本发明专利技术公开了一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置及其使用方法，该装置包括厌氧反应器、进水干管、出水干管、内回流管、泵、蓄电池、光电控制器、逆变器和发电机；厌氧反应器包括反应釜、电加热组件和太阳能光伏组件，反应釜分为反应釜上部、反应釜中部和反应釜下部，反应釜上部与出水干管连接，反应釜中部内充满反硝化细菌活化填充料，反应釜下部内的布水器通过泵与进水干管连接，进水、出水干管之间设有内回流管；厌氧反应器侧壁内设置电加热组件；太阳能光伏组件、蓄电池、光电控制器、逆变器、发电机的控制系统依次连接，发电机与电加热组件和泵连接。本发明专利技术无需能耗、无污染、通用性好，绿色环保，且不破坏某些水体具有的景观功能。
【技术实现步骤摘要】
一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置及其使用方法
本专利技术涉及厌氧反应器装置，具体涉及利用水体土著反硝化细菌去除富营养化水体中重金属和硝态氮的一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置及其使用方法。
技术介绍
天然水体富营养化和重金属污染一直是当前最常见的复合污染。富营养化是当前常规污染中的重要表现，随着人类对环境资源开发利用活动日益增加，特别是工农业生产的大规模发展，大量含有氮、磷营养元素的污水排入附近的天然水体，增加了这些水体的营养物质负荷量，其本质问题是水体生物多样性的破坏，由此造成系统丧失自我维持、自我调节的能力与系统平衡失稳，加速了水体富营养化的速度。而且在污水的排放过程中，污染物重金属在水体水体中的存留也日益增多，重金属在水体中的存留、积累及迁移性等特点增加了水体重金属净化的难度。同时，由于重金属有来源广、残留时间长、具有积累性、不可降解、能沿食物链转移等特点，不仅危害着渔业水环境和水生生物，也危害人类健康。因此迫切需要对硝态氮和重金属复合污染的水体水体进行治理和修复。现有的对于受污染水体的治理方法，可以分为物理法、化学法、生物法、生态修复四大类，并且很多水处理方法工艺流程已经很成熟，但对于水体、河流等开放水体的治理存在着很大的局限性。因此，从经济成本及资源化等角度出发，探索经济高效、节能环保的水体重金属净化方法及装置是当前水体重金属污染治理的难点。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置及其使用方法。一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置，包括厌氧反应器、进水干管、出水干管、内回流管、泵、蓄电池、光电控制器、逆变器和发电机；所述的厌氧反应器包括反应釜、电加热组件和太阳能光伏组件，厌氧反应器顶部设置有单向排气阀；所述反应釜为竖直设置的密闭罐体，反应釜分为反应釜上部、反应釜中部和反应釜下部，反应釜上部内设置三相分离器，反应釜上部设置有出水口，所述的出水口与所述的出水干管连接；所述的反应釜中部内设有填充格，填充格充满反硝化细菌活化填充料，所述的反硝化细菌活化填充料以无机搭载体、无机絮凝物、无机金属盐、活性炭为原料制备而成，四种原料的质量比依次为(1～8)：(0～0.5)：(0～0.5)：(2～4)，其中无机絮凝物和无机金属盐的质量比取值范围为大于0并且小于等于0.5，四种所述原料充分混合均匀分散于60～80℃水中，冷却后加入反硝化细菌激活剂，然后在充分搅拌下以3～4ml/min的速度滴入溶解于水中的有机高分子聚合物，有机高分子聚合物用于将反硝化细菌激活剂固定于无机搭载体表面，冷却沉淀后，下部沉积物即为所述反硝化细菌活化填充料，所述无机搭载体为硅胶、蒙脱石或者硅藻土中的一种，所述无机絮凝物为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)或者聚合氯化铁(PFC)中的一种，所述无机金属盐为氯化钠、氯化钾中的一种，所述的反硝化细菌激活剂成分为氯化亚铁、醋酸钠、蛋白胨、酵母膏、葡萄糖、氯化钠、琼脂、硝酸钾，添加时质量比依次为(1～1.5)：(2～2.5)：(15～16)：(3～3.5)：(1～1.5)：(6～6.5)：(12～13)：(2～2.5)；反应釜下部内设置有布水器，布水器通过所述的泵与所述的进水干管连接，所述的进水干管与出水干管之间设置有所述的内回流管；所述的厌氧反应器侧壁内设置有空心夹层，所述的电加热组件设置在空心夹层内并均匀分布在厌氧反应器侧壁上；所述太阳能光伏组件与所述的蓄电池连接，蓄电池与所述的光电控制器连接，光电控制器与逆变器连接，逆变器与所述的发电机的控制系统连接，发电机与电加热组件和泵连接。而且，加入所述的反硝化细菌激活剂时体系须冷却至30～40℃，并且控制其与无机搭载体的比例为(0.3～8)：1，优选(3～5)：1；所述有机高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或纤维素中的一种，所述的有机高分子聚合物均匀分散在95～97℃的水中，所述的有机高分子聚合物与无机搭载体的最终质量比为(0.5～0.6)：(7～8)。而且，所述的出水干管上设置有出水调节阀，出水干管的另一端连接待处理水体出水口；所述的进水干管上设置有进水调节阀，进水干管的另一端连接待处理水体进水口；所述的内回流管上设置有回流调节阀。而且，所述的反应釜上部和反应釜下部的外表面是圆弧形，反应釜上部和反应釜下部高0.2～0.4m，底部高0.2～0.4m；反应釜中部为圆柱形，直径为0.5～1m，高1～3m。而且，所述的反硝化细菌活化填充料采用分格填充的办法填充在反应釜中部内，密填总高度为反应釜总高度的75％～90％，反硝化细菌活化填料与反应釜顶部的距离为反应釜总高度的10％～25％，工艺起始阶段一次性投加量1000～4000mg/L。而且，所述的电加热组件由n组并联的电热丝构成，10≤n≤40，电热丝在竖直方向上呈S型，并且电热丝整体沿反应釜轴向环绕呈环状。一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1，将所述的一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置置于待处理水体岸边，利用荧光定量PCR的方法测得该水体水体中土著反硝化细菌的数量；步骤2，运行该设备，打开进水调节阀和回流调节阀，关闭出水调节阀，利用太阳能光伏组件产生的能量控制泵从水体引入进水，实现工艺起始阶段系统内部的自循环，在此阶段反硝化细菌微生物进行挂膜培养，通过荧光定量PCR的方法测得加入水体后反硝化细菌活化填充料中的反硝化细菌数量，实现土著反硝化细菌的数量增长的倍数大于等于10；步骤3，保持进水调节阀和回流调节阀打开，再打开出水调节阀，控制正常运行时进水流量，控制水力停留时间，通过调节进水调节阀、出水调节阀和回流调节阀控制进出水比例和内循环比；步骤4，厌氧反应器装置内的出水依靠自身重力再次流入待处理水体中；在步骤2和步骤3中，太阳能光伏组件将太阳能转化为电能储存在太阳能蓄电池内，再通过光电控支器转化为直流电能信号，直流电信号进入逆变器在转化为交流负载去供应交流电器，再通过发电机控制系统为太阳能光伏组件下层的电加热组件提供电能，电加热组件将电能转化为热能，电加热组件在罐体表面全部覆盖，有效地做到厌氧反应器内液体受热均匀；同时，发电机控制系统为泵提供电能，以实现该装置的自循环和正常运行时的稳定状态。而且，在上述使用方法中，所述的工艺起始阶段系统内部自循环时间为24～26h，正常运行时进水流量0.1～0.9m3/h，所述的控制水力停留时间为6～10h，所述的内循环比例为400％～500％。本专利技术的有益效果：(1)一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置利用富营养化水体的生态净化方法，通过激活水体本土的反硝化细菌，使反硝化细菌数量呈几何级数增值，并且用水体本身代替传统的有限生物反应器，大大释放了反硝化细菌生长空间，充分发挥反硝化细菌大量繁殖过程中对硝态氮产生的强大的分解能力，提高反硝化细菌的有效生物量和功能性，重组、完善和优化水体微生物生态系统，进而强化建立微生物中心枢纽作用，促进水体恢复自我调节能力，从而高效去除诱发藻类过度生长的N、P等相关污染物，有效降低水体中的悬浮藻类、悬浮颗粒含量，降低浊度，增加透明度，提升水体溶解氧水平，从根本上改善水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置，其特征在于：包括厌氧反应器、进水干管、出水干管、内回流管、泵、蓄电池、光电控制器、逆变器和发电机；所述的厌氧反应器包括反应釜、电加热组件和太阳能光伏组件，厌氧反应器顶部设置有单向排气阀；所述反应釜为竖直设置的密闭罐体，反应釜分为反应釜上部、反应釜中部和反应釜下部，反应釜上部内设置三相分离器，反应釜上部设置有出水口，所述的出水口与所述的出水干管连接；所述的反应釜中部内设有填充格，填充格充满反硝化细菌活化填充料，所述的反硝化细菌活化填充料以无机搭载体、无机絮凝物、无机金属盐、活性炭为原料制备而成，四种原料的质量比依次为(1～8)：(0～0.5)：(0～0.5)：(2～4)，其中无机絮凝物和无机金属盐的质量比取值范围为大于0并且小于等于0.5，四种所述原料充分混合均匀分散于60～80℃水中，冷却后加入反硝化细菌激活剂，然后在充分搅拌下以3～4ml/min的速度滴入溶解于水中的有机高分子聚合物，有机高分子聚合物用于将反硝化细菌激活剂固定于无机搭载体表面，冷却沉淀后，下部沉积物即为所述反硝化细菌活化填充料，所述无机搭载体为硅胶、蒙脱石或者硅藻土中的一种，所述无机絮凝物为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)或者聚合氯化铁(PFC)中的一种，所述无机金属盐为氯化钠、氯化钾中的一种，所述的反硝化细菌激活剂成分为氯化亚铁、醋酸钠、蛋白胨、酵母膏、葡萄糖、氯化钠、琼脂、硝酸钾，添加时质量比依次为(1～1.5)：(2～2.5)：(15～16)：(3～3.5)：(1～1.5)：(6～6.5)：(12～13)：(2～2.5)；反应釜下部内设置有布水器，布水器通过所述的泵与所述的进水干管连接，所述的进水干管与出水干管之间设置有所述的内回流管；所述的厌氧反应器侧壁内设置有空心夹层，所述的电加热组件设置在空心夹层内并均匀分布在厌氧反应器侧壁上；所述太阳能光伏组件与所述的蓄电池连接，蓄电池与所述的光电控制器连接，光电控制器与逆变器连接，逆变器与所述的发电机的控制系统连接，发电机与电加热组件和泵连接。...
【技术特征摘要】
1.一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置，其特征在于：包括厌氧反应器、进水干管、出水干管、内回流管、泵、蓄电池、光电控制器、逆变器和发电机；所述的厌氧反应器包括反应釜、电加热组件和太阳能光伏组件，厌氧反应器顶部设置有单向排气阀；所述反应釜为竖直设置的密闭罐体，反应釜分为反应釜上部、反应釜中部和反应釜下部，反应釜上部内设置三相分离器，反应釜上部设置有出水口，所述的出水口与所述的出水干管连接；所述的反应釜中部内设有填充格，填充格充满反硝化细菌活化填充料，所述的反硝化细菌活化填充料以无机搭载体、无机絮凝物、无机金属盐、活性炭为原料制备而成，四种原料的质量比依次为(1～8)：(0～0.5)：(0～0.5)：(2～4)，其中无机絮凝物和无机金属盐的质量比取值范围为大于0并且小于等于0.5，四种所述原料充分混合均匀分散于60～80℃水中，冷却后加入反硝化细菌激活剂，然后在充分搅拌下以3～4ml/min的速度滴入溶解于水中的有机高分子聚合物，有机高分子聚合物用于将反硝化细菌激活剂固定于无机搭载体表面，冷却沉淀后，下部沉积物即为所述反硝化细菌活化填充料，所述无机搭载体为硅胶、蒙脱石或者硅藻土中的一种，所述无机絮凝物为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)或者聚合氯化铁(PFC)中的一种，所述无机金属盐为氯化钠、氯化钾中的一种，所述的反硝化细菌激活剂成分为氯化亚铁、醋酸钠、蛋白胨、酵母膏、葡萄糖、氯化钠、琼脂、硝酸钾，添加时质量比依次为(1～1.5)：(2～2.5)：(15～16)：(3～3.5)：(1～1.5)：(6～6.5)：(12～13)：(2～2.5)；反应釜下部内设置有布水器，布水器通过所述的泵与所述的进水干管连接，所述的进水干管与出水干管之间设置有所述的内回流管；所述的厌氧反应器侧壁内设置有空心夹层，所述的电加热组件设置在空心夹层内并均匀分布在厌氧反应器侧壁上；所述太阳能光伏组件与所述的蓄电池连接，蓄电池与所述的光电控制器连接，光电控制器与逆变器连接，逆变器与所述的发电机的控制系统连接，发电机与电加热组件和泵连接。2.根据权利要求1所述的一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置，其特征在于：加入所述的反硝化细菌激活剂时体系须冷却至30～40℃，并且控制其与无机搭载体的比例为(0.3～8)：1，优选(3～5)：1；所述有机高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或纤维素中的一种，所述的有机高分子聚合物均匀分散在95～97℃的水中，所述的有机高分子聚合物与无机搭载体的最终质量比为(0.5～0.6)：(7～8)。3.根据权利要求1所述的一种应用在自然水体中的太阳能厌氧反应器装置，其特征在于：所述的出水干管上设置有出水调节阀，出水干管...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛国柱，陈玲，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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