[发明专利]用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统及方法

权利要求书

1.一种用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：包括碳纤维生物膜净化装置(1)、微纳米曝气装置(2)、水质在线监测装置(3)、可移动漂浮平台(4)、自主导航装置(5)和动力推进装置(6)；所述碳纤维生物膜净化装置(1)和微纳米曝气装置(2)固定于可移动漂浮平台(4)底部；水质在线监测装置(3)固定于可移动漂浮平台(4)前端，用于实时监测待治理水域的污染特征，自主导航装置(5)和动力推进装置(6)用于控制可移动漂浮平台(4)在治理水域按照预先设定的路线往复移动，根据治理需要和碳纤维生物膜净化装置(1)中碳纤维生物膜的净化效率控制移动速率。

2.根据权利要求1所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述碳纤维生物膜净化装置(1)包括中空框架(11)，中空框架(11)的顶面和底面对应设有多个上支架(12)和下支架(13)，上支架(12)和下支架(13)之间固定多个单束碳纤维(14)，通过上支架(12)和下支架(13)将单束碳纤维(14)的上下两端固定。

3.根据权利要求2所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述单束碳纤维(14)的材料为酚醛基活性碳纤维、聚丙烯腈基活性碳纤维、黏胶基活性碳纤维、沥青基活性碳纤维中任意一种。

4.根据权利要求2所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述单束碳纤维(14)构型为刷子型、水草型、蜈蚣型、条带型中任意一种。

5.根据权利要求2所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述单束碳纤维(14)的长度为50～100cm；相邻两束碳纤维之间的间距为20～50cm。

6.根据权利要求1所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：水体净化之前，首先将碳纤维生物膜净化装置(1)中的碳纤维在特定微生物菌剂培养液中进行预挂膜，直至碳纤维上生物膜成熟，微生物菌剂为硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、乳酸菌、类球红细菌、植物乳杆菌、放线菌、真菌中的一种或者两种及以上复合而成。

7.根据权利要求1所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述可移动漂浮平台(4)的外观形状为长方形、正方形、圆形或三角形中的任意一种，并可多组拼装。

8.根据权利要求1所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述微纳米曝气装置(2)位于碳纤维生物膜净化装置(1)正下方，用于为好氧微生物代谢和繁殖提供充足氧气，微纳米曝气装置(2)包括空压机、输气管和曝气管，空压机置于可移动漂浮平台4的船舱内部，空压机的出气口通过输气管与曝气管连通，曝气管置于碳纤维生物膜净化装置(1)底部，曝气管上设置有若干微纳米级的曝气孔，通过调节空压机的曝气量和曝气时间，使碳纤维生物膜附近的溶解氧保持在6.0～9.0mg/L之间。

9.根据权利要求1所述的用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，其特征在于：所述水质在线监测装置(9)中包括水温、溶解氧、pH、氧化还原电位、总氮、总磷水质监测探头。

10.一种用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化方法，其特征在于采用权利要求1-9中任一项所述系统进行，所述方法包括如下步骤：

1)在待治理水域每隔200m设置1个水质监测点，应用可漂浮移动平台4上搭载的水质在线监测装置(3)在线实时监测水体中水温、溶解氧、pH、氧化还原电位、总氮、总磷等水质参数，从而确定待治理水域水体污染特征；

2)根据待治理水域水体污染特征，确定碳纤维生物膜净化装置1中碳纤维的适宜布设量，同时选取针对性微生物菌剂，对拟投放的碳纤维进行预挂膜，根据碳纤维上微生物量和微生物活性的检测结果，预挂膜3～10d，经前期实验研究表明，平均挂膜7天后，碳纤维上微生物量和微生物活性达到最高，在预挂膜过程中进行曝气，保持溶解氧在7.0mg/L以上；

3)将预先挂膜成熟的碳纤维生物膜净化装置(1)固定于可移动漂浮平台(4)底部，根据待治理水域水体污染程度，确定碳纤维生物膜净化装置(1)的使用量；微纳米曝气装置(2)的曝气管位于碳纤维生物膜净化装置(1)下方，根据水质在线监测装置(3)实时监测的水体溶解氧含量，调节微纳米曝气装置(2)的曝气量和曝气时间，使碳纤维生物膜附近的溶解氧保持在6.0～9.0mg/L之间；

4)通过自主导航装置(5)预先设定可移动漂浮平台(4)的移动路线，通过动力推进装置(6)带动可移动漂浮平台(4)在水体中移动，移动速度为0.1～0.5m/s之间。根据水质在线监测装置3实时监测的水体总氮、总磷等营养盐含量，调节可移动漂浮平台(4)的移动速率和自主导航装置(5)的往返路线，使碳纤维生物膜的水质净化效率达到最高。