本發(fā)明涉及一種環(huán)保生態(tài)修復技術領域，更具體地說，它涉及一種新型生物膜凈水與噴泉曝氣耦合裝置。

背景技術：

近年來，河道水體受人類生活污水等有機污染的程度愈發(fā)嚴重，特別是城鎮(zhèn)河流的黑臭現(xiàn)象，給人民群眾帶來了極差的感官體驗，成為了直接影響群眾生產生活的突出水環(huán)境問題。國務院頒布的《水污染防治行動計劃》提出“到2020年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內，到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除”的控制性目標。河流黑臭現(xiàn)象的發(fā)生機理多數(shù)如下所述：當水體受到嚴重有機污染時（比如氮，化學需氧量的濃度大大提高），好氧微生物可大量分解有機物，當復氧速率小于耗氧速率時，將直接造成水體的缺氧現(xiàn)象，在有機物的分解過程中，胺、氨和硫化氫等難溶性臭氣將逸出水面，從而使黑臭河道水體散發(fā)出難聞的臭氣；同時，缺氧水體可使鐵、錳等重金屬還原，與硫元素形成致黑物質硫化亞鐵（FeS）和硫化錳（MnS），從而導致水體黑臭現(xiàn)象。

當前，污染河流水體的微生物處理技術逐步引起了從業(yè)者的關注，該技術按照微生物的生長狀態(tài)，可分為懸浮生長工藝和附著生長工藝，前者最典型的工藝為活性污泥法，后者的典型工藝則為生物膜法，即利用附著生長在某類載體表面的微生物凈化污水，具有經濟節(jié)能、運行可靠、抗沖擊負荷、無污泥膨脹現(xiàn)象、兼具硝化反硝化功能等特點。通常，生物膜中的微生物群落包括好氧菌、厭氧菌和兼性菌，此外還有藻類、真菌和輪蟲、蚊蠅幼蟲等生物，從而共同發(fā)揮生物膜的污水凈化功能。

噴泉曝氣機是在污染河流特別是黑臭水體治理中應用非常廣泛的設備。傳統(tǒng)的噴泉曝氣機一般通過噴泉的方式對水體進行復氧，以提高水體的溶解氧含量水平，從而強化好氧微生物對有機物的分解作用。噴泉曝氣機對水體的復氧過程如下：水泵將河水提升至噴泉頭，噴出的河水與空氣充分接觸后回到河道，從而提升污染河流水體的溶解氧含量水平。

公告號為CN205313208U的中國專利公開了一種接觸氧化式噴泉曝氣系統(tǒng)，它包括接觸氧化式生態(tài)浮島、噴泉曝氣裝置、水下微生物床以及浮動裝置構成。這種接觸氧化式噴泉曝氣系統(tǒng)雖然利用曝氣系統(tǒng)對污染水體進行增氧，而后通過懸掛在水下的微生物膜模塊進行生物凈化，將微生物凈水和曝氣技術進行了有機結合，生態(tài)浮島、微生物床、噴泉曝氣裝置三者加以改進并進行有機融合，使其成為一個整體，四周的浮動裝置則能保持該系統(tǒng)整體隨水位漲落自由浮動，而發(fā)生的水平位移很小，通過在浮筒的底部設置格柵網，能將水體中漂浮的塑料垃圾、樹葉、紙片等隔離開，防止這些漂浮物被卷入浮筒而引起機械故障，浮島外框以及尼龍網的設計，能大大提高生態(tài)浮島的抗風浪強度，延長使用壽命，減少維護成本，但是由于部分黑臭河流水位較淺且波動較大，可懸掛的微生物載體數(shù)量極其有限，且水體溶解氧含量較低，因此微生物的凈水功效有限并最終導致其在淺水型河道中的應用受限問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型生物膜凈水與噴泉曝氣耦合裝置，其優(yōu)點在于通過潛水泵抽吸河水后經噴泉頭噴出，經過空氣復氧后，下落至浮于水面上的生物聚集塔（由微生物、藻類和原生動物等生物構成生物膜）以凈化河水，通過在生物聚集塔設置擋板以隔絕空氣，從而創(chuàng)造出厭氧的空間環(huán)境，使提升的污染水體經過“好氧-厭氧”處理過程，對污染物質如氨氮等進行很好的削減，有效的解決了微生物的凈水功效有限并最終導致其在淺水型河道中的應用受限問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：一種新型生物膜凈水與噴泉曝氣耦合裝置，其特征是，包括生物聚集塔、噴泉曝氣系統(tǒng)和固定系統(tǒng)；

所述生物聚集塔包括圓餅狀的中空底座、圓臺狀的中空塔體、親水性微生物掛膜載體材料以及厭氧區(qū)環(huán)狀罩，所述中空底座浮于水面，利用兩端帶螺紋的不銹鋼輸水管以及螺紋結構與中空塔體固定連接，且中空底座和中空塔體的接觸面利用強力膠加固；所述中空塔體及中空底座的上表面區(qū)域，按自上而下增大的密度，纏繞固定布設有親水性微生物掛膜載體材料；

所述噴泉曝氣系統(tǒng)包括帶篩孔的不銹鋼套筒、潛水泵、潛水泵的固定裝置、塑料軟管、潛水泵供電電纜、輸水管和噴泉頭，所述不銹鋼套筒的筒身上部均勻布設有孔徑0.5-1 cm的篩孔，所述潛水泵的流量為2-6 m³/h，通過固定裝置固定在不銹鋼套筒的底部，所述潛水泵的出水口與塑料軟管相連，所述塑料軟管的頂端套裝在輸水管的底端，并利用鐵箍或鐵絲手工固定，所述輸水管安裝在中空塔體的中心軸處，并利用兩端的螺紋結構進行固定，所述螺紋結構包括輸水管螺紋和輸水管螺帽及墊圈，所述輸水管的頂端連接噴泉頭；

所述固定系統(tǒng)包括4根不銹鋼錨定桿、尼龍軟繩及環(huán)狀綁定孔；所述錨定桿均勻地焊接或以螺紋結構的形式與不銹鋼套筒的底板相連且插入底泥中，所述尼龍軟繩的兩端則分別綁扎固定在中空底座底部以及不銹鋼套筒的頂板上的2個環(huán)狀綁定孔處，從而將水上部分和水下部分進行連接固定，所述尼龍軟繩的長度根據水面實際波動幅度進行調整，較塑料軟管和潛水泵供電電纜短。

所述生物聚集塔的中空底座，待整套系統(tǒng)正常運行時，其上頂面需露出水面10-20 厘米。噴泉頭提升后的下落水體覆蓋直徑，與厭氧區(qū)環(huán)狀罩的頂面環(huán)孔內徑一致。

通過采用上述技術方案，生物聚集塔可形成 “好氧-厭氧”微生物膜，是河水水質凈化的核心模塊，河水污染物主要通過生物聚集塔上富集微生物的生物作用予以去除；噴泉曝氣系統(tǒng)可對水體進行充氧，兼具布水功能，使河水均勻下落至生物聚集塔上，并經生物膜進行凈化；固定系統(tǒng)可使生物聚集塔和噴泉曝氣系統(tǒng)固定在河道的特定位置。通過噴泉曝氣措施對地表污染水體進行曝氣后，再經過生物膜的生物作用進行深度凈化后排入水體，通過水體的循環(huán)處理實現(xiàn)對水體污染物質特別是氮素的凈化去除，同時增加水體的溶解氧含量，遏制水體黑臭現(xiàn)象的發(fā)生，將常規(guī)的噴泉曝氣措施和生物膜凈水技術進行了有機的結合，應用前景較好，利用噴泉曝氣子系統(tǒng)對污染水體進行增氧后，立即下落至生物聚集塔進行生物膜凈化處理，通過生物聚集塔的結構設計營造出“好氧-厭氧”的交替變化環(huán)境，從而大幅提高對污染水體的凈化效果，避免了電能的浪費；生物聚集塔設計為圓臺型，在材料相同的情況下，具有更高的有效掛膜和水處理面積，且流線型的表面抗風能力強；潛水泵對水體進行提升，可提高氧氣的利用效率，因為污染水體的下部水體往往呈現(xiàn)缺氧的狀態(tài)，因此提升這部分的水體進行充氧更有針對性，其氧氣利用效率亦相應提高，而且可使河底、池塘底或湖底產生的厭氧氣體排出。

本發(fā)明進一步設置為：所述的親水性微生物掛膜載體材料包括高密度布置的親水性微生物掛膜載體材料和低密度布置的親水性微生物掛膜載體材料，所述高密度布置的親水性微生物掛膜載體材料之上布設有由塑料等輕質材料制成的厭氧區(qū)環(huán)狀罩，所述環(huán)狀罩留有一圈矩形出水口。

通過采用上述技術方案，生物聚集塔上的生物掛膜材料，其設置密度從上往下遞增，可有效防止掛膜材料的堵塞，厭氧區(qū)環(huán)狀罩，且厭氧區(qū)環(huán)狀罩下部的生物掛膜材料設置密度較高，從而營造出厭氧的區(qū)域環(huán)境。因此，經過噴泉曝氣機提升后下落的水將依次流經上部的好氧填料區(qū)和下部的厭氧填料區(qū)，從而加速“好氧-厭氧”的生物作用過程，使得污染水體中的氨氮得以快速去除。

本發(fā)明進一步設置為：所述的噴泉頭選擇中心直上的涌噴型噴頭形式。

通過采用上述技術方案，噴泉頭選定為涌泉型，可產生適宜覆蓋直徑的下落水體，使提升下落的河水盡可能流經生物聚集塔進行處理。

本發(fā)明進一步設置為：所述的潛水泵供電電纜穿過不銹鋼套筒的頂板，與外接電纜通過置于中空底座上的防水接線盒相連。

通過采用上述技術方案，有效的減小了潛水泵供電電纜進水出現(xiàn)漏電的情況，有利于整體裝置安全的運行。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、此裝置設計合理，制作成本低，易維護，易于實現(xiàn)；

2、有效的解決了微生物的凈水功效有限并最終導致其在淺水型河道中的應用受限問題。

附圖說明

圖1是展現(xiàn)本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明水上部分的結構示意圖；

圖3是圖2中A-A的剖視圖；

圖4是展現(xiàn)防水接線盒位置的結構示意圖。

附圖標記：1、水面；2-1、中空底座；2-2、中空塔體；3、高密度布置的親水性微生物掛膜載體材料；4、低密度布置的親水性微生物掛膜載體材料；5、噴泉頭；6、防水接線盒；7、外接電纜；8、潛水泵供電電纜；9、尼龍軟繩；10、塑料軟管；11、輸水管；11-1、輸水管螺紋；11-2、輸水管螺帽及墊圈；12、環(huán)狀綁定孔；13、固定裝置；14、不銹鋼套筒；14-1、頂板；14-2、底板；14-3、環(huán)形帶狀篩孔；15、潛水泵；15-1、出水口；17、錨定桿；18、厭氧區(qū)環(huán)狀罩；18-1、矩形出水口；18-2、環(huán)孔。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例：一種新型生物膜凈水與噴泉曝氣耦合裝置，如圖1至3所示，包括生物聚集塔、噴泉曝氣系統(tǒng)和固定系統(tǒng)，生物聚集塔可形成 “好氧-厭氧”微生物膜，是河水水質凈化的核心模塊，河水污染物主要通過生物聚集塔上富集微生物的生物作用予以去除；噴泉曝氣系統(tǒng)可對水體進行充氧，兼具布水功能，使河水均勻下落至生物聚集塔上，并經生物膜進行凈化；固定系統(tǒng)可使生物聚集塔和噴泉曝氣系統(tǒng)固定在河道的特定位置。涉全套裝置待安裝完畢且通電后，潛水泵15開始運轉并向上抽水，水流依次通過軟管10和輸水管11提升到噴泉頭5后噴出，噴出的水經過空中充氧過程后灑落至生物聚集塔上，自上而下分別流經高密度微生物掛膜載體材料3和低密度微生物掛膜載體材料4，利用上述載體材料上自然形成的“好氧-厭氧”生物膜進行水質凈化，河水最終從生物聚集塔的環(huán)狀罩18的矩形出水口18-1排入河道。以此往復，從而達到河水凈化的功效。

親水性微生物掛膜載體材料自上而下按照從低密度向高密度的順序布設，可使上部載體孔隙較大，但下部載體孔隙較小，使得河水中的懸浮物在載體中的穿透深度會更深，可處理的懸浮物總量增多，由此提高載體的污染物處理效率；同時相對于另外的布設方法（即自上而下分別按高密度和低密度依次布設載體），該設計可有效緩解載體材料的堵塞，延長微生物掛膜載體材料的工作周期；下部高密度布設的載體，孔隙較小，結合厭氧區(qū)環(huán)狀罩18，更有利于下部載體區(qū)域的厭氧氛圍營造。該設計可提高微生物掛膜載體材料的工作周期，提高河水凈化效率。

通過噴泉曝氣措施對地表污染水體進行曝氣后，再經過生物膜的生物作用進行深度凈化后排入水體，通過水體的循環(huán)處理實現(xiàn)對水體污染物質特別是氮素的凈化去除，同時增加水體的溶解氧含量，遏制水體黑臭現(xiàn)象的發(fā)生，將常規(guī)的噴泉曝氣措施和生物膜凈水技術進行了有機的結合，利用噴泉曝氣子系統(tǒng)對污染水體進行增氧后，立即下落至生物聚集塔進行生物膜凈化處理，通過生物聚集塔的結構設計營造出“好氧-厭氧”的交替變化環(huán)境，從而大幅提高對污染水體的凈化效果，減小了了電能的浪費；生物聚集塔設計為圓臺型，在材料相同的情況下，具有更高的有效掛膜和水處理面積，且流線型的表面抗風能力強；潛水泵15對水體進行提升，可提高氧氣的利用效率，因為污染水體的下部水體往往呈現(xiàn)缺氧的狀態(tài)，因此提升這部分的水體進行充氧更有針對性，其氧氣利用效率亦相應提高，而且可使河底、池塘底或湖底產生的厭氧氣體排出。生物聚集塔上的生物掛膜材料，其設置密度從上往下遞增，可有效防止掛膜材料的堵塞，厭氧區(qū)環(huán)狀罩18，且厭氧區(qū)環(huán)狀罩18下部的生物掛膜材料設置密度較高，從而營造出厭氧的區(qū)域環(huán)境。因此，經過噴泉曝氣機提升后下落的水將依次流經上部的好氧填料區(qū)和下部的厭氧填料區(qū)，從而加速“好氧-厭氧”的生物作用過程，使得污染水體中的氨氮得以快速去除。

選擇潛水泵15有三種工作狀態(tài)：第一種工作狀態(tài)的潛水泵15流量為2 m³/h，噴泉頭5類型選擇涌泉型，其有效水面1處理面積為4 m²，掛膜材料選用條帶狀大孔網狀聚氨酯填料。裝置組裝完畢并設置于黑臭河道內，在夏季15天后生物聚集塔上完成掛膜，掛膜10天后經過測試得知，該裝置對提升河水的氨氮和化學需氧量的削減效率分別為30%和15%左右。

第二種工作狀態(tài)的潛水泵15流量為4 m³/h，選擇中心直上的涌噴型噴頭，有效處理面積為6 m²。掛膜材料選用條帶狀大孔網狀聚氨酯填料。裝置組裝完畢后，放置在深2 m的黑臭河道中，在生物聚集塔完成掛膜10天后的氨氮和化學需氧量去除效率分別為25%和10%左右。

第三種工作狀態(tài)的潛水泵15流量為6 m³/h，噴泉頭5選擇涌泉型噴頭，有效處理面積為8 m²。掛膜材料選用條帶狀大孔網狀聚氨酯填料。裝置組裝完成后，在某約100 m²的黑臭池塘水域中放置1臺，生物聚集塔掛膜完成10天后經測試得知，該裝置對污染水體氨氮和化學需氧量的凈化效率分別為28%和12%左右。

如圖4所示，潛水泵15在使用的時候，潛水泵15供電電纜8需要穿過不銹鋼套筒14的頂板14-1，與外接電纜7通過置于中空底座2-1上的防水接線盒6相連；有效的減小了潛水泵15供電電纜8進水出現(xiàn)漏電的情況，有利于整體裝置安全的運行。

本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書后可以根據需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻的修改，但只要在本發(fā)明的權利要求范圍內都受到專利法的保護。