CN105906173A - 一种黑臭河水的修复方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种处理黑臭河水的修复方法及其装置。其特征是按：排污口截污处理、曝气及水体净化处理、底泥沉积物的回收及处理、生态植被种植、建立河岸栈道，并以栈道护栏建立水培走道，这些步骤和装置共同完成的。它能将河道底部淤泥资源化，并合理利用河岸，将原有黑臭河道改造成为集绿化、休闲、产业为一体的生态系统。
Description
技术领域
本发明属于水生态修复领域，尤其涉及一种处理黑臭河水的修复方法及其装置，适用于城市由于污染物随意排放导致的内河水体黑臭化。
背景技术
由于早年城市规划不完善，许多污染物直接排放至城市内河，导致水体严重污染，发黑发臭，COD含量高，但黑臭水体中溶解氧含量极低，导致水体中的污染无法氧化分解，底泥沉积物淤积，水体的自净能力及行洪能力被严重削弱，影响由于长期的忽视，导致河水难以处理。
现行处理黑臭河水的办法有：引水冲淤，这种方法耗能大，并且属于治标不治本的方法，底泥的问题没有消除，只是将底泥从上游转移到了下游。另外使用传统的曝气方法，曝气效率低下，对水体的处理效果并不理想。采用浮岛的方法，对于城市小型河道，会减缓流速，可能加重淤积情况，利用微生物处理，微生物生长环境不理想。
发明内容
本发明的目的在于解决城市河道黑臭问题，提供一种黑臭河水的修复方法及其装置，它能将河道底部淤泥资源化，并合理利用河岸，将原有黑臭河道改造成为集绿化、休闲、产业为一体的生态系统。
本发明要解决上述技术问题所采取的技术方案是：根据不同的河道情况选择是否需要截污，如有排污口，则利用截污处理设备进行处理，将各个排污口利用管道连接，并通入截污处理设备，根据地理情况选择设备安装位置，河道两岸面积足够，设备选择放置于河岸上，不足则采用沉井施工方式置于河道内岸边；截污处理设备设有格栅，污水经过格栅大尺寸的物质被截留，格栅采用人工清渣；设备内部分为里圈与外圈，内圈为好氧及泥水分离区，外圈为水解酸化区，污水经格栅及进水口流入外圈，里圈底部有纳米溶氧盘，设备中装有填料增加容积负荷，污水进入外圈，微生物附着在填料进行厌氧缺氧反应，内圈部分进行好氧呼吸，水在好氧及泥水分离区由水流带动上升，外圈的水不断补充内圈下层由气流带动至上层的污水，进行循环曝气，处理水经过滤网截留由好氧及泥水分离区上的出水管排出；利用湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备进行充氧、调节水体其他生态因子、同时投加微生物对水体进行净化；河道清淤船上的高溶氧发生装置在集泥罩内对底泥沉积物进行纳米充氧，促使底泥沉积物中有机质及无机颗粒分离，并通过微纳米气泡气浮的作用，使有机质与水体分离，并通过泵吸将底泥沉积物收集于河道清淤船的集泥箱中；将储存于河道清淤船上集泥箱的泥抽至设备间的底泥沉积物处理设备，将泥水混合物进行处理，并进一步泥水分离，将处理后的水作为营养液原液，并添加少量其他营养物质用于水培种植；泥经压滤处理可进行堆肥处理用作肥料。在河岸两侧包括河岸、消落带及水下在内的区域种植植物如有消落带，在河岸消落带处种植植物；建立河岸栈道，并以栈道护栏建立水培走道。
所述的河道清淤船由船体、高溶氧发生装置、高压溶氧出管、微气泡及纳米气泡扩散装置、集泥罩、储泥槽、吸泥泵、吸泥管、集泥箱、软管、刮泥机组成，船体后半部分开有足够安装集泥罩与储泥槽的矩形开口，集泥罩与大气连接，微气泡及纳米气泡扩散装置置于集泥罩内，并通过高压溶氧出管与高溶氧发生装置连接，高压溶氧出管与中间部分为软管，集泥罩上方安装有刮泥机，刮泥机可将气浮的污泥刮进储泥槽，吸泥管连接到储泥槽，并通过吸泥泵连接至集泥箱，河道清淤船的气水混合物流量为0.5--20m3/h；设备间设有污泥处理系统、压滤机、集水池及水体生态因子及基因表达纳米调控设备的地上部分；其中污泥处理采用序批式的污泥处理方式，先对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后通过抽泥泵排泥，单位周期时间为2.5h,其中曝气时长为50~90min，曝气方式采用纳米曝气，曝气强度为0.2~10L/(m2•min)，集水池通过水泵与水培管中的营养管相连，并在一定水位处设置出水口，通至河道；水培部分的主体部分由营养管和水培管两个部分构成，水培管上开有水培槽，水培槽间距为15~20cm，营养管为细管，位于水培管内壁上部，并每隔15~20cm的距离开设有压力雾化喷口，营养管为回路，在营养管前段设有倒U管，整体坡度约为0.02~0.03°，绕行河道一周回到设备间，此外设备间内放置“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”的地上部分，并连接至水下部分，水下部分每间隔10~100m设置一套“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”；河道两岸设计为河岸生态保护带，根据河岸充水情况不同种植不同的植物，水下部分可种植沉水植物，位于消落带低位可选择种植挺水植物，消落带高位可选择种植湿生草本，种植密度为5~12株/m2，河岸缓坡种植木本植物，如果树等，间隔4~10m；在河岸两侧或在消落带斜坡上方铺设栈道，而水培管就位于栈道的护栏上。选择后者方案，栈道材质选用钢化玻璃，增加消落带植物光照。
由于采用了上述技术方案本发明的有益效果和优点是：本发明利用了微纳米曝气技术，利用较少的气量，高效地提高了水体中溶解氧的含量，加速了水体中有机物的氧化分解，改善水体质量，在湖库流域生态因子及基因表达纳米调控设备作用下对水生环境进行生态因子调控，改善水体生存环境，使其适于生物生长；在曝气的同时，利用气浮法的原理将水体中的有机质含量高的底泥吸出，改善底质，减少无机颗粒物表面粘附的有机质含量，双管齐下，处理高效；同时集泥罩可防止充氧曝气时对于外部底泥沉积物扰动，提高收集效率；对河道底部污泥充分利用，泥饼可用作生物堆肥原料，处理水用添加少于营养物质作水培植物的营养液，减少配置水培营养液的消耗，就地取材，节约资源；铺设栈道美化风景，系统充分利用河道及河道两岸的土地及栈道，占地面积小；在河岸边种植沉水及挺水植物不仅起到水土保持的作用，同样能对水体产生净化作用；种植水培植物生长周期短，在充分利用资源的同时，产生收益，利用水培产业反哺净化工程，水体净化到一定时期可以选择向河道中投放鱼苗，形成以景观-净化-资源利用为一体的生态产业链。采用本发明，整体处理的时间缩短三分之一，并能够持续控制，避免黑臭反复。
附图说明
图1是本发明一种黑臭河水的修复方法的流程方框图；
图2是本发明一种黑臭河水的修复方法的河道清淤工程效果截面示意图；
图3 是本发明一种黑臭河水的修复方法的平面布置示意图；
图4是本发明一种黑臭河水的修复方法的截污处理设备（1）结构截面图；
图5是本发明一种黑臭河水的修复方法的截污处理设备（1）结构俯视图；
图6是本发明一种黑臭河水的修复方法的清淤船（3）结构示意图；
图7是本发明一种黑臭河水的修复方法的气雾培装置（5）结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图的具体实施方式对本发明作进一步说明，但不是对本发明的限制。
参照附图可知：本发明的一种黑臭河水的修复方法，其特征是按如下步骤完成的：
(a) 排污口截污处理：若存在排污口，首先对排污口进行截污，将各个排污口利用管道连接，并通入截污处理设备1，进行处理排放入河道；
(b) 曝气及水体净化处理：利用已授权实用新型专利“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”2进行曝气及投加微生物对水体进行净化，装置分为水下及水上两部分，水下部分沿着河道以间隔10~100m进行设置，其水上部分位于设备间4内；
(c) 底泥沉积物的回收及处理：对底泥沉积物进行回收处理，根据沉积物情况选择处理方式，通过泥泵将泥水混合物抽出，或通过河道清淤船3对水体进行插入泥中辅助充氧，利用气浮法将底泥沉积物收集，将泥水混合物通入设备间4，对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后通过抽泥泵排泥，泥经压滤处理进行堆肥处理用作肥料；
(d)生态植被种植：在河岸两侧包括河岸、消落带及水下在内的区域种植植物，水下部分种植沉水植物，位于消落带低位选择种植挺水植物，消落带高位选择种植湿生草本，种植密度为5~12株/m2，河岸缓坡种植木本植物，果树，间隔4~10m；
(e)建立河岸栈道，并以栈道护栏建立水培走道；栈道材质选用钢化玻璃，增加消落带植物光照，将经过底泥沉积物处理设备处理后的水作为营养液原液用于水培种植，水绕行河道一周回到设备间并最终排放到河道，水培方式采用气雾培，气雾培装置由水培管、营养管和压力雾化喷口组成，营养管为细管，位于水培管内壁上部，水培系统为回路，水培管安装栈道的护栏上，管道整体坡度为0.02~0.03°；
所述的截污处理设备1由进水口1-1、格栅1-2、检查孔1-3、纳米溶氧盘1-4、内圈1-5、外圈1-6、出水管1-7、滤网1-8所组成，内圈1-5与外圈1-6均装有填料；格栅1-2位于内圈顶部，纳米溶氧盘1-4在内圈1-5底部，检查孔1-3设有四个，并均匀分布于外圈1-6顶部表面，进水口（1-1）设在截污处理设备（1）外壳的上部，出水管（1-7）设在截污处理设备（1）外壳的上部外侧面；
所述的河道清淤船3由船体3-1、高溶氧发生装置3-2、高压溶氧出管3-3、微气泡及纳米气泡扩散装置3-4、集泥罩3-5、储泥槽3-6、吸泥泵3-7、吸泥管3-8、集泥箱3-9、软管3-10、刮泥机3-11组成，船体3-1后半部分开有足够安装集泥罩3-5与储泥槽3-6的矩形开口3-13，集泥罩3-5与大气连接，微气泡及纳米气泡扩散装置3-4置于集泥罩3-5内，并通过高压溶氧出管3-3与高溶氧发生装置3-2连接，高压溶氧出管3-3部分为软管3-10集泥罩3-5上方安装有刮泥机3-11，刮泥机3-11可将气浮的污泥刮进储泥槽3-6，吸泥管3-8连接到储泥槽3-6，并通过吸泥泵3-7连接至集泥箱3-9，集泥箱3-9侧面底部设有卸泥口3-13；
所述的河道清淤船3上的已授权发明专利“高溶氧发生装置” 3-2在集泥罩3-5内对底泥沉积物进行纳米充氧，促使底泥沉积物中有机质及无机颗粒分离，并通过微纳米气泡气浮的作用，使有机质与水体分离，并通过泵吸将底泥沉积物收集于河道清淤船3的集泥箱3-9中；将储存于河道清淤船3上集泥箱3-9的泥抽至设备间4的底泥沉积物处理设备，将泥水混合物进行处理，并进一步泥水分离；
所述的河道清淤船3内的高溶氧发生装置3-2的气水混合物流量为0.5--20m3/h；
所述的集泥罩3-5底部形状为棱台，高度为10~20cm；
所述的气雾培装置5由水培管5-1、营养管5-2和压力雾化喷口5-3组成，营养管5-2位于水培管5-1内壁上部，水培管5-1与营养管5-2前端设计成倒U型管，防止回流，所述的水培管5-1沿水平方向上部设有水培槽4-5，水培槽4-5间距为15cm~20cm，营养管4-2为封闭式，营养管4-2上开有压力雾化喷口4-3，间距为15~20cm；
所述的设备间4设有污泥处理系统、压滤机、集水池及授权实用新型专利“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”的地上部分；
所述的污泥处理系统的处理方法是：污泥处理采用序批式的污泥处理方式，先对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后通过抽泥泵排泥，单位周期时间为2.5h,其中曝气时长为50~90min，曝气方式采用纳米曝气，曝气强度为0.2~10L/(m2•min)，所述的集水池通过水泵与水培管中的营养管相连，并在一定水位处设置出水口，通至河道。
本发明首先利用截污处理设备1进行截污处理，将各个排污口利用管道连接，并通入截污处理设备1，设备采用沉井施工将其固定在河道旁；污水经过格栅1-2大尺寸的物质被截留，格栅1-2采用人工清渣的格栅，采用人工清渣；接着污水由进水口1-1排放至外圈1-6，外圈1-5微生物附着在填料上进行厌氧缺氧反应，内圈1-5在纳米溶氧盘1-4的工作下进行好氧呼吸，好氧及泥水分离区部分水流由气体带动上升，外圈1-6的水不断补充内圈1-5，下层由气流带动至上层的污水，进行循环曝气；处理水经过滤网1-8截留由内圈1-5的出水管1-7排出，并将湖库流域的生态因子及基因表达纳米控制设备2水下部分沉入水体中，投加相应微生物并开始进行溶氧曝气，增加水体中溶解氧含量，并利用设备对水体投加相应的微生物群，加快有机物分解，并依据水体状况进行智能调节，利用河道清淤船3进行清淤；通过河道清淤船3上装载的高溶氧发生装置3-1进行辅助纳米充氧，气水混合物流量为0.5--20m3/h，微气泡通过高压溶氧出管3-2至微气泡及纳米气泡扩散装置3-3将水底淤泥冲散，高溶氧出管3-2中段以软管3-9连接，利用气浮法的原理，在微气泡上升的过程中，将水中的污泥托起并浮于水面，集泥罩3-4上方的刮泥机3-10不断来回往复的运动，让泥渣落入储泥槽3-5，储泥槽3-5中的泥经由吸泥泵3-6通过吸泥管3-7抽至集泥箱3-9中，集泥罩3-4可以根据水深度进行调节，在淤泥回收箱满后，通过卸泥口3-12将淤泥转移至设备间4的底泥沉积物处理设备对泥水混合物进行进一步处理，首先对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后进行排泥，利用压滤机，对分离的泥进行除水，泥饼可用通过堆肥作植物肥料，每日处理的泥水混合物的量为15~30m3。在河道两岸消落带部分种植植物，消落带低位种植挺水植物，消落带高位选择湿生草本，一般选择使用本地物种进行种植，种植密度为5~12株/m2，在消落带上方的栈道上安装水培管，种植水培植物，并通入处理后分离的水制成营养液，在水泵开启时，营养液进入营养管，并通过压力雾化喷口，喷淋在水培植物的根系上，根系吸收后，多余的水分流到水培管内，顺着管道流动，并回到设备间，并进行新一轮循环。经过一天循环的水营养物质减少，氮磷含量被充分的吸收利用，去除率达85~91.3%，经集中后排放至河道中。在河道处理期间，截污处理设备1可以通过检查孔1-3对设备进行维护与检修，经过一段时间的系统修复，河岸水下部分种植沉水植物，并往河道内投加鱼苗，湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备2根据水质进行曝气量、微生物配比的调控。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。 因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围，未详细说明公开的技术均为已知技术，所属领域的技术人员可以从现有技术中直接、唯一地得出有关内容的，都在说明书中予以省略。
以上是本发明的优选实施方式，凡依上述构思所作的相类似改变，理应属于本发明的涵盖内容。
Claims (9)
1.一种黑臭河水的修复方法，其特征是按如下步骤完成的：
(a) 排污口截污处理：若存在排污口，首先对排污口进行截污，将各个排污口利用管道连接，并通入截污处理设备（1），根据地理情况选择设备安装位置，河道两岸面积足够，设备选择放置于河岸上，或采用沉井施工方式置于河道内岸边，进行处理排放入河道；
(b) 充氧及水体净化处理：利用授权实用新型专利“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”（2）进行充氧、调节水体其他生态因子、同时投加微生物对水体进行净化，设备分为水下及水上两部分，水下部分沿着河道以间隔10~100m进行设置，其水上部分位于设备间（4）内，设备间（4）内放置授权实用新型专利“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”（2）的地上部分，并连接至水下部分；
(c) 底泥沉积物的回收及处理：根据沉积物情况选择处理方式，通过泥泵将泥水混合物抽出，或通过河道清淤船（3）对水体进行插入泥中辅助充氧，利用气浮法将底泥沉积物收集，将泥水混合物通入设备间（4），对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后通过抽泥泵排泥，泥经压滤处理进行堆肥处理用作肥料；
(d)生态植被种植：在河岸两侧包括河岸、消落带及水下在内的区域种植植物，水下部分种植沉水植物，位于消落带低位选择种植挺水植物，消落带高位选择种植湿生草本，种植密度为5~12株/m2，河岸缓坡种植木本植物，果树，间隔4~10m；
(e)建立河岸栈道，并以栈道护栏建立水培走道；栈道材质选用钢化玻璃，增加消落带植物光照，将经过底泥沉积物处理设备处理后的水作为营养液原液用于水培种植，水绕行河道一周回到设备间并最终排放到河道，水培方式采用气雾培，气雾培装置由水培管、营养管和压力雾化喷口组成，营养管为细管，位于水培管内壁上部，水培系统为回路，水培管安装栈道的护栏上，管道整体坡度为0.02~0.03°。
2. 根据权利要求1所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的截污处理设备（1）由进水口（1-1）、格栅（1-2）、检查孔（1-3）、纳米溶氧盘（1-4）、内圈（1-5）、外圈（1-6）、出水管（1-7）、滤网（1-8）所组成，内圈（1-5）与外圈（1-6）均装有填料；格栅（1-2）位于内圈（1-5）顶部，纳米溶氧盘（1-4）在内圈（1-5）底部，检查孔（1-3）设有四个，并均匀分布于外圈（1-6）顶部表面，滤网（1-8）位于内圈（1-5）内部上方，进水口（1-1）设在截污处理设备（1）外壳的上部，出水管（1-7）设在截污处理设备（1）外壳的上部外侧面。
3. 根据权利要求1所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的河道清淤船（3）由船体（3-1）、授权发明专利“高溶氧发生装置” （3-2）、高压溶氧出管（3-3）、微气泡及纳米气泡扩散装置（3-4）、集泥罩（3-5）、储泥槽（3-6）、吸泥泵（3-7）、吸泥管（3-8）、集泥箱（3-9）、软管（3-10）、刮泥机（3-11）组成，船体（3-1）后半部分开有足够安装集泥罩（3-5）与储泥槽（3-6）的矩形开口（3-12），集泥罩（3-5）与大气连接，微气泡及纳米气泡扩散装置（3-4）置于集泥罩（3-5）内，并通过高压溶氧出管（3-3）与授权发明专利“高溶氧发生装置”（3-2）连接，高压溶氧出管（3-3）部分为软管（3-10），集泥罩（3-5）上方安装有刮泥机（3-11），刮泥机（3-11）将气浮的污泥刮进储泥槽（3-6），吸泥管（3-8）一端连接到储泥槽（3-6）另一端通过吸泥泵（3-7）连接至集泥箱（3-9），集泥箱（3-9）侧面底部设有卸泥口（3-13）。
4. 根据权利要求3所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的河道清淤船（3）上的已授权发明专利“高溶氧发生装置” （3-2）在集泥罩（3-5）内对底泥沉积物进行纳米充氧，促使底泥沉积物中有机质及无机颗粒分离，并通过微纳米气泡气浮的作用，使有机质与水体分离，并通过泵吸将底泥沉积物收集于河道清淤船（3）的集泥箱（3-9）中；将储存于河道清淤船（3）上集泥箱（3-9）的泥抽至设备间（4）的底泥沉积物处理设备，将泥水混合物进行处理，并进一步泥水分离。
5. 根据权利要求1所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的河道清淤船（3）内的“高溶氧发生装置”（3-2）的气水混合物流量为0.5--20m3/h。
6. 根据权利要求3所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的集泥罩（3-5）底部形状为棱台，高度为10~20cm。
7. 根据权利要求1所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的气雾培装置（5）由水培管（5-1）、营养管（5-2）和压力雾化喷口（5-3）组成，营养管（5-2）位于水培管（5-1）内壁上部，水培管（5-1）与营养管（5-2）前端设计成倒U型管，防止回流，所述的水培管（5-1）沿水平方向上部设有水培槽（4-5），水培槽（4-5）间距为15cm~20cm，营养管（4-2）为封闭式，营养管（4-2）上开有压力雾化喷口（4-3），间距为15~20cm。
8. 根据权利要求1所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的设备间（4）设有污泥处理系统、压滤机、集水池及授权实用新型专利“湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备”的地上部分。
9. 根据权利要求8所述的一种黑臭河水的修复方法，其特征是所述的污泥处理系统的处理方法是：污泥处理采用序批式的污泥处理方式，先对泥水混合物进行曝气，去除泥水混合物中的有害物质并消毒，曝气结束后经过一段时间沉淀，将上清液排出，最后通过抽泥泵排泥，单位周期时间为2.5h,其中曝气时长为50~90min，曝气方式采用纳米曝气，曝气强度为0.2~10L/(m2•min)，所述的集水池通过水泵与水培管中的营养管相连，并在一定水位处设置出水口，通至河道。
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