[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

说明书

本发明提供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及方法，还系统包括碳纤维生物膜净化装置、微纳米曝气装置、水质在线监测装置、可移动漂浮平台、自主导航装置和动力推进装置；所述碳纤维生物膜净化装置和微纳米曝气装置固定于可移动漂浮平台底部；水质在线监测装置固定于可移动漂浮平台前端，用于实时监测待治理水域的污染特征，自主导航装置和动力推进装置用于控制可移动漂浮平台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中碳纤维生物膜的净化效率控制移动速率。本发明可有效改善湖库水质，净化湖库水质，提升生态景观功能，具有高效、智能、便捷和成本低等特点。

技术领域

本发明属于湖库生态治理领域，具体涉及一种可有效治理湖库水体富营养化、改善水域水质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及方法。

背景技术

随着城市化进程加快、人口增加，大量城市生活污水直接排入湖库，导致水体污染、水生态破坏，湖库水体呈黑臭或富营养化状态。尤其是在江南平原水网密集地区，湖库水域面积大、水体流动性较差、污染来源广、水生态系统相对简单，水环境容量小且自净能力差。湖库水环境日趋恶化，生物多样性遭到破坏，严重影响城市整体水环境以及周边居民生活质量，制约经济发展。因此，改善污染湖库的水质状况成为亟需解决的现实问题。

在众多治理方式中，生物物理技术倍受重视和关注。生物方法比物理方法需要更长治理周期，但具有无耗能，便于管理，无二次污染等优点。生物载体是实现生物治理和修复的基础，选取适宜的生物载体对于环境治理和修复效果至关重要。目前，碳纤维作为生物膜载体修复水体环境已在国内外开展大量研究和试验，表明碳纤维可作为生物膜的优良载体，可有效控制湖库水质污染和实现水资源良性循环。日本小岛昭教授首先发现把碳纤维浸没于污染河水的水槽后，水体透明度增高，生物需氧量降低，水质得到净化。马兆坤研究发现碳纤维是一种生物相容性好、固着化速度快、固着量大、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强、成本相对较低的优异微生物固着化载体。李兰利用碳纤维对武汉东湖水体进行为期2年的净化试验结果表明，碳纤维不仅能吸附、去除、生物降解各类污染物质，还能够筑造完整生态链，恢复生态多样性。

利用碳纤维生物膜进行水质净化的中国专利“一种景观河道水质净化的生态浮岛(申请号：201320839605.0)”提供了一种将生态浮岛技术、生物膜技术及微生物投加技术整合于生态浮岛上的水环境治理技术，即生态浮岛上方种植水生植物，生态浮岛下方悬挂碳纤维(微生物膜载体)和微生物菌剂投加装置，该技术能够增强悬浮物的截留效果，还具有脱氮、消减有机污染物的功能。但根据现有的碳纤维定位静止净化试验结果表明，该技术的水质净化效率较低，碳纤维定位静止净化需要大面积布设碳纤维，若将劣Ⅴ类水提升至Ⅳ类水，碳纤维的布设面积需占湖泊面积的三分之一以上，一方面治理成本较高，另一方面影响水体美观和水面通航等。

实用新型专利“河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床(申请号：201821217889.9)”公开了一种用于河道黑臭水原位治理的移动式生态浮床，相对于定位静止处理显著提高水质净化效率，但存在以下问题：(1)单束碳纤维的上端直接悬挂于生态浮床底部，碳纤维下端捆绑重物，在实际应用过程中，随生态浮床移动，单束碳纤维之间易随意摆动、互相缠绕，造成生物膜脱落，从而降低水质净化效率；(2)直接向水体中投加微生物菌剂，可促进碳纤维上微生物挂膜，然而，实践表明仅有少部分微生物菌剂挂膜于碳纤维上，大部分菌剂因沉入水中而没有起到强化碳纤维挂膜作用，造成资源浪费，增加额外成本；(3)生态浮床通过推流装置在水体中移动，需要人工控制，无法做到无人值守，需耗费大量人力物力。

因此，针对湖库水体原位治理的现实需求以及现有碳纤维水质净化技术装置存在的不足，优化设计用于湖库水体原位治理的移动式碳纤维生物膜净化系统，并解决在实际应用过程中存在的以上问题，对于湖库水体治理具有重要的应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供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及方法，可有效改善湖库水质，净化湖库水质，提升生态景观功能。