CN105906037A - 一种风光互补系统底泥原位曝气装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补系统底泥原位曝气装置及方法，属于水体底质处理领域。它包括风光互补供电系统和微孔曝气系统，其中，风光互补供电系统包括逆变器，微孔曝气系统包括鼓风机和微孔曝气板，逆变器的输出与鼓风机连接，鼓风机和微孔曝气板连接。本发明针对目前曝气主要用于河道或湖泊水体的曝气，氧气渗透底泥的能力有限，无法直接且有效的改善黑臭底泥厌氧环境的缺点，通过底泥直接曝气，氧气直接渗透到底泥中且不造成底泥强烈扰动，有效改善底泥厌氧环境，并通过天然能源风光互补系统驱动曝气，解决了野外电力供应不便的难题，节约了能耗。结构原理简单、制作成本低、易于实现，具有较大的环境效益和经济效益。

Description

一种风光互补系统底泥原位曝气装置及方法
技术领域
本发明涉及水体底质处理领域，更具体地说，涉及一种风光互补系统底泥原位曝气装置及方法。
背景技术
风光互补发电系统是将风能和太阳能综合起来利用，实现风光同时发电及互补发电的装置，利用风能与太阳能的互补性进而弥补风电和光电独立系统的缺陷，可获得比较稳定的输出电能，实现供电的连续性、稳定性和可靠性。
河道黑臭现象在我国普遍存在，是水污染治理领域内的一大顽疾，其中一个重要成因就是底泥耗氧。底泥作为水环境的重要组成部分，是排入河网水系的各种污染物的主要归宿场所之一。河道底泥内富集着大量耗氧性有机污染物与重金属等污染物质，在与上覆水体进行物质交换的过程中，它是释放污染物的“源”。底泥好氧层的形成对维持底泥好氧微生物的生长和其它底栖生物多样性具有重要作用。因此，通过曝气的方式实现水体复氧对黑臭河道的治理至关重要。
目前，在黑臭河道治理领域运用最为广泛的水体复氧技术是对水体进行人工曝气。但是，对水体曝气复氧受到水深、温度和气水比等诸多因素影响，其复氧效果不高。更为重要的是，仅仅对水体曝气无法改变底泥的厌氧环境，底泥中的N、P营养盐及各类污染物仍会释放到水体中，此类曝气方法的去污效果受到很大的影响。与之相比，底泥曝气技术既可以扰动底泥进行充氧，又能够对上覆水体进行曝气复氧，可同时满足底泥与上覆水体对DO的需求，大大地提高了水体去污能力以及对黑臭河道的修复效率，现有技术中多有采用，但仍存在一些问题。
中国实用新型专利，授权公告号：CN202116414U，公开日：2012年1月18日，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。其不足之处在于：该方法对底泥扰动强烈，容易使底泥污染物释放，造成二次污染。
中国发明专利，授权公告号：CN105000657A，公开日：2015年10月28日，公开了一种复合了木本生物浮床的底泥曝气装置，用于富营养化水体水污染治理，其特征是复合了风光互补发电技术、底泥曝气技术和木本生物浮床技术。该装置由支架固定在水体中，由风光互补发电驱动鼓风机运转，通过微孔曝气布气管对底泥进行曝气，在曝气区水面设置木本生物浮床以消除底泥曝气对水体景观的负面影响。其不足之处在于：该曝气方法只能限定在某处区域曝气，且曝气深度无法随水深变化而变化，灵活性较差。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有水体曝气复氧技术中复氧效率不高的问题，本发明提供一种风光互补系统底泥原位曝气装置及方法，它能够同时对底泥与上覆水体进行曝气复氧，扰动底泥而增加活性淤泥含量，并抑制底泥内N、P营养盐及各类污染物的释放，同时，该装置系统可调整迁移，具有一定的灵活性，可从根本上解决水体与底泥的缺氧问题。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种风光互补系统底泥原位曝气装置，包括风光互补供电系统和微孔曝气系统，其中，风光互补供电系统包括逆变器，微孔曝气系统包括鼓风机和微孔曝气板，逆变器的输出与鼓风机连接，鼓风机和微孔曝气板连接。
优选地，风光互补供电系统中的风力发电机、控制器和逆变器依次连接，风力发电机所发的24V电能经由控制器到达逆变器，逆变器将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机运行。
优选地，风光互补供电系统中的太阳能光电板、控制器和逆变器依次连接，太阳能光电板所发的24V电能经由控制器到达逆变器，逆变器将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机运行。
优选地，风光互补供电系统中的风力发电机、太阳能光电板、控制器和逆变器均设置在浮板上，微孔曝气系统中的鼓风机也设置在浮板上。浮板用于搭载风光互补发电系统和鼓风机。
优选地，浮板正下方用铁链连接一个平衡固定装置。
优选地，微孔曝气板由上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头组成。
一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其步骤为：
A、将以上所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置放置于待处理的水体中；
B、打开控制器上的定时开关，该装置运行；
C、平衡固定装置位于浮板正下方，平衡固定装置根据水深调整，平衡并固定住浮板；
在重力的作用下，平衡固定装置由铁链索引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，通过铁链调节装置缠绕固定住铁链，使得浮板在水平面上保持平衡；
D、阳光充沛或风力充沛时，相对应地，太阳能光电板或风力发电机发出24V电能，该24V电能经由控制器到达逆变器，逆变器将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机运行；
E、鼓风机通过输气软管将空气输送到微孔曝气板，空气从微孔曝气板的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头处出去，同时对底泥及其上覆水体进行曝气；
F、太阳能光电板或风力发电机发出24V电能，重复步骤D和E，微孔曝气板的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头持续出气，持续对底泥及上覆水体进行曝气；
G、收起平衡固定装置，调整浮板的位置，进而带动微孔曝气板的移动，重复步骤C-F，突破长时间在单一位置曝气的局限性。
优选地，连接鼓风机和微孔曝气板的输气软管的长度可调，实现曝气装置可对不同水深河湖底泥曝气的目的。
输气软管由数段0.5m的短管相接而成，当微孔曝气板未完全平铺于底泥中时，浮板在微孔曝气板的重力牵拉下将处于倾斜状态，此时增加鼓风机出风口处的短管个数，使得软管呈松弛态，且浮板恢复平衡，由此实现输气软管的长度可调以适用不同水深的河道或湖泊水体。
优选地，平衡固定装置的上部为平衡杆，下部为锚；平衡固定装置上部的平衡杆与铁链的一端连接，铁链的另一端与铁链调节装置连接。
微孔曝气的曝气量较小，微孔曝气头布置均匀，深入底泥进行曝气，相较于疏浚技术，该曝气方法对底泥扰动较小，且当曝气时间较长后，底泥的活性淤泥含量增加，底泥翻滚程度下降，不会造成二次污染。
平衡固定装置形如船锚，材质为不锈钢，主要有上部的平衡杆和下部的锚组成，置于浮板正下方可较好地平衡并固定住浮板。
铁链调节装置位于浮板的中心，并通过铁链连接平衡固定装置，铁链缠绕在铁链调节装置的柱体上，收放控制铁链长度，故平衡固定装置不受水深的限制，适用于不同水深的河湖。
优选地，微孔曝气板内有曝气支管，曝气支管上表面设有上出气微孔曝气头，曝气支管下表面设有下出气微孔曝气头。
上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头，分别等间距排列在曝气支管的上表面和下表面。
在重力的作用下，平衡固定装置由铁链牵引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，将铁链缠绕固定于铁链调节装置上，故平衡固定装置可根据水深调整，平衡并固定住浮板。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的浮板用于搭载风光互补发电系统和鼓风机，曝气供电来源于风光互补发电系统，可实现零能耗，绿色环保；
(2)本发明现有水体曝气复氧技术中复氧效率普遍为20-35％，针对现有曝气技术复氧效率不高，无法改变底泥厌氧环境和底泥继续释放营养盐等问题，本发明的氧效率可达38-50％(水深≥5m)；
(3)本发明的曝气装置的微孔曝气板的下半部分浸没在底泥中，下出气微孔曝气头曝气扰动底泥而增加活性淤泥含量，并抑制底泥内N、P营养盐及各类污染物的释放，同时，该装置系统可调整迁移，具有一定的灵活性，从而可从根本上解决水体与底泥的缺氧问题；
(4)本发明连接鼓风机和微孔曝气板的输气软管的长度可调，实现曝气装置可对不同水深河湖底泥曝气的目的；输气软管由数段0.5m的短管相接而成，短管个数根据水深变化而变化，由此实现输气软管的长度可调；
(5)本发明的铁链调节装置位于浮板的中心，并通过铁链连接平衡固定装置，铁链缠绕在铁链调节装置的柱体上，收放控制铁链长度，故平衡固定装置不受水深的限制，适用于不同水深的河湖；
(6)本发明的上出气微孔曝气头对上覆水体进行曝气复氧；下出气微孔曝气头对底泥进行曝气复氧，微孔曝气的曝气量较小，微孔曝气头布置均匀，深入底泥进行曝气，相较于疏浚技术，该曝气方法对底泥扰动较小，且当曝气时间较长后，底泥的活性淤泥含量增加，底泥翻滚程度下降，不会造成二次污染；
(7)本发明在重力的作用下，平衡固定装置由铁链牵引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，将铁链缠绕固定于铁链调节装置上，故平衡固定装置可根据水深调整，平衡并固定住浮板；
(8)本发明综合利用天然能源风能和太阳能，驱动曝气装置，用于河道和(或)湖泊底泥曝气改善黑臭底泥厌氧环境，修复受污染河道和(或)湖泊水体；
(9)本发明的结构原理简单、制作成本低、易于实现。
附图说明
图1为本发明专利结构图；
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、太阳能光电板；2、风力发电机；3、控制器；4、逆变器；5、鼓风机；6、浮板；7、输气管；8、微孔曝气板；9、平衡固定装置；10、铁链调节装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1-3，一种风光互补系统底泥原位曝气装置，包括风光互补供电系统和微孔曝气系统，其中，风光互补供电系统包括逆变器4，微孔曝气系统包括鼓风机5和微孔曝气板8，逆变器4的输出与鼓风机5连接，鼓风机5和微孔曝气板8连接。本发明的结构原理简单、制作成本低、易于实现。
现有水体曝气复氧技术中复氧效率普遍为20-35％，针对现有曝气技术复氧效率不高，无法改变底泥厌氧环境和底泥继续释放营养盐等问题，本发明的氧效率可达38-50％(水深≥5m)。该曝气装置的微孔曝气板8的下半部分浸没在底泥中，下出气微孔曝气头曝气扰动底泥而增加活性淤泥含量，并抑制底泥内N、P营养盐及各类污染物的释放，同时，该装置系统可调整迁移，具有一定的灵活性，从而，可从根本上解决水体与底泥的缺氧问题。
实施例2
与实施例1类似，其中，连接鼓风机5和微孔曝气板8的输气软管7的长度可调，实现曝气装置可对不同水深河湖底泥曝气的目的。输气软管7由数段0.5m的短管相接而成，当微孔曝气板8未完全平铺于底泥中时，浮板6在微孔曝气板8的重力牵拉下将处于倾斜状态，此时增加鼓风机5出风口处的短管个数，使得软管呈松弛态，且浮板6恢复平衡，由此实现输气软管7的长度可调以适用不同水深的河道。
实施例3
与实施例1类似，其中，平衡固定装置9的上部为平衡杆，下部为锚；平衡固定装置9上部的平衡杆与铁链的一端连接，铁链的另一端与铁链调节装置10连接。
平衡固定装置9形如船锚，材质为不锈钢，主要有上部的平衡杆和下部的锚组成，置于浮板6正下方可较好地平衡并固定住浮板6。铁链调节装置10位于浮板6的中心，并通过铁链连接平衡固定装置9，铁链缠绕在铁链调节装置10的柱体上，收放控制铁链长度，故平衡固定装置9不受水深的限制，适用于不同水深的河湖。
实施例4
与实施例1类似，其中，微孔曝气板8内有曝气支管，曝气支管上表面设有上出气微孔曝气头，曝气支管下表面设有下出气微孔曝气头；上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头，分别等间距排列在曝气支管的上表面和下表面。
上出气微孔曝气头对上覆水体进行曝气复氧；下出气微孔曝气头对底泥进行曝气复氧，微孔曝气的曝气量较小，微孔曝气头布置均匀，深入底泥进行曝气，相较于疏浚技术，该曝气方法对底泥扰动较小，且当曝气时间较长后，底泥的活性淤泥含量增加，底泥翻滚程度下降，不会造成二次污染。
在重力的作用下，平衡固定装置9由铁链牵引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，将铁链缠绕固定于铁链调节装置10上，故平衡固定装置9可根据水深调整，平衡并固定住浮板6。
实施例5
与实施例1类似，其中，浮板6正下方用铁链连接一个平衡固定装置9；微孔曝气板8由上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头组成。
实施例6
与实施例1类似，其中，风光互补供电系统中的风力发电机2、控制器3和逆变器4依次连接，风力发电机2所发的24V电能经由控制器3到达逆变器4，逆变器4将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机5运行。
实施例7
与实施例1类似，其中，风光互补供电系统中的太阳能光电板1、控制器3和逆变器4依次连接，太阳能光电板1所发的24V电能经由控制器3到达逆变器4，逆变器4将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机5运行；控制器3和逆变器4、鼓风机5依次通过电缆连接。
实施例8
与实施例1类似，其中，风光互补供电系统中的风力发电机2、太阳能光电板1、控制器3和逆变器4均设置在浮板6上，微孔曝气系统中的鼓风机5也设置在浮板6上。浮板6用于搭载风光互补发电系统和鼓风机5。该系统装置是综合利用天然能源风能和太阳能，驱动曝气装置，用于河道和(或)湖泊底泥曝气改善黑臭底泥厌氧环境，修复受污染河道和(或)湖泊水体。曝气供电来源于风光互补发电系统，可实现零能耗，绿色环保。
实施例9
与实施例1类似，其中，一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其步骤为：
A、将以上所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置放置于待处理的水体中；
B、打开控制器3上的定时开关，该装置运行；
C、平衡固定装置9位于浮板6正下方，平衡固定装置9根据水深调整，平衡并固定住浮板6；
在重力的作用下，平衡固定装置9由铁链索引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，通过铁链调节装置10缠绕固定住铁链，使得浮板6在水平面上保持平衡；
D、阳光充沛或风力充沛时，相对应地，太阳能光电板1或风力发电机2发出24V电能，该24V电能经由控制器3到达逆变器4，逆变器4将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机5运行；
E、鼓风机5通过输气软管7将空气输送到微孔曝气板8，空气从微孔曝气板8的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头处出去，同时对底泥及其上覆水体进行曝气；
F、太阳能光电板1或风力发电机2发出24V电能，重复步骤D和E，微孔曝气板8的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头持续出气，持续对底泥及上覆水体进行曝气；
微孔曝气板8同时对底泥与上覆水体进行曝气复氧，扰动底泥而增加活性淤泥含量，并抑制底泥内N、P营养盐及各类污染物的释放，可极大地提升黑臭河道的修复效率；
G、收起平衡固定装置9，调整浮板6的位置，进而带动微孔曝气板8的移动，重复步骤C-F，突破长时间在单一位置曝气的局限性。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风光互补系统底泥原位曝气装置，包括风光互补供电系统和微孔曝气系统，其特征在于，风光互补供电系统包括逆变器(4)，微孔曝气系统包括鼓风机(5)和微孔曝气板(8)，逆变器(4)的输出与鼓风机(5)连接，鼓风机(5)和微孔曝气板(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置，其特征在于，风光互补供电系统中的风力发电机(2)、控制器(3)和逆变器(4)依次连接，风力发电机(2)所发的24V电能经由控制器(3)到达逆变器(4)，逆变器(4)将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机(5)运行。
3.根据权利要求1所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置，其特征在于，风光互补供电系统中的太阳能光电板(1)、控制器(3)和逆变器(4)依次连接，太阳能光电板(1)所发的24V电能经由控制器(3)到达逆变器(4)，逆变器(4)将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机(5)运行。
4.根据权利要求2或3所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置，其特征在于，风光互补供电系统中的风力发电机(2)、太阳能光电板(1)、控制器(3)和逆变器(4)均设置在浮板(6)上，微孔曝气系统中的鼓风机(5)也设置在浮板(6)上。
5.根据权利要求2所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置，其特征在于，浮板(6)正下方用铁链连接一个平衡固定装置(9)。
6.根据权利要求3所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置，其特征在于，微孔曝气板(8)由上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头组成。
7.一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其特征在于：
A、将权利要求1所述的一种风光互补系统底泥原位曝气装置放置于待处理的水体中；
B、打开控制器(3)上的定时开关，该装置运行；
C、平衡固定装置(9)位于浮板(6)正下方，平衡固定装置(9)根据水深调整，平衡并固定住浮板(6)；
在重力的作用下，平衡固定装置(9)由铁链索引沉入水下，锚插入底泥深处并牢固地抓住泥体，当锚深入泥体且铁链呈现松弛态时，通过铁链调节装置(10)缠绕固定住铁链，使得浮板(6)在水平面上保持平衡；
D、阳光充沛或风力充沛时，相对应地，太阳能光电板(1)或风力发电机(2)发出24V电能，24V电能经由控制器(3)到达逆变器(4)，逆变器(4)将24V电能转成220V电能，驱动鼓风机(5)运行；
E、鼓风机(5)通过输气软管(7)将空气输送到微孔曝气板(8)，空气从微孔曝气板(8)的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头处出去，同时对底泥及其上覆水体进行曝气；
F、太阳能光电板(1)或风力发电机(2)发出24V电能，重复步骤D和E，微孔曝气板(8)的上出气微孔曝气头和下出气微孔曝气头持续出气，持续对底泥及上覆水体进行曝气；
G、收起平衡固定装置(9)，调整浮板(6)的位置，进而带动微孔曝气板(8)的移动，重复步骤C-F，突破长时间在单一位置曝气的局限性。
8.根据权利要求7所述的一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其特征在于，连接鼓风机(5)和微孔曝气板(8)的输气软管(7)的长度可调，实现曝气装置可对不同水深河湖底泥曝气的目的。
9.根据权利要求7所述的一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其特征在于，平衡固定装置(9)的上部为平衡杆，下部为锚；平衡固定装置(9)上部的平衡杆与铁链的一端连接，铁链的另一端与铁链调节装置(10)连接。
10.根据权利要求9所述的一种风光互补系统底泥原位曝气方法，其特征在于，微孔曝气板(8)内有曝气支管，曝气支管上表面设有上出气微孔曝气头，曝气支管下表面设有下出气微孔曝气头。
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