CN113248090A - 再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法，包括：箱体，为封闭空腔，所述箱体的顶部设有开口，所述箱体包括：至少一个侧面，所述侧面开设再生水入口和多个喷水口；扩散导流管，所述扩散导流管与所述喷水口一一对应相连；填料口，所述填料口固设于所述箱体的开口上；密封盖，与所述填料口相连；底座，固定于所述箱体底部。该装置能够进一步根据河湖水体水文、水动力条件来有效控制再生水扩散器的布水效果，以提升再生水在泥水界面的有效扩散，起到抑制底泥磷释放和降低底泥黑臭、修复水体的作用。

Description

再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法

技术领域

本公开涉及河湖底泥污染控制技术领域，尤其涉及一种再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法。

背景技术

水体污染主要分为外源污染和内源污染。其中，水体内源污染是由底泥中的污染物释放造成的，底泥中含有大量营养盐、重金属元素和有毒有害的有机污染物，通过化学、物理和生物作用，在适宜条件下，重新释放进入上覆水体中，成为长期的内部污染源。因此，底泥污染控制对整个水环境生态修复至关重要。

现有的底泥污染控制技术主要分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。物理修复方法包括：底泥疏浚和底泥覆盖等，这两种方法对污染底泥有较好的处理效果，但疏浚容易使底泥间隙水中的污染物释放进入水体，且疏浚会影响水体中原有的生态***，疏浚底泥若未妥善处理，会造成二次污染；而底泥覆盖工程量较大，增加了底泥厚度，会产生库容减少等问题。化学修复方法则是通过向污染底泥投加化学药剂，使其与污染物发生氧化、还原、沉淀、水解、络合、聚合等反应，将污染物从底泥中分离，降解转化。常见的化学药剂有铝盐、铁盐、生石灰、硝酸钙、过氧化钙等。化学修复虽然能耗低，成本较少，但化学药剂的添加有可能会增加水体毒性，或引起副产物产生等，更适用于应急处理。生物修复方法则是利用植物和微生物等对底泥中的污染物进行吸附、降解和固定，以达到水质净化的目的。生物方法虽然能提高水体的自我修复能力，保持水体的自然平衡，但是修复周期长，且仅适合有机质含量高的底泥。因此，现有的底泥污染控制技术仍存在成本高、风险大、周期长等缺陷。

发明内容

(一)要解决的技术问题

经深入研究发现，再生水已成为城市河湖水体的主要补给水源，再生水由于含有NO₃ ^--N以及较高氧化还原电位，其排入河湖水体将影响水体的氧化还原电位。而泥水界面氧化还原电位的提高将抑制磷的释放。同时，以NO₃ ^--N作为电子受体促聚磷菌、反硝化细菌等微生物吸磷和反硝化作用，分解易降解有机物。因此，将再生水引入于河湖水体的泥水界面，有望起到对磷释放控制和降低黑臭的作用。

本公开提出了一种再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法，以至少解决上述现有技术中存在的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本公开提供了一种再生水扩散装置，包括：

箱体，为封闭空腔，所述箱体的顶部设有开口，所述箱体包括：

至少一个侧面，所述侧面开设再生水入口和多个喷水口；

扩散导流管，所述扩散导流管与所述喷水口一一对应相连；

填料口，所述填料口固设于所述箱体的开口上；

密封盖，与所述填料口相连；

底座，固定于所述箱体底部。

在本公开的一些实施例中，所述扩散导流管包括：

入口，所述入口的第一端与所述喷水口相连；

连接部，所述连接部的第一端与所述入口的第二端相连；

出口，所述出口的第一端与所述连接部的第二端相连；

其中，所述入口的第一端直径大于所述入口的第二端直径，所述出口的第二端直径大于所述入口的第一端直径，且所述出口的第二端直径大于所述出口的第一端直径。

在本公开的一些实施例中，所述侧面与顶部相连的一端上设置的所述喷水口的直径大于所述侧面与底部相连的一端上设置的所述喷水口的直径。

在本公开的一些实施例中，所述侧面与顶部相连的一端上设置的所述扩散导流管的长度大于所述侧面与底部相连的一端上设置的所述扩散导流管的长度。

在本公开的一些实施例中，所述扩散导流管的轴线与所述侧面的夹角为5°～20°。

在本公开的一些实施例中，还包括：

填料，布置于所述箱体的密闭空间中；所述填料为砾石、镁橄榄石、珊瑚砂或陶瓷中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述侧面的个数大于一个时，所述再生水入口和多个喷水口位于不同侧面。

在本公开的一些实施例中，所述底座的高度为300mm～600mm。

本公开还提供了一种底泥磷释放控制方法，包括：

将所述再生水扩散装置的再生水入口与外部的再生水排放管路相连；

将如上述再生水扩散装置放置于水体中，其中，所述再生水沿所述扩散导流管的排出方向与水流方向保持一致。

在本公开的一些实施例中，放置所述再生水扩散装置的水体为上游的水流缓慢区域。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开的再生水扩散装置及应用其的底泥磷释放控制方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开中的再生水扩散装置通过扩散器、填料尺寸及其布置方式和扩散导流管的结构设计，能够进一步根据河湖水体水文、水动力条件来有效控制再生水扩散器的布水效果，以提升再生水在泥水界面的有效扩散。

(2)本公开中的再生水扩散装置依据城市河湖水体再生水补给为主的特点，根据所处理河湖流域内污水处理设施地点因地制宜设置多个再生水补给点，提升河湖水体整体的治理效果。

(3)本公开中的底泥磷释放控制方法对水生态***影响较小，不需要额外药剂消耗，从而降低了对水体造成二次污染的风险。

(4)本公开中的底泥磷释放控制方法灵活性强，且作用面积更广，可根据水体流速及流向设置，降低了处理成本。

附图说明

图1是本公开实施例中的再生水扩散装置的正视图；

图2是本公开实施例中的再生水扩散装置的剖面图；

图3是图2中的扩散导流管的局部放大图；

图4是本发明实施例中的再生水扩散装置在河流中的平面布局图；

图5是本发明实施例中的底泥磷释放控制方法流程图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-箱体；

11-开口；

12-喷水口；

13-再生水入口；

2-扩散导流管；

3-填料口；

4-密封盖；

5-底座；

6-填料。

具体实施方式

本公开提供了一种再生水扩散装置，该装置包括：箱体、扩散导流管、填料口、密封盖和底座。箱体为封闭空腔，箱体的顶部设有开口，箱体的侧面开设再生水入口和多个喷水口；扩散导流管与喷水口一一对应相连；填料口固设于箱体的开口上；密封盖与填料口相连；底座固定于箱体底部。本公开的再生水扩散装置通过扩散器、填料尺寸及其布置方式和扩散导流管的结构设计，能够进一步根据河湖水体水文、水动力条件来有效控制再生水扩散器的布水效果，以提升再生水在泥水界面的有效扩散，该装置起到抑制底泥磷释放和降低底泥黑臭、修复水体的作用。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。

本公开提供了一种再生水扩散装置，如图1和图2所示，包括：箱体1、扩散导流管2、填料口3、密封盖4和底座5。箱体1为封闭空腔，箱体1的顶部设有开口11，箱体1包括至少一个侧面，该侧面上开设再生水入口13和多个喷水口12，当侧面的个数大于一个时，再生水入口和多个喷水口位于不同侧面；扩散导流管2与喷水口12一一对应相连；填料口3固设于箱体1的开口11上；密封盖4与填料口3相连；底座5固定于箱体1底部。

通过扩散导流管2的布置可使再生水由箱体1上的喷头向四周射流而出，以增大再生水的布水面积。

作为本公开的另一实施例，扩散导流管2在垂直于水流流速方向的侧向布置的数目可多于顺水流流动方向的布置数目，以上可进一步保证再生水加强侧向混合而减少沿水体水流方向流动。

如图3所示，上述再生水扩散装置的扩散导流管2的结构中从左至右依次包括：入口、连接部、和出口。入口第一端位于入口的左侧，入口第二端位于入口的右侧，该入口第一端与喷水口12相连；连接部第一端位于连接部的左侧，连接部第二端位于连接部的右侧，该连接部第一端与入口第二端相连；出口第一端位于出口的左侧，出口第二端位于出口的右侧，出口的第一端与连接部的第二端相连；其中，入口第一端直径大于入口第二端直径，出口第二端直径大于入口第一端直径，且出口第二端直径大于出口第一端直径。

关于连接部两端的直径不做具体限定，连接部两端的直径可以相等，也可以为连接部第一端的直径大于或小于连接部第二端的直径。

箱体侧面上部设置的喷水口直径大于箱体侧面底部的喷水口直径。

如图2所示，位于箱体1侧面的扩散导流管的长度由上到下逐渐变小。扩散导流管2的轴线与侧面的夹角为5°～20°。

上述扩散导流管2与喷水口12的设计形式通过较高的水流射出速度保证顶部扩散导流管2射出的水流能够更加全面的扩散至水体中的沉积物与水之间的界面(沉积物-水界面)，增大作用面积，加强与底泥上覆水体的充分混合；底部的较小直径的喷水口12及扩散导流管2可减缓射出水流流速，避免流速过快引起底泥扰动。

再生水扩散装置还包括填料6，该填料6可以为砾石和镁橄榄石，砾石和珊瑚砂，砾石和陶瓷，镁橄榄石和珊瑚砂，镁橄榄石和陶瓷，砾石、镁橄榄石和珊瑚砂，砾石、镁橄榄石和陶瓷，砾石、珊瑚砂和陶瓷，镁橄榄石、珊瑚砂和陶瓷，砾石、镁橄榄石、珊瑚砂和陶瓷中任一种组合。填料6可增加再生水扩散装置的自重，使再生水扩散装置更为稳定的置于河湖底泥之上。

装置中填充的镁橄榄石、珊瑚砂材料将进一步起到对上覆水中磷的吸附作用。

可选地，布置于箱体1底部的填料6的尺寸大于布置于箱体1顶部的填料6的尺寸。通过改变箱体1内填料6大小及不同填充度可控制再生水扩散装置内水流动能大小，进而控制水流速度。箱体1底部填料6尺寸较大，填充度较高，以增强消能效果，降低底部流速，避免引起底泥扰动。

再生水扩散装置中底座5的高度为300mm～600mm。该底座5可由槽钢焊接而成，用于支撑再生水扩散装置。通过将底座5***水体的底泥中，以保证再生水扩散装置的稳定，同时降低再生水扩散装置的箱体1与沉积物-水界面的高度差，使再生水可以直接作用于河湖底泥。

本公开还提供了一种底泥磷释放控制方法，如图5所示，该方法包括操作S1和操作S2：

操作S1：将再生水扩散装置的再生水入口13与外部的再生水排放管路相连；

操作S2：将再生水扩散装置放置于水体中，其中，再生水沿扩散导流管2的排出方向与水流方向保持一致。

本公开实施例中的底泥磷释放控制方法对水生态***影响较小，不需要额外药剂消耗，从而降低了对水体造成二次污染的风险。该方法的灵活性强，且作用面积更广，可根据水体流速及流向设置，降低了处理成本。

作为本公开的另一实施例，操作S2包括：将再生水扩散装置放置于水体上游的水流缓慢区域中，如图4所示。再生水顺水流方向从上游逐渐流至中下游，使再生水与底泥上覆水最大程度混合，从而使再生水更大范围的作用于底泥。通过将再生水扩散装置放置水体中的方式，可使再生水排入水体的同时，使再生水与底泥上覆水体混合，增加河湖上覆水体的氧化还原电位。

以下结合实施例，以证明上述方法对底泥磷释放的控制效果。再生水中的NO₃ ^--N浓度较高，再生水汇入河湖水体中后，NO₃ ^--N浓度的增加使沉积物-水界面的氧化还原电位升高，沉积物中的Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加强了铁氧化物及氢氧化物对磷的吸附，抑制了沉积物中Fe-P释放，并且当硝酸盐含量较高时，其作为电子受体，促进聚磷菌吸收磷。表1为再生水补给对底泥磷释放的控制效果。

表1再生水补给对底泥磷释放的控制效果

如表1所示，再生水补给后，上覆水体的NO₃ ^--N浓度显著高于原水，且再生水补给量越大NO₃ ^--N浓度越高。经过一段时间观测后发现，相较于原水，再生水补给后的上覆水体TP浓度呈现降低的趋势，而未补给再生水的上覆水体TP浓度为先上升后下降，但观测20d后的TP浓度仍高于起始浓度，并且20d后再生水补给的上覆水体中TP浓度后远低于未补给的上覆水体，再生水对底泥磷释放有一定的控制效果，且不同再生水补给量对底泥磷释放的控制效果也有所不同，可以通过调节不同的再生水补给量来进行底泥磷释放的控制。

作为本公开的另一实施例，上述再生水扩散装置可依据城市河湖水体再生水补给为主的特点，根据所处理河湖流域内污水处理设施地点因地制宜设置多个再生水补给点，提升河湖水体整体的治理效果。

本公开实施例中的再生水扩散装置和底泥磷释放控制方法，利用再生水具有较高浓度硝酸盐(NO₃ ^--N)和高氧化还原电位的特点，将再生水补给入水体中，增加覆水体的NO₃ ^--N浓度，使其作用于沉积物-水界面，增高沉积物-水界面的氧化还原电位，通过直接氧化还原反应，使底泥中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，形成铁氧化物和铁氢氧化物，以此加强对磷的吸附，减少了Fe-P的释放，同时使NO₃ ^--N作为电子受体，促进聚磷菌、反硝化细菌等微生物吸收磷和反硝化代谢作用，分解易降解有机物，从而起到抑制底泥磷释放和降低底泥黑臭、修复水体的目的。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再生水扩散装置，包括：

箱体，为封闭空腔，所述箱体的顶部设有开口，所述箱体包括：

至少一个侧面，所述侧面开设再生水入口和多个喷水口；

扩散导流管，所述扩散导流管与所述喷水口一一对应相连；

填料口，所述填料口固设于所述箱体的开口上；

密封盖，与所述填料口相连；

底座，固定于所述箱体底部。

2.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述扩散导流管包括：

入口，所述入口的第一端与所述喷水口相连；

连接部，所述连接部的第一端与所述入口的第二端相连；

出口，所述出口的第一端与所述连接部的第二端相连；

其中，所述入口的第一端直径大于所述入口的第二端直径，所述出口的第二端直径大于所述入口的第一端直径，且所述出口的第二端直径大于所述出口的第一端直径。

3.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述侧面与顶部相连的一端上设置的所述喷水口的直径大于所述侧面与底部相连的一端上设置的所述喷水口的直径。

4.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述侧面与顶部相连的一端上设置的所述扩散导流管的长度大于所述侧面与底部相连的一端上设置的所述扩散导流管的长度。

5.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述扩散导流管的轴线与所述侧面的夹角为5°～20°。

6.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，还包括：

填料，布置于所述箱体的密闭空间中；所述填料为砾石、镁橄榄石、珊瑚砂或陶瓷中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述侧面的个数大于一个时，所述再生水入口和多个喷水口位于不同侧面。

8.根据权利要求1所述的再生水扩散装置，其中，所述底座的高度为300mm～600mm。

9.一种底泥磷释放控制方法，包括：

将所述再生水扩散装置的再生水入口与外部的再生水排放管路相连；

将如权利要求1至8中任一项所述的再生水扩散装置放置于水体中，其中，所述再生水沿所述扩散导流管的排出方向与水流方向保持一致。

10.根据权利要求9所述的一种底泥磷释放控制方法，其中，放置所述再生水扩散装置的水体为上游的水流缓慢区域。

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