CN105565511A - 一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺及布气装置 - Google Patents

一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺及布气装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺及布气装置，工艺包括如下步骤：(1)先向黑臭河道上覆水中投加药剂降低黑臭河道上覆水中臭气浓度；(2)再向黑臭河道底泥中散布纳米气泡。布气装置包括：纳米气泡机；布气管，水平悬浮于黑臭河道底泥上方，该布气管的进口连通至所述纳米气泡机、底面开设若干曝气缝。本发明中先降低黑臭河道中的臭气浓度，再通过纳米气泡机与特定的布气管向底泥中布气，由于所述纳米发泡机所产生的气泡粒径很小，几乎对水体不造成扰动，产生的气泡可附着在底泥表层，氧传质速率高，同时气泡溃灭产生的水力空化效应等可极大加速底泥的原位氧化修复，几乎没有臭气的产生。

Description

一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺及布气装置
技术领域
本发明属于水环境治理的生态修复领域，具体涉及一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺。
背景技术
富营养化水体中某些藻类等大量增值导致水下光照强度下降，溶解氧过量被消耗后藻体迅速死亡、腐烂，同时引发水域生态系统各个层面上的失衡，最后崩溃，水质持续恶化，含硫、氮等有机物降解时逸出的氨、硫化氢等使水体变臭，而导致水体发黑的物质则主要是硫化铁、硫化锰等不溶解物质。
随着人们物质生活水平的提高，以及环保意识的增强，逐渐开始重视对黑臭河道的治理。例如，公开号为CN103332789A的发明申请文献公开了一种黑臭河道水体生态净化的方法包括如下步骤：(1)在待治理河道中选择一段河岸相对平直，水流相对平缓的河段，并在河段水流方向的上游和下游分别设置有垃圾栅格；(2)在河段内垂直于河岸间隔设置人工湿地，人工湿地的数量不少于两个，上游人工湿地高于下游人工湿地，上游人工湿地的水体潜流速度远远小于河流的水流速度，人工湿地表面固定有生态浮床，生态浮床上采用水面无土栽培技术种植水生植物，下游人工湿地在水流上游方向设置有微生物菌种投放装置；(3)定期清理垃圾栅格附件的垃圾，对水生植物进行养护，定期投放微生物菌种。
公开号为CN102603078A的发明申请文献公开了一种针对黑臭河道水体修复的方法，该方法采用仿生水草-微生物制剂-鲢鱼-河蚌-蚯蚓的复合体系，利用生物富氧技术，实现原位治理的方式进行黑臭河道进行水体修复。上述生态净化方法都存在净化周期长的问题。
另外，曝气复氧也是其中一个常用也是最简单有效的方法，例如，公开号为102874976A的中国发明专利申请文献公开了一种黑臭水体和底泥营养盐的净化方法，其特征在于，包括以下步骤：a)对所述黑臭水体的表层底泥和上覆水体进行曝气处理，同步降低水体和表层底泥氨氮含量，同时对水体中的磷进行吸附固定；b)将进行曝气处理后的水体进行沉降处理；c)将经过沉降处理的水体重复进行步骤a)和步骤b)处理，至水体中氨氮浓度低于预定浓度时，将水体静置处理，完成水体净化。
但是曝气过程中会加快黑臭河道水体中臭气物质的释放，对附近居民健康、生活环境等产生重大影响。
发明内容
本发明提供一种黑臭河道修复工艺及布气装置，降低处理过程中的臭气逸散，减小对附近居民的影响。
一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺，包括如下步骤：
(1)先向黑臭河道上覆水中投加药剂降低黑臭河道上覆水中臭气浓度；(2)再向黑臭河道底泥中散布纳米气泡。
所述药剂为以下药剂中的一种或任意几种按任意顺序组合投加：
(1)经硝酸钙溶液浸渍过且粒径为0.5-1mm的沸石：
本发明中可通过向黑臭河道的上覆水中投加供硝酸钙缓释的生物亲和性载体降低黑臭河道上覆水中的臭气，所述生物亲和性载体优选为硝酸钙溶液浸渍过的沸石，粒径为0.5-1mm，用于浸渍沸石的硝酸钙溶液浓度为0.16～0.32g/mL，浸渍时间为20-30min；沸石的投加量为1.0-2.3kg/m2。
缺氧条件下，硝酸盐的注入使反硝化微生物的活性提高，同时对硫酸盐还原菌(SRB)产生有效抑制，并促进硫氧化细菌将SRB产生的硫化氢等还原性硫化物氧化成硫酸盐，从而有效减少臭气的产生及致黑物质的形成。
(2)由脱氮硫杆菌、中间硫杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌中的至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂：
本发明所采用脱氮硫杆菌、中间硫杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌均为本领域现有菌株，可通过市购途径获得，例如脱氮硫杆菌可采用保藏号ATCC25259的脱氮硫杆菌，中间硫杆菌可采用保藏号CCAM030160的中间硫杆菌，芽孢杆菌可采用保藏号ACCC01387的芽孢杆菌，假单胞菌可采用保藏号CGMCCNo.4793的假单胞菌。
本发明可通过向黑臭河道的上覆水中投加微生物制剂或菌剂包埋剂降低黑臭河道上覆水中的臭气浓度，微生物菌剂或菌剂包埋剂抑制硫酸盐还原和氧化硫化氢。
微生物菌剂或菌剂包埋剂为由上述菌株中至少一种按常规方法制备。
所述微生物菌剂或菌剂包埋剂的投加量为55-90ppm，优选为65ppm。
(3)经高温或氯化钠改性并过270目到400目筛后的沸石：
本发明中可通过向黑臭河道的上覆水中投撒经高温或氯化钠改性后的沸石降低黑臭河道上覆水中臭气浓度。
沸石为人工沸石或天然沸石，高温改性的过程为：200℃-450℃焙烧2～4h；优选为450℃焙烧3h。
氯化钠改性的过程为：将沸石置于浓度为0.8-1.6mol/L的氯化钠溶液中，70～80℃水浴加热1.5～2.5h，搅拌后将滤液抽出，用蒸馏水冲洗后置于烘箱中100～110℃下干燥2.5～3.5h；优选为：将沸石置于浓度为0.8-1.6mol/L的氯化钠溶液中，75℃水浴加热2h，多次搅拌后将滤液抽出，用蒸馏水冲洗后置于烘箱中105℃下干燥3h。
该方法中，沸石的投加量以达到沸石的氨氮过饱和吸附为准，当添加的沸石为1.6mol/L氯化钠改性沸石时，沸石的投加量为2.3-3.5kg/m2。
(4)由硝化杆菌和硝化球菌中至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂。
本发明中还可以通过向黑臭河道的上覆水中投撒硝化细菌降低黑臭河道上覆水中的臭气浓度，所用硝化杆菌和硝化球菌均为本领域现有菌株，可通过市购途径获得，例如，可采用保藏号CGMCC10171的维氏硝化杆菌、保藏号CGMCCNO.3659的水氏黄杆菌和保藏号CGMCCNo.3658的脱氮副球菌。
微生物菌剂和菌剂包埋剂均为常规方法制得，微生物菌剂或菌剂包埋剂的投加量为55-90ppm，优选为70ppm。
步骤(1)中的处理时间为5～8天。
步骤(1)中一种最优选的方法为按如下步骤顺次进行：
(1)向黑臭河道上覆水中投加经硝酸钙溶液浸渍过且粒径为0.5-1mm的沸石；
(2)待步骤(1)中投加的沸石全部沉入河底后再投加由脱氮硫杆菌、硫化细菌、芽孢杆菌和假单胞菌中的至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂；
(3)待步骤(2)的药剂处理1～2d后，再投加经高温或氯化钠改性并过270目到400目筛后的沸石，该步骤中沸石投加量以达到沸石的氨氮过饱和吸附为准；
(4)待步骤(3)投加的沸石全部沉入河底后再投加由硝化杆菌和硝化球菌中至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂。
待上覆水中臭气浓度降到一定水平时向底泥布气，气源可以为去除氮气的空气、氧气、臭氧等气体。
其中所述上覆水中臭气浓度降到一定水平，指的是当上层水体有轻微扰动时，几乎不再有臭气逸散，处理时间在5～8天。
进一步优选，还可在河沿岸种植水生植物，获得很好的景观效果。
本发明还提供一种向黑臭河道底泥中散布纳米气泡的布气装置，本发明上述步骤(2)向黑臭河道底泥中散布纳米气泡优选采用本发明的布气装置进行。
本发明中优选地，通过布气装置向黑臭河道底泥中布气。
所述布气装置包括：
纳米气泡机
布气管，水平悬浮于黑臭河道底泥上方，该布气管的进口连通至所述纳米气泡机、底面开始若干曝气缝。
优选地，所述布气管悬浮于黑臭河道底泥上方500-1000mm位置处。
所述布气管为一端开口一端封闭的细管，优选为方管，横截面呈矩形的布气管用来提高纳米气泡的扩散效果和利用率，截面内侧矩形边长30mm-50mm，管长4000-7000mm，布气管厚度约10mm。
所述曝气缝开设在布气管朝向底泥的面上，优选地，所述曝气缝沿气水混合物流向的宽度为1-2mm。进一步优选地，以管长为4000-7000mm为例，开设25-30排均匀分布的曝气缝，缝间距依布气管长度而定，相邻曝气缝之间的间距优选为200mm-250mm。优选地，用于将所述布气管悬浮在底泥上方的装置包括：
中空浮力管，所述布气管固定在该中空浮力管下方；
附重，通过链条固定在布气管上。
优选地，所述布气管与中空浮力管之间通过绳套固定，所述附重通过链条固定在该绳套上
中空浮力管直径15-30cm，长度略短于布气管200mm左右，本发明所用密闭中空浮力管主要起浮力作用，材料为PVC。
中空浮力管与布气管外圈每隔1m处设置一个固定绳套，在绳子下端固定重物(水泥块、石块等)，即附重。
每个曝气缝沿气水混合物流向的前端设置固定在布气管底面上的导流板。所述导流板向逆气流向倾斜，与布气管底面之间形成45～60度夹角，且导流板与布气管的相交线为两相邻曝气缝之间的中线。
优选地，所述布气管两侧设置挡板，两侧的挡板在布气管上方交汇。
两侧的挡板交汇后形成人字形挡板，两侧挡板交汇处的夹角为120°，长度略长于布气管长度50-100mm，宽300-400mm。
布气管位于两侧挡板的交汇处，在挡板的作用下，由布气缝流出的气水混合物能更好的向底泥中扩散。
水气混合液从曝气缝往外的流速优选为0.3-0.5m/s。
所述纳米发泡机产生的纳米气泡粒径80％在50nm-200nm之间，实际所测富含该纳米气泡的水体ζ电位高达-40mV。纳米气泡机安置在河床上。
优选地，所述纳米气泡机的进气量为1～2m3/h，进水量为15～25m3/h；用气源优选为除去氮气的空气。进一步优选，述纳米气泡机的进气量为1.5m3/h，进水量为20m3/h。
布气方式采用间歇式，每布气8～10h停3～4h；进一步优选，每布气10h停4h。
本发明中通过纳米气泡机与特定的布气管向底泥中布气，由于所述纳米发泡机所产生的气泡粒径很小，几乎对水体不造成扰动，产生的气泡可附着在底泥表层，氧传质速率高，同时气泡溃灭产生的水力空化效应等可极大加速底泥的原位氧化修复，几乎没有臭气的产生。
本发明的布气方法可以任何合理方式组合使用多个布气装置。
本发明的黑臭河道修复工艺可显著增加底泥中土著硝化细菌、反硝化细菌及硫氧化细菌等的丰度。当水体透明度有所改善时，在河岸边种植沉水、挺水等水生植物，使生态系统多样化，最终达到自然平衡。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：最大程度地降低了黑臭河道修复过程中臭气的逸散，治理后水体溶氧和透明度显著提升，完全去除河道黑臭现象，生态友好。
附图说明
图1为本发明所提供黑臭河道修复工艺纳米气泡布气装置结构示意图
图2为图1所示A部分的局部放大图。
图3为本发明所提供黑臭河道修复工艺纳米气泡布气装置剖面图
图中所示附图标记如下：
1-挡板2-布气管3-绳套
4-中空浮力管5-附重6-链条
7-导流板8-曝气缝9-河床
10-纳米气泡机11-提升泵12-河道水位线
具体实施方式
如图1～3所示，为本发明的布气装置的结构示意图，包括纳米气泡机10和布气管2，纳米气泡机为本领域现有装置，安装在河床9上，通过安装在河道水面的提升泵11进水，布气管横向悬浮在河道底泥上方700mm位置处。
布气管为一端开口一端封闭的细管，开口端为气水混合区进口，连接纳米气泡机10，布气管为方管，本实施方式中采用截面为边长为40mm的正方形、管长6000mm的矩形管。
布气管2面向底泥的面即底面上均匀开设若干曝气缝8，曝气缝的宽度为1-2mm，本实施方式中，开设29排均匀分布的曝气缝，相邻曝气缝之间的间距为200mm，在每个曝气缝的前端(沿气水混合物流向的前端)各设置一块导流板7，导流板向逆气水混合物方向倾斜，与布气管底面之间形成45度夹角，且导流板与布气管的相交线为两相邻曝气缝之间的中线，以图1所示方向为例，气水混合物由左至右流动，每个曝气缝对应的导流板位于其右侧，且向左侧倾斜呈45度夹角。
布气管2的两侧各设置一块挡板1，挡板沿布气管长度方向设置，两块挡板在布气管上方交汇，交汇处夹角为120°，布气管位于两挡板交汇处的夹角处。挡板长度略长于布气管的长度，宽350mm。
布气管2通过中空浮力管4、绳套3和附重5悬浮在底泥上方，中空浮力管直径25cm，长度略短于布气管，密闭中空浮力管主要起浮力作用，材料为PVC，中空浮力管与布气管外圈每隔1m处设置一个固定绳套，在绳子下端固定重物(水泥块等)，即附重5，附重5与绳套之间通过链条6连接。
实施例1
本实施例降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺包括如下步骤：
首先依据河道理化性质现状，向黑臭河道中投加浸泡过浓度为0.16g/mL硝酸钙溶液30min的沸石，沸石粒径0.5-1mm左右，投加用量为1.8kg/m2。
待上述沸石基本全部沉入河底后，再投加脱氮硫杆菌(保藏号ATCC25259)和假单胞菌(保藏号CGMCCNo.479)混合菌剂，采用包埋小球的方式投加，投加量为65ppm。
1d后，按用量3kg/m2左右投撒氯化钠改性的粒径大小为过380目筛所得的人工或天然沸石。沸石改性方法为：将沸石置于浓度为1.6mol/L的氯化钠溶液中，75℃水浴加热2h，多次搅拌后将滤液抽出，用蒸馏水冲洗后置于烘箱中105℃下干燥2h。
待投加的沸石全部沉入河底后，再投加硝化细菌制剂，即维氏硝化杆菌(保藏号CGMCC10171)和脱氮副球菌(保藏号CGMCCNo.3658)混合菌剂，投加量为70ppm。
上述四个步骤之间的顺序可做任意合理的调整。
待河道水面大气硫化氢浓度降至0.2mg/L以下，河道上覆水中氨氮浓度降至6mg/L以下时，采用上述布气装置向底泥中散布纳米气泡。纳米气泡机的气源为去除氮气的空气。
当纳米发泡机启动时，所述纳米气泡与水的混合流从曝气缝中流出，同时调节水气混合液流速为0.3m/s。
布气方式采用间歇式，每布气10h停4h。
3个半月后水体透明度有所改善时，可在河沿岸种植主要包括穗花狐尾藻、金鱼藻、鸢尾、美人蕉等水生植物。
采用该实施例方法对绍兴市上虞区后濠湖前后治理现状：
表1
表2
后濠湖长约400m，需治理段长328m(均宽约44m，水深约2.5m)，出水口在湖面的西南角，水面整体流向为由东向西，但是流量过小，几乎处于死水状态。目前每天约有600t生活污水排入河道。水体中累积的淤泥残渣等污染物厌氧反应产生恶臭气体，严重影响了周边景观及居民生活环境。
由表1可知，后濠湖氨氮、COD等严重超标，属劣Ⅴ类水质。表2为该湖采用上述实施例治理后5个月的各指标数据，其中大气中硫化氢浓度与水体氨氮浓度均有显著性降低，整个河道几乎不再有臭气散逸，底泥黑臭现象也得到了明显改善，同时取得了很好的景观效果。

Claims (10)

1.一种降低臭气逸散的黑臭河道修复工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)先向黑臭河道上覆水中投加药剂降低黑臭河道上覆水中臭气浓度；(2)再向黑臭河道底泥中散布纳米气泡。
2.根据权利要求1所述黑臭河道修复工艺，其特征在于，所述药剂为以下药剂中的一种或任意几种按任意顺序组合投加：
(1)经硝酸钙溶液浸渍过且粒径为0.5-1mm的沸石；
(2)由脱氮硫杆菌、中间硫杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌中的至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂；
(3)经高温或氯化钠(“等”为词义不确定的表述，权利要求书中不允许使用，故删除)改性并过270目到400目筛后的沸石；
(4)由硝化杆菌和硝化球菌中至少一种制备得到的微生物菌剂或菌剂包埋剂。
3.根据权利要求1所述黑臭河道修复工艺，其特征在于，步骤(1)的处理时间为5～8天。
4.一种向黑臭河道底泥中散布纳米气泡的布气装置，其特征在于，包括：
纳米气泡机；
布气管，水平悬浮于黑臭河道底泥上方，该布气管的进口连通至所述纳米气泡机、底面开设若干曝气缝。
5.根据权利要求4所述布气装置，其特征在于，所述布气管悬浮于黑臭河道底泥上方500-1000mm位置处。
6.根据权利要求5所述布气装置，其特征在于，用于将所述布气管悬浮在底泥上方的装置包括：
中空浮力管，所述布气管固定在该中空浮力管下方；
附重，通过链条固定在中空浮力管上。
7.根据权利要求6所述布气装置，其特征在于，所述布气管与中空浮力管之间通过绳套固定，所述附重通过链条固定在该绳套上。
8.根据权利要求4所述布气装置，其特征在于，所述曝气缝沿气水混合物流向的宽度为1-2mm。
9.根据权利要求4所述布气装置，其特征在于，每个曝气缝沿气水混合物流向的前端设置固定在布气管底面上的导流板。
10.根据权利要求9所述布气装置，其特征在于，所述布气管两侧设置挡板，两侧的挡板在布气管上方交汇。
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