CN102730924A - 一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气装置 - Google Patents

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黄勇
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Abstract

本发明公开了一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，包括泥水隔离罩、搅拌机、微孔曝气装置和支撑板，所述支撑板与泥水隔离罩的外表面相连，所述搅拌机的搅拌棒贯穿泥水隔离罩，所述曝气装置与泥水隔离罩相连，微孔曝气装置包括曝气管、排气阀、废气排放管、微孔曝气头和曝气支管，在泥水隔离罩的外表面设有曝气管及由曝气管引出的曝气支管，曝气管及曝气支管都设有贯穿进泥水隔离罩的微孔曝气头，所述废气排放管贯穿泥水隔离罩，所述废气排放管的外表面出口处设有排气阀。本发明的装置，通过曝气对底泥进行原位修复，避免向水体引入新的化学、生物风险，不破坏水体原有的生态环境；降低资源消耗；降低了底泥清淤频率。

Description

一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气装置
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气装置。
背景技术
目前，我国大部分水体已经呈现富营养化现象或者正在富营养化过程中。随着污水截流率的不断提高和流域管理措施的加强，外源污染的排入正在逐渐减少，然而，大部分水体的内源污染却逐渐成为水体污染的主要来源。使得引起水体富营养化的关键因素，如磷等，一直居高不下。
通常，对于富营养化水体而言，内源磷的修复机理就是将其固定在底泥中，抑制其向水体释放固定，或者通过底泥清淤，降低内源释放量。常用的方法就是底泥覆盖，即采用未污染的底泥、清洁砂子、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥，还有诸如方解石、粉煤灰、土工织物或一些复杂的人造地基材料等作为覆盖材料，将底泥与水物理性隔开。另外，环保清淤通过清除水体底泥而达到减少内源磷释放的目的。该方法仍处于实验阶段，即使在某些水体应用，水质改善效果未完全达到预期，而且疏浚的投入也大。清除的底泥处置不当，则会引起二次污染。也有采用种植水生植物，在根圈效应作用下，将内源磷固定或者被水生植物吸收。这种方法对底泥的组成、厚度、上覆水水质等都有较高要求，而且其效果也一般。
从上述方法中可以看出，目前，对内源磷的控制通常是物理方法，即很少有从内源磷化学转化的角度来探讨对内源磷固定的。因为内源磷的赋存形态不同，其释放量也不同，并且，在一定环境条件下，内源磷不同赋存形态间存在转化趋势。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提出一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气装置，解决了现有技术中以物理方法对内源磷进行控制导致的资源投入较大、易引起二次污染等问题。
为解决上述技术问题，达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，包括泥水隔离罩、搅拌机、微孔曝气装置和支撑板，所述支撑板与泥水隔离罩的外表面相连，所述搅拌机的搅拌棒管贯穿泥水隔离罩，所述曝气装置与泥水隔离罩相连，所述微孔曝气装置包括曝气管、排气阀、废气排放管、微孔曝气头和曝气支管，在泥水隔离罩的外表面设有曝气管及由曝气管引出的曝气支管，曝气管及曝气支管都设有贯穿进泥水隔离罩的微孔曝气头，所述废气排放管贯穿泥水隔离罩，所述废气排放管的外表面出口处设有排气阀。
优选的，所述泥水隔离罩的材质为工程塑料。
优选的，所述泥水隔离罩为中空长方体。
优选的，所述曝气装置采用微孔曝气装置。
本发明装置的工作过程如下：将泥水隔离罩的下部插入底泥，通过搅拌机的扰动作用，将罩内底泥扰动、悬浮。通过微孔曝气装置向罩内充入空气，利用氧气的氧化作用将悬浮的铁锰等金属离子氧化，使其以氧化态存在，特别是促使底泥中的非晶型铁氧化物转化成晶型铁氧化物，并将罩内泥水混合液中的中小分子量有机物氧化，一方面促使有机磷矿化成磷酸盐，剩余的则属于难以释放的残渣磷，另一方面使底泥的主要组成转变为以矿物构架为主的铁、硅等无机大分子胶体。通过扰动作用的曝气氧化，可以将水体表层5cm以内的底泥的释磷活性显著降低，从而抑制内源磷的释放。氧化后剩余的废气(以氮气为主)从排气管输出，通过排气阀释放到大气中。
形成本发明技术方案的技术原理：通过底泥扰动促使底泥悬浮，在曝气作用下，将底泥中铁锰等金属离子氧化，尤其是铁离子，并将其从非晶型铁氧化物氧化成晶型铁氧化物，从而使非闭蓄态铁结合态磷转化成闭蓄态铁结合态磷。由于氧化作用，加快了底泥中有机磷的矿化速率，释放的磷酸盐在密闭的泥水隔离罩中，避免其释放到水体中。在底泥扰动作用下，增加了其与铁锰钙等金属离子的接触几率，并对其固定，从而完成对底泥中有机磷的转化固定。
与现有技术中的方案相比，本发明的优点是：
1.通过曝气对底泥进行原位修复，避免向水体引入新的化学、生物风险，不破坏水体原有的生态环境；降低资源消耗；降低了底泥清淤频率。
2.本发明适合于已经控制外源污染的城市缓流水体或静止水体，在不影响或破坏水体景观功能以及水体生态环境的情况下，实现水体修复。
下面结合具体实施方式对本专利作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图。
图2为本发明的基于图1的A-A剖面图。
图3为本发明的基于图1的B-B剖面图。
图中标号说明：1为泥水隔离罩；2为搅拌机；3为曝气管；4为排气阀；5为废气排放管；6为微孔曝气头；7为支撑板；8为曝气支管。
具体实施方式
实施例1
本发明的一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，所述装置包括泥水隔离罩1、搅拌机2、微孔曝气装置和支撑板7，泥水隔离罩1为工程塑料材质的中空长方体形，通过两块横向的连接在泥水隔离罩1对应外侧面上的支撑板7架设在待处理水域中，泥水隔离罩1倒扣在水中，所述搅拌机2的搅拌棒竖向贯穿过泥水隔离罩1，贯穿部分与泥水隔离罩1固定连接，搅拌棒深入泥水隔离罩1的下方水域；所述微孔曝气装置与泥水隔离罩1相连，所述微孔曝气装置包括曝气管3、排气阀4、废气排放管5、微孔曝气头6和曝气支管8，在泥水隔离罩1的上端外表面设有横向的曝气管3及由曝气管3引出的曝气支管8，横向的曝气管3及曝气支管8都设有竖向的贯穿进泥水隔离罩1的微孔曝气头6，所述废气排放管5上下贯穿泥水隔离罩1，所述废气排放管5的上端出口在水面以上，出口处装有排气阀4。
优选的，所述泥水隔离罩1的材质为工程塑料，覆盖面积为1m2，高度25cm，其中，在使用过程中将泥水隔离罩1下部插入底泥中，深度为5cm；所述搅拌机2的转速在60-200转/分范围内；所述曝气装置采用微孔曝气装置；曝气装置的曝气量为10-20L/min；气泡尺寸在1.5-3mm。
通过底泥扰动促使底泥悬浮，在曝气作用下，将底泥中铁锰等金属离子氧化，尤其是铁离子，并将其从非晶型铁氧化物氧化成晶型铁氧化物，从而使非闭蓄态铁结合态磷转化成闭蓄态铁结合态磷。由于氧化作用，加快了底泥中有机磷的矿化速率，释放的磷酸盐在密闭的泥水隔离罩中，避免其释放到水体中。在底泥扰动作用下，增加了其与铁锰钙等金属离子的接触几率，并对其固定，从而完成对底泥中有机磷的转化固定。
采用本发明对某河段的底泥曝气修复实验
采用本发明对苏州科技学院校园河道底泥进行修复。底泥扰动曝气装置采用工程塑料制作。覆盖面积为1m2，有效高度为20cm。搅拌机1台，133转/分，功率为0.55Kw。采用微孔曝气方式，曝气量为15L/min。连续运行5d后，该处底泥修复结束。
内源磷固定效果为，有机质含量从13.9％(未修复底泥)降至9.6％(修复后底泥)，有机磷含量从223.6mg/kg(未修复底泥)降至163.2mg/kg(修复后底泥)，闭蓄态铁铝结合态磷含量从335.8mg/kg(未修复底泥)增加至459.4mg/kg(修复后底泥)。厌氧状态下，内源磷释放量则从18.625mg/(kg·h)(未修复底泥)降至12.557mg/(kg·h)(修复后底泥)。
上述实施例中采用的实施条件可以根据实际情况做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述装置包括泥水隔离罩(1)、搅拌机(2)、曝气装置和支撑板(7)，所述搅拌机(2)的搅拌棒贯穿泥水隔离罩(1)，所述曝气装置与泥水隔离罩(1)连接，所述支撑板(7)与泥水隔离罩(1)的外表面连接。
2.根据权利要求1所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述曝气装置为微孔曝气装置。
3.根据权利要求2所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述微孔曝气装置包括曝气管(3)、排气阀(4)、废气排放管(5)、微孔曝气头(6)和曝气支管(8)，在泥水隔离罩(1)的外表面设有曝气管(3)及由曝气管(3)引出的曝气支管(8)，曝气管(3)及曝气支管(8)都设有贯穿进泥水隔离罩(1)的微孔曝气头(6)，所述废气排放管(5)与搅拌棒平行，贯穿泥水隔离罩(1)，所述废气排放管(5)的外表面出口处设有排气阀(4)。
4.根据权利要求2所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述微孔曝气装置，曝气装置的曝气量为10-20L/min，气泡尺寸为1.5-3mm。
5.根据权利要求1所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述泥水隔离罩(1)的材质为工程塑料。
6.根据权利要求1或5所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述泥水隔离罩(1)为中空长方体。
7.根据权利要求6所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述泥水隔离罩(1)的上表面积为1m2，高度25cm。
8.根据权利要求1所述的强化内源磷固定的底泥扰动曝气的装置，其特征在于，所述搅拌机2的转速为60-200转/分。
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