复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法

技术领域

本发明专利属于富营养化水体治理技术领域，涉及一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法。

背景技术

富营养化是指自然水体受到自然因素或人为因素的影响，水体中的氮磷等营养物质增多，浮游藻类在足够营养的水体条件下迅速繁殖造成水体溶解氧含量急剧下降，水生生物大量死亡，水质急剧恶化的水体污染现象。我国属于多湖泊国家，随着社会经济快速发展及湖泊周边城镇过度开发，湖泊接纳的污染物已严重超过湖泊的自净能力，大多数湖泊爆发了较为严重的蓝绿藻等富营养化现象。

对于富营养化现象的治理，目前的技术主要有物理技术、化学技术、生物技术。物理技术如除燥、截污、底泥疏浚工程和引水冲污，通常作为治理的前置措施，治标不治本，富营养化现象没有从根本上得到解决，后期会出现反复爆发，达不到预期的效果。化学修复技术如采用絮凝剂、药剂杀藻等措施，可通过发生化学反应生成沉淀，沉降蓝绿藻，但所需的化学药剂量大，成本较高，而且有二次污染的风险，长期使用会造成污水区域出现抗药性，一般作为应急处理。现有的生物修复技术如微生物修复技术、水生植物修复技术、生物操纵技术是建立在生物自身新陈代谢活动的基础上，该方法利用水生生物吸收利用水中氮磷元素后，达到去除水体氮磷营养物质的效果，不仅效率高、成本低，而且不易造成二次污染。

大型溞是枝角类浮游动物，近年来被广泛用于生物操纵中修复富营养化水体，大型溞对小球藻、斜生栅藻、螺旋藻等多种浮游藻类植物的繁殖存在抑制作用。现有的技术主要是将大型溞投入到开放水域，大型溞通过摄食处理比其口径小的蓝绿藻。该技术存在如下问题：（1）大型溞是水体生态系统中一些如鲢鱼、鳙鱼等经济鱼类的主要食物来源，投入到开放性水体中易被鲢鱼、鳙鱼等经济鱼类摄食，蓝绿藻治理的效果难以保证；（2）溞类摄食蓝绿藻后自身代谢活动过程中会再释放营养盐，会造成水体再度富营养化，水体富营养现象治理效果难以维持。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置及方法，在主体内设置溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元，进水单元位于主体的两端与溞处理单元连通，主体浮于河湖水体中，河湖水体依次从进水单元进入溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元处理后，再排入河湖水体中，具有工艺简单、无需外接电源和药投加剂，运行成本低，可拆卸清洗重复利用，环境友好，不产生二次污染，操作简单方便，有利于推广。

为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，它包括主体、进水单元、溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元、生物处理单元和智能控制系统；

所述溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元皆位于主体内；

所述进水单元位于主体的两端与溞处理单元连通；

所述溞处理单元与滤食性鱼类处理单元连通，生态浮床单元位于溞处理单元上部；

所述滤食性鱼类处理单元和生物处理单元位于主体内的中部组合成一体，滤食性鱼类处理单元位于生物处理单元上部；

所述智能控制系统的推流器位于主体外部靠近进水单元。

所述主体为上部开口的中空船体结构，中空框体结构的浮板位于中空船体上部与其连接，中空船体的船底设置网格结构的排水口与生物处理单元连通。

所述进水单元包括进水管连接的进水泵，进水管穿过主体的密封舱与溞处理单元连通，位于主体外的进水管一端与拦鱼网连接，进水泵位于 密封舱内。

所述溞处理单元包括从主体内两端往中心依次上下错位的多个隔板组成的流体空间，溞投加装置与流体空间连通，隔板与主体两侧的内壁连接。

所述生态浮床单元包括浮床内种植的挺水植物，浮床位于溞处理单元的隔板上部。

所述滤食性鱼类处理单元包括筛孔板和曝气组件，两个相互平行的筛孔板与主体两侧的内壁连接形成鱼类生活区，曝气组件位于鱼类生活区下端。

所述生物处理单元包括从上向下依次布设的生物膜填料层、沸石层和硅藻土层；所述生物膜填料层、沸石层和硅藻土层分别位于中空的三个滤水框内，滤水框位于两个侧板之间的处理空间内，侧板与主体两侧的内壁连接。

所述智能控制系统包括光伏发电装置、动力系统、储能电池、曝气器和推流器；光伏发电装置、动力系统和曝气器与储能电池电性连接，曝气器与滤食性鱼类处理单元内的曝气组件连接，推流器与动力系统连接。

所述智能控制系统还包括集控箱，集控箱内集成定位控制系统、推流器智能控制系统和远程遥控系统；定位控制系统和远程遥控系统与后台控制中心无线连接，推流器智能控制系统与动力系统电性连接，集控箱固定于主体的浮板上。

如上所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的方法，它包括如下步骤：

S1，下水，将主体拖入河湖水体中；此步骤中，进水管和排水口开启，进水泵和动力系统关闭；

S2，进水，进水泵启动，蓝绿藻及富营养化水沿进水管进入溞处理单元和滤食性鱼类处理单元内，与此同时，拦鱼网拦截河湖水体中的垃圾及鱼类；当溞处理单元内的水位漫过隔板上端后，浮床浮于溞处理单元上部，进水泵关闭；

S3，投溞，从溞投加装置向溞处理单元内投入大型溞，大型溞随进水水流分散于溞处理单元内；

S4，投鱼，将滤食性鱼类投入滤食性鱼类处理单元内；

S5，修复，结合溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元对蓝绿藻及富营养化水进行处理，修复水体；此步骤中，进水泵、曝气器和推流器处于启动状态；

S5-1，大型溞摄食溞处理单元内水体中的部分蓝绿藻，消化后将排泄物排入水体中；

S5-2，浮床上挺水植物的根系向下生长与溞处理单元内水体连通，溞处理单元内水体中的氮磷元素及排泄物被挺水植物的根系吸附、吸收，同时挺水植物获取养分；

S5-3，溞处理单元内的水体经过处理后形成污水，未被大型溞摄食的部分蓝绿藻及大型溞随污水穿过筛孔板进入鱼类生活区内的底部；曝气组件通过气浮作用，将污水中的蓝绿藻及死亡的大型溞分离并浮于水面，滤食性鱼类通过摄食消化蓝绿藻及死亡的大型溞；

S5-4，污水进入生物膜填料层，填料表面附着的生物膜净化污水，去除污水中的COD、NH

S5-5，污水进入沸石层，具有较强的磷元素吸附能力的沸石吸附污水中的磷元素，净化污水；

S5-6，污水进入硅藻土层，硅藻土为微生物提供生存环境，硅藻土中的反硝化细菌，进行反硝化作用去处污水中的TN，进一步净化水质；

S5-7，净化后的水质从排水口排出进入河湖水体中。

本发明专利的主要有益效果主要体现于：

在主体内设置溞处理单元、生态浮床单元、滤食性鱼类处理单元和生物处理单元，形成复合生物处理系统，每个单元皆为独立模块，集成度高，装置轻便简单，有利于推广。

采用进水泵从河湖水体中抽水进入主体内的复合生物处理系统中，复合生物处理系统处理的整个过程为自流式，无需额外能源和设备驱动。

采用溞处理单元内的大型溞摄食消化处理蓝绿藻，排泄物经生态浮床单元的挺水植物根系吸附吸收，剩余蓝绿藻及死亡的大型溞可作为饵料被滤食性鱼类捕获摄食消化处理，此过程为生态处理，无需药剂，运行成本低，滤食性鱼类可作为经济产物外售，实现生态效益与经济效益共赢。

富营养化水体进入生物处理单,依次经过生物膜填料层表面的生物膜进一步降解COD、NH

溞处理单元中每两个相邻的隔板上的过水通道分别位于两端，增加了污水流通的路径，整体结构紧凑，有利于富营养化水体的净化。

融合了生态浮床单元和生物处理单元，解决了现有技术治标不治本、易造成二次污染的难题。

位于浮床上种植的挺水植物，将主体作为景观浮岛打造，美化河湖水面环境，增加了观赏性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明：

图1为本发明的主视示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为图2的A-A处剖视示意图。

图4为图3的B-B处剖视示意图。

图中：主体1，浮板11，排水口12，进水单元2，进水管21，进水泵22，拦鱼网23，溞处理单元3，隔板31，溞投加装置32，生态浮床单元4，浮床41，挺水植物42，滤食性鱼类处理单元5，筛孔板51，曝气组件52，鱼类生活区53，生物处理单元6，生物膜填料层61，沸石层62，硅藻土层63，滤水框64，侧板65，智能控制系统7，光伏发电装置71，动力系统72，储能电池73，曝气器74，推流器75。

具体实施方式

如图1~图4中，一种复合生物处理系统联合修复富营养化水体的装置，它包括主体1、进水单元2、溞处理单元3、生态浮床单元4、滤食性鱼类处理单元5、生物处理单元6和智能控制系统7；

所述溞处理单元3、生态浮床单元4、滤食性鱼类处理单元5和生物处理单元6皆位于主体1内；

所述进水单元2位于主体1的两端与溞处理单元3连通；

所述溞处理单元3与滤食性鱼类处理单元5连通，生态浮床单元4位于溞处理单元3上部；

所述滤食性鱼类处理单元5和生物处理单元6位于主体1内的中部组合成一体，滤食性鱼类处理单元5位于生物处理单元6上部；

所述智能控制系统7的推流器75位于主体1外部靠近进水单元2。使用时，主体1浮于河湖水体中，河湖水体依次从进水单元2进入溞处理单元3、生态浮床单元4、滤食性鱼类处理单元5和生物处理单元6处理后，再排入河湖水体中，具有工艺简单、无需外接电源和药投加剂，运行成本低，可拆卸清洗重复利用，环境友好，不产生二次污染，操作简单方便，有利于推广。

优选的方案中，所述主体1为上部开口的中空船体结构，中空框体结构的浮板11位于中空船体上部与其连接，中空船体的船底设置网格结构的排水口12与生物处理单元6连通。使用时，生态浮床单元4浮于浮板11中心的框体内，浮板11对其限位。

优选地，所述排水口12位于生物处理单元6的硅藻土层63正下方，经净化后的污水从排水口12排出，无需动力排水，可降低能耗。

优选的方案中，所述进水单元2包括进水管21连接的进水泵22，进水管21穿过主体1的密封舱与溞处理单元3连通，位于主体1外的进水管21一端与拦鱼网23连接，进水泵22位于 密封舱内。使用时，进水泵22抽取河湖水体中的水注入溞处理单元3内，拦鱼网23拦截河湖水体中的垃圾和滤食性鱼类进入溞处理单元3，防止破坏溞处理单元3的功能，保证大型溞摄食消化处理蓝绿藻。

优选的方案中，所述溞处理单元3包括从主体1内两端往中心依次上下错位的多个隔板31组成的流体空间，溞投加装置32与流体空间连通，隔板31与主体1两侧的内壁连接。使用时，每两个相邻的两个隔板31上的过水通道分别位于两端，水流呈现折流，增加了污水流通的路径，整体结构紧凑，有利于富营养化水体的净化。

优选地，溞投加装置32为漏斗形结构，漏斗连接的溞排放管深入流体空间空间内，溞排放管的管口靠近进水管21的出水口。

优选的方案中，所述生态浮床单元4包括浮床41内种植的挺水植物42，浮床41位于溞处理单元3的隔板31上部。使用时，浮床41内种植的挺水植物42主要为鸢尾、菖蒲、芦苇，将主体1作为景观浮岛打造，美化河湖水面环境，增加了观赏性。

优选地，挺水植物42的根系透过浮床41向下生长，与浮床41下部的水体实现连通，净化下部水体。

优选的方案中，所述滤食性鱼类处理单元5包括筛孔板51和曝气组件52，两个相互平行的筛孔板51与主体1两侧的内壁连接形成鱼类生活区53，曝气组件52位于鱼类生活区53下端。使用时，滤食性鱼类处理单元5两侧设置的筛孔板51，允许死亡的大型溞进入鱼类生活区53，被滤食性鱼类摄食，同时防止滤食性鱼类进入溞处理单元3摄食大型溞活体。

优选的方案中，所述生物处理单元6包括从上向下依次布设的生物膜填料层61、沸石层62和硅藻土层63；所述生物膜填料层61、沸石层62和硅藻土层63分别位于中空的三个滤水框64内，滤水框64位于两个侧板65之间的处理空间内，侧板65与主体1两侧的内壁连接。使用时，生物膜填料层61、沸石层62和硅藻土层63皆位于独立的滤水框64中，便于拆卸清洗，以及重复利用。

优选地，生物膜填料层61内部填充生物填料，生物填料为球形或方形；使用时，污水进入了生物膜填料层61内，填料具有较大的比表面积，填料表面附着的生物膜，起到净化水质的作用，去处污水中的COD、NH

优选地，沸石层62内部填充粒径为5-10mm的沸石；使用时，污水经生物膜填料层61穿越滤水框64进入沸石层62，沸石层62中填充的沸石具有较强的磷元素吸附能力，吸收污水中的磷元素，净化污水。

优选地，硅藻土层63内部伴有微生物的硅藻土；使用时，污水经沸石层62进入硅藻土层63中，硅藻土为微生物提供生存环境，硅藻土中投加有反硝化细菌，进行反硝化作用去处污水中的TN，起到进一步净化水质的作用。

优选的方案中，所述智能控制系统7包括光伏发电装置71、动力系统72、储能电池73、曝气器74和推流器75；光伏发电装置71、动力系统72和曝气器74与储能电池73电性连接，曝气器74与滤食性鱼类处理单元5内的曝气组件52连接，推流器75与动力系统72连接。使用时，光伏发电装置71将太阳能转化为电能储存于储能电池73内，储能电池73向动力系统72和曝气器74与储能电池73提供电能；当储能电池73的电能不足是，由岸电系统向储能电池73充电。

优选的方案中，所述智能控制系统7还包括集控箱，集控箱内集成定位控制系统、推流器智能控制系统和远程遥控系统；定位控制系统和远程遥控系统与后台控制中心无线连接，推流器智能控制系统与动力系统72电性连接，集控箱固定于主体1的浮板11上。使用时，定位控制系统和远程遥控系统接收后台控制中心的指令后，动力系统72启动，驱动推流器75运转，带动主体1沿设定的路线巡游处理蓝绿藻，实现无人值守。

优选地，推流器智能控制系统根据主体1所在的位置、航速要求及航向控制动力系统72，动力系统72调节推流器75转速。

优选地，远程遥控系统实现远程遥控，根据指令调整主体1的航行方向、航速等，实现无人值守、智能化运行。

优选的方案中，如上所述的复合生物处理系统联合修复富营养化水体的方法，它包括如下步骤：

S1，下水，将主体1拖入河湖水体中；此步骤中，进水管21和排水口12开启，进水泵22和动力系统72关闭；

S2，进水，进水泵22启动，蓝绿藻及富营养化水沿进水管21进入溞处理单元3和滤食性鱼类处理单元5内，与此同时，拦鱼网23拦截河湖水体中的垃圾及鱼类；当溞处理单元3内的水位漫过隔板31上端后，浮床41浮于溞处理单元3上部，进水泵22关闭；

S3，投溞，从溞投加装置32向溞处理单元3内投入大型溞，大型溞随进水水流分散于溞处理单元3内；

S4，投鱼，将滤食性鱼类投入滤食性鱼类处理单元5内；

S5，修复，结合溞处理单元3、生态浮床单元4、滤食性鱼类处理单元5和生物处理单元6对蓝绿藻及富营养化水进行处理，修复水体；此步骤中，进水泵22、曝气器74和推流器75处于启动状态；

S5-1，大型溞摄食溞处理单元3内水体中的部分蓝绿藻，消化后将排泄物排入水体中；

S5-2，浮床41上挺水植物42的根系向下生长与溞处理单元3内水体连通，溞处理单元3内水体中的氮磷元素及排泄物被挺水植物42的根系吸附、吸收，同时挺水植物42获取养分；

S5-3，溞处理单元3内的水体经过处理后形成污水，未被大型溞摄食的部分蓝绿藻及大型溞随污水穿过筛孔板51进入鱼类生活区53内的底部；曝气组件52通过气浮作用，将污水中的蓝绿藻及死亡的大型溞分离并浮于水面，滤食性鱼类通过摄食消化蓝绿藻及死亡的大型溞；

S5-4，污水进入生物膜填料层61，填料表面附着的生物膜净化污水，去除污水中的COD、NH

S5-5，污水进入沸石层62，具有较强的磷元素吸附能力的沸石吸附污水中的磷元素，净化污水；

S5-6，污水进入硅藻土层63，硅藻土为微生物提供生存环境，硅藻土中的反硝化细菌，进行反硝化作用去处污水中的TN，进一步净化水质；

S5-7，净化后的水质从排水口12排出进入河湖水体中。该方法工艺简单、无需外接电源和药投加剂，运行成本低，环境友好，不产生二次污染。

上述的实施例仅为本发明专利的优选技术方案，而不应视为对于本发明专利的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明专利的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明专利的保护范围之内。