基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复装置及方法，所述的固定架中部安装有控制箱，控制箱四周的固定架内对称安装有浮筒组，每个浮筒组顶部的固定架上安装有太阳能电池板，每个浮筒组底部的固定架上安装有生物箱，生物箱上均匀加工有多个边壁小孔；所述的控制箱内安装有光伏控制器，光伏控制器将太阳能电池板与蓄电池连接在一起，蓄电池为曝气机构供电，曝气机构实现微生物的供氧功能。本发明专利技术的装置安装操作简单，能够对水体进行原位生物修复，本装置能够辅助固定化细胞技术，使得微生物不会游离分散，体现和发挥优势菌群的作用。人工水草利用其大比表面积的优势能富集较多的微生物，增强了本装置对污染水体的修复效果。

【技术实现步骤摘要】
基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复装置及方法
本专利技术属于水质净化领域，涉及污染地表水体修复净化装备及方法，具体涉及一种基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复装置及方法。
技术介绍
由于工农业的快速发展，有限的地表水资源遭受着不同程度的污染，水体生态环境日趋恶化，生物多样性遭到严重破坏，影响人类生活也制约着经济发展。因此，污染地表水的修复成为现实和迫切的环保问题。污染地表水体具有受污染途径广、流动性大、季节性强、污染浓度低等特征，常用生物修复法。传统的生物修复法利用微生物对水中污染物的降解作用来净化水体，但微生物缺少载体，导致其游离分散，难以形成优势菌群，不能对水体进行高效处理，也存在溶解氧不足的问题。国内目前较多采用人工湿地及生态浮岛法，但该类技术受植物和气候的影响较大。曝气充氧在污染地表水处理中较常用，通过曝气来增加水中溶解氧以改善水质，但曝气设备耗能巨大，投资费用高。地表水污染问题是现代工农业高速发展的产物，尤其是化肥的普遍使用导致大量含氮化合物在自然环境中积累，造成地表水体严重富营养化。藻类和其他浮游生物的大量繁殖导致溶解氧量迅速下降，使其他水生生物因缺氧窒息而亡，直接破坏了水生生态系统，影响经济效益，并且由于污染导致的水质型缺水现象逐渐加剧。因此，污染地表水的治理和修复已经成为现实及迫切的环保问题。在大多数富营养化水体中，由于碳/氮比偏低，导致水中的氮、磷元素很难有效地去除。目前，很多国家都在广泛应用生物处理措施处理污水，而污染地表水具有受污染途径广、流动性大、季节性强、污染浓度低等特征，成分更趋复杂，传统生物修复技术显现出很多的缺陷，例如微生物量不足及充氧不充分等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种污染地表水体综合修复装置，解决传统生物修复法的不足及单一技术的缺陷。本专利技术的另一目的在于，提供一种基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复方法，配合上述污染地表水体综合修复装置，更好地解决污染水体的生物修复问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种污染地表水体综合修复装置，包括固定架，所述的固定架中部安装有控制箱，控制箱四周的固定架内对称安装有浮筒组，每个浮筒组顶部的固定架上安装有太阳能电池板，每个浮筒组底部的固定架上安装有生物箱，生物箱上均匀加工有多个边壁小孔；所述的控制箱内安装有光伏控制器，光伏控制器将太阳能电池板与蓄电池连接在一起，蓄电池为曝气机构供电。本专利技术还具有如下区别技术特征：进一步地，所述的生物箱底部设置有悬挂架，悬挂架上悬挂有人工水草。具体的，所述的曝气机构包括加工在控制箱侧壁上的空气入口，还包括安装在控制箱内与蓄电池相连的电机，电机与中空搅拌轴的一端相连带动中空搅拌轴转动，控制箱内的中空搅拌轴上加工有通气孔，通气孔与中空搅拌轴的中空腔连通，中空搅拌轴的另一端伸出控制箱底部并且在端部连通有负压腔，中空搅拌轴上还安装有能够使得负压腔产生负压的搅拌桨。优选的，所述的中空搅拌轴为分段式结构，各段之间通过联轴器相连。优选的，所述的负压腔为喇叭状，负压腔边壁开有小孔。优选的，所述的浮筒组为矩阵式对称排列的四组。本专利技术还提供一种基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复方法，该方法采用了如上所述的污染地表水体综合修复装置对污染地表水体进行修复。具体的，该方法具体包括以下步骤：步骤一，基质溶液的制备：配置基质溶液，所述的基质溶液中COD为500mg/L，氨氮浓度为20mg/L，磷酸盐浓度为10mg/L；步骤二，菌悬液的制备：取待处理污染地表水当地污水厂的污泥混合液，本实例中所取混合液悬浮固体浓度为3000mg/L，将污泥混合液按30％的体积比例接种于含有步骤一制得的基质溶液的发酵罐中，加入营养物质，使得发酵罐中的酵母膏的浓度为50mg/L，发酵罐中的微量无机盐为(NH4)2SO4、KH2PO4、MgSO4、FeSO4和CaCl2；在30℃下恒温曝气驯化，每2～3天换一次水，检测COD、氨氮和总磷含量，当驯化出的菌种对COD、氨氮和总磷的降解能力均达到90％以上后，进行扩大培养，将菌种接入LB培养基(酵母膏5g/L，NaCl10g/L，蛋白胨10g/L)，在发酵罐中30℃恒温曝气培养2d，将培养后的菌液静置沉淀24h，弃去上清液，用磷酸盐缓冲液洗涤，同样静置沉淀后弃去上清液，使菌体悬浮于磷酸盐缓冲液中，形成菌悬液，菌悬液中的微生物含量为20×1011～30×1011个.mL-1；步骤三，微生物的包埋和固定：配制浓度为4％的海藻酸钠溶液，作为包埋材料，待其彻底溶解后与步骤二制得的菌悬液等体积均匀混合。将混合液灌进长度约为30cm的丝瓜瓤内部，然后将其放入浓度为4％的CaCl2溶液中交联18h。交联结束后，用无菌水冲洗丝瓜瓤，得到吸附有固定化微生物的丝瓜瓤；步骤四，修复：将步骤三得到的吸附有固定化微生物的丝瓜瓤装满生物箱，然后将污染地表水体综合修复装置放入污染地表水体中悬浮，开启曝气机构，进行修复。优选的，每个生物箱的下方挂4根人工水草，所述的人工水草的直径为5cm，长度为1.5m。优选的，所述的曝气机构使得装置周围水体中溶解氧含量维持在4mg/L以上。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本专利技术的装置安装操作简单，能够对水体进行原位生物修复，本装置能够辅助固定化细胞技术，使得微生物不会游离分散，体现和发挥优势菌群的作用。此外，利用曝气设备来提供足够氧气，更优化了水下处理环境。太阳能电池板的应用突显了本装置零能耗、绿色环保的特征。对于低碳/氮比，富营养化较严重的地表水体，该装置综合性高，修复效果显著。(Ⅱ)人工水草是一种生物膜载体技术，正在日益兴起且发展前景良好，在本装置中将其固定在水下，与固定化微生物一起在水下不同深度发挥作用。在改善水体生态环境的同时，还可提高微生物活力，富集优势菌群生长。由生物箱边壁小孔流出的优势菌群可在人工水草上富集，更能加强对水体的修复效果。人工水草适用范围广、净化效果好、投资低、运行管理简单且见效快。并且，该技术不受生长时间和气候的影响，无需专门打理，操作管理方便。(Ⅲ)利用凝胶包埋固定方法，将微生物进行固定化处理。该方法操作简单、对细胞活性影响小，且制作的固定化细胞球的强度较高。利用氧扩散的限制，在固定化细胞颗粒中存在着好氧区和缺氧区，满足硝化和反硝化反应对环境条件的不同要求。污染物在原地被降解消除，不会形成二次污染或导致污染物的转移。此外，修复费用较少，仅为化学修复、物理修复的30％～50％。(Ⅳ)选择丝瓜瓤作为吸附载体，将培养好的微生物经过包埋剂包埋后固定于丝瓜瓤中，丝瓜瓤内部有许多微囊孔，微生物可吸附生长于这些微囊中，避免了因吸附力小而导致固定化菌大量流失的现象。此外，这种微囊结构使得载体本身具有较大的比表面积，更增强了细菌对污染物的吸附能力。丝瓜瓤子经济、环保易获取，是优良的吸附载体。(Ⅴ)本专利技术能使微生物在丝瓜瓤载体上大量附着生长，并易形成优势菌群；人工水草利用自身大比表面积作为生物膜载体；水下曝气增加水中氧气含量，促进好氧微生物生长繁殖，增强人工水草挂膜效果。三者结合在水下不同深度处对水中有机物、氮、磷等元素进行有效的去除，处理效果更好、更快。(Ⅵ)单一的污水处理技术已经不能满足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污染地表水体综合修复装置，包括固定架(1)，其特征在于，所述的固定架(1)中部安装有控制箱(2)，控制箱(2)四周的固定架(1)内对称安装有浮筒组(3)，每个浮筒组(3)顶部的固定架(1)上安装有太阳能电池板(4)，每个浮筒组(3)底部的固定架(1)上安装有生物箱(5)，生物箱(5)上均匀加工有多个边壁小孔(6)；所述的控制箱(2)内安装有光伏控制器(7)，光伏控制器(7)将太阳能电池板(4)与蓄电池(8)连接在一起，蓄电池(8)为曝气机构(9)供电。

【技术特征摘要】
1.一种污染地表水体综合修复装置，包括固定架(1)，其特征在于，所述的固定架(1)中部安装有控制箱(2)，控制箱(2)四周的固定架(1)内对称安装有浮筒组(3)，每个浮筒组(3)顶部的固定架(1)上安装有太阳能电池板(4)，每个浮筒组(3)底部的固定架(1)上安装有生物箱(5)，生物箱(5)上均匀加工有多个边壁小孔(6)；所述的控制箱(2)内安装有光伏控制器(7)，光伏控制器(7)将太阳能电池板(4)与蓄电池(8)连接在一起，蓄电池(8)为曝气机构(9)供电。2.如权利要求1所述的污染地表水体综合修复装置，其特征在于，所述的生物箱(5)底部设置有悬挂架(10)，悬挂架(10)上悬挂有人工水草(11)。3.如权利要求1所述的污染地表水体综合修复装置，其特征在于，所述的曝气机构(9)包括加工在控制箱(2)侧壁上的空气入口(9-1)，还包括安装在控制箱(2)内与蓄电池(8)相连的电机(9-2)，电机(9-2)与中空搅拌轴(9-3)的一端相连带动中空搅拌轴(9-3)转动，控制箱(2)内的中空搅拌轴(9-3)上加工有通气孔(9-4)，通气孔(9-4)与中空搅拌轴(9-3)的中空腔连通，中空搅拌轴(9-3)的另一端伸出控制箱(2)底部并且在端部连通有底端开放的负压腔(9-5)，中空搅拌轴(9-3)上还安装有能够使得负压腔(9-5)产生负压的搅拌桨(9-6)。4.如权利要求3所述的污染地表水体综合修复装置，其特征在于，所述的中空搅拌轴(9-3)为分段式结构，各段之间通过联轴器(9-7)相连。5.如权利要求3所述的污染地表水体综合修复装置，其特征在于，所述的负压腔(9-5)为喇叭状，负压腔(9-5)边壁开有小孔。6.如权利要求1所述的污染地表水体综合修复装置，其特征在于，所述的浮筒组(3)为矩阵式对称排列的四组。7.一种基于固定化细胞技术的污染地表水体综合修复方法，其特征在于，该方法采用了如权利要求1、3、4、5或6所述的污染地表水体综合修复装置对污染地表水体进行修复。8.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢琪琪，刘永军，张爱宁，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61