專利名稱：仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)污染水體的處理方法，特別涉及利用仿生植物對(duì)河流(地表)微污染水體進(jìn)行直接凈化的方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明之前，隨著地表水體污染的不斷加重，人們開始使用生物膜工藝或方法對(duì)其進(jìn)行處理和凈化，如采用細(xì)繩狀生物填料、卵石填料、生物活性炭等，在污染水體附近建設(shè)污水處理廠，將微污染水體引入污水處理廠經(jīng)過上述方法的處理后再排入水體中。這種方法屬于間接處理微污染水體，效果不理想，投資也很大。人們又想出用浮筒連接生物填料放置于水體上進(jìn)行直接處理微污染水體，雖然屬于直接處理法，也有一定的效果，但是浮筒漂浮在河道水面上一是直接影響河道航運(yùn)功能和作用，二是浮筒漂浮在水面上會(huì)引來并造成大量浮游植物的繁殖，反過來又影響凈化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，設(shè)計(jì)、研究一種利用仿生植物在微污染水體中直接進(jìn)行凈化的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其主要技術(shù)特征在于在在支桿上連接填料片，填料片固定在支桿上，形成仿生植物，支桿底端連接在網(wǎng)格上，將網(wǎng)格固定放置在河床底部。
本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是其技術(shù)特征在于填料片包含中心扣環(huán)、填料絲，中心扣環(huán)固定在支桿上，填料絲穿過中心扣環(huán)固定在中心扣環(huán)上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于在保證和不影響河流航運(yùn)和泄洪功能的情形下，利用仿生植物漂浮在微污染水體中對(duì)微污染水體進(jìn)行直接的凈化處理，即在仿生植物表面以污染水體中原有的天然生物菌群作為種源自然培養(yǎng)掛膜后，利用仿生植物表面生物膜對(duì)污染物質(zhì)的吸附降解作用凈化河流微污染水體。對(duì)水中污染物質(zhì)CODMn(化學(xué)需氧量)、NH4+-N(氨氮)、TN(總氮)和TP(總磷)均有一定程度的凈化，其中對(duì)NH4+-N的去除率可達(dá)36.63％。仿生植物通過一端固定在河床底部的網(wǎng)格上，另一端及整個(gè)枝體象植物一樣可以在水體中任意漂浮，具有一定彈性、韌性和柔性的用ABS材料制成的支桿可以在水體中隨著水流的流動(dòng)而自由擺動(dòng)，其上的用聚烯烴等材料制成的填料片包括中心扣環(huán)、填料絲也可以在水體中任意晃動(dòng)、擺動(dòng)，對(duì)水流的阻力也小，不影響航運(yùn)和泄洪，并且選擇的是耐腐蝕、耐老化的優(yōu)質(zhì)塑料，其中的填料絲表面粗糙，比表面積大，有利于微生物附著，使其能夠并加強(qiáng)對(duì)污染物質(zhì)的降解和效率。其具體的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，也易于加工，所選擇的仿生植物范圍廣，可以因地制宜地選擇使用。


圖1——本發(fā)明仿生植物的輪藻的模型圖。
圖2——本發(fā)明中仿生植物結(jié)構(gòu)圖。
圖3——本發(fā)明中用于固定仿生植物的網(wǎng)格底架示意圖。
圖4——本發(fā)明中仿生植物放置于河床中的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明例舉所仿生的植物為輪藻，當(dāng)然也可選擇其他植物；輪藻的莖1用仿生的支桿4代替，輪藻的節(jié)2用仿生的中心扣環(huán)5代替，輪藻的葉3用仿生的填料絲6代替；中心扣環(huán)5、填料絲6構(gòu)成填料片；中心扣環(huán)5固定連接在支桿4上，填料絲6穿過中心扣環(huán)5，其中間與中心扣環(huán)5連接，兩端向兩側(cè)呈輻射狀均勻展開，仿生的支桿4、中心扣環(huán)5、填料絲6構(gòu)成仿生植物(輪藻)9?？梢苑律闹参镞€有金魚藻、狐尾藻等沉水植物，只要能仿生并能起到相應(yīng)作用的都是本發(fā)明所強(qiáng)調(diào)的。
如果為了簡(jiǎn)化，也可在支桿4上直接固定連接填料絲6(不用中心扣環(huán)5)，即填料絲6直接當(dāng)填料片使用。
將竹制的網(wǎng)格底架7(網(wǎng)格底架的材料可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選用木頭、竹子或水泥塊等，本例中使用竹制的)放置在河床底部并用竹楔8固定住，其上根據(jù)支桿4的直徑和布置密度打許多孔洞，將一根根支桿4的底端插入網(wǎng)格底架7上的孔洞中并用風(fēng)焊機(jī)軟化打節(jié)固定；由于仿生植物9中的支桿4采用ABS材料制成，可豎立在河流中，具有很強(qiáng)的彈性、韌性和柔性，可隨著水流的流動(dòng)而擺動(dòng)，不影響航船往來，在遇到航船時(shí)低頭彎曲，航船過后會(huì)重新豎直；填料片包括中心扣環(huán)5、填料絲6，中心扣環(huán)5、填料絲6均采用聚烯烴材料制成，也很輕，不會(huì)壓彎支桿4；填料絲6是經(jīng)過特殊的拉絲和絲條毛工藝制成，表面粗糙，比表面積大，易于微生物附著。
下面是本發(fā)明中各部件材料性能表。
主要 斷裂強(qiáng)力 密度 老化前斷裂老化后斷裂強(qiáng) 斷裂強(qiáng)力保留構(gòu)件名稱材料 (N) (g/cm3) 強(qiáng)力(N) 力(N) 率(％)支桿ABS2821.056282253.8 89.0中心扣環(huán)PE 3970.968397351 88.0填料絲 PP 85 0.90085 76.289.6當(dāng)然，本發(fā)明所屬各部件并不局限于上表所列范圍，與上表類似的材料也是本發(fā)明所強(qiáng)調(diào)的。
將仿生植物9固定連接在河床底部的網(wǎng)格底架7上，使其在水流中自由地?cái)[動(dòng)，仿生植物9對(duì)污染水體進(jìn)行強(qiáng)化凈化首先要經(jīng)過填料絲6的生物富集階段，使填料絲6上附著大量的對(duì)污染物質(zhì)直接進(jìn)行凈化作用的微生物群落，即俗稱掛膜。掛膜的好壞決定該仿生植物9對(duì)污染水體的處理效果。該過程一般采用非人工控制條件下的自然培養(yǎng)掛膜，以污染水體中原有的天然生物菌群作為種源，水量為緩流水體的自然流量，以CODMn、NH4+-N、NO2--N/NO3--N、TN、TP的變化及填料絲上生物的變化特征來表征填料上生物富集的歷程。
下表是掛膜期間上、下兩點(diǎn)高錳酸鉀指數(shù)變化及去除效果的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。


注采樣點(diǎn)中的上點(diǎn)是指在距水面30cm處取樣點(diǎn)的水樣，下點(diǎn)是指在距水面60cm處取樣點(diǎn)的水樣。
下表是上、下兩點(diǎn)NH4-N的濃度變化及去除效果數(shù)據(jù)。

綜合上述兩表數(shù)據(jù)，填料段的CODMn的去除率在最初幾天就開始高于對(duì)照段CODMn的去除率，達(dá)到了2％，說明河水異養(yǎng)菌的數(shù)量大并已成功在填料絲6附著；隨著基質(zhì)濃度的降低，去除率也略有降低，但由于填料絲6上異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)繁殖，CODMn去除率的總趨勢(shì)還是逐漸上升，最后穩(wěn)定在10％左右；填料段NH4--N在啟動(dòng)后的前6d的去除率與對(duì)照段的去除率幾乎無變化，說明硝化細(xì)菌的繁殖速度較慢，但從6月18日開始，NH4+-N的去除率增幅較大，呈臺(tái)階狀上升，最后穩(wěn)定在40％左右。在整個(gè)掛膜過程中，NH4--N的去除率不是逐漸上升，而是呈階梯狀的跳躍式上升，這在一定程度上與硝化菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)規(guī)律有關(guān)。
在河道內(nèi)安裝好后未通水之前，填料絲6是無色透明的，通水啟動(dòng)后，填料絲6上逐漸發(fā)生變化；在啟動(dòng)后的第9天鏡檢觀察，填料絲6上已附有微生物，填料絲6外觀呈淡綠色，鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)填料絲6附著的藻類較多，其中硅藻、藍(lán)藻和綠藻較多，菌類(主要是桿菌和球菌)較少；啟動(dòng)后第16天，填料絲6上有絮狀粘附物，填料絲6外觀呈黃綠色，鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)填料絲6上的菌類開始增加，并以菌膠團(tuán)的形式存在，藻類的數(shù)量也在逐漸減少，但填料絲6上依然有裸露部分存在；啟動(dòng)后第23天，填料絲6上絮狀粘附物增厚，已無裸露部分存在，填料絲6的外觀呈褐綠色，鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)填料絲6上種類有所增加(鏡檢可觀察到的藻類有藍(lán)藻門的微囊藻、項(xiàng)圈藻，硅藻門的小環(huán)藻、脆桿藻和舟形藻、隱藻門的卵形隱藻和嚙蝕隱藻，裸藻門的梭形裸藻，綠藻門的柵藻、盤星藻、十字藻、浮球藻、弓形藻、新月藻和鼓藻等)，同時(shí)細(xì)菌的種類和數(shù)量也在不斷增加，后生動(dòng)物也開始出現(xiàn)，如苔蘚蟲、輪蟲等，有些個(gè)體較大的寡毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物用肉眼就可填料絲上見到；掛膜的第30天，填料絲6的外觀已呈現(xiàn)黑褐色，孔(長(zhǎng)度60×深度60mm)的金屬鑄型6的正上方停止，保持1s，將鐵基混合粉末填充在金屬鑄型中之后以200mm/s的速度后退。填充后，以480Mpa的壓力成型，制成成型體。另外，用相同鐵基混合粉末制成10個(gè)成型體。
測(cè)定得到的成型體的質(zhì)量，求得填充密度(＝(成型體質(zhì)量)/(金屬鑄孔的體積)。將用鐵基混合粉末的表觀密度除該填充密度得到的值作為填充值，評(píng)價(jià)填充性。另外，填充值是10個(gè)成型體的平均。填充值越大表示填充性越好。
另外，對(duì)各鐵基混合粉末，從得到的成型體(10個(gè))的質(zhì)量偏差，求得相對(duì)質(zhì)量偏差的平均成型體質(zhì)量的比、(質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差)/(平均成型體質(zhì)量)。將該比值換算成相對(duì)值，評(píng)價(jià)各鐵基混合粉末的成型體質(zhì)量偏差，其中該相對(duì)值以現(xiàn)有例(鐵基混合粉末No.16)的值為基準(zhǔn)(＝1.00)。
(5)壓粉密度(壓縮性)將鐵基混合粉末以490MPa壓力成型為直徑25mm×高度20mm的料錠，做成成型體。測(cè)定這些成型體的密度(壓粉密度)，評(píng)價(jià)壓縮性。
將得到的結(jié)果表示在表8中。
表5

權(quán)利要求
1.仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于在支桿上連接填料片，填料片固定在支桿上，形成仿生植物，支桿底端連接在網(wǎng)格底架上，將網(wǎng)格底架固定放置在河床底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于填料片包含中心扣環(huán)、填料絲，中心扣環(huán)固定在支桿上，填料絲穿過中心扣環(huán)固定在中心扣環(huán)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于支桿用ABS材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于中心扣環(huán)、填料絲采用聚烯烴材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、4所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于填料絲是經(jīng)拉絲、絲條制毛工藝制成的呈絲條狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于填料絲表面粗糙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的仿生植物對(duì)河流微污染水體的凈化方法，其特征在于填料絲中間連接在中心扣環(huán)上，兩端向兩側(cè)呈輻射狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用仿生植物對(duì)河流微污染水體進(jìn)行凈化的方法。本發(fā)明采用生物材料仿植物的莖、節(jié)、葉，制成仿生植物，將其設(shè)置在河流中，對(duì)微污染水體進(jìn)行凈化。本發(fā)明解決了過去間接凈化效果差且工藝復(fù)雜、費(fèi)用高，采用生物填料造成浮游植物大量繁生而影響凈化效果及阻擋航運(yùn)的缺陷。本發(fā)明的仿生植物底部固定，直立在河床中，可在河流水體中自動(dòng)擺動(dòng)，柔軟有韌，表面粗糙的填料絲附著大量微生物，形成生物膜，對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行凈化，即掛膜。各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明處理、凈化微污染水體的效果很好，應(yīng)當(dāng)是現(xiàn)有技術(shù)很難達(dá)到的，且仿生植物的制造既簡(jiǎn)單又成本低，使用安裝過程也簡(jiǎn)單、方便，易于現(xiàn)場(chǎng)操作。
文檔編號(hào)C02F3/10GK1644531SQ20041006591
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者王超, 田偉君, 王沛芳, 侯俊 申請(qǐng)人:河海大學(xué)