復(fù)合強化生物膜裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復(fù)合強化生物膜裝置，包括生物膜組件和連接于生物膜組件上的光催化反應(yīng)器組件，生物膜組件包括配重物和若干個條狀人工水草生物膜，條狀人工水草生物膜上附著設(shè)有降解水體中無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物的微生物，所有條狀人工水草生物膜底部固定連接有配重物，所有條狀人工水草生物膜頂部與光催化反應(yīng)器組件連接；光催化反應(yīng)器組件包括泡沫塑料載體、鋁片和納米二氧化鈦，泡沫塑料載體與條狀人工水草生物膜頂部固定連接，泡沫塑料載體上設(shè)有鋁片，鋁片上設(shè)有納米二氧化鈦。本實用新型將生物膜組件和光催化反應(yīng)器組件結(jié)合，可布設(shè)于河道、湖泊等環(huán)境，用于降解水體有機污染物，治理水體富營養(yǎng)化，促進水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。
【專利說明】
復(fù)合強化生物膜裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及污水凈化領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合強化生物膜裝置，其是一種利用人工水草-藻菌生物膜和納米二氧化鈦去除水體污染物的原位水體凈化的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，出現(xiàn)了江河湖泊水庫水體富營養(yǎng)化、難降解有機物增加、低溶解氧、低透明度等問題，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，因此以改善水環(huán)境質(zhì)量、恢復(fù)水生態(tài)原狀、提高水體自凈能力為目的的河道原位修復(fù)技術(shù)越來越得到重視。
[0003]目前，水體原位修復(fù)技術(shù)可以分為物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)。物理技術(shù)主要通過打撈、疏浚等方法處理水體內(nèi)的大型藻類、枯枝落葉、底泥等可見污染物，或通過曝氣增加水體內(nèi)溶解氧濃度，為水生微生物好氧分解有機污染物提供條件，幫助河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)正常。例如浙江省在“十五”期間對全省1.11萬km河道進行了疏浚，總工程量近5億m3有效解決了浙江省內(nèi)河道排澇不暢、黑臭、水環(huán)境狀況差等問題;在河道曝氣方面，上海蘇州河支流新徑港經(jīng)過純氧曝氣后，新徑港黑臭河水得到改善，DO顯著升高；美國在Chesapeake海的Ham ewood運河河口安裝曝氣設(shè)備為水體充氧，使得河道內(nèi)水質(zhì)明顯凈化，生物量大量增加;上海張家浜河道通過曝氣復(fù)氧船的方式對黑臭河流進行水質(zhì)恢復(fù)，取得顯著效果，且無二次污染。物理修復(fù)技術(shù)具有技術(shù)含量低、見效快等優(yōu)點，但只是一種應(yīng)急措施，很難從根本上解決水質(zhì)污染問題。
[0004]水體化學(xué)處理技術(shù)是指通過添加化學(xué)試劑，析出水體中的有機污染物、改變水體中氧化還原電位、或者將水體中的懸浮物絮凝沉淀，使水體中污染物得以去除，如利用鐵鹽和石灰去除氮磷、利用除藻劑去除藻類等。王曙光等對深圳4條污染河水進行處理，處理后的河水水質(zhì)達(dá)到國家地表水Π類標(biāo)準(zhǔn);在日本，Sekine等將一種新型有機聚合凝結(jié)劑應(yīng)用于Imou河水利丁程，也取得了明顯凈化效果。由于化學(xué)處理技術(shù)能迅速凈化污水，故在許多緊急事故處理中不可缺少。但化學(xué)處理技術(shù)容易造成二次污染，甚至可能會破壞原有生態(tài)系統(tǒng)。
[0005]生物處理技術(shù)是指通過利用水生動植物、微生物的正常生命活動，吸附、吸收、轉(zhuǎn)化水體中的污染物，從而達(dá)到水體水質(zhì)凈化、生態(tài)恢復(fù)的目的，主要是水生植物治理技術(shù)，污染水體中種植適宜的水生植物，吸收、富集、轉(zhuǎn)化水體中的污染物，同時又可以為水生動物和微生物提供氧氣、食物和棲息環(huán)境，進而建立完善的生物網(wǎng)，達(dá)到水生態(tài)恢復(fù)的目的。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實用新型的目的在于提高生物膜法凈化水體的效率，同時促進對難降解有機污染物的去除，并提供一種復(fù)合強化生物膜裝置，將生物膜組件和光催化反應(yīng)器組件結(jié)合，可布設(shè)于河道、湖泊及水庫等環(huán)境，用于降解水體有機污染物，治理水體富營養(yǎng)化，促進水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。
[0007]本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]—種復(fù)合強化生物膜裝置，包括生物膜組件和連接于生物膜組件上的光催化反應(yīng)器組件，所述生物膜組件包括配重物和若干個條狀人工水草生物膜，所述條狀人工水草生物膜上附著設(shè)有降解水體中無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物的微生物，所有條狀人工水草生物膜底部固定連接有配重物，所有條狀人工水草生物膜頂部與光催化反應(yīng)器組件連接;所述光催化反應(yīng)器組件包括泡沫塑料載體、鋁片和納米二氧化鈦，所述泡沫塑料載體與條狀人工水草生物膜頂部固定連接，泡沫塑料載體上設(shè)有鋁片，所述鋁片上設(shè)有納米二氧化鈦，所述納米二氧化鈦納米材料的粒徑范圍為20nm?30nm，例如CAS編號為13463-67-7的納米二氧化鈦。
[0009]為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述納米二氧化鈦通過高溫?zé)Y(jié)方法以低熔點玻璃粉為固定劑負(fù)載于鋁片頂部;所述高溫?zé)Y(jié)方法的溫度為590°C?640°C，所述低熔點玻璃粉為熔融溫度為600°C ±10°C的玻璃粉。
[0010]進一步的技術(shù)方案是:所述條狀人工水草生物膜上附著的微生物為細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物或后生動物的一種或多種;本實用新型優(yōu)選的細(xì)菌為聚磷菌硝化菌，本實用新型優(yōu)選的真菌為子囊菌，本實用新型優(yōu)選的藻類為綠藻硅藻，本實用新型優(yōu)選的原生動物為針形蟲，本實用新型優(yōu)選的后生動物為輪蟲類或線蟲類。
[0011]作為優(yōu)選，所述泡沫塑料載體由聚氨酯材料制成的硬質(zhì)泡沫塑料制造而成。
[0012]作為優(yōu)選，所述配重物的比重大于2。
[0013]本實用新型較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0014](I)本實用新型的條狀人工水草生物膜下端連接配重物，配重物使得條狀人工水草生物膜在水中網(wǎng)狀鋪展開，條狀人工水草生物膜下上端連接泡沫塑料載體，泡沫塑料載體之上放置固載了納米二氧化鈦的鋁片。本裝置將生物技術(shù)與光催化氧化技術(shù)結(jié)合，去除水中過量的營養(yǎng)鹽的同時降解多種高分子有機污染物，可布設(shè)于河道、湖泊及水庫等環(huán)境，用于降解水體有機污染物，治理水體富營養(yǎng)化，抑制水華的爆發(fā)，提高水體的透明度，促進水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，制作簡單，本裝置是一種清潔的環(huán)保型水體凈化裝置。
[0015](2)本實用新型對富營養(yǎng)化的水體具有較好的治理效果，生物膜組件通過微生物的生長代謝和吸附作用，對無機營養(yǎng)鹽和生物可降解有機物具有良好的去除效果。另外，光催化反應(yīng)器組件的光催化氧化作用，能同時去除難降解高分子有機物，進一步增強效果，從而能夠有效治理富營養(yǎng)化水體。
[0016](3)本實用新型通過條狀人工水草生物膜上附著的細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物和后生動物等微生物自身的新陳代謝，吸收水體中的無機營養(yǎng)鹽，分解利用水中的有機污染物，光催化反應(yīng)器在太陽光的照射下通過納米二氧化鈦催化高分子有機污染物的分解，微生物代謝與光催化氧化結(jié)合，不僅凈化效率高，而且沒有二次污染。
[0017](4)與物理法和化學(xué)法相比，本實用新型還具有如下有益效果:第一、可長期使用，持久發(fā)揮水體凈化的作用;第二、成本低，本裝置生產(chǎn)材料來源廣泛，價格廉價，運行不需要任何動力和能源，經(jīng)濟節(jié)能;第三、裝置簡單，本裝置由配重物、條狀人工水草生物膜、泡沫塑料載體、鋁片和納米二氧化鈦構(gòu)成，組成和結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)和應(yīng)用；第四，操作簡單，便于管理，本裝置只需放置于水體中便可工作數(shù)月，維護簡單，節(jié)省人力物力;第五，應(yīng)用范圍廣，可用于河道、湖泊、水庫、魚塘、噴泉等，具有良好的市場前景和推廣應(yīng)用價值;第六，本實用新型具有景觀效果，形成系列化產(chǎn)品后，可以結(jié)合其他一些人工輔助設(shè)施，增強水體景觀效果。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱為:
[0020]I 一生物膜組件，2 —光催化反應(yīng)器組件，3—配重物，4 一條狀人工水草生物膜，5 —泡沫塑料載體，6 —鋁片，7 —納米二氧化鈦。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步地詳細(xì)說明:
[0022]實施例
[0023]如圖1所示，一種復(fù)合強化生物膜裝置，包括生物膜組件I和連接于生物膜組件I上的光催化反應(yīng)器組件2，生物膜組件I包括配重物3和若干個條狀人工水草生物膜4，條狀人工水草生物膜4上附著設(shè)有降解水體中無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物的微生物，本實用新型優(yōu)選的條狀人工水草生物膜4上附著的微生物為細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物或后生動物的一種或多種，本實施例優(yōu)選的細(xì)菌為聚磷菌硝化菌，本實施例優(yōu)選的真菌為子囊菌，本實施例優(yōu)選的藻類為綠藻硅藻，本實施例優(yōu)選的原生動物為針形蟲，本實施例優(yōu)選的后生動物為輪蟲類或線蟲類。這些微生物以水體中的無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物為養(yǎng)分，進行生長和新陳代謝，從而去除水體中的營養(yǎng)物和污染物。本實用新型利用生物膜法來分解水中的無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物，在條狀人工水草生物膜4上附著生長各種水體微生物，吸附、吸收、分解污染水體中的營養(yǎng)鹽和污染物，提高水體透明度，抑制水華的發(fā)生，起到污水凈化作用。相比于傳統(tǒng)的物理技術(shù)和化學(xué)技術(shù)，本實用新型具有自然高效、簡單靈活、便于管理、效果持久、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢，它依靠生態(tài)學(xué)原理遵循自然生態(tài)規(guī)律，體現(xiàn)了人與自然的和諧發(fā)展。本實用新型的條狀人工水草生物膜4可以是由塑料材質(zhì)制造的膜，然后放入自然水體中后，自行生長而成的人工水草生物膜。
[0024]如圖1所示，所有條狀人工水草生物膜4底部固定連接有配重物3，配重物3的比重大于2，配重物3由比重大于2的材料制成，比重又稱相對密度，固體(本實施例為配重物3)和液體(本實施例為水)的比重是該物質(zhì)(完全密實狀態(tài))的密度與在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，在3.98°C時純H2O下的密度(999.972kg/m3)的比值;配重物3的重量能夠平衡配重之外的裝置(本實用新型除了配重物3之外的部件，具體為:條狀人工水草生物膜4、泡沫塑料載體5、鋁片6、納米二氧化鈦7)在水中的浮力。
[0025]如圖1所示，所有條狀人工水草生物膜4頂部與光催化反應(yīng)器組件2連接。光催化反應(yīng)器組件2包括泡沫塑料載體5、鋁片6和納米二氧化鈦7，泡沫塑料載體5與條狀人工水草生物膜4頂部固定連接，泡沫塑料載體5上設(shè)有鋁片6，鋁片6上設(shè)有納米二氧化鈦7。納米二氧化鈦7作為一種光敏反應(yīng)的催化劑，在太陽光的照射下，納米二氧化鈦7吸收能量大于帶隙能的光子后，產(chǎn)生光生電子-空穴，電子-空穴在空間電荷層的作用下發(fā)生有效分離，空穴迀移到表面后與表面的羥基作用生成氫氧自由基，而氫氧自由基具有極強的氧化性，可以將絕大部分有機污染物完全降解，并且空穴也可能會與吸附在納米二氧化鈦7表面的有機污染物直接作用，將其降解，通過這種非均相催化光氧化，降解高分子有機污染物;高分子有機污染物通過納米二氧化鈦7的光催化氧化反應(yīng)變?yōu)槟鼙晃⑸镂绽门c分解的物質(zhì)，進一步被條狀人工水草生物膜4上的微生物利用而分解。納米二氧化鈦7利用的是光催化氧化法，光催化氧化法使光敏半導(dǎo)體(本實施例為納米二氧化鈦7)在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，吸附在半導(dǎo)體(本實施例為納米二氧化鈦7)上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產(chǎn)生.HO等氧化性極強的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉(zhuǎn)移等式污染物全部或接近全部礦化，同時空穴本身也可奪取吸附在半導(dǎo)體(本實施例為納米二氧化鈦7)表面的有機物質(zhì)中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被直接氧化分解。
[0026]本實用新型的納米二氧化鈦7通過高溫?zé)Y(jié)方法以低熔點玻璃粉為固定劑負(fù)載于鋁片6頂部;本實施例的納米二氧化鈦7粒徑優(yōu)選范圍為20nm?30nm，例如CAS編號為13463-67-7的納米二氧化鈦。納米二氧化鈦7在溫度為590°C?640 °C燒結(jié)負(fù)載于鋁片6頂部，在上述燒結(jié)過程中采用低熔點玻璃粉為固定劑進行輔助固定，其中低熔點玻璃粉為熔融溫度為600°C±10°C的玻璃粉(S卩SHBF160)。低熔點玻璃粉的密度3.1g/cm3，平均粒徑5?6um，轉(zhuǎn)變溫度為400 °C 土 10°C，軟化溫度為460°C ± 10°C，熔融溫度為600 °C ± 10°C
[0027]本實用新型優(yōu)選的泡沫塑料載體5由聚氨酯材料制成的硬質(zhì)泡沫塑料制造而成。
[0028]本實用新型的工作原理如下:
[0029]使用時，將本實用新型布設(shè)于水體中，一般3米左右高度，具體長度依據(jù)水體環(huán)境的水深、光照和、流速等因素而定。具體布設(shè)操作如下:將配重物3、條狀人工水草生物膜4淹沒于水體中，泡沫塑料載體5提供的浮力使得整個裝置依靠懸浮于水面上，泡沫塑料載體5之上的鋁片6、納米二氧化鈦7均懸浮于水面之上，配重物3使得條狀人工水草生物膜4舒展開在水體中形成一個一定高度的網(wǎng)狀生物膜，本實施例優(yōu)選的條狀人工水草生物膜4在配重物3拉扯下形成高度為3米的網(wǎng)狀生物膜。在條狀人工水草生物膜4上附著的微生物為細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物或后生動物的一種或多種，這些微生物以水體中的無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物為養(yǎng)分，進行生長和新陳代謝，從而去除水體中的營養(yǎng)物和污染物。納米二氧化鈦7在太陽光的照射下，納米二氧化鈦7吸收能量大于帶隙能的光子后，產(chǎn)生光生電子-空穴，電子-空穴在空間電荷層的作用下發(fā)生有效分離，空穴迀移到表面后與表面的羥基作用生成氫氧自由基，而氫氧自由基具有極強的氧化性，可以將水體中的絕大部分有機污染物完全降解，并且空穴也可能會與吸附在納米二氧化鈦7表面的有機污染物直接作用，將其降解，通過這種非均相催化光氧化，降解高分子有機污染物;高分子有機污染物通過光催化氧化反應(yīng)變?yōu)槟鼙晃⑸镂绽门c分解的物質(zhì)，進一步被條狀人工水草生物膜4上的微生物利用而分解。本實用新型通過納米二氧化鈦7的光催化氧化反應(yīng)使得水體中的高分子有機污染物氧化反應(yīng)變成能被條狀人工水草生物膜4上的微生物利用與分解的物質(zhì)；同時條狀人工水草生物膜4上的微生物以水體中的無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物為養(yǎng)分，進行生長和新陳代謝，從而去除水體中的營養(yǎng)物和污染物。這樣，水體中的無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物通過條狀人工水草生物膜4上的微生物直接分解，水體中的高分子有機污染物經(jīng)過納米二氧化鈦7的光催化氧化反應(yīng)之后再被條狀人工水草生物膜4上的微生物直接分解，實現(xiàn)了對水體中的各種污染物的有效充分分解。本實用新型在使用過程中，可以定期更換光催化反應(yīng)器組件2，條狀人工水草生物膜4在使用2?3年后，取出清洗后再次投放使用。
[0030]上述實施方式只是本實用新型的一個優(yōu)選實施例，并不是用來限制本實用新型的實施與權(quán)利范圍的，凡依據(jù)本實用新型申請專利保護范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和近似替換，均應(yīng)落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種復(fù)合強化生物膜裝置，其特征在于:包括生物膜組件(I)和連接于生物膜組件(I)上的光催化反應(yīng)器組件(2)，所述生物膜組件(I)包括配重物(3)和若干個條狀人工水草生物膜(4)，所述條狀人工水草生物膜(4)上附著設(shè)有降解水體中無機營養(yǎng)鹽和部分有機污染物的微生物，所有條狀人工水草生物膜(4)底部固定連接有配重物(3)，所有條狀人工水草生物膜(4)頂部與光催化反應(yīng)器組件(2)連接;所述光催化反應(yīng)器組件(2)包括泡沫塑料載體(5)、鋁片(6)和納米二氧化鈦(7)，所述泡沫塑料載體(5)與條狀人工水草生物膜(4)頂部固定連接，泡沫塑料載體(5)上設(shè)有鋁片(6)，所述鋁片(6)上設(shè)有納米二氧化鈦(7)。2.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合強化生物膜裝置，其特征在于:所述納米二氧化鈦(7)通過高溫?zé)Y(jié)方法以低熔點玻璃粉為固定劑負(fù)載于鋁片(6)頂部，所述高溫?zé)Y(jié)方法的溫度為590°C?640°C，所述低熔點玻璃粉為熔融溫度為600°C ±10°C的玻璃粉。3.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合強化生物膜裝置，其特征在于:所述條狀人工水草生物膜(4)上附著的微生物為細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物或后生動物的一種或多種。4.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合強化生物膜裝置，其特征在于:所述泡沫塑料載體(5)由聚氨酯材料制成的硬質(zhì)泡沫塑料制造而成。5.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合強化生物膜裝置，其特征在于:所述配重物(3)的比重大于2。
【文檔編號】C02F3/34GK205527955SQ201620318301
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】敖鴻毅, 宋超峰, 伍良雨, 吳辰熙, 劉劍彤
【申請人】中國科學(xué)院水生生物研究所