文献发布时间：2023-06-19 09:46:20
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种可移动式黑臭水体治理设备。
背景技术
近年来，随着国家对环境保护的重视，水环境的治理，尤其是黑臭水体治理 逐步进入人们的视野，成为当下的研究重点。水体黑臭是一种复合的生物化学现 象，其水质指标主要包括溶解氧(DO)、臭阈值、透明值(SD)、和色度。在我国 大多数黑臭水体中，绝大部分都是因为水体微生物发酵、有机物分解产生大量硫 化、氢氨等臭味气体，造成的水体缺氧，致使铁离子不能及时氧化等在成的一系 列恶化反应，导致水体黑臭现象。
水体致黑主要为固态或吸附于悬浮颗粒上而存在于水体中的不溶性物质与 水中泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒、及高分子有机物组成的复合体 悬浮于水体中，使水体浑浊，其中水体中沉积物还会在厌氧条件下分解产生气体 或气泡，并附着在沉积物上，使之具有一定的浮力，重新进入水体，协同其他因 素，对水体产生致黑作用。同时从元素组成方面看，致黑物质主要为Fe、S及其 化合物FeS。研究表明，自然界Fe主要以铁氧化合物和氢氧化合物形式进入水 体，经好氧带、活性反应带和厌氧带，最终沉入水底。在水体缺氧情况下，活性 反应带被移到水面甚至消失，整个水体呈厌氧还原状态，Fe循环被破坏,Fe
水体致臭机理主要为有机物好氧分解，导致水体中耗氧速率>富氧速率，造 成水体缺氧，同时有机物厌氧发酵，产生甲烷(CH
近年来，我国黑臭水体状况日益严重，主要有以下几方面原因：大量有机物 进入河流、湖泊是导致水体黑臭的主要成因，近年随着工业、城市建设等方面发 展和城市人口的扩增，以及相应配套污水处理设施建设不匹配或者不完备，污水 处理厂处理能力不足，以及部分污水只经过简单处理就排入河流，同时也存有大 量雨水混合污水排入河流，导致水体中有机碳污染源、有机氮污染物和含磷化合 物严重超标，直接造成水体污染；底泥污染及其再悬浮，底泥是水体各种污染物 的源和汇，既可以接纳污染物，也可以向水体中释放污染物，一般会静置在水底， 不会对水体造成过多的影响，但在大多情况下，会受到水力冲刷、风浪、人为扰 动、及生物活动影响下，导致底泥再悬浮，经过一系列物理-化学-生物综合作用 后，向水体中释放污染物，同时会为微生物提供良好的生存空间，加强其消化和反硝化等过程，导致水体产生黑臭现象；水体热污染，通常情况下，城市水体会 接纳大量的工业的冷却水，居民生活污水等，这些废水中均含有大量废热，引起 水体热污染，导致局部甚至整个水体温度升高，同时水体中的溶解氧会随温度的 升高而降低，部分毒物毒性浓度提高，鱼类死亡以及水体生态环境退化，还会导 致水体中大量有机物分解，进一步降低水体中溶解氧，并且微生物生活频率于温 度呈显著正相关。据有关研究表明，水体温度低于8℃或高于35℃时，放线菌分 解有机物产生黑臭现象的活动减弱，而在25℃时，放线菌繁殖量最高，水体黑臭 现象也最为严重，这也是黑臭现象主要发生在夏季的主要原因；不利的水利条件， 水动力条件对污染物的迁移、扩散起到关键作用，水动力不足、水循环不畅也会引发城市水体黑臭，会导致水体中藻类浓度过高，或形成死水，复氧能力衰退， 自净能力消弱，导致水体黑臭；监管力度不足，近年来，虽然国家加大了对环境 保护的重视，但是部分相关法律条款还不够完善，同时基层监管不严，甚至部分 处于空白状态，并且相应的处罚力度不足，形成黑臭现象。
黑臭水体已经成为我国城市水环境普遍存在的问题之一，其会破坏水体生态 系统，损坏城市景观；危害市民身体健康，黑臭水体散发的难闻恶臭气味会导致 人体厌食、恶心、呕吐甚至头晕；同时黑臭水体的存在容易在其周围滋生病原微 生物，有可能导致疾病大规模爆发，严重危害居民的身体健康；黑臭水体也会对 水生生物造成危害，因为其会导致水体中溶解氧降低，部分水生生物会因缺氧而 死亡。当前我国黑臭水体治理需要因地制宜、科学诊断、系统分析、技术集成及 长效运行，其技术一般应遵循“适合、综合、经济、长效和安全”的原则。当前 黑臭水体治理技术主要有原位处理技术和异位处理技术，其中原位处理技术具有 投资小、易操作、不易产生二次污染等优点，但同时也存在方法简单、净化效率 低、见效慢、安装不变和后期维护难等缺点。当下很多研发人员对黑臭水体原位 和异位修复技术进行了大量的研究，其中大多数通过增加曝气量，使得水体溶解 氧量增加，使得水体中微生物进行作用，增强了水体的自净能力，但是其见效成 果较慢，且受环境等多方面因素影响较大，治理效果可能不是很好。本发明采用 异位处理技术，主要通过生物膜技术，在物理-化学-生物的综合作用下，对黑臭 水体进行净化处理。
发明内容
本发明为一种可移动式黑臭水体治理设备，其方便移动，自动化程度较高， 能够高效的去除水体中的氮、磷等营养物质，有效降低水体中的BDD、COD值， 同时向水体中复氧，使得水体中微生物协同设备内喜水植物降解有机物。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种可移动式黑臭水体治理设备， 包括集装箱式箱体、固定在集装箱顶部的太阳能板以及一种智能取水头部。黑臭 水体通过智能取水头部收集，进入集装箱式箱体进行集中处理，随后水质达到国 家一级A排放标准。同时通过箱体顶部的太阳能电池板协同外部电源的联合供电 方式，对设备进行供电。
本设备的主要处理功能区为集装箱箱体部分，首先黑臭水体通过智能取水 头部进行过滤和初步富氧，截留大颗粒污染物以及水蓝藻水华等水面漂浮物，并 通过水跃等水力现象，对水体进行初步充氧，为后面微生物反应提供初步条件， 同时能够减少后面曝气机的工作量，延长设备整体的工作寿命。
设备的箱体为主要的处理单元，水体通过智能取水头部进入絮凝反应池，通 过加药管在进水口处投加芬顿试剂，这样可以利用水流作用，使得芬顿试剂和水 体进行充分混合。芬顿试剂具有强氧化作用，Fe
混凝反应池内设置折板，前面布置较密集，能加大药剂和水体的混合作用， 让其充分反应，后面折板布置较为疏松，这样能进一步使已经形成的絮凝体不被 破坏，进行沉降。
混凝反应池后面接平流沉淀池，因为前面混凝时间相对芬顿剂作用时间较短， 所以在平流沉淀池内，芬顿试剂能进一步反应，并且絮凝体进行沉降形成污泥， 通过刮泥版和污泥斗进行收集污泥，一部分污泥通过污泥斗收集起来，另外一部 分污泥进行回流，投入到前面混凝反应池内，因为沉淀的污泥中含有一部分未反 应完全的芬顿试剂，同时含有铁水络合物，具有絮凝沉降作用，这样能进一步减 少芬顿试剂的投加量，节约材料成本，同时能降低投加化学药剂对环境造成的影 响。
平流沉淀池上方布有小型的生态浮床，通过箱体进行固定，浮床上种有芦苇 等喜水植物，其具有茂密的根系，为微生物的附着、栖身和繁殖提供了场所，还 能分布一些有机物以促进微生物的代谢，形成生物膜，对水体中氮、磷和部分有 机质进行截留、吸附和沉降等作用。由于其茂密的根系和水面接触很大，能形成 过滤层，不溶性物质会被截留，并且附着于根部的微生物能加速根系周围有机物 的交替转换和悬浮物的分解矿化。植物在生长过程中，能大量吸收水中营养物质， 可以有效降低水体中氮磷含量，组后通过定时收割植物去除水体中过多的营养物 质。植物还可以通过光合作用和根系向水体中传输氧气，加强了根系区好氧微生 物的生长繁殖，并有助于硝化细菌的生长，同时结合反硝化细菌，在好氧和缺氧 条件下去除水体中的氮，与此同时根部芽孢杆菌能将有机磷、不溶解磷降解为无机、可溶性磷酸盐，用于植物自身吸收利用，高效除磷菌摄取数倍于其自身含量 的磷，起到脱氮除磷效果。同时其还对藻类具有抑制作用。
水从平流沉淀池流出后进入后面的调节池，调节池与虹吸池相连，中间通有 阀门，阀门通过电磁阀进行控制开度，以控制虹吸池内页面高度，虹吸池内通过 虹吸管讲水送入后面曝气生物反应池，同时在虹吸池内壁上附有液位器，通过电 脑编程，同时连同前面电磁阀，对虹吸池内页面高度进行控制，以达到对曝气生 物反应池的供水压力的控制。
水体通过虹吸管从底部进入，在曝气生物反应池的底部布有曝气管和反冲洗 管，其承托层为卵石，滤料为复合陶粒，水体通过滤料层，水体含有的污染物被 滤料层截留，并被滤料上附着的生物降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定 物质也被去除，所产生的污泥保留在过滤层中，被净化的水体从上端流出，同时 上端同样设有小型生态浮床，对水体进行再次净化，进一步去除有机污染物、悬 浮物和过多的营养物质。在池底设有反冲洗管，当滤料内存有过多的污染物和过 后的生物膜时，进行气水反冲洗，以保证曝气生物池能够正常运作。
水体从曝气生物池流出后，通过梯级坝流入后续生物转盘处理单元，，梯级 坝为阶梯状，往复布置，在阶梯面有固定的球体状凸出物，水在重力作用向下流 动时，碰触到球状障碍物，会产生水跃、跌水等水利现象，在此过程中，将向水 体中富氧，可以减少整个设备曝气机的工作量，节约电力的同时，能为后续的生 物转盘运行提供良好条件，同时根据黑臭水体治理原则，让水体流动起来，能有 效减轻水体黑臭现象。
水体流入生物转盘处理单元，其为单轴多级式生物转盘与沉淀池结合的处理 单元，能够在保证处理效果的同时节约空间。生物转盘盘片为所塑料材质，细菌 和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形 成膜状生物性污泥-生物膜。生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营 养，同时降低水体BDD、COD值，使污水得到净化。转盘表面为凸凹条纹，在转 动过程中通过盘片带起一部分水体，盘体表面会形成一层水膜，从而向水体中富 氧。废水从槽的一端流向另一端，盘轴高出水面，盘面40％浸在水中，60％暴露在 空气中。盘轴转动时,盘面交替与废水和空气接触。生物膜和盘面之间因转动而 产生切应力，随着生物膜的厚度的增加而增大，到一定程度，老化的生物膜从盘 面脱落，随水流走，完成新老生物膜的更替，以保证净水水质。脱落的生物膜和 污泥从生物转盘末端流出，进入下方沉淀池，并通过刮泥板收集入污泥斗，进行 集中处理。
水体初步从沉淀池流出后，其有机质含量、BOD、COD等值含量较高，先经过 曝气生物池进行初步处理后，其相应污染程度会降低，随后水体进入生物转盘进 行处理，符合生物转盘低负荷处理特性，同时能够进一步保证出水水质，在曝气 生物滤池、生物转盘和出水口处设置有水质检测器，进行水质检测，当水质不达 标时，降低出水水量，以延长处理时间，从而达到出水水质要求。整个设备，通 过电脑集成控制，检测各处理单元反馈的数据，根据数据反馈，通过电脑编程， 设定程序，控制电磁阀开度，对各个处理单元进行整体调控，以达到国家一级A 排放标准出水水质要求。
与现有设备相比,本发明的有益效果是：
1、本设备便于移动，为集装箱式治理设备，可随环境治理需要，通过卡车 进行实时转移，方便工程治理。
2、本设备的箱体上拥有太阳能板，配合设备内部的电池，可以在低负荷运 作和无外接电源的情况下进行自主工作，进一步提高了设备的工作的稳定性，可 以使得设备在供电不方便的情况下进行工作，能有效的减缓工程压力。
3、本设备需要投加的混凝剂为芬顿试剂，并且将后面平流沉淀池收集的污 泥进行污泥回流，能够进一步减少药剂的投放量，同时保证混凝效果，并且后续 存在小型生态浮床、曝气生物滤池和生物转盘反应单元，能够进一步减轻药剂对 水体环境的污染，保证出水水质安全，不对环境造成二次污染。
4、本设备的曝气量主要来自于设备在运行过程中通过水利条件产生的富氧， 如智能取水头部、梯级坝和生物转盘的刮片进行被动富氧，并不主要取决于曝气 机，曝气机仅起到辅助曝气和在负荷较高情况下进行曝气工作，这样可以节约设 备的电能消耗，可以保证设备在不便供电的情况下能够正常工作。
5、在对曝气生物滤池进行供水时采用虹吸原理，通过大气压的作用将水压 入曝气生物滤池，同时根据调节池的电磁阀和液位器，控制虹吸池的页面标高， 以达到控制对曝气生物滤池供水压力的控制，节约了水泵的布置和电能的消耗， 进一步提高设备工作的稳定性。
6、整台设备能够充分利用空间和重力作用，分为上下两层，让水体从取水 头部进入后，不需要二次加压，能够直接进行水处理，同时生物转盘和沉淀池进 行了有机结合，能够在节约空间的基础上，收集脱落老化的生物膜，保证了出水 水质。
7、整台设备进行了智能集成控制，通过水质监测单元，实时监测各处理单 元出水水质，可根据实际情况，适当增大或降低日处理量。其处理单元主要为曝 气生物滤池和生物转盘，水体先通过曝气生物滤池进行高负荷处理，流出后的出 水水质各项指标较低，符合生物转盘在低负荷或者高负荷下的处理特点，能够合 理的运用各处理单元，以保证出水水质。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
图1为本发明实施例的正视剖面结构示意图
图2为本发明箱体俯视图。
图中：1、集装箱箱体；2、混凝反应池；3、折板；4、小型生态浮床；5、平 流沉淀池；6、刮泥版；7、三角堰；8、调节池；9、液位器；10、电磁阀；11、 虹吸池；12、虹吸管；13、污泥管；14、梯级坝；15、复合陶粒滤料；16、卵石 承托层；17、曝气生物滤池；18、曝气管；19、反冲洗管；20、设备控制箱；21、 出水管；22、生物转盘；23、沉淀池；24、污泥斗；25、水质检测器；26、太阳 能电池板；27、承重架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
请参阅图1-2所示，本本发明提供一种技术方案：可移动式黑臭水体治理设 备，包括1、集装箱箱体；2、混凝反应池；3、折板；4、小型生态浮床；5、平 流沉淀池；6、刮泥版；7、三角堰；8、调节池；9、液位器；10、电磁阀；11、 虹吸池；12、虹吸管；13、污泥管；14、梯级坝；15、复合陶粒滤料；16、卵石 承托层；17、曝气生物滤池；18、曝气管；19、反冲洗管；20、设备控制箱；21、 出水管；22、生物转盘；23、沉淀池；24、污泥斗；25、水质检测器；26、太阳 能电池板；27、承重架。水体从取水头部进入后，进入混凝反应池2，并通过设 备控制箱20在混凝反应池的进水口进行芬顿试剂投加，设备控制箱20内有计量 泵，通过集成控制和后面水质检测器25进行投加药剂量的调整。平流沉淀池5 上面有小型生态浮床4，小型生态浮床4的植物根部在三角堰7的边缘，能够在 进行生物作用的同时，通过植物繁密的根部对水体内悬浮有机污染物进行初步截 留，减缓后面处理单元的处理压力。
调节池8内有水质检测器25，能够实时监控出水水质，如果相关指标过高， 会通过设备控制箱20内的电脑进行宏观调控，通过控制电磁阀10的开度，以控 制水体在各个处理单元的运行时间，从而达到水质处理标准。
水体通过虹吸管12进入曝气生物反应滤池17，其供水压力可在液位器9的 辅助下，通过设备控制箱20进行调节电磁阀10的开度，控制水体在虹吸池12 内的液面高度进行控制供水压力，设备控制箱20内设有曝气机和反冲洗水泵， 曝气管18通过设备控制箱20内的曝气机向曝气生物滤池17进行曝气，达到一 定符合后，设备控制箱内的反冲洗水泵从出水口21进行取水然后通过反冲洗水 管19对曝气生物滤池17进行汽水反冲洗。
曝气生物滤池17内处理后的水体通过梯级坝14流入生物转盘22，进一步 通过生物作用，处理污水，使得水质能够达标，随着设备的运行，生物转盘22老 化的生物膜在水流的切力作用下流入沉淀池23，并通过刮泥版6收集到污泥斗 24中，收集的污泥外运进行集中统处理。
如图2所示，在箱体1的顶部通过固定架27固定有太阳能电池板26，在光 照较好的条件下能够通过太阳能电池板26向设备控制箱20内的电池进行供电， 可以使得设备在低负荷处理情况下，不需要额外引入电源进行工作，大大的提高 了设备的可靠性和环保性。
实例1
在城市水体环境中，有部分地区因排水管网建设不合理或者雨天污水处理厂 的污水通过雨水的混合直排入河流或者湖泊，导致有局部河流或者水塘产生黑臭 现象，在后续城镇黑臭水体治理过程中，虽然进行了长期规划，对水体进行集中 规划处理，包括截留控源、管网重新规划、引流入河等宏观调控，但是一般其治 理工期较长，部分甚至需要兴修水利和管网设备，这极大的延长了工期，在这段 时间内，污水会源源不断流入自然水体，对手续水环境的治理造成了极大的麻烦， 这时本设备可依靠其便捷的移动性和智能控制性，将设备通过货运卡车运至排放 源，通过取水头部直接将污水收入设备内进行处理，达标后排放，能够有效缓解 自然生态的压力，使其恢复自净能力。
一般情况下，如污水管的超越管或雨水管网流出的初期污水，都具有一定的 污染程度，但是其污染程度较低，甚至在国家排放标准内，但是自然水体的黑臭 现象绝大部分是由于这种水体的随意排放导致的，所以在相应管网和水利工程完 工前，可通过本设备进行前期应急处理。并且这种水体通过本设备进行处理，可 以在低负荷的模式下进行处理，不需要外接电源，日处理量较高，同时能够保证 出水水质达标，不会对自然水体产生二次污染。
实例2
在我国相应河道或池塘等水体存在局部黑臭现象，其产生现象是多方面造成， 主要可分为水体污染和底泥污染，一般底泥治理的周期较长，效果很难能在短期 内见效，所以在市政治理和短期规划内，可以通过本设备对水体进行紧急处理， 能够在短时间内使得水质达标，并且结合底泥治理设备，在两者的协同作用下， 能够更加迅速的使得水体恢复自净能力，改善水体水质。
同样本设备具有完善的水处理工艺流程，能够在污水处理厂超额运转情况下， 对污水处理厂进行应急援助，减轻污水处理厂的处理压力，从而避免未及时处理 的污水向自然水体中排放，造成水体形成黑臭现象。
最后需要说明的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施列以及运作原理， 但对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情 况下对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权力要 求及其等同物限定。
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