專利名稱：一種用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水處理的生物膜，尤其是一種用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，同時涉及其制備方法和應(yīng)用，屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化水體藍(lán)藻暴發(fā)、積聚和死亡后，在適宜的氣象、水文條件下，與底泥中的有機物在缺氧和厭氧條件下產(chǎn)生生化反應(yīng)，釋放硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚類物質(zhì)， 形成黑褐色伴有惡臭的黑水團即湖泛，從而導(dǎo)致水源地水體水質(zhì)迅速惡化、生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞。目前我國太湖、巢湖、滇池等水源地湖泊都大規(guī)模爆發(fā)藍(lán)藻，造成嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。據(jù)申請人了解，目前對于水源地湖泛(死亡藍(lán)藻及沉積物)治理的主要措施有生態(tài)疏浚、微生物降解等措施。生態(tài)疏浚是對帶有死亡的藍(lán)藻體和其它沉積物進行清淤，以減少內(nèi)源污染負(fù)荷，目前國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)疏浚技術(shù)進行了大量研究，盡管不少湖泊采用了疏浚方法，但學(xué)術(shù)界爭論較大，仍需持慎重態(tài)度。微生物降解主要是在水體投加RB恢復(fù)功能菌、AEM菌、PSB光合菌等除藻。但在水源地投放人工培養(yǎng)的微生物容易因培養(yǎng)基造成二次污染，特別是在交換量大的湖泊、水庫等水源地難以達(dá)到理想的微生物數(shù)量而處理效果不佳。生物膜用于水處理具有良好前景，但至今國內(nèi)外生物膜僅應(yīng)用于純水生產(chǎn)或污水處理，未見相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用于水源地等大面積水體。檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮镃N201010141466. 5 的中國專利公開了一種甘蔗渣基生物膜的制備方法。該方法利用經(jīng)過處理的甘蔗渣作為載體，將一批優(yōu)良的硝化反硝化菌株同時固定于載體之上，通過大量高效微生物對受污染水體經(jīng)的綜合降解作用，可達(dá)到有去除水中氮元素的效果。然而，首先該專利中利用的甘蔗渣材料富含糖分等有機質(zhì)容易被霉菌類優(yōu)先寄生，產(chǎn)生霉變、腐爛，因此不適于作為水源地水質(zhì)改善材料；其次，該材料易腐爛，在水體中難以長久應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種無二次污染，可以長期發(fā)揮作用的用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器含有填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋，所述生物膜填料顆粒為脫磷、活化、造粒定型后的生物質(zhì)碳化碳(尤其是秸稈、谷殼、木屑等氣化制造煤氣后的廢棄物)，所述濾網(wǎng)袋表面具有富集脫氮微生物 (最好是水源地本土的硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌等)以及附著水生藻類形成的生物膜。上述濾網(wǎng)袋的濾網(wǎng)目數(shù)最好為5-80目，生物膜填料顆粒的粒徑根據(jù)需要控制在 5-200mm。
本發(fā)明進一步的完善是，所述生物膜反應(yīng)器底部安置有增氧管。上述本發(fā)明用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器制備方法包括以下步驟第一步、膜填料脫磷——以生物質(zhì)碳化碳作為生物膜填料主體，浸泡在濃度為 0. 05-1. 5mol/L的NaHCO3溶液中，浸泡時間宜控制在12-24小時，進行脫磷反應(yīng)后，用水沖洗；第二步、膜填料活化一將脫磷后的生物膜填料主體浸泡在濃度為0. 05-2. Omol/ L的鹽酸中，浸泡時間宜控制在12-24小時，使其活化后，用水沖洗并晾干；第三步、膜填料造粒定型——將活化后的生物膜填料主體與粘土按1-50 1(最好為20-30 1)的比例混合造粒(粒徑控制在5-200mm)，并經(jīng)無氧加熱(以防止膜材料燃燒)定型，得到生物膜填料顆粒；第四步、膜填料裝網(wǎng)——將生物膜填料顆粒裝入濾網(wǎng)袋(其目數(shù)最好為5-80目) 中；第五步、形成生物膜——將填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋置入水體(最好為水源地水體)，使其表面富集脫氮微生物(本土硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌等)， 并附著水生藻類，形成生物膜，得到生物膜反應(yīng)器。如果增加以下步驟，制成的生物膜作用效果更好第六步、生物膜增氧——在生物膜反應(yīng)器底部設(shè)置增氧管。本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器主要用于水源地藍(lán)藻攔截、或覆蓋降解水源地的沉積物。 通過對本土微生物富集、藻類附著和底棲動物附著形成的生物膜反應(yīng)器可以對水源地藍(lán)藻水華進行有效攔截，同時對沉積物進行好氧降解和生態(tài)修復(fù)。將其用于藍(lán)藻水華囊團攔截和湖泛覆蓋實驗表明，不僅90%以上藍(lán)藻囊團被去除，而且沉積物降解途徑由厭氧分解方式轉(zhuǎn)化為好氧分解方式，硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚類臭味產(chǎn)物也減少90%以上。此外，由于本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器不僅給微生物提供了富集(每克材料達(dá)千萬個數(shù)量級微生物)的載體，而且可以給硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌等脫氮微生物補充碳源，從而突破了目前采用可溶性甲醇作為碳源難以在大水體中應(yīng)用的局限，具有成本低廉、無污染、易獲得、凈化能力強、透水性強等諸多優(yōu)點，不僅為藍(lán)藻死亡體及沉積物降解提供好氧環(huán)境消除湖泛，而且可以通過微生物、底棲動物、附著藻類改善水體以藍(lán)藻為優(yōu)勢種群的生態(tài)結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式實施例一本實施例用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器主要用于藍(lán)藻攔截解決暴發(fā)藍(lán)藻漂入水源地引起的水質(zhì)惡化問題，制備方法如下第一步、膜填料脫磷——以秸稈、谷殼、木屑等氣化制造煤氣后的廢棄物(生物質(zhì)碳化碳)作為生物膜填料主體，浸泡在濃度為0. 05-1. 5mol/L (優(yōu)選0. 5mol/L)的NaHCO3溶液中，進行脫磷反應(yīng)，12-24小時(優(yōu)選15小時)之后用自來水沖洗；以便未來有利于脫附水體中有害磷成分；第二步、膜填料活化——將脫磷后的生物膜填料主體浸泡在濃度為0. 05-2. Omol/ L(優(yōu)選0.3mol/L)的鹽酸中，使其活化，12-24小時(優(yōu)選15小時)之后用自來水沖洗并晾干；
第三步、膜填料造粒定型——將活化后的生物膜填料主體與高嶺土或其它粘土按 1-50 1 (優(yōu)選5 1)的比例混合造粒，粒徑控制在5-200mm (優(yōu)選60_80mm)，并經(jīng)無氧加熱定型，得到生物膜填料顆粒，具體加熱溫度和時間以將造粒后的生物膜填料顆粒烘干為度，通常加熱溫度宜控制在200-500°C ；第四步、膜填料裝網(wǎng)——將生物膜填料顆粒裝入目數(shù)為5-80目(優(yōu)選10-20目) 的聚烯烴濾網(wǎng)袋中；第五步、形成生物膜——將填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋置入水源地水體，約7天左右，其表面富集本土硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌等脫氮微生物，并附著水生藻類和底棲動物，共同形成30-80目的生物膜，得到生物膜反應(yīng)器。實驗證明，本實施例的生物膜反應(yīng)器不僅給微生物提供了載體，而且可以給硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌等脫氮微生物補充碳源，可以實現(xiàn)對藍(lán)藻水華囊團的有效攔截，去除90% 以上的藍(lán)藻囊團。實驗數(shù)據(jù)顯示，使用本實施例的生物膜反應(yīng)器后，水源地水體藍(lán)藻細(xì)胞數(shù)小于等于IO6個/L。實施例二本實施例用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器主要用于解決死亡藍(lán)藻、沉積物等湖泛物質(zhì)上浮和厭氧分解問題的湖泛防治，其制備步驟如下第一步、膜填料脫磷——以秸稈、谷殼、木屑等氣化制造煤氣后的廢棄物(生物質(zhì)碳化碳)作為生物膜填料主體，浸泡在濃度為0. 05-1. 5mol/L(0. 8mol/L)的NaHCO3溶液中， 進行脫磷反應(yīng)，12-24小時(優(yōu)選20小時)之后用自來水沖洗；第二步、膜填料活化——將脫磷后的生物膜填料主體浸泡在濃度為0. 05-2. Omol/ L(優(yōu)選0.5mol/L)的鹽酸中，使其活化，12-24小時(優(yōu)選20小時)之后用自來水沖洗并晾干；第三步、膜填料造粒定型——將活化后的生物膜填料主體與高嶺土或其它粘土按 1-50 1 (優(yōu)選40 1)的比例混合造粒，粒徑控制在5-200mm(優(yōu)選10_20mm)，并經(jīng)無氧加熱定型，得到生物膜填料顆粒，具體加熱溫度和時間以將造粒后的生物膜填料顆粒烘干為度，通常加熱溫度宜控制在200-500°C ；第四步、膜填料裝網(wǎng)——將生物膜填料顆粒裝入目數(shù)為5-80目(優(yōu)選35-45目) 的聚烯烴濾網(wǎng)袋中；第五步、形成生物膜——將填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋置入水源地水體，使其表面富集本土硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌等脫氮微生物，并附著水生藻類和底棲動物，共同形成30-80目的生物膜，得到生物膜反應(yīng)器。第六步、生物膜增氧——將生物膜反應(yīng)器覆蓋在水源地的沉積物上，并在生物膜反應(yīng)器底部設(shè)置微孔增氧管，增氧能力控制在每萬平方米15-50Kg02/h。這樣，通過對本土微生物富集、藻類附著和底棲動物附著形成的生物膜反應(yīng)器可以對沉積物進行好氧降解和生態(tài)修復(fù)，沉積物降解途徑由厭氧分解方式轉(zhuǎn)化為好氧分解方式，從而使硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚類臭味產(chǎn)物減少90%以上。此外，實踐證明，通過對生物膜的氧氣濃度控制，可以有效對水源地水體藍(lán)藻治理、湖泛防治、生態(tài)修復(fù)，實現(xiàn)水源地水質(zhì)改善。
實驗數(shù)據(jù)顯示，使用本實施例的生物膜反應(yīng)器后，在5小時內(nèi)，黑臭水體的氧氣濃度恢復(fù)至2mg/L以上，有機污染物濃度降低60%以上，消除明顯的黑臭現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，其特征在于含有填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋，所述生物膜填料顆粒為脫磷、活化、造粒定型后的生物質(zhì)碳化碳，所述濾網(wǎng)袋表面具有富集脫氮微生物以及附著水生藻類形成的生物膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述濾網(wǎng)袋的濾網(wǎng)目數(shù)為5-80目，所述生物膜填料顆粒的粒徑為5-200mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述生物膜反應(yīng)器含有設(shè)置在底部的增氧管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述生物質(zhì)碳化碳為至少秸稈、谷殼、木屑之一的氣化制造煤氣后的廢棄物。
5.一種用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器制備方法，其特征在于包括以下步驟 第一步、膜填料脫磷——以生物質(zhì)碳化碳作為生物膜填料主體，浸泡在濃度為0. 05-1. 5mol/L的NaHCO3溶液中，進行脫磷反應(yīng)后，用水沖洗；第二步、膜填料活化——將脫磷后的生物膜填料主體浸泡在濃度為0. 05-2. Omol/L的鹽酸中，使其活化后，用水沖洗并晾干；第三步、膜填料造粒定型——將活化后的生物膜填料主體與粘土按1-50 1的比例混合造粒，并經(jīng)無氧加熱定型，得到生物膜填料顆粒；第四步、膜填料裝網(wǎng)——將生物膜填料顆粒裝入濾網(wǎng)袋中；第五步、形成生物膜——將填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋置入水體，使其表面富集脫氮微生物，并附著水生藻類，形成生物膜，得到生物膜反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器制備方法，其特征在于還含有第六步、生物膜增氧——在生物膜反應(yīng)器底部設(shè)置增氧管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器制備方法，其特征在于 所述第一步和第二步中的浸泡時間分別控制在12-24小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器制備方法，其特征在于 所述增氧管的增氧能力控制在每萬平方米15_50Kg02/h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器用于水源地藍(lán)藻攔截、或覆蓋降解水源地的沉積物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于改善水源地水質(zhì)的生物膜反應(yīng)器，同時涉及其制備方法和應(yīng)用，屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。該生物膜反應(yīng)器含有填裝生物膜填料顆粒的濾網(wǎng)袋，所述生物膜填料顆粒為脫磷、活化、造粒定型后的生物質(zhì)碳化碳，所述濾網(wǎng)袋表面具有富集脫氮微生物以及附著水生藻類形成的生物膜。其制備步驟包括膜填料脫磷、膜填料活化、膜填料裝網(wǎng)、形成生物膜。本發(fā)明具有成本低廉、無污染、易獲得、凈化能力強、透水性強等諸多優(yōu)點，不僅為藍(lán)藻死亡體及沉積物降解提供好氧環(huán)境消除湖泛，而且可以通過微生物、底棲動物、附著藻類改善水體以藍(lán)藻為優(yōu)勢種群的生態(tài)結(jié)構(gòu)。
文檔編號C02F3/10GK102225805SQ20111008923
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者嚴(yán)少華, 周慶, 宋偉, 羅佳, 韓士群 申請人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院