CN107298510A - 一种模块化可移动黑臭河道治理系统和方法 - Google Patents

一种模块化可移动黑臭河道治理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：包括底泥氧化机构、污水复氧机构和生物架机构,污水复氧机构、底泥氧化机构和生物架机构依次进行。(1)利用了各个黑臭河道治理技术的优点，综合集成，发挥整体效益，其效益的具体定量结果见实施例；(2)可以预先工厂化生产各个模块，然后运至河道统一按步骤组装，进行河道治理，具有模块化操作的特点；(3)模块安装完成后，不仅可以发挥黑臭河道治理的效益，还能改善河道景观；(4)整个模块安装和运行具有生态工程的示范作用。

Description

一种模块化可移动黑臭河道治理系统和方法
技术领域
本发明涉及河道治理技术领域，具体涉及一种模块化可移动黑臭河道治理系统和方法。
背景技术
随着城市化步伐加快，我国城市、乡村河流人类干扰导致退化日益严重，陆地上污染物的大量排入，使大部分河流氮、磷、COD、BOD等污染物严重超标，诱发了一系列环境问题，如河流水体富营养化、河流黑臭、河流生物多样性下降、河流底泥垃圾化、河流自净能力和水体景观功能退化等。其中，河流黑臭是一个关键的河流环境问题，河流黑臭既是其他河流环境问题产生的原因，也是其他环境问题导致的结果，是一个难于治理的环境问题。解决河流黑臭是城市河流生态系统、流域生态系统可持续发展的关键所在。
河流黑臭产生的原因有多种，有外因，也有内因。外因主要是大量外源氮、磷、COD、BOD进入河流水系，超过了水体的自我氧化分解能力或自净能力，水体富营养化，水体处于缺氧状态，水体中的COD、BOD主要通过厌氧分解的方式进行，结果产生了许多挥发性、气体性小分子有机物和无机物，如酮类、醛类、醇类、有机酸类、硫化氢、甲烷、氮氧化物、一氧化碳等，人们靠近河流的时候就闻到这些物质难闻的臭味。在水体厌氧的条件下，河流中水体和富含有机物的底泥处于还原状态，有些金属离子如3价的铁、锰被还原成2价，形成FeS,MnS等物质在底泥中或释放进入水体，致使河流变黑。内因主要是城市化步伐加快，为了节约土地，河流两岸常常被硬化，河道收窄，岸边和水中植被减少，对河流的输氧能力下降，降低了河流自净能力。水资源被截留，雨污分流的实施，使河流水体的补充减少，水体流速缓慢，河流自净能力下降也是一个重要的内因。
针对河流黑臭的原因，国内外已开发了不少的治理黑臭的技术。这些技术主要包括物理、化学、生物生态法。物理方法主要是人工曝气、底泥疏浚、调水冲淤等。人工曝气如鼓风曝气带曝气、水面转刷、射流增氧、船载移动曝气等。底泥疏浚主要有干床开挖、船载或岸边抓斗清挖、水力冲挖等。调水冲淤是通过输入清水，把污染物冲走并稀释。化学方法主要是强化絮泥、化学氧化、化学沉淀等，如铁盐、铝盐、改性硅藻土等混凝剂、双氧化水等氧化剂、生石灰等沉淀剂。生物生态技术包括微生物强化技术、生物膜技术、植物净化技术等。
然而，根据国内外实践，任何单一的技术无法根本解决河流黑臭问题，需要多种技术结合。目前，国内外这些不同黑臭河道治理技术常常是无关联的、分散的，由不同学科理论支撑，没有相应的技术模式或组合把不同黑臭河道治理技术整合应用，使这些技术系统化、模块化、组装化、方便操作，发挥技术的整体效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种模块化可移动黑臭河道治理系统和方法，以解决现有技术存在的问题。
本发明的技术方案是：一种模块化可移动黑臭河道治理系统，包括底泥氧化机构、污水复氧机构和生物架机构,污水复氧机构、底泥氧化机构和生物架机构依次进行。
所述底泥氧化机构包括PVC透水箱、PVC透水袋和氧化剂混合物；所述PVC透水箱为一扁平的矩形箱体，PVC透水箱中装有PVC透水袋，所述PVC透水袋中装有氧化剂混合物；PVC透水箱的顶部设有绳索；PVC透水箱的底面为可拆卸的。
所述污水复氧机构包括梯形支架、潜水泵、输水管和水流分散伞，所述潜水泵通过梯形支架放置在河道底部，输水管的一端与潜水泵相连接，输水管的另一端设有水流分散伞；所述梯形支架的四个顶角上分别设有绳索。
所述生物架机构包括支架、植物生长基和水生植物；所述支架包括3个不同高度的分层支架，所述植物生长基放置在分层支架上，所述水生植物栽植在植物生长基中；所述支架上设有绳索。
所述水流分散伞为两个半圆形雨棚结构、三角形或梯形结构。
植物生长基包括矩形的PVC底盘、营养土、底泥和胶泥，所述PVC底盘的底部设有圆孔，所述PVC底盘中放置营养土、底泥、胶泥。
所述生物架机构中的支架为等边矩形、直角梯形或矩形。
所述水生植物为风车草、再力花、水葱、菖蒲、芦苇或水花生。
一种模块化可移动黑臭河道治理系统的使用方法，包括以下步骤：步骤1，对河道污泥进行清除，使河道底部保留底泥，厚度不小于10厘米；步骤2，利用污水复氧机构中的潜水泵将距离河道底部40-60cm处的黑臭水体通过输水管提升至少4米后落至水流分散伞上，进行曝气复氧；步骤3，添加混凝剂；步骤4，配制氧化剂混合物，将配制的氧化剂混合物装入底泥氧化机构中的PVC透水袋中，将PVC透水箱放入河道底部的底泥中进行氧化；步骤5，把种植完成的植物基安装在生物架机构的支架上，将生物架机构放入河道水流中。所述氧化剂混合物为高锰酸钾-草酸-石英沙混合物或过氧化钙-草酸-石英沙混合物；所述高锰酸钾-草酸-石英沙混合物包括：高锰酸钾晶体1000g，草酸晶体200g，石英砂1747.8g；所述氧化钙-草酸-石英沙混合物包括：氧化钙2000g，草酸300g，石英砂1188g。
本发明的有益效果：
(1)利用了各个黑臭河道治理技术的优点，综合集成，发挥整体效益，其效益的具体定量结果见实施例；(2)可以预先工厂化生产各个模块，然后运至河道统一按步骤组装，进行河道治理，具有模块化操作的特点；(3)模块安装完成后，不仅可以发挥黑臭河道治理的效益，还能改善河道景观；(4)整个模块安装和运行具有生态工程的示范作用。
附图说明
图1为PVC透水箱的结构示意图；
图2为污水复氧机构(水流分散伞为)的结构示意图；
图3为污水复氧机构(水流分散伞为两个半圆形雨棚结构)的结构示意图；
图4为生物架机构中的等腰梯形支架结构示意图；
图5为生物架机构中的直角梯形支架结构示意图；
图6为生物架机构中的矩形支架结构示意图；
图7为生物架机构结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例提供了一种模块化可移动黑臭河道治理系统，包括污水复氧机构、底泥氧化机构、生物架机构；先通过污水复氧机构将河道底部的水体进行曝气复氧；曝气复氧完成后，清理复氧机构后，放置底泥氧化机构，用于将河道底泥中的有机物进行氧化分解，并在底泥中释放氧气；氧化完成后，清理出氧化机构，最后生物架机构用于将安装已栽植水生植物的生物架系统放到河道的水流中，溶解河道水流中的营养盐。所述底泥氧化机构用于将河道底泥中的有机物进行氧化分解，并在底泥中释放氧气；所述污水复氧机构用于将河道底部的水体进行曝气复氧；所述生物架机构用于将安装已栽植水生植物的生物架系统放到河道的水流中，吸收利用河道水流中的营养盐。
所述污水复氧机构包括梯形支架、潜水泵、输水管、水流分散伞，所述潜水泵通过梯形支架放置在河道底部，输水管的一端与潜水泵相连接，输水管的另一端设有水流分散伞，所述梯形支架的四个顶角上分别设有绳索；潜水泵的标准功率为1.5kw，扬程4米，潜水泵出水管直径10厘米，提水量65m3/小时，复氧量1.2-1.8kgO2/小时。整个梯形支架的重量为200kg，当潜水泵被螺栓固定到所述梯形角钢支架后，两者重量为200-230kg。所述输水管内直径10厘米，重量3-3.5公斤/米，总长4米，分为两段，中间用螺纹连接。所述输水管末端污水分散伞是两个半圆形雨棚结构，直径1.5米，厚度8毫米，在两个半圆形雨棚圆心位置突出半圆形管状结构，直径10.6-11厘米，长10厘米，当两个半圆形雨棚围着所述垂直输水管末端后，用套管(内直径10.6-11厘米，厚度8毫米)压紧所述在两个半圆形雨棚圆心位置突出半圆形管状结构，使所述雨棚紧紧地固定在所述输水管末端。整个所述的垂直输水管和输水管末端污水分散伞总重量为35公斤，再加上输水管中水柱和雨棚上水膜的重量36公斤，得出所述潜水泵出水口以上系统的总重量为71公斤，与潜水泵+梯形梯形架重量200-230公斤的比值大约为1:3，保证了系统在运行时的稳定性。所述绳索是结在所述梯形支架四个角上的尼龙绳，当放置该污水复氧机构时，可以起到引导和调整位置的作用。所述复氧系统整体可以在河岸上安装完成后，再用绳索调到目标位置进行复氧。
底泥氧化机构包括PVC透水箱，PVC透水袋、氧化剂混合物；所述PVC透水箱为一扁平的矩形箱体，PVC透水箱中装有PVC透水袋，所述PVC透水袋中装有氧化剂混合物；PVC透水箱的顶部设有绳索，PVC透水箱的底面为可拆卸的；本实施例中，PVC透水箱用高硬度PVC制造,硬度90邵氏硬度值，透水箱的壁厚度1厘米，透水箱内空间大小为23厘米×13厘米×5厘米，透水箱上下盖子的网孔大小为2厘米×2厘米。透水箱两侧、两端面壁网孔大小为1.8厘米×2厘米，两端面网孔梁宽1.4厘米×1.4厘米。PVC透水箱底面是可拆卸的。PVC透水袋用32目尼龙网缝制，大小为23厘米×13厘米×5厘米(图1)。绳索为尼龙绳，直径1厘米，长50米。装入所述PVC透水袋中的氧化剂混合物有两种类型，一种是高锰酸钾-草酸-石英沙混合物，高锰酸钾晶体1000克，草酸晶体200克，石英砂1747.8克；另外一种是过氧化钙-草酸-石英沙混合物，过氧化钙2000克，草酸300克，石英砂1188克。
所述生物架机构包括支架、植物生长基、水生植物；所述支架包括多个不同高度的层支架，所述植物生长基放置在层支架上，所述水生植物栽植在植物生长基中；植物生长基包括矩形的PCV底盘、营养土、底泥和胶泥，所述PCV底盘的底部设有多个圆孔，以便黑臭水能进入底盘中被植物吸收，同时也可以排水，所述PCV底盘中依次放置营养土、底泥、胶泥；所述支架上设有绳索。所述生物架机构中的支架可以为等边梯形、直角梯形或矩形。本实施例中，支架与植物生长基托盘连接处的孔直径为1.2厘米，植物生长基PVC托盘深15厘米，托盘底和边壁厚度1厘米，在底部每100平方厘米面积上有10个直径1厘米的小圆孔，硬度为85邵氏硬度。植物生长基PVC托盘大小有3中规格：70厘米×70厘米，65厘米×65厘米，50厘米×50厘米。所述PVC托盘在四个角上分别有直径1厘米的小孔以安装圆形插销，圆形插销安装通过断的端点套入图3的角钢支架横档和PVC托盘对应的小孔中即可。
本实施例中，植物生长基的制作首先在PVC底盘上铺上报纸，把1:1的壤土和熟化有机肥混合成的营养土放在PVC底盘中的报纸上，在PVC底盘中铺上报纸的目的是防止营养土从托盘底部的小孔漏出。在营养土上栽植植物，并把栽植好植物的植物基放在有薄层水的园地中培养，水层厚度以淹没营养土为适。冬天培养把植物基放在塑料大棚温室中培养，以使植物快速成活并生长。当植物基上的植物开始快速生长前，把植物基安装在角钢支架上，然后在营养土上铺上胶泥或底泥放入河中。铺上胶泥或底泥的目的是防治营养土的营养物质快速释放入水体中。具体过程为：通过人工或机械对放置点河底进行整平；把栽植有植物的植物基用插销固定在角钢支架上；利用吊车或人工安装有植物基的生物架系统；利用插销连接角钢支架和河岸上的锚杆。本实施例中，所述水生植物为风车草、再力花、水葱、菖蒲、芦苇、水花生等，其高度要求植物生长基没入水下至少大于10厘米，以便水体中营养能进入植物生长基，然后被植物根系吸收。
植物生长基上栽植风车草、再力花、水葱、菖蒲、芦苇、水花生等，其处理效果要比其他植物效率高15-50％。而且除水花生外，对河道景观的改善特别明显。即使是水花生，由于规范的河岸栽植，使水花生这种有害杂草变坏为宝，变成吸收河流中氮磷的高效植物，河道景观也得到一定的改善。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，除水流分散伞的形状为不同类型外。不同水流分散伞复氧的效果差别不大，但可以增加模块的多样性，改善河道景观，使治理模块不是很单调。
实施例3
本实施例提供了一种模块化可移动黑臭河道治理方法，包括以下步骤：
步骤1，对河道污泥进行部分清理，使河道底部保留有一层底泥；
步骤2，利用污水复氧机构中的潜水泵将距离河道底部50cm(和复氧机构水下的支架高度一致)处的水体通过输水管提升至少4米后落至水流分散伞上，进行曝气复氧；
污水复氧机构的单位复氧量为1.2-1.8kg/h，或者28.8-43.2kg/d。
河流水体需氧量可通过公式(1)计算：
O2＝Oc×St+4.57Nht-2.86Not (1)
O2:实际需氧量kg/d；Oc:去除含碳有机物单位耗氧量，kg O2/kg BOD5；St:水体中BOD5量，kg/d；Nht:硝化氨氮的需氧量，kg/d；Not:反硝化硝酸盐需氧量，kg/d(公示中参数，通过采集水样利用国家标准测定方法测定)。式中，d代表天；h代表小时。
污染水复氧机构工作时间＝实际需氧量(kg/d)/污水复氧机构的单位复氧量 (2)
所述污水复氧机构使得机构周围水体中溶氧含量维持在4mg/L以上。
步骤3，添加絮凝剂：
每多少单位的水体中投放多少单位的化学絮凝剂要根据现场实验并通过公式(3)确定。具体地，通过采集多个相同体积的水样(现场测定相关数据)，不断增加加入的混凝剂量，然后测定溶液的剩余浊度，通过分析，找到最佳加入量。因为随着混泥剂加入量的增加，水样的剩余浊度不断下降，达到一定加入剂量水平时，剩余浊度达到最小。此时为最佳混泥剂加入量(g/L污水)。但继续增加剂量，由于混凝剂过多，会导致水样变浊。
河流中混凝剂加入量(kg)＝河流水体体积(L)×最佳混凝剂加入量(g/L污水)/1000 (3)
步骤4，配制氧化剂混合物：
所述氧化剂混合物为高锰酸钾-草酸-石英沙混合物或过氧化钙-草酸-石英沙混合物中的一种；所述高锰酸钾-草酸-石英沙混合物包括：高锰酸钾晶体1000g，草酸晶体200g，石英砂1747.8g；所述氧化钙-草酸-石英沙混合物包括：氧化钙2000g，草酸300g，石英砂1188g；
将配制的氧化剂混合物装入底泥氧化机构中的PVC透水袋中，将PVC透水箱放入河道底部的底泥中；
通过所述底泥氧化机构中的PVC透水袋，每立方底泥中应加入12公斤高锰酸钾、2.5公斤草酸、21公斤石英砂；或者8.5公斤氧化钙、1.5公斤草酸、5公斤石英砂。放入所述PVC透水箱时间为15-30天。治理黑臭河道，在夏天进行时，可以适当减少氧化剂的用量，一般减少10％。
步骤5，将生物架机构放入河道水流中。治理结果见表3。
对比例1：
步骤1，对河道污泥进行部分清理，使河道底部保留有一层底泥；
步骤2，利用污水复氧机构中的潜水泵将距离河道底部50cm处的水体通过输水管提升至少4米后落至水流分散伞上，进行曝气复氧；
污水复氧机构的单位复氧量为1.2-1.8kg/h，或者28.8-43.2kg/d。
河流水体需氧量可通过公式(1)计算：
O2＝Oc×St+4.57Nht-2.86Not (1)
O2:实际需氧量kg/d；Oc:去除含碳有机物单位耗氧量，kg O2/kg BOD5；St:水体中BOD5量，kg/d；Nht:硝化氨氮的需氧量，kg/d；Not:反硝化硝酸盐需氧量，kg/d(公示中参数，通过采集水样利用国家标准测定方法测定)。式中，d代表天；h代表小时。
污染水复氧机构工作时间＝实际需氧量(kg/d)/污水复氧机构的单位复氧量 (2)
所述污水复氧机构使得机构周围水体中溶氧含量维持在4mgmg/L以上。
步骤3，配制氧化剂混合物：
所述氧化剂混合物为高锰酸钾-草酸-石英沙混合物或过氧化钙-草酸-石英沙混合物中的一种；所述高锰酸钾-草酸-石英沙混合物包括：高锰酸钾晶体1000g，草酸晶体200g，石英砂1747.8g；所述氧化钙-草酸-石英沙混合物包括：氧化钙2000g，草酸300g，石英砂1188g；
将配制的氧化剂混合物装入底泥氧化机构中的PVC透水袋中，将PVC透水箱放入河道底部的底泥中；
通过所述底泥氧化机构中的PVC透水袋，每立方底泥中应加入12公斤高锰酸钾、2.5公斤草酸、21公斤石英砂；或者8.5公斤氧化钙、1.5公斤草酸、5公斤石英砂。放入所述PVC透水箱时间为15-30天。治理黑臭河道，在夏天进行时，可以适当减少氧化剂的用量，一般减少10％。
表1底泥中二价铁和三价铁之比的变化
对比例2:
步骤1，对河道污泥进行部分清理，使河道底部保留有一层底泥；
步骤2，利用污水复氧机构中的潜水泵将距离河道底部50cm处的水体通过输水管提升至少4米后落至水流分散伞上，进行曝气复氧；
污水复氧机构的单位复氧量为1.2-1.8kg/h，或者28.8-43.2kg/d。
河流水体需氧量可通过公式(1)计算：
O2＝Oc×St+4.57Nht-2.86Not (1)
O2:实际需氧量kg/d；Oc:去除含碳有机物单位耗氧量，kg O2/kg BOD5；St:水体中BOD5量，kg/d；Nht:硝化氨氮的需氧量，kg/d；Not:反硝化硝酸盐需氧量，kg/d(公示中参数，通过采集水样利用国家标准测定方法测定)。式中，d代表天；h代表小时。
污染水复氧机构工作时间＝实际需氧量(kg/d)/污水复氧机构的单位复氧量 (2)
所述污水复氧机构使得机构周围水体中溶氧含量维持在4mg/L以上。
表2只有污水复氧机构时污水治理结果
表3有生物架机构时污水治理结果(实施例3)
营养盐含量 15天后 30天后 45天后 60天后 75天后
氨氮(mg/L) 0.8 0.75 0.72 0.8 0.77
总磷(mg/L) 0.074 0.072 0.081 0.077 0.083

Claims (10)

1.一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：包括底泥氧化机构、污水复氧机构和生物架机构,污水复氧机构、底泥氧化机构和生物架机构依次进行。
2.根据权利要求1所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述底泥氧化机构包括PVC透水箱、PVC透水袋和氧化剂混合物；所述PVC透水箱为一扁平的矩形箱体，PVC透水箱中装有PVC透水袋，所述PVC透水袋中装有氧化剂混合物；PVC透水箱的顶部设有绳索；PVC透水箱的底面为可拆卸的。
3.根据权利要求1所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述污水复氧机构包括梯形支架、潜水泵、输水管和水流分散伞，所述潜水泵通过梯形支架放置在河道底部，输水管的一端与潜水泵相连接，输水管的另一端设有水流分散伞；所述梯形支架的四个顶角上分别设有绳索。
4.根据权利要求1所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述生物架机构包括支架、植物生长基和水生植物；所述支架包括3个不同高度的分层支架，所述植物生长基放置在分层支架上，所述水生植物栽植在植物生长基中；所述支架上设有绳索。
5.根据权利要求3所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述水流分散伞为两个半圆形雨棚结构、三角形或梯形结构。
6.根据权利要求4所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：植物生长基包括矩形的PVC底盘、营养土、底泥和胶泥，所述PVC底盘的底部设有圆孔，所述PVC底盘中放置营养土、底泥、胶泥。
7.根据权利要求4所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述生物架机构中的支架为等边矩形、直角梯形或矩形。
8.根据权利要求4所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统，其特征在于：所述水生植物为风车草、再力花、水葱、菖蒲、芦苇或水花生。
9.如权利要求1-8之一所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，对河道污泥进行清除，使河道底部保留底泥，厚度不小于10厘米；步骤2，利用污水复氧机构中的潜水泵将距离河道底部40-60cm处的黑臭水体通过输水管提升至少4米后落至水流分散伞上，进行曝气复氧；步骤3，添加混凝剂；步骤4，配制氧化剂混合物，将配制的氧化剂混合物装入底泥氧化机构中的PVC透水袋中，将PVC透水箱放入河道底部的底泥中进行氧化；步骤5，把种植完成的植物基安装在生物架机构的支架上，将生物架机构放入河道水流中。
10.根据权利要求9所述的一种模块化可移动黑臭河道治理系统的使用方法，其特征在于：所述氧化剂混合物为高锰酸钾-草酸-石英沙混合物或过氧化钙-草酸-石英沙混合物；所述高锰酸钾-草酸-石英沙混合物包括：高锰酸钾晶体1000g，草酸晶体200g，石英砂1747.8g；所述氧化钙-草酸-石英沙混合物包括：氧化钙2000g，草酸300g，石英砂1188g。
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