水质净化微生物生态单元、水质净化微生物生态系统及其方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种水质净化微生物生态单元，该水质净化微生物生态单元包括框架，框架的底端外壁面上分别设有进水口、出水口，框架内设有滤材层以及出水管道；滤材层自上到下将框架分割成第一容纳腔、第二容纳腔，出水管道具有进水端以及出水端，进水端位于第一容纳腔内，且进水端相对于水平面的高度小于框架顶端相对于水平面的高度，出水端与出水口连通，第二容纳腔与进水口连通，滤材层由若干个火山灰性土质颗粒堆积而成，火山灰性土质颗粒内植入含有脱氮除磷的VBNC菌种。通过在火山灰性土质颗粒内植入异养反硝化聚磷菌群，提高调控本地功能微生物的活性化，形成了稳定的优势菌群，达到提高水质净化效果的目的。

【技术实现步骤摘要】
水质净化微生物生态单元、水质净化微生物生态系统及其方法
本专利技术实施例涉及水处理
，特别涉及水质净化微生物生态单元、水质净化微生物生态系统及其方法。
技术介绍
水是生命之源，人体的百分之七十左右由水构成，因此污染水体的净化，自然生态环境的修复功在当代利在千秋意义深远。水体富营养化的原因主要来自外源性与内源性污染，前者包括来自工农业、城市乡镇农村富含氮磷营养的生活污水以及路面径流进入水域包括农村门口塘、河流以及湖泊，后者主要是富营养化后导致浮游藻类爆发，富营养的动植物性遗骸残体沉积于淤泥最终形成富营养化水体。目前针对富营养化水体治理主要措施：一是利用物理处理方法，包括环境整治的排污纳管雨污分流、底泥清淤、引外来清洁水源稀释、强化增氧曝气等，能够达到暂时或缓慢的自然净化效果，但实践表明单纯用物理方法尚不能有效解决富营养化水体的水质净化问题。二是利用动植物的生物处理方法，目前生物处理方法的主要方法包括：一是安装水泵使水体流动循环增强水中溶氧提高好氧细菌水质净化的效率，但是利用水泵提高水循环曝气增氧、耗能的同时没有通过微生物载体过滤，加之大量处于不起功能的VBNC状态微生物难以达到综合效果；二是投放硝化反硝化细菌，调整水中微生物组成增强脱氮除磷水质净化效果，但是引进外来菌种直接投放水域，因没有可资稳定栖息的载体以及缺乏与本地土著微生物群体之间的相容、难以形成优势菌群而逐渐退化消亡，不能达成稳定可持续效果；三是种植景观植物，包括直接种植水生植物以及基于人工浮岛的圈养植物吸收氮磷营养、改善水体溶氧达到一定水质净化效果，但是大量圈养人工浮岛植物容易导致二次污染，季节性种植以及清除植物遗骸成本较高；四是蓝藻大发生时投放人工养殖的食藻虫，虽有明显洁水感官效果，但不能调控水质，研究表明由于蓝藻爆发留存富含蛋白有机质遗骸累积于水域底泥，厌氧发酵产生大量剧毒H2S，通常沉于底泥的食藻虫越冬卵一旦接触水域底泥有毒物质H2S、卵直接死亡或孵化后幼体中毒死亡，种群逐渐消亡，最终导致生态食物链断裂。目前的富营养化水体的生物处理方法中虽然已经意识到投加食藻虫能够减少蓝藻细胞总量，提高水体透明度的感官效果，但是①投加的食藻虫仍然面临不能安全越冬之虐，种群基数难以维持、治标不治本；②虽减少了蓝藻细胞总量但不能有效调控水质，不能形成可持续的生态食物链锁关系。且目前的方法都是零散的净化方式，对流动水体水域效果并不理想，且对非流动水体水域效果也极为缓慢，通常需要2年以上且持续投加外来微生物才能维持一定效果，无法实现可持续地水质净化目的。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种水质净化微生物生态单元、水质净化微生物生态系统及其方法，解决富营养化水体的可持续水质净化问题。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供了一种水质净化微生物生态单元，包括框架，框架的底端外壁面上分别设有进水口、出水口，框架内设有滤材层以及与出水管道；滤材层自上到下将框架分割成第一容纳腔、第二容纳腔，出水管道具有进水端以及出水端，进水端位于第一容纳腔内，且进水端相对于水平面的高度小于框架顶端相对于水平面的高度，出水端与出水口连通，第二容纳腔与进水口连通，滤材层由若干个火山灰性土质颗粒堆积而成，火山灰性土质颗粒内植入含有脱氮除磷的VBNC菌种。本专利技术的实施例还提供了一种水质净化微生物生态系统，包括若干个如上的水质净化微生物生态单元，其中，若干个所述的水质净化微生物生态单元共用同一个水循环流动水泵，相邻的2个的水质净化微生物生态单元的出水口彼此连通，水循环流动水泵通过抽取一个所述水质净化微生物生态单元中出水口中的水实现整个水质净化微生物生态系统的水循环。本专利技术的实施例还提供了一种采用如上的水质净化微生物生态的方法，待净化水体自进水口流入第二容纳腔内，然后由滤材层过滤后进入第一容纳腔内，由出水管道的进水端流至出水口，最后由水循环流动水泵抽出。本专利技术实施例相对于现有技术而言，具有以下优势：1、通过在火山灰性土质颗粒内植入含有可培养化的VBNC异养反硝化聚磷菌群，提高调控本地功能微生物的活性化，形成了稳定的优势菌群，达到提高水质净化效果的目的；2、使用高比表面积的火山灰性土质颗粒(通透性优于活性炭、具有2万M2/L相当于每升载体的比表面积可达40个网球场)，不仅适于高效降解性微生物栖息，而且极大提高有效生物膜的比表面积、提升水质净化效率，同时增大富营养化水体与火山灰性土质颗粒接触面积，实现低耗能高效率循环的水质净化系统；3、在第一容纳腔内形成半封闭悬空复合人工浮岛装置，使得食藻虫远离毒性物质发生源底泥，该装置完全不同于普通开放式人工浮岛，其内部上层圈养吸收氮磷营养物质并有较好景观感官效果的植物、下层及底部不仅适合食藻虫繁殖，而且避免食藻虫冬季形成的卵沉入有毒底泥而在水质净化微生物生态单元内安全越冬。同时半封闭悬空人工浮岛装置能阻止滤食性鱼类进入，保持能与蓝藻发生动态相向一定基数的种群数量，逐步实现可持续的自然生态食物链锁关系，因而从根本上有效恢复自然生态净化功能；4、将高比表面积火山灰性土质颗粒、具有脱氮除磷的VBNC菌种以及食藻虫安全越冬人工浮岛装置结合，形成了一体化的多重生态水质净化系统，达到了可持续的富营养化水质净化目标。另外，含有脱氮除磷的VBNC菌种包含节杆菌属菌种、红球菌属菌种、拟无枝酸菌菌种、微球菌属、苍白杆菌属、斯氏假单胞菌种、产碱杆菌种、莫拉菌种、不动杆菌种、蜡样芽孢杆菌种的一种或多种的组合，这些菌种是目前非一般传统微生物分离方法所能发现及其获得的可培养化VBNC菌种，通过微球菌属的一种菌种所分泌的活性信号蛋白(复苏促进因子Rpf)的复苏促进作用，使得活性化VBNC菌种的细胞数量从5.3×107(个/g载体)增强到2.1×1010(个/g载体)，增强了2-3个数量级的活性化细胞总量，从而实现了更高的脱氮除磷效果。另外，火山灰性土质颗粒的直径为每2～6mm，每升火山灰性土质颗粒的比表面积1～5万M2。另外，滤材层包括自上而下层叠设置的第一层以及第二层，第一层中的火山灰性土质颗粒的粒径小于第二层中的火山灰性土质颗粒的粒径。另外，第一层中的火山灰性土质颗粒的粒径为2～4mm，第二层中的火山灰性土质颗粒的粒径为4～6mm。另外，框架的横截面呈方形，框架的底端部分外壁呈栅栏状，相邻的2个栅栏之间的间隙形成进水口。另外，框架由砖块堆砌而成，且框架的底部固定于底座上，底座由水泥砌成。另外，包括于出水口上安装的水循环流动水泵，框架上设置用于种植植物的支架，支架的边缘固定于框架的内壁上。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1是本专利技术实施例1中的水质净化微生物生态单元结构示意图；图2是本专利技术实施例1中的水质净化微生物生态单元结构截面图；图3是本专利技术实施例1中的火山灰性土质颗粒的扫描电子显微镜图片；图4是本专利技术实施例2中的水质净化微生物生态系统结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水质净化微生物生态单元，其特征在于，包括框架，所述框架的底端外壁面上分别设有进水口、出水口，所述框架内设有滤材层以及与出水管道；所述滤材层自上到下将所述框架分割成第一容纳腔、第二容纳腔，所述出水管道具有进水端以及出水端，所述进水端位于所述第一容纳腔内，且所述进水端相对于水平面的高度小于所述框架顶端相对于所述水平面的高度，所述出水端与所述出水口连通，所述第二容纳腔与所述进水口连通，所述滤材层由若干个火山灰性土质颗粒堆积而成，所述火山灰性土质颗粒内植入含有脱氮除磷的VBNC菌种。

【技术特征摘要】
1.一种水质净化微生物生态单元，其特征在于，包括框架，所述框架的底端外壁面上分别设有进水口、出水口，所述框架内设有滤材层以及与出水管道；所述滤材层自上到下将所述框架分割成第一容纳腔、第二容纳腔，所述出水管道具有进水端以及出水端，所述进水端位于所述第一容纳腔内，且所述进水端相对于水平面的高度小于所述框架顶端相对于所述水平面的高度，所述出水端与所述出水口连通，所述第二容纳腔与所述进水口连通，所述滤材层由若干个火山灰性土质颗粒堆积而成，所述火山灰性土质颗粒内植入含有脱氮除磷的VBNC菌种。2.根据权利要求1所述的水质净化微生物生态单元，其特征在于，所述脱氮除磷的VBNC菌种包括节杆菌属菌种、红球菌属菌种、拟无枝酸菌菌种、微球菌属、苍白杆菌属、斯氏假单胞菌种、产碱杆菌种、莫拉菌种、不动杆菌种、蜡样芽孢杆菌种的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的水质净化微生物生态单元，其特征在于，所述火山灰性土质颗粒的直径为2～6mm，每升所述火山灰性土质颗粒的比表面积1～5万M2。4.根据权利要求3所述的水质净化微生物生态单元，其特征在于，所述滤材层包括自上而下层叠设置的第一层以及第二层，所述第一层中的所述火山灰性土质颗粒的粒径小于所述第二层中的所述火山灰性土质颗粒的粒径。5.根据权利要求4所述的水质净化微生物生态单元，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁林贤，苏晓梅，付惠玲，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33