有良好的亲水性和吸附性，可作为生物膜技术的载体，高效地富集微生物，形成生物膜，通过生物膜上微生物的新陈代谢作用分解转化水体的中有机污染物。
优选地，所述生态草为若干束，若干束生态草之间相互平行悬挂。若干束的设置，加强了处理能力，平行悬挂相互不干扰，提高处理效果。
为了进一步优化生物-生态修复处理的效果，所述浮床植物为鸢尾、再力花、香蒲、花叶芦竹、黄菖蒲中的任一种。生物-生态修复区的浮床的关键在于植物的筛选，不同种类的植物对水体污染物的净化效果差异较大，因此浮床植物的选择综合考虑区域特点、季节等因素，选择具有一定观赏价值、根系发达、本地多年生水生植物，比如鸢尾、再力花、香蒲、花叶芦竹和黄菖蒲均是良好的浮床物种的选择。
优选地，所述浮床的床体材质为聚苯乙烯泡沫板或高密度聚乙烯。该种材质的浮床具有较好的耐腐蚀、浮力强。
优选地，所述高效拦截沉淀协同生物降解区的底部设有导泥板，导泥板与箱体底部平面呈30～60°的倾斜角。导泥板的设置，可以使得少量的沉淀的絮体和脱落的生物膜落至导泥版，由于倾斜角的设置，有利于其混合沉淀在底部，在两侧导泥版的底部开设一个排泥管，便于沉淀物的排出。
本发明还提供了一种一体化黑臭水体的修复方法，包括如下步骤：
(1)强化混凝处理：加入化学混凝剂，通过搅拌使得黑臭原水中的胶体颗粒发生脱稳混合、絮凝反应;
(2)高效拦截沉淀协同生物降解处理：将经强化混凝处理后的水，在水体内设置若干束平行悬挂的生态草;该步骤主要拦截沉淀经步骤(1)形成的絮凝体颗粒，并分解转化水体中的部分有机污染物。
(3)生物-生态修复处理：在步骤(2)处理得到的水体中设置浮床，浮床上设有浮床植物，浮床下设有生态草，底部设有曝气装置。
优选地，所述步骤(1)中的搅拌速度根据脱稳混合、絮凝反应两阶段所需的时间确定。
优选地，所述步骤(3)的生物-生态修复处理，水体中还投放有水生动物。
本发明在技术路线选择上，遵循“适用性、综合性、经济性、长效性和安全性”原则，提出了一种技术可行、经济合理、操作运行管理方便组合式一体化黑臭河道污染修复技术，是基于原位净化和生物生态修复相组合的新型一体化黑臭水体修复方法。
本发明提出的新型一体化黑臭水体修复方法，集成了强化混凝技术、高效拦截沉淀技术、生物膜技术、间歇曝气技术、生态浮床技术、生物接触氧化技术等。混凝沉淀技术是黑臭水体的应急治理阶段所采用的最常用的化学方法之一，即通过投加化学混凝剂对水体中胶质或悬浮颗粒进行絮凝生成沉淀沉至河床底泥中。该方法具有快速、高效的优点，可以在短时间内快速净化水质，但在水体的原位修复中，形成的沉淀物会沉至水底，增加水体的底泥负荷，造成的二次污染，引起黑臭反弹。为此本发明在强化混凝区后接以碳纤维生态仿生水草作为拦截体的高效拦截沉淀协同生物降解区，经混凝沉淀形成的絮凝团便附着和吸附在碳纤维生态仿生水草上。
该碳纤维生态仿生水草是一种新型吸附材料，抗酸碱、耐老化、使用寿命长，具有丰富的微孔结构、比表面积大、吸附容量大、不产生二次污染、具有良好的亲水性等特点，从而适用水质范围广。使用碳纤维生态仿生水草不仅对絮凝体颗粒具有良好的截留功能，解决了强化混凝原位修复中产生的底泥负荷、二次污染等生态风险问题;而且还可以作为微生物的载体，高效地富集微生物，形成生物膜，增强微生物的新陈代谢作用以分解转化水体的中有机污染物。
为保持水体的长效改善，在高效拦截沉淀协同生物降解区后设生物-生态修复区，此区采用了高效低耗的间歇曝气技术协同生物-生态浮床技术，使此区既具有了生态修复的功能又兼有生物接触氧化降解的功能。曝气充氧可以快速地提高水体的溶解氧，由于连续曝气系统能耗大且不利于微生物的繁衍，故本发明中采用高效低耗的间歇曝气技术。本发明中所采用的生态浮床技术，是通过生态浮床或生态浮岛构建水面水生植物净化系统，通过植物吸收和根部微生物分解作用除去水体中的氮、磷、重金属等污染物，同时还可以营造水面景观作用。此区可以通过放水生动物如食藻鱼类、螺类、贝类等，利用人工湿地原理改善水体的环境。
有益效果：
(1)本发明的黑臭水体的一体化修复设备及修复方法，工艺流程简单，集成了多项水处理工艺，处理效果好、投资省、占地面积小，既适用于黑臭水体的原位修复，也适用于非原位修复，并且可以防止原位修复或者非原位修复中的水质反弹。
(2)本发明中强化混凝区内采取的是自动调速的周期性渐慢搅拌装置，搅拌速度周期按混合和絮凝两阶段所需的时间确定，满足了强化混凝机理的需要，将取得更好的混凝效果;
(3)本发明在强化混凝区后接以碳纤维仿生水草作为拦截体的高效拦截沉淀协同生物降解区，经混凝沉淀形成的絮凝团便附着和吸附在碳纤维仿生水草上，对絮凝体颗粒具有良好的截留功能。该碳纤维仿生水草是一种新型吸附材料，是一种生态碳纤维新型复合材料经处理与改性后制成，而非一般工业用的纤维。该碳纤维生态仿生水草具有良好的亲水性、丰富的微孔结构、吸附容量大以及抗酸碱、耐老化、使用寿命长、不产生二次污染、成本低、适用水质范围广等特点。使用碳纤维生态仿生水草不仅对强化混凝过程中产生絮凝体颗粒具有良好的吸附截留功能，解决了强化混凝原位修复中产生的底泥负荷、二次污染等生态风险问题;而且还可以作为微生物的载体，高效地富集微生物，形成生物膜，相比于其它微生物的载体还具有不易堵塞的优点，增强了微生物的新陈代谢作用;
(4)本发明中生物-生态修复区既具有生态修复的功能又兼有生物接触氧化降解的功能，此区采用的高效低耗的间歇曝气技术，相比连续曝气系统能耗小，且更利于微生物的生长繁殖。微生物在具有适宜DO浓度下，生理活动旺盛、繁衍速度快，水生植物的根部和碳纤维生态仿生水草作为微生物的载体挂膜速度快，解决传统水处理生物技术挂膜速度慢、易堵塞的特点。
(5)本发明所采用的生态浮床满足水体修复目标同时还可以营造水面景观作用。（发明人樊开青;戴有华;王全智;朱晓彦;钱学军;刘勇;周阳超）