一种具有生物膜反应功能的生态浮岛及水处理方法

摘要

本发明公开了一种具有生物膜反应功能的生态浮岛及水处理方法，包括浮岛浮体框架1，浮岛浮体框架内表面连接有网格板2，柱式中空纤维膜组件3的第一进气管10通过接头5与顶端连接有单向阀7的第二进气管6活动连接，气泵8通过导气管9与第二进气管6连接，第二进气管6的外表面与浮体框架或网格板活动连接，气泵8与风力发电装置或太阳能发电装置电连接，所述柱式中空纤维膜组件的中空纤维膜为疏水性微孔膜。本发明成本低，利用生物群落，提高氧气的利用率，运行管理方便灵活，易于调整空间配置，占地面积小，固定方式多样。可以放置在自来水厂预沉池中，适合用地紧张的给水厂。具有处理水质好、同步高效除碳脱氮，亦具有良好的景观效果。

权利要求

1.一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法，其特征是包括如下步骤：①使用一种具有生物膜反应功能的生态浮岛；所述生态浮岛，包括浮岛浮体框架(1)，浮岛浮体框架内表面连接有网格板(2)，其特征是柱式中空纤维膜组件(3)的第一进气管(10)通过接头(5)与顶端连接有单向阀(7)的第二进气管(6)活动连接，气泵(8)通过导气管(9)与第二进气管(6)连接，第二进气管(6)的外表面与浮体框架或网格板活动连接，气泵(8)与风力发电装置或太阳能发电装置电连接，所述柱式中空纤维膜组件的中空纤维膜为疏水性微孔膜；

②旋开接头(5)使连接有第一进气管(10)的柱式中空纤维膜组件(3)与第二进气管(6)分离；

③将柱式中空纤维膜组件(3)人工强化挂膜；

④在网格板(2)的网格中放入水生植物；

⑤通过接头(5)将连接有第一进气管(10)的人工强化挂膜后的柱式中空纤维膜组件与第二进气管(6)连接；

⑥将经步骤(1)-(5)处理后的具有生物膜反应功能的生态浮岛放入污水中，启动气泵(8)，控制气压力大小，使每个柱式中空纤维膜组件(3)的气体流量为5～50L/h。

说明书

一种具有生物膜反应功能的生态浮岛及水处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种具有生物膜反应功能的生态浮岛及水处理方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着社会经济快速发展，水体污染物排放量逐年增加，我国的河道、湖泊和水库等自然水体受到不同程度的污染，随着我国水环境状况的恶化，许多饮用水水源呈微污染状况，尤其水体富营养化问题最为严重。微污染水源水是指饮用水水源受到污染，使部分水质指标超过饮用水水源的卫生标准。近年来，我国微污染水源水质特点主要表现在：COD、BOD、TOC等有机物综合指标值升高，氨氮(NH4+-N)浓度升高等。因此，开发出高效、低能耗的微污染水体净化技术已经成为研究人员的新课题，也越来越受到重视。

[0003] 生态浮岛技术就是运用无土栽培技术原理，利用水生植物对氮、磷等营养元素的吸收和根系微生物对污染物的降解达到净化水质的目的。生态浮岛是一种纯生物的治理技术，不会产生污泥等，不会有二次污染问题；再次，该项技术的应用能增加水体中的生物多样性，使已经遭到生态破坏的水体生态系统恢复生态平衡；最后，该技术还能起到景观及美化环境的作用，总的来说，该技术具有无污染、低投资，见效快的优点，在富营养化水体治理中具有广阔的应用前景；但是，传统的生态浮岛技术去污能力容易受季节和浮岛植物量的限制，而对于漂浮植物来说，它只能利用表层水体，对于深度较大的水体，其净化效果很难进一步提高。

[0004] 膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种生物膜法污水处理新工艺。MABR装置主要由曝气膜组件和微生物膜两部分组成。该工艺选用比表面积较大的中空纤维透气膜作为微生物膜的附着载体，并通过无泡曝气的形式为微生物膜提供氧气，由于MABR特殊的氧气与底物双向传递机理和生物分层结构，曝气膜内侧为好氧菌，中间层为兼氧菌，外层为厌氧菌，MABR中形成好氧—兼氧—厌氧菌群共存的特殊生物膜结构，使得该工艺在单一反应器内达到有效的同步除碳脱氮效果。但是，该反应器需固定于一个容器内，待处理污水要通过进水泵泵入容器内，同时，曝气泵通过传统供电设施供电，能耗高，占地。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有生物膜反应功能的生态浮岛。

[0006] 本发明的第二个目的是提供一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法。

[0007] 本发明的第三个目的是提供另一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法。

[0008] 本发明的技术方案概述如下：

[0009] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛，包括浮岛浮体框架1，浮岛浮体框架内表面连接有网格板2，柱式中空纤维膜组件3的第一进气管10通过接头5与顶端连接有单向阀7的第 二进气管6活动连接，气泵8通过导气管9与第二进气管6连接，第二进气管6的外表面与浮体框架或网格板活动连接，气泵8与风力发电装置或太阳能发电装置电连接，所述柱式中空纤维膜组件的中空纤维膜为疏水性微孔膜。

[0010] 所述疏水性微孔膜的材质优选为聚丙稀、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚砜。

[0011] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法，包括如下步骤：

[0012] (1)将水生植物放入一种具有生物膜反应功能的生态浮岛的网格板2的网格中；

[0013] (2)将步骤(1)获得的装置放入污水中，启动气泵8，控制气压力大小，使每个柱式中空纤维膜组件3的气体流量为5～50L/h。

[0014] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法，包括如下步骤：

[0015] (1)使用一种具有生物膜反应功能的生态浮岛；

[0016] (2)旋开接头5使连接有第一进气管10的柱式中空纤维膜组件3与第二进气管6分离；

[0017] (2)将柱式中空纤维膜组件3人工强化挂膜；

[0018] (3)在网格板2的网格中放入水生植物；

[0019] (4)通过接头5将连接有第一进气管10的人工强化挂膜后的柱式中空纤维膜组件与第二进气管6连接；

[0020] (5)将经步骤(1)-(4)处理后的具有生物膜反应功能的生态浮岛放入污水中，启动气泵8，控制气压力大小，使每个柱式中空纤维膜组件3的气体流量为5～50L/h。

[0021] 本发明优点：

[0022] 1.利用太阳能、风能等自然能源作为供气动力，取代了传统的人工供电，降低系统能耗，节约能源、同时减少了传统供电设施所需的电源布线问题。

[0023] 2.利用丰富的生物群落；提高氧气的利用效率，降低曝气能耗。

[0024] 3.本发明的一种具有生物膜反应功能的生态浮岛运行管理方便灵活，易于调整空间配置，占地面积小，固定方式多样。可以放置在给水厂的预沉池中，减少新增工艺对陆地空间的占用，适合用地紧张的给水厂。

[0025] 4.本发明的一种具有生物膜反应功能的生态浮岛具有处理水质好、同步高效除碳脱氮，亦具有良好的景观效果。

附图说明

[0026] 图1为本发明的一种具有生物膜反应功能的生态浮岛结构示意图。

[0027] 图2为实施例1的方法对COD的去除效果。

[0028] 图3为实施例1的方法对氨氮的去除效果。

[0029] 图4为实施例1的方法对TN的去除效果。

[0030] 图5为实施例2的方法对COD的去除效果。

[0031] 图6为实施例2的方法对氨氮的去除效果。

[0032] 图7为实施例2的方法对TN的去除效果。

具体实施方式

[0033] 下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0034] 应用于本发明的水生植物有很多，如芦苇、空心菜、水芹、首蒲、莲等。

[0035] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛，包括浮岛浮体框架1，浮岛浮体框架内表面连接有网格板2，柱式中空纤维膜组件3的第一进气管10通过接头5与顶端连接有单向阀7的第二进气管6活动连接，气泵8通过导气管9与第二进气管6连接，第二进气管6的外表面与浮体框架或网格板活动连接，气泵8与风力发电装置或太阳能发电装置电连接，柱式中空纤维膜组件的中空纤维膜为疏水性微孔膜。

[0036] 疏水性微孔膜的材质优选为聚丙稀、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚砜。

[0037] 实施例1

[0038] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法，包括如下步骤：

[0039] (1)将水生植物放入上述一种具有生物膜反应功能的生态浮岛的网格板2的网格中；

[0040] (2)将步骤(1)获得的装置放入污水中(污水中的细菌会自动挂膜)，启动气泵8，控制气压力大小，使每个柱式中空纤维膜组件3的气体流量为5L/h，也可以是10L/h、20L/h、30L/h、40L/h或50L/h。

[0041] 实施例2

[0042] 一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法，包括如下步骤：

[0043] (1)使用上述一种具有生物膜反应功能的生态浮岛；

[0044] (2)旋开接头5使连接有第一进气管10的柱式中空纤维膜组件3与第二进气管6分离；

[0045] (2)将柱式中空纤维膜组件3人工强化挂膜；

[0046] (3)在网格板的网格中放入水生植物；

[0047] (4)通过接头5将连接有第一进气管10的人工强化挂膜后的柱式中空纤维膜组件与第二进气管6连接；

[0048] (5)将经步骤(1)-(4)处理后的具有生物膜反应功能的生态浮岛放入污水中，启动气泵(8)，控制气压力大小，使每个柱式中空纤维膜组件3的气体流量为5L/h，也可以是10L/h、20L/h、30L/h、40L/h或50L/h。

[0049] 实施例1和实施例2的挂膜完成后，气泵将空气泵入中空纤维膜组件的中空纤维膜的内腔，通过调节阀控制气体压力，氧气透过中空纤维膜的膜壁进入生物膜内部，靠近中空纤维膜外壁的生物层由于能到得到充足的氧气，形成好氧区，该好氧区能够进行去除含碳有机物和硝化反应，远离中空纤维膜膜外壁的生物层，形成缺氧区，该缺氧区能够进行反硝化反应；当微污染水以一定流速流经微生物膜表面时，微污染水中的污染物进入生物膜内部，通过污染物和溶解氧在生物膜内部逆向传质的方式去除水体中的COD与氨氮。浮岛上种植的水生植物对氮磷等营养元素的吸收及根系微生物对污染物的降解，协同净化水质。

[0050] 本发明采用风力发电装置或太阳能发电装置为气泵8提供动力。气泵供气，单向阀7关闭，此时通过调节阀控制气体压力，为微生物膜供氧。

[0051] 当无风或晚上无太阳而使风力发电装置或太阳能发电装置停止工作而供电停止时，气泵8停止供气，单向阀7自动打开，使中空纤维膜膜腔与大气连通，大自然的空气为中空纤维膜的微生物提供氧气。本发明所选用的是疏水性微孔膜，所以空气在大气压力下通过扩散作用进入到膜腔内为生物膜提供一定的氧气。相对于曝气泵供氧，自然供氧量低。

[0052] 通过调节第二进气管(6)的外表面与浮体框架或网格板连接位置，可使柱式中空纤维膜 组件(3)浸没于水体中的深度可调。

[0053] 本发明中柱式中空纤维膜组件，膜纤维顶端集中在膜组件上部封头中，封头内部中空，上部设置膜组件进气口，第一进气管10与进气口连接。

[0054] 柱式中空纤维膜组件3人工强化挂膜：即将柱式中空纤维膜组件放入一定浓度的活性污泥中，控制供气压力，并开启循环水泵，挂膜周期一周即可。

[0055] 实施例3

[0056] 在一长方体水箱中，容积大小1.275m3(1.50×0.95×1.00m)，放入本发明的一种具有生物膜反应功能的生态浮岛，浮岛浮体框架1大小为0.95×0.75m，柱式中空纤维膜组件4个，组件尺寸(R×H)为：Φ55×360mm。

[0057] 水生植物选的是株长约15cm的空心菜，共种植30株。

[0058] 人工合成微污染废水，指标如表1；

[0059] 表1：受试水样水质指标

[0060]

[0061] 分别采用自然挂膜(实施例1的方法)和人工强化挂膜(实施例2的方法)挂好生物膜的两种具有生物膜反应功能的生态浮岛进行实验小试，水力停留时间为24h，白天控制实施例1每个柱式中空纤维膜组件的气体流量为5L/h，控制实施例2每个柱式中空纤维膜组件的气体流量为50L/h，夜晚停止泵供气，膜组件与大气相通，实验分别进行10天，实施例1的方法处理效果见图2、3、4。实施例2的方法处理效果见图5、6、7。

[0062] 实验结果表明：连续运行10后，实施例1和2对COD、NH3-N、TN的处理效果逐步稳定，运行第3天时，COD去除率达到90％，同时氨氮和TN去除率也达到80％以上，说明本发明的一种具有生物膜反应功能的生态浮岛水处理方法对污水中的COD和氨氮具有迅速的去除能力和显著的去除效果。

[0063] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不脱离本发明原理的情况下，本发明可以做任何形式的修改。