一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，該光纖生物膜反應(yīng)器包括電源、電源控制器、光纖光源器、浮體、支撐體及光纖；電源控制器以及光纖光源器放置在浮體或生物浮床的上表面、置于生物浮床表面和/或岸邊；支撐體固定在浮體的下表面；電源依次通過電源控制器和光纖光源器，使光纖光源器中的LED燈發(fā)光，光在光纖中傳播使光纖表面生長生物膜，利用生物膜的凈化作用降低水中的污染物濃度。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、成本低廉、效果顯著，同時適用于淺水和深水水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器。
【專利說明】
一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物膜凈化裝置，尤其涉及一種水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展的加快進行，我國大部分湖泊、水庫受到不同程度的污染，一些水體已面臨嚴重的富營養(yǎng)化和藻華的頻繁爆發(fā)。富營養(yǎng)化的治理和水體生態(tài)修復(fù)是目前亟待解決的問題，水體生態(tài)修復(fù)主要集中在水生植被恢復(fù)、人工濕地技術(shù)、生物膜法和生物操縱等。
[0003]生物膜原位處理技術(shù)是一種高效的污水生物處理方法，在城市生物污水處理中應(yīng)用廣泛。其原理是利用生物載體上生長的生物膜，主要是細菌、藻類、原生動物及其分泌的胞外聚合物，對水體中的污染物進行物理吸附、生物轉(zhuǎn)化和降解等作用，以實現(xiàn)水質(zhì)的凈化。生物膜法不僅能高效降解有機物，而且具有很好的脫氮除磷效果，因此在污水處理中具有廣泛應(yīng)用。
[0004]雖然生物膜法具有很多優(yōu)點，但在自然水體，尤其是深水水庫中，生物膜原位凈化技術(shù)效果并不是很理想。這主要是因為受污染水體雖然為生物膜的生長提供了營養(yǎng)鹽，但水體的透明度較低，由于光照太弱而使載體上一些自養(yǎng)型微生物不能很好的生長;另一方面由于水體中溶解氧較低，影響異養(yǎng)微生物的生長。此外，由于生物膜載體投加量太少，加上生物膜的老化和脫落，使得開放水體中生物膜原位處理的效果受到影響。
[0005]中國發(fā)明專利CN102092842A公布了一種開放水體原位凈化的方法和裝置，利用太陽能水體循環(huán)及復(fù)氧系統(tǒng)使水運動經(jīng)過懸浮在水中的生物載體，利用生物載體上的生物膜降解水中的污染物。該裝置的不足在于裝置太復(fù)雜，復(fù)氧系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，對生物膜的擾動較大，且生物膜載體的投放深度較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、成本低廉、效果顯著，同時適用于淺水和深水水體的光纖生物膜反應(yīng)器。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器包括電源、電源控制器、光纖光源器、浮體、支撐體、接頭以及光纖；所述電源控制器以及光纖光源器設(shè)置在浮體的上表面、置于生物浮床表面和/或岸邊;所述支撐體通過接頭固定在浮體的下表面并浸沒在待修復(fù)水體液面以下;所述光纖表面附著生長有生物膜并纏繞固定在支撐體的外表面;所述電源依次通過電源控制器以及光纖光源器接入光纖。光纖光源器將電能轉(zhuǎn)化為光能，光在光纖中進行傳導(dǎo)以維持表面的生物膜生長。
[0009]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的支撐體為不銹鋼籠網(wǎng)狀圓柱形支撐體;所述接頭包括但不限于鋼絲以及尼龍繩索。
[0010]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的支撐體是一個或多個;所述支撐體是多個時，多個支撐體分別設(shè)置在浮體的下表面;所述光纖串聯(lián)或并聯(lián)螺旋纏繞并固定在支撐體上。
[0011]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的電源控制器是蓄電池控制器;所述電源控制器上設(shè)置有開關(guān)、輸出接口以及指示燈。
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的光纖光源器是LED光源器。
[0013]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的浮體是聚苯乙烯泡沫板;所述浮體的形狀包括但不限于圓形、方形以及菱形。
[0014]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的電源是太陽能電池板、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和家庭用電電源。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明提供了一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，包括電源、電源控制器、LED光纖光源器、浮體、支撐體、接頭和光纖。電源連接控制器，并提供電能供LED燈發(fā)光，光傳輸?shù)焦饫w中供光纖表面的生物膜生長，利用光纖表面的生物膜降解水體中的污染物。電源可以是太陽能電池板、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和家庭用電等，電源控制器為可以儲存和整合電流的蓄電池，LED光源器和光纖可多個串聯(lián)或并聯(lián)運行，提高凈化效果，光纖可投放到深水區(qū)供生物膜生長，去除染污物。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，既利用了光纖對光的遠距離傳導(dǎo)作用，又利用了自然生物膜技術(shù)對污染物進行高效降解，成本低廉，效果顯著，對于自然水體，尤其是深水湖泊和水庫的原位生態(tài)修復(fù)，具有重要的技術(shù)指導(dǎo)和應(yīng)用價值。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017](I)本發(fā)明利用了自然條件下太陽能、風(fēng)能等綠色能源，通過控制器把能量儲存進行充分利用，通過光纖光源器和光導(dǎo)纖維將光傳遞到水體中，為生物膜的生長提供了必要條件。該裝置成功實現(xiàn)了綠色能源的轉(zhuǎn)化，成本較低。
[0018](2)本發(fā)明通過支撐體上生物膜的原位處理技術(shù)，對水中的有機物、N、P等污染物進行降解和去除，是一種效果顯著的生態(tài)修復(fù)方法。
[0019](3)本發(fā)明利用光纖的高效傳輸解決了深水湖泊中深水區(qū)光照不足影響生物膜生長的問題，生物膜的生長和凈化作用提高了水中的溶解氧和透明度。
[0020](4)本發(fā)明將光纖螺旋纏繞在鏤空的支撐體上，使光纖表面360度均能生長生物膜，增加了生物膜的表面積，可提高凈化效果。
[0021](5)本發(fā)明裝置簡單，便于維護。本發(fā)明主體由光源、電源控制器和光纖光源器及光纖生物膜構(gòu)成，可結(jié)合生物浮床技術(shù)，將光纖生物膜固定于浮體上，同時可在支撐體內(nèi)部放養(yǎng)濾食性貝類來濾食脫落的生物膜和水體中的藻類，提高水質(zhì)凈化效果。本發(fā)明維護方便，可定期檢查電源和光纖機光源的工作情況。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明所提供的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]其中:
[0024]1-太陽能電池板;2-輸電線；3-電源控制器;4-光纖光源器;5-光纖;6_接頭;7_支撐體;8-浮體。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，此【附圖說明】所提供的圖片用來輔助對本發(fā)明的進一步理解，作為本發(fā)明申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。
[0026]參見圖1，本發(fā)明提供了一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其包括電源、電源控制器3、光纖光源器4、浮體8、支撐體7、接頭6以及光纖5;電源控制器3以及光纖光源器4可設(shè)置在浮體8的上表面、置于生物浮床表面和/或岸邊;支撐體7及光纖5均設(shè)置在浮體8的下表面且處于待修復(fù)水體液面以下;接頭6為不銹鋼鋼絲，用于連接支撐體7和浮體8;電源依次通過電源控制器3和光纖光源器4，光纖光源器4中的LED燈發(fā)光并傳入光纖5中。電源控制器3可以整合電流和儲存電能，供給光纖光源器4中的燈泡發(fā)光，光在光纖5中傳遞的同時在光纖5的表面形成生物膜，用生物膜去除水中的污染物。
[0027]支撐體7固定在浮體8的下表面;光纖5固定在支撐體7上;支撐體7和浮體8通過接頭6連接;支撐體7是鋼絲制作的圓柱形鏤空(籠網(wǎng)狀)支架，其內(nèi)徑和高度根據(jù)水深來確定；光纖5螺旋纏繞在支撐體7上;支撐體7是一個或多個;支撐體7是多個時，多個支撐體7分別設(shè)置在浮體8的下表面;光纖5串聯(lián)或并聯(lián)螺旋纏繞在支撐體7上。光纖5為生物膜載體，其材質(zhì)為塑料，如有機玻璃(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等，在其表面生長有生物膜。
[0028]電源控制器3是蓄電池控制器;為可充放電的蓄電池，將太陽能電池板、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)等產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲存在電池中，蓄電池的電壓大小可調(diào)節(jié)，為光纖光源器4提供穩(wěn)定的電能。電源控制器3上設(shè)置有開關(guān)、輸出接口以及指示燈。
[0029]光纖光源器4是LED光源器，其發(fā)出的光可以是白光、紅光、綠光、藍光、黃光、紫光等多種顏色的光，光纖光源器4的功率大小可以選擇，光的顏色依據(jù)實際水體的深度、透明度和生物膜生長情況選擇，一般選擇白光。
[0030]浮體8是耐腐蝕、能漂浮在水面的有機高分子聚合物浮體，如聚苯乙烯泡沫板浮體，浮體8的作用是連接和懸掛支撐體7及光纖5。浮體8的形狀可以為圓形、方形和菱形等。
[0031]電源可以是太陽能電池板1、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和家庭用電電源，產(chǎn)生的電能輸送至電源控制器3內(nèi)進行儲存，電源放置于生物浮島或者岸邊。
[0032]本發(fā)明的工作過程是:利用電源提供電能給電源控制器，控制器使得光纖光源器中的LED燈發(fā)光，再通過光纖將光傳輸?shù)礁h的距離，光纖螺旋纏繞在網(wǎng)籠狀柱形不銹鋼支撐體上，支撐體固定在浮體下表面并浸沒在水中，光纖為光合自養(yǎng)型生物提供了光能，從而在光纖表面附著生長生物膜，利用生物膜上的微生物及其胞外分泌物去除污染物，實現(xiàn)水質(zhì)的原位凈化。
[0033]1、光纖生物膜反應(yīng)器的制作。
[0034]將不銹鋼鋼絲制作成一個圓柱形籠網(wǎng)狀支撐體，這樣既方便光纖的纏繞和固定，又可以使光纖表面360度都附著和生長生物膜。然后將光纖螺旋固定在柱形支撐體表面，由于光纖硬度較大，不易固定，可用繩子將光纖綁在支撐體上。
[0035]2、生態(tài)修復(fù)裝置的制作與安裝
[0036]將表面固定有光纖的支撐體上端用鋼絲或繩子固定在浮體下端，然后垂直浸沒在水中。浮體的形狀可以是長方形、菱形和圓形，浮體的大小根據(jù)光纖的長度、直徑和數(shù)量決定。浮體的四角或邊緣用繩索固定在生物浮島的框架中。
[0037]將光纖一端接入LED光纖光源器的接口處，并將螺絲擰緊，接入光纖的數(shù)量依據(jù)實際處理面積和布局來確定。
[0038]將LED光纖光源器與電源控制器連接，光纖光源器的功率根據(jù)控制器蓄電池的輸出電壓來確定。
[0039]工作時，開啟光纖光源器的開關(guān)，LED燈泡所發(fā)出的光隨著光纖傳輸?shù)剿校锬ぴ诠饫w的表面生長，利用生物膜吸收、吸附和降解水體中的污染物。
[0040]實施例1:
[0041]本實施例提供一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器。如圖1所示，該裝置包括太陽能電池板I，連接太陽能電池板I和電源控制器3的輸電線2，光纖光源器4，光纖5，支撐體7，浮體8和接頭6。支撐體7通過接頭6均勻的固定在浮體8上。下面對構(gòu)成本發(fā)明的部件和工作過程做詳細說明。
[0042]本例中，太陽能電池板I為單晶硅板，尺寸為1.1m X 2.0m，放置于生物浮床的床體表面，將太陽能板產(chǎn)生的電能輸送至電源控制器3中，連接電源控制器3，使光纖光源器4中的LED燈發(fā)光。光纖光源器4的型號為LED-45，可遙控操作，控制燈光的顏色。光纖光源器4的出光口連接光纖5，光纖長30m，直徑為8mm。將光纖5螺旋纏繞在支撐體7上，支撐體7為不銹鋼網(wǎng)籠狀柱形體，其內(nèi)徑為20cm，長1.5m，光纖5離開水面的部分用黑色膠帶包裹。六根光纖螺旋纏繞固定在六個支撐體上7。支撐體7上端被固定在浮體8上，浮體8為2m Xl.6mX0.2m的聚苯乙烯泡沫板，浮體8的四個角固定在生物浮床的框架上。將該生態(tài)修復(fù)裝置應(yīng)用于香溪河庫灣水華的防控中，三周后發(fā)現(xiàn)雖然支撐體浸沒于水下，但光纖表面生長有大量生物膜，利用生物膜的凈化作用，可以消減水中N、P等營養(yǎng)鹽。
[0043]以上實施例對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容和具體工作模式，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，可以改變電源類型、光纖光源器的數(shù)量和大小、光纖的長度、數(shù)量、直徑和材質(zhì)，改變支撐體的尺寸和連接方式等。凡根據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器包括電源、電源控制器(3)、光纖光源器(4)、浮體(8)、支撐體(7)、接頭(6)以及光纖(5);所述電源控制器(3)以及光纖光源器(4)設(shè)置在浮體(8)的上表面、置于生物浮床表面和/或岸邊;所述支撐體(7)通過接頭(6)固定在浮體(8)的下表面并浸沒在待修復(fù)水體液面以下;所述光纖(5)表面附著生長有生物膜并纏繞固定在支撐體(7 )的外表面；所述電源依次通過電源控制器(3)以及光纖光源器(4)接入光纖(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述支撐體(7)是不銹鋼籠網(wǎng)狀圓柱形支撐體;所述接頭(6)包括但不限于鋼絲以及尼龍繩索。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述支撐體(7)是一個或多個;所述支撐體(7)是多個時，多個支撐體(7)分別設(shè)置在浮體(8)的下表面;所述光纖(5)串聯(lián)或并聯(lián)螺旋纏繞在支撐體(7)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述電源控制器(3)是蓄電池控制器;所述電源控制器(3)上設(shè)置有開關(guān)、輸出接口以及指示燈。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述光纖光源器(4)是LED光源器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述浮體(8)是聚苯乙烯泡沫板;所述浮體(8)的形狀包括但不限于圓形、方形以及菱形。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于水體生態(tài)修復(fù)的光纖生物膜反應(yīng)器，其特征在于:所述電源是太陽能電池板、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和家庭用電電源。
【文檔編號】C02F3/00GK105923741SQ201610506932
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】吳辰熙, 李天翠, 熊雄, 敖鴻毅, 胡紅娟, 劉劍彤
【申請人】中國科學(xué)院水生生物研究所