CN116639823B - 一种河湖原位循环修复***及河湖原位循环修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河湖原位循环修复***及河湖原位循环修复方法，河湖原位循环修复***包括多个河湖原位循环修复装置及处于河湖亏氧区的水泵；河湖原位循环修复装置包括立柱平台、中空立柱和微纳气泡发生器，立柱平台处于河湖死水或靠近河湖岸坡的水面上方位置处且底面与中空立柱顶端固定连接，中空立柱底端固定于底泥中，中空立柱上分布有多个处于水面下的微纳气泡喷射孔，各微纳气泡喷射孔喷出的微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区，水泵通过相应的水管向立柱平台上方喷射水柱，使水柱落到立柱平台顶面上并反射形成水幕。本发明可解决河湖的富营养化程度高、发黑发臭、底泥上翻的问题，提出水体与底泥复合污染修复与资源化解决方案。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种河湖原位循环修复***及河湖原位循环修复方法。
背景技术
由于湖泊的区域大小、深浅以及周边环境的不同，不同湖泊中所含的营养成分量不同，通常将湖泊分为贫营养湖和富营养湖，从湖泊的演变规律来看，贫营养湖总是会向富营养湖的方向演变，而且现代人为的营养化对湖泊营养化的影响很大，并且进展极为迅速，一个湖泊在几十年甚至几年可由贫营养状态急剧转变为富营养状态。而对于河湖连通性差的湖泊或断头河，极易造成富营养化程度高，使得水质变为劣五类，并伴随发黑发臭，底泥上翻等情况。
水体缺氧是河道黑臭的根本原因，选择适当的增氧方式是城市黑臭河道生物修复的重要技术环节。其中水体中的溶解氧主要取决于水中藻类放氧量、大气复氧、水体有机污染生化耗氧量、底泥耗氧量等因素，其中增加溶解氧主要用于河湖水较深且出现厌氧层的水体，以补充水中的溶解氧，消除厌氧层，使水体保持有氧状态，进而有利于浮游动物的生存，有助于水体微生物区系由厌氧向好氧转化，抑制藻类的生长繁殖以及底泥营养物质的释放，消除水体黑臭，因此增加溶解氧后可促进水生动物演替，增强水体和底泥中微生物演变及植物演替，另外底泥是污染物的主要蓄积场所并且是水体生态***的重要组成部分，同时也是水体中重要的物质归宿，河湖点源污染和非点源污染得到有效控制后，污染底泥释放是造成水质恶化的主要原因，底泥稳固区的设置尤为重要。
目前的曝气技术包括鼓风微孔曝气技术和潜水射流曝气技术。鼓风微孔曝气技术的缺点是微孔曝气头容易堵塞或脱落，鼓风机运行噪声大，且建设机房占用土地；潜水射流曝气技术的缺点是曝气不均匀、曝气效率低、平均能耗高，不适宜用于较宽的河道，另外潜水射流曝气机通常采用膨胀螺丝和角钢支架固定在河道驳坎上，垂直于河水流向曝气，个别情况下潜水射流曝气机也可固定在河道中央，平行于河水流向曝气，并采用射流增氧，其喷射高度不应超过1m，否则容易形成气溶胶或水雾，影响周边环境，而对于重度黑臭水体，不应采取射流增氧设施，原因在于曝气气泡直径一般在4mm以上，其充氧效率一般为4％-8％，充氧效率较低。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种河湖原位循环修复***及河湖原位循环修复方法，能解决河湖连通性差的湖泊或断头河的富营养化程度高、发黑发臭、底泥上翻的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种河湖原位循环修复***，包括多个河湖原位循环修复装置以及处于河湖亏氧区的水泵；所述河湖原位循环修复装置包括立柱平台、中空立柱和微纳气泡发生器，所述立柱平台处于河湖死水或靠近河湖岸坡的水面上方位置处且底面与中空立柱顶端固定连接，所述中空立柱底端固定于河湖的底泥中，所述中空立柱上分布有多个处于水面下且与微纳气泡发生器出口连接的微纳气泡喷射孔，各所述微纳气泡喷射孔喷出的微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区，所述水泵通过相应的水管用于向立柱平台上方喷射水柱，使水柱落到所述立柱平台顶面上并反射形成水幕，且水幕的入水边界线处于所述微纳气泡辐射区的水面微纳气泡消融边界线之内。
进一步地，所述立柱平台呈圆形且水平布置，所述中空立柱呈圆筒形且竖直布置，所述中空立柱顶端与立柱平台底面中部固定连接。
进一步地，所述水管的尾部中心线竖直且与立柱平台的中心线重合，使水柱垂直落到所述立柱平台顶面中部并反射形成半球形的水幕。
进一步地，所述立柱平台的直径控制在20-40cm，所述水管的尾部直径为立柱平台直径的30-60％，所述水管的尾端喷出的水柱压力控制在0.4-1MPa，所述立柱平台与水面之间的竖直间距控制在20-30cm。
进一步地，水幕的入水边界线处于所述微纳气泡辐射区的水面微纳气泡消融边界线向内5-20cm处。
进一步地，各所述微纳气泡喷射孔分别通过相应的管道与微纳气泡发生器的出口连接，且各所述管道上分别设有开关阀和压力调节阀，所述压力调节阀用于调节相应微纳气泡喷射孔入水的喷射压力，所述喷射压力控制在0.5-1MPa。
进一步地，各所述微纳气泡喷射孔均匀交错分布在处于水面下的中空立柱上，处于最下方的所述微纳气泡喷射孔中心与底泥周围所形成的底泥稳固区顶面之间的竖直间距控制在20-30cm，中心处于同一竖直线上的相邻所述微纳气泡喷射孔的中心之间的间距控制在10-30cm，中心处于同一水平面上的相邻所述微纳气泡喷射孔的中心连线所形成的圆弧的角度控制在60-90°。
进一步地，所述微纳气泡辐射区的边缘一周形成过渡区，所述过渡区用于水幕入水在喷射压力作用下携带微纳气泡延伸。
一种河湖原位循环修复方法，采用上述任一项所述的河湖原位循环修复***进行原位循环修复，包括以下步骤：
S1、针对其中一个所述河湖原位循环修复装置，启动所述微纳气泡发生器并通过各微纳气泡喷射孔喷出微纳气泡，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区；
S2、当所述微纳气泡发生器作业一段时间后启动水泵，所述水泵通过水管向立柱平台上方喷射水柱，使水柱落到所述立柱平台顶面上并反射形成水幕，水幕入水在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区外延伸，使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体循环流动，并增大水中溶解氧；
S3、底泥401中的铁锰元素在微纳气泡供氧的情况下形成铁锰氧化物薄层，以进行底泥401稳固。
进一步地，步骤S1具体为：针对其中一个所述河湖原位循环修复装置，启动所述微纳气泡发生器，先通过处于水面下的所述中空立柱中部处的微纳气泡喷射孔喷出微纳气泡并作业一段时间后，再通过处于水面下的所述中空立柱其他位置处的微纳气泡喷射孔喷出微纳气泡并作业一段时间，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的河湖原位循环修复***，针对其中一个河湖原位循环修复装置，启动微纳气泡发生器并通过各微纳气泡喷射孔喷出微纳气泡，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区，当微纳气泡发生器作业一段时间后启动水泵，水泵通过水管向立柱平台上方喷射水柱，使水柱落到立柱平台顶面上并反射形成水幕，水幕入水在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区外延伸，使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体循环流动，并增大水中溶解氧，而且由于水泵处于河湖亏氧区，这样所形成的水幕来源于河湖亏氧区的水体，进而能使得河湖亏氧区的水体在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区外延伸，确保河湖亏氧区的水体流动是携带微纳气泡向四周延伸，使水体充分循环流动，形成河湖水体挟氧大循环，并且由于河湖原位循环修复装置为多个并分布于河湖死水或靠近河湖岸坡处，这样多个河湖原位循环修复装置可同时作业，从而能使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体能充分地循环流动，并能进一步增大水中溶解氧，因此能解决河湖连通性差的湖泊或断头河的富营养化程度高、发黑发臭、底泥上翻的问题。
本发明中，立柱平台呈圆形且水平布置，中空立柱呈圆筒形且竖直布置，中空立柱顶端与立柱平台底面中部固定连接，水管的尾部中心线竖直且与立柱平台的中心线重合，使水柱垂直落到立柱平台顶面中部并反射形成半球形的水幕，并且水幕的入水边界线处于微纳气泡辐射区的水面微纳气泡消融边界线之内；这样所形成的半球形的水幕完全处于微纳气泡辐射区之内并笼罩大部分微纳气泡辐射区，以保证微纳气泡浓度，防止微纳气泡溢出水面而消散破碎，进而能充分增大水中溶解氧。
综上，本发明的河湖原位循环修复***能更大程度地增加水中充氧效率，增大水体循环流动，充氧效率可从传统的4％-8％提升到20％-25％。
附图说明
图1为本发明的河湖原位循环修复***中其中一个河湖原位循环修复装置的结构示意图；
图2为其中一个河湖原位循环修复装置的原理示意图；
图3为其中一个河湖原位循环修复装置中的各微纳气泡喷射孔与微纳气泡发生器连接的结构示意图；
图4为将多个河湖原位循环修复装置布置于靠近河湖岸坡处的结构示意图；
图5为将两个河湖原位循环修复装置布置于断头河或断头湖的断头位置处的结构示意图。
图中附图标记说明：1、河湖原位循环修复装置，101、立柱平台，102、中空立柱，1021、微纳气泡喷射孔，1031、微纳气泡发生器，1032、管道，104、微纳气泡辐射区，105、水柱，106、水幕，107、过渡区，2、河湖亏氧区，301、水泵，302、水管，401、底泥，402、底泥稳固区，5、水面，6、堤岸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
一种河湖原位循环修复***，包括多个河湖原位循环修复装置1以及处于河湖亏氧区2中部的水泵301，见图4和5，其中河湖死水具体是指处于断头河或断头湖的断头位置处的河湖死水；如图1-3所示，河湖原位循环修复装置1包括立柱平台101、中空立柱102和微纳气泡发生器1031，立柱平台101处于河湖死水或靠近河湖岸坡的水面5上方位置处且底面与中空立柱102顶端固定连接，中空立柱102底端固定于河湖的底泥401中，中空立柱102上分布有多个处于水面5下且与微纳气泡发生器1031出口连接的微纳气泡喷射孔1021，各微纳气泡喷射孔1021喷出的微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区104，水泵301通过相应的水管302用于向立柱平台101上方喷射水柱105，使水柱105落到立柱平台101顶面上并反射形成水幕106，且水幕106的入水边界线处于微纳气泡辐射区104的水面微纳气泡消融边界线之内。
本发明中可以在河湖亏氧区2中部配备与河湖原位循环修复装置1数量相等的多个水泵301，通过相应水泵301抽取河湖亏氧区2的水体并向对应河湖原位循环修复装置1的立柱平台101上方喷射水柱105；或者在河湖亏氧区2中部配备数量少于河湖原位循环修复装置1数量的多个水泵301，通过水泵301抽取河湖亏氧区2的水体并向各河湖原位循环修复装置1的立柱平台101上方喷射水柱105。
本发明针对其中一个河湖原位循环修复装置1，启动微纳气泡发生器1031并通过各微纳气泡喷射孔1021喷出微纳气泡，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区104，当微纳气泡发生器1031作业一段时间后启动水泵301，水泵301通过水管302向立柱平台101上方喷射水柱105，使水柱105落到立柱平台101顶面上并反射形成水幕106，水幕106入水在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区104外延伸，使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体循环流动，并增大水中溶解氧，而且由于水泵301处于河湖亏氧区2，这样所形成的水幕106来源于河湖亏氧区2的水体，进而能使得河湖亏氧区2的水体在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区104外延伸，确保河湖亏氧区2的水体流动是携带微纳气泡向四周延伸，使水体充分循环流动，形成河湖水体挟氧大循环，并且由于河湖原位循环修复装置1为多个并分布于河湖死水或靠近河湖岸坡处，这样多个河湖原位循环修复装置1可同时作业，从而能使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体能充分地循环流动，并能进一步增大水中溶解氧，因此能解决河湖连通性差的湖泊或断头河的富营养化程度高、发黑发臭、底泥401上翻的问题。
在一个实施例中，立柱平台101呈圆形且水平布置，中空立柱102呈圆筒形且竖直布置，中空立柱102采用耐腐蚀塑料材质，中空立柱102顶端与立柱平台101底面中部固定连接，水管302的尾部中心线竖直且与立柱平台101的中心线重合，使水柱105垂直落到立柱平台101顶面中部并反射形成半球形的水幕106，见图1-2。这样所形成的半球形的水幕106完全处于微纳气泡辐射区104之内并笼罩大部分微纳气泡辐射区104，以保证微纳气泡浓度，防止微纳气泡溢出水面5而消散破碎，进而能充分增大水中溶解氧。
在一个实施例中，立柱平台101的直径控制在20-40cm，优选地，立柱平台101的直径为20cm，水管302的尾部直径为立柱平台101直径的30-60％，优选地，水管302的尾部直径为6cm，水管302的尾端喷出的水柱105压力控制在0.4-1MPa，优选地，水管302的尾端喷出的水柱105压力为0.5MPa，立柱平台101与水面5之间的竖直间距控制在20-30cm，优选地，立柱平台101与水面5之间的竖直间距为20cm，水幕106的入水边界线处于微纳气泡辐射区104的水面微纳气泡消融边界线向内5-20cm处，优选地，水幕106的入水边界线处于微纳气泡辐射区104的水面微纳气泡消融边界线向内10cm处。
在一个实施例中，各微纳气泡喷射孔1021分别通过相应的管道1032与微纳气泡发生器1031的出口连接，且各管道1032上分别设有开关阀和压力调节阀，压力调节阀用于调节相应微纳气泡喷射孔1021入水的喷射压力，喷射压力控制在0.5-1MPa，其中微纳气泡发生器1031设置在河湖的堤岸6处，见图3。
在一个实施例中，各微纳气泡喷射孔1021均匀交错分布在处于水面5下的中空立柱102上，处于最下方的微纳气泡喷射孔1021中心与底泥401周围所形成的底泥稳固区402顶面之间的竖直间距控制在20-30cm，优选地，处于最下方的微纳气泡喷射孔1021中心与底泥稳固区402顶面之间的竖直间距为20cm，以减缓微纳米气泡喷射对底泥401造成扰动，中心处于同一竖直线上的相邻微纳气泡喷射孔1021的中心之间的间距控制在10-30cm，优选地，中心处于同一竖直线上的相邻微纳气泡喷射孔1021的中心之间的间距为10cm，中心处于同一水平面上的相邻微纳气泡喷射孔1021的中心连线所形成的圆弧的角度控制在60-90°，优选地，中心处于同一水平面上的相邻微纳气泡喷射孔1021的中心连线所形成的圆弧的角度为60°。其中针对底泥稳固区402，可在底泥401中种植水草以进行底泥401稳固，或者利用底泥401中原有的铁锰元素，在河湖原位循环修复装置1的配备后，促进形成铁锰氧化物薄层，以进行底泥401稳固。本发明采用水草需氧的特点，或采用底泥401中的铁锰元素在有氧条件下易形成铁锰氧化物的特点，通过微纳气泡供氧，以改变底泥401处水体的厌氧区，并进行底泥401稳固，逐渐改善底泥401上翻的情况。
在一个实施例中，微纳气泡辐射区104的边缘一周形成过渡区107，过渡区107用于水幕106入水在喷射压力作用下携带微纳气泡延伸，见图1-2。
一种河湖原位循环修复方法，采用上述任一项的河湖原位循环修复***进行原位循环修复，包括以下步骤：
S1、针对其中一个河湖原位循环修复装置1，启动微纳气泡发生器1031，先通过处于水面5下的中空立柱102中部处的微纳气泡喷射孔1021喷出微纳气泡并作业10-20分钟后，再通过处于水面5下的中空立柱102其他位置处的微纳气泡喷射孔1021喷出微纳气泡并作业10-20分钟，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区104；
S2、当微纳气泡发生器1031作业一段时间后启动水泵301，水泵301通过水管302向立柱平台101上方喷射水柱105，使水柱105落到立柱平台101顶面上并反射形成水幕106，水幕106入水在喷射压力作用下携带微纳气泡向过渡区107延伸，使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体循环流动，并增大水中溶解氧；
S3、底泥401中的铁锰元素在微纳气泡供氧的情况下形成铁锰氧化物薄层，以进行底泥401稳固。
本发明的河湖原位循环修复***可与河湖景观联合设计，进行景观设施建设，整体运行成本低，经济性好，无需大型的用电设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种河湖原位循环修复***，其特征在于：包括多个河湖原位循环修复装置（1）以及处于河湖亏氧区（2）的水泵（301）；所述河湖原位循环修复装置（1）包括立柱平台（101）、中空立柱（102）和微纳气泡发生器（1031），所述立柱平台（101）处于河湖死水或靠近河湖岸坡的水面（5）上方位置处且底面与中空立柱（102）顶端固定连接，所述中空立柱（102）底端固定于河湖的底泥（401）中，所述中空立柱（102）上分布有多个处于水面（5）下且与微纳气泡发生器（1031）出口连接的微纳气泡喷射孔（1021），各所述微纳气泡喷射孔（1021）喷出的微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区（104），所述水泵（301）通过相应的水管（302）用于向立柱平台（101）上方喷射水柱（105），使水柱（105）落到所述立柱平台（101）顶面上并反射形成水幕（106），且水幕（106）的入水边界线处于所述微纳气泡辐射区（104）的水面微纳气泡消融边界线之内；
所述立柱平台（101）呈圆形且水平布置，所述中空立柱（102）呈圆筒形且竖直布置，所述中空立柱（102）顶端与立柱平台（101）底面中部固定连接；
所述水管（302）的尾部中心线竖直且与立柱平台（101）的中心线重合，使水柱（105）垂直落到所述立柱平台（101）顶面中部并反射形成半球形的水幕（106）；
所述立柱平台（101）的直径控制在20-40cm，所述水管（302）的尾部直径为立柱平台（101）直径的30-60%，所述水管（302）的尾端喷出的水柱（105）压力控制在0.4-1MPa，所述立柱平台（101）与水面（5）之间的竖直间距控制在20-30cm；
各所述微纳气泡喷射孔（1021）分别通过相应的管道（1032）与微纳气泡发生器（1031）的出口连接，且各所述管道（1032）上分别设有开关阀和压力调节阀，所述压力调节阀用于调节相应微纳气泡喷射孔（1021）入水的喷射压力，所述喷射压力控制在0.5-1MPa。
2.根据权利要求1所述的一种河湖原位循环修复***，其特征在于：水幕（106）的入水边界线处于所述微纳气泡辐射区（104）的水面微纳气泡消融边界线向内5-20cm处。
3.根据权利要求1所述的一种河湖原位循环修复***，其特征在于：各所述微纳气泡喷射孔（1021）均匀交错分布在处于水面（5）下的中空立柱（102）上，处于最下方的所述微纳气泡喷射孔（1021）中心与底泥（401）周围所形成的底泥稳固区（402）顶面之间的竖直间距控制在20-30cm，中心处于同一竖直线上的相邻所述微纳气泡喷射孔（1021）的中心之间的间距控制在10-30cm，中心处于同一水平面上的相邻所述微纳气泡喷射孔（1021）的中心连线所形成的圆弧的角度控制在60-90°。
4.根据权利要求1所述的一种河湖原位循环修复***，其特征在于：所述微纳气泡辐射区（104）的边缘一周形成过渡区（107），所述过渡区（107）用于水幕（106）入水在喷射压力作用下携带微纳气泡延伸。
5.一种河湖原位循环修复方法，采用如权利要求1-4任一项所述的河湖原位循环修复***进行原位循环修复，其特征在于，包括以下步骤：
S1、针对其中一个所述河湖原位循环修复装置（1），启动所述微纳气泡发生器（1031）并通过各微纳气泡喷射孔（1021）喷出微纳气泡，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区（104）；
S2、当所述微纳气泡发生器（1031）作业一段时间后启动水泵（301），所述水泵（301）通过水管（302）向立柱平台（101）上方喷射水柱（105），使水柱（105）落到所述立柱平台（101）顶面上并反射形成水幕（106），水幕（106）入水在喷射压力作用下携带微纳气泡向微纳气泡辐射区（104）外延伸，使河湖的死水或靠近河湖岸坡的水体循环流动，并增大水中溶解氧；
S3、底泥（401）中的铁锰元素在微纳气泡供氧的情况下形成铁锰氧化物薄层，以进行底泥（401）稳固。
6.根据权利要求5所述的一种河湖原位循环修复方法，其特征在于，步骤S1具体为：针对其中一个所述河湖原位循环修复装置（1），启动所述微纳气泡发生器（1031），先通过处于水面（5）下的所述中空立柱（102）中部处的微纳气泡喷射孔（1021）喷出微纳气泡并作业一段时间后，再通过处于水面（5）下的所述中空立柱（102）其他位置处的微纳气泡喷射孔（1021）喷出微纳气泡并作业一段时间，且微纳气泡向水中扩散并形成微纳气泡辐射区（104）。
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