CN109052631B - 流动态或大型黑臭水体的长效处理装置 - Google Patents

流动态或大型黑臭水体的长效处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，包括：超高压装置，溶氧罐，其与所述超高压罐相连通，底部设搅拌装置和若干喷气头；抽提装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁；供氧装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁，通过管路与所述超高压罐的进气口相连通；释压箱，其内安装有超声波发生器和高速剪切分散装置；喷射装置，其包括喷头和耐高压软管；本发明的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，通过超高压瞬时释放、超声波和高速剪切破碎制造纳米气泡的方法，使黑臭水体在较长时间内能得到充足的氧气补充，并可利用空气或较低浓度的氧气来达到较好的治理效果，对富营养化水体也有较好的净化作用。

Description

流动态或大型黑臭水体的长效处理装置
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种流动态或大型黑臭水体的长效处理装置。
背景技术
在我国城市化和工业化进程加快的过程中，由于水污染控制与治理措施滞后，或者能力有限与水平低下，一些城市水体尤其是中小城市水体，直接成为工业、农业及生活废水的主要排放通道和场所，导致城市水体大面积受污染，引起水体富营养化，形成黑臭水体。所谓“黑臭”，主要属于环境景观、物理指标范畴。是指在视觉上河流水体呈现因污染而产生的明显异常颜色(通常是黑色或泛黑色)，同时产生在嗅觉上引起人们感觉不适甚至厌恶的气味，是水体感官性污染最常见的一种现象。我国河流黑臭现象最早出现在上海苏州河，随后南京的秦淮河、苏州的外城河、武汉的黄孝河和宁波的内河等，均出现不同程度的黑臭现象。近几十年来，黑臭水体的范围和程度不断加剧，在全国大部分城市河段中，流经繁华区域的水体绝大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二级与三级支流的黑臭问题更加突出，且劣化程度逐年提高。如淮河，2014年国家环境质量状况公报数据表明，干流水质全年都在Ⅳ类水以上，但主要支流的劣Ⅴ类水体超过23％；在各大水系中海河的劣Ⅴ类水质程度最高，国控断面监测数据表明，干流劣Ⅴ类达37％、支流劣Ⅴ类达44％。
城市河道的黑臭治理遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的技术路线。其中外源减排和内源清淤是基础与前提，水质净化是阶段性手段，水动力改善技术和生态恢复是长效保障措施。
水体黑臭主要是水体缺氧造成的，同时也与水体富营养化和底泥沉积有关，增加黑臭水体中的溶解氧含量是一种迅速有效的治理手段。国家重大水专项相关研究结果表明，当溶解氧降低到2.0mg/L时，水体将处于缺氧状态。当溶解氧为3mg/L～5mg/L时，水体中有机污染物和氨氮含量一般也会超过地表水Ⅴ类标准，呈现有色有味状态，但有水生生物存在；当溶解氧大于6mg/L时，水体处于有氧状态，有机物降解和氨氧化速率显著增加，水体开始具有自净能力。
在诸多增加水体氧含量的方法中，纳米气泡作为一种新型技术已经开始受到重视。
科学界将10-1000纳米的气泡称为纳米气泡，纳米气泡具有比表面积大的特点，这也是纳米气泡作为气液技术应该的重要基础。另外，纳米气泡还具有刚性大，表面有负电荷，浮力小，稳定性极好，长寿命等特点，决定了纳米气泡的特殊用途。
纳米气泡浮力非常小，而周围溶液分子运动影响相对很大，导致纳米气泡长时间悬浮在液体中。理论上5微米气泡就不会上升，因为这种气泡的浮力小于液体流动产生的影响，受到气泡之间和气泡和液体分子之间影响也相对比较大。
纳米气泡稳定的关键因素是zeta电位。纳米气泡具有zeta电位，其特征就是气泡界面外侧呈负电，内侧呈正电。电荷排斥使纳米气泡相互排斥而难以聚合。分析发现，纳米气泡表面电荷能对抗表面张力，避免纳米气泡内形成过超高压，能减少气体因超高压向液体中溶解，避免气泡发生崩解。
纳米气泡制备方法主要包括水力空化和颗粒空化、声学或声波降解法、电化学气蚀和机械搅拌等。所有这些技术背后的物理学基础都是利用表面张力和能量消耗降低压强。在水处理领域中，主要通过加压饱和、气泡剪切、分裂和机械搅拌方法等制得。
发明内容
本发明的目的是提供一种对流动态或大型黑臭水体有持久长效处理效果的黑臭水体处理装置。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，包括：
超高压装置，其为带有超高压罐的超高压系统，能制造100-200MPa的超高压环境；所述超高压罐包括设于底部的进气口和设于顶部出气口；
溶氧罐：其与所述超高压罐相连通，底部设搅拌装置和若干喷气头，所述喷气头与所述超高压罐的出气口相连通；
抽提装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁，包括依次设置的进水口、延长管、第一水泵、出水阀和出水口，所述出水口与溶氧罐上部相连通；
供氧装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁，通过管路与所述超高压罐的进气口相连通；
释压箱，其包括设于上部的第一入水口和设于侧部的第二入水口，所述第二入水口与所述抽提装置的底部相连通，所述第一入水口与环境水体相通；所述释压箱内安装有超声波发生器和高速剪切分散装置；喷射装置，其包括喷头、耐高压软管和第二水泵，所述耐高压软管一端与所述喷头相连，另一端与所述第二水泵相连；所述喷头呈倒圆锥形，包括喷管、喷管固定架和底托盘，所述喷管垂直固定于所述喷管固定架上部中心处，所述底托盘设于所述喷管固定架底部，所述喷管正对所述底托盘中心，且喷管下缘距底托盘的距离为2-8cm；所述底托盘上表面向下凹陷，中部设有半球形凸起；所述底托盘下侧安装固定有履带式水下电动车；水体自喷管喷出后，仍有一定的的冲击力，直接冲击在水体底部，可能会对水体底部造成损伤，并激气淤泥引起水体浑浊；而水体从喷管冲出后落在底托盘的半球形凸起上，不仅可缓冲水的冲击力，保护水体底部，还使冲出的水沿底托盘上表面斜向上四散开来，迅速与四周水体融和。
控制器，其控制超高压装置、溶氧罐、抽提装置、供氧装置、释压箱及所有阀门的启闭；
所述超高压装置、溶氧罐、供氧装置安装于底座上；所述释压箱安装于水体中部或底部。
所述供氧装置可搭配制氧设备，或由供氧站通过管道供氧，还可采用制氮过程中产生的废氧甚至空气作为供氧来源，出于成本的考虑，在能保证气源的氧含量不低于50％前提下，尽量采用低成本，易获得的气源，是一种更为经济的选择；若由于条件限制，对于突发性的黑臭水体，可以采用空气作为气源。必须要有足够的氧气才能快速治理水体的黑臭现象，若采用的是纯氧，水体内含有大量纯氧形成的纳米气泡，且形成的纳米气泡最高可稳定存在50小时以上，故经过溶氧处理的黑臭水体内的氧含量在较长时间内可达同条件下正常水体的15倍以上，溶氧量可达同条件下正常水体的3倍以上。
所述喷头设于水体底部，在履带式水下电动车的拖动下沿水底巡游，可使富含氧气的处理水快速均匀的分散到水体各处。
所述第一入水口处设有带滤网的第三水泵。
所述水体底部设有供所述履带式水下电动车移动的轨道。对于部分底部淤泥较厚或障碍较多的水体，履带式水下电动车的移动会受到阻碍，铺设轨道有利于履带式水下电动车更加顺畅的移动。
所述抽提装置的进水口处设有滤网。
所述进气口处设有气压计。
所述超高压罐的进气口和出气口处分别设有进气阀和出气阀。
所述抽提装置将黑臭水泵至溶氧罐，充满后关闭进水阀，打开进气阀，充入一定质量的氧气，开启搅拌装置，待气压稳定后，关闭进气阀，打开出水阀，启动喷射装置，将溶氧罐内液体喷入释压箱内，所述第二水泵将释压箱内混合水体通过耐高压软管送至喷头喷出。
每次充入的氧气量不高于32g/m3。超高压下氧气在水中的溶解度大幅提高，溶氧罐内溶有大量氧气的水经喷射装置喷出时，压力瞬间减小，氧气析出，形成大量纳米气泡。实践表明，25℃条件下，溶氧量低于32g/m3的超高压水体，在压力瞬间释放后可形成大量稳定的纳米气泡和较大的微米级以上气泡，使水体长时间呈乳白色；在释压箱内，较大的微米级以上气泡在超声波发生器和高速剪切分散装置的作用下被破碎成纳米气泡；而高于32g/m3溶氧量的超高压水体在释放压力后会由于超过水体承载量而导致不必要的氧气浪费；另外，由于超高压下压力瞬间释放，还会破坏水中大部分微生物的自身结构从而达到超高压灭菌的效果，可减少黑臭水体中厌氧菌及其他杂菌的含量，迅速使对黑臭水体有更好净化作用的好氧菌成为优势菌种。
本发明的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，有以下优点：
1、通过定量溶氧、超高压瞬时释放制造纳米气泡的方法，使黑臭水体能长时间得到充足的氧气补充，达到长效治理流动态或大型黑臭水体的目的。
2、对水体中的部分有害微生物，有较好的杀灭效果。
3、通过特制的喷头，达到均匀分散水流、保护水底、减少水体浑浊的效果。
4、通过履带式水下电动车以及轨道的设置，使流动态或大型黑臭水体的各部分都能均匀的得到氧气补充。
5、耗能低，噪音小，氧气利用率可达90％以上。
6、可利用空气或较低浓度的氧气来达到较好的治理效果。
7、对富营养化水体也有较好的净化作用。
附图说明
图1为本发明黑臭水体的长效处理装置示意图。
图2为喷头结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1-2所示，一种流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，包括：
超高压装置，其为带有超高压罐1的超高压系统，能制造100-200MPa的超高压环境；所述超高压罐包括设于底部的进气口101和设于顶部出气口；
溶氧罐2：其与所述超高压罐1相连通，底部设搅拌装置201和若干喷气头202，所述喷气头202与所述超高压罐的出气口相连通；
抽提装置3，其安装固定于所述溶氧罐2外壁，包括依次设置的进水口301、延长管302、第一水泵303、出水阀304和出水口305，所述出水口305与溶氧罐2上部相连通；
供氧装置4，其安装固定于所述溶氧罐2外壁，通过管路与所述超高压罐1的进气口101相连通；
释压箱9，其包括设于上部的第一入水口901和设于侧部的第二入水口902，所述第二入水口902与所述抽提装置3的底部相连通，所述第一入水口901与环境水体相通；所述释压箱9内安装有高速剪切分散装置903和若干超声波发生器904；
喷射装置5，其包括喷头6、耐高压软管501和第二水泵502，所述耐高压软管501一端与所述喷头6相连，另一端与所述第二水泵502相连；所述喷头6呈倒圆锥形，包括喷管601、喷管固定架602和底托盘603，所述喷管601垂直固定于所述喷管固定架602上部中心处，所述底托盘603设于所述喷管固定架602底部，所述喷管601正对所述底托盘603中心，且喷管601下缘距底托盘603的距离为2cm；所述底托盘603上表面向下凹陷，中部设有半球形凸起604；所述底托盘603下侧安装固定有履带式水下电动车605；
控制器7，其控制超高压装置、溶氧罐2、抽提装置3、供氧装置4、释压箱9及所有阀门的启闭；
所述超高压装置、溶氧罐2、供氧装置4安装于底座8上；所述释压箱9安装于水体中部或底部。
所述供氧装置搭配有制氧设备401。
所述喷头6设于水体底部，在履带式水下电动车605的拖动下沿水底巡游。
所述第一入水口901处设有带滤网的第三水泵905。
所述水体底部设有供所述履带式水下电动车移动的轨道10。
所述抽提装置的进水口处设有滤网。
所述进气口101处设有气压计103。
所述超高压罐的进气口101和出气口处分别设有进气阀101a和出气阀102a。
第三水泵905在耐高压软管501过长，导致第二水泵502压力不足时开启，增补水压。
实施例2
与实施例1类似，其区别在于，采用空气作为供氧装置4的气源。
实施例3
使用方法：
增氧处理最好选在夜间或清晨温度较低时进行。
1、在黑臭水体岸边搭建本发明装置，若是大型黑臭水体，建设点应选在居中位置。
2、选择合适的水底路线铺设轨道10，尽量使履带式水下电动车605能到达水体每一处。
3、打开出气阀102a，抽提装置3开始自进水口301从水体内抽水；溶氧罐2充满水后关闭出气阀102a和第一水泵303，打开进气阀101a，按照溶氧罐2的体积计算，充入氧气，开启搅拌装置201，高速搅拌至气压稳定；
4、关闭进气阀101a，打开出水阀304，将溶氧罐2内液体喷入释压箱9；超声波发生器904和高速剪切分散装置903使水体内产生足够多的纳米气泡；
5、喷头6将富含纳米气泡的水体喷出，与周围水体融和，履带式水下电动车605在轨道10上移动，使富含纳米气泡的水体能均匀分散到各部；
6、连续或间歇性的重复步骤3-5操作。
实施例4
选华南某地一大型废气矿坑，其水源主要来自雨水补充和大量工厂废水，总水量在20000m3左右，因工厂废水中含有大量有机物，该矿坑内水体在夏季长期有黑臭现象；测得其上层水温23℃，溶氧量1.4mg/L。在矿坑两端分别搭建实施例1和2的本发明装置，同时运行3h后，其附近水体溶氧量分别为24mg/L和7mg/L(上层水温22℃)，连续增氧作业。
一周后，实施例1的装置水体附近黑臭现象有明显改善，有机污染物指标COD和BOD含量明显下降，但仍能闻到臭味；实施例2的装置水体附近黑臭现象在第三周开始有明显改善；
30天后，矿坑内水体整体的黑臭现象有彻底改善。
此时改持续增氧作业为实施例1的装置每隔一天进行6小时增氧作业，实施例2仍持续进行增压作业，其附近水体均能保持黑臭现象不复发。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，包括：
超高压装置，其为带有超高压罐的超高压系统，能制造100-200MPa的超高压环境；所述超高压罐包括设于底部的进气口和设于顶部出气口；所述超高压罐的进气口和出气口处分别设有进气阀和出气阀；
溶氧罐：其与所述超高压罐相连通，底部设搅拌装置和若干喷气头，所述喷气头与所述超高压罐的出气口相连通；
抽提装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁，包括依次设置的进水口、延长管、第一水泵、出水阀和出水口，所述出水口与溶氧罐上部相连通；
供氧装置，其安装固定于所述溶氧罐外壁，通过管路与所述超高压罐的进气口相连通；
释压箱，其包括设于上部的第一入水口和设于侧部的第二入水口，所述第二入水口与所述抽提装置的底部相连通，所述第一入水口与环境水体相通；所述释压箱内安装有超声波发生器和高速剪切分散装置；喷射装置，其包括喷头、耐高压软管和第二水泵，所述耐高压软管一端与所述喷头相连，另一端与所述第二水泵相连；所述第二水泵将释压箱内混合水体通过耐高压软管送至喷头喷出；所述喷头呈倒圆锥形，包括喷管、喷管固定架和底托盘，所述喷管垂直固定于所述喷管固定架上部中心处，所述底托盘设于所述喷管固定架底部，所述喷管正对所述底托盘中心，且喷管下缘距底托盘的距离为2cm；所述底托盘上表面向下凹陷，中部设有半球形凸起；所述底托盘下侧安装固定有履带式水下电动车；水体底部设有供履带式水下电动车移动的轨道；所述喷头设于水体底部，在履带式水下电动车的拖动下沿水底巡游；
控制器，其控制超高压装置、溶氧罐、抽提装置、供氧装置、释压箱及所有阀门的启闭；
所述超高压装置、溶氧罐、供氧装置安装于底座上；所述释压箱安装于水体中部或底部。
2.如权利要求1所述的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，所述供氧装置能够搭配制氧设备，或由供氧站通过管道供氧。
3.如权利要求1所述的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，所述第一入水口处设有带滤网的第三水泵。
4.如权利要求1所述的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，所述抽提装置的进水口处设有滤网。
5.如权利要求1所述的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，所述进气口处设有气压计。
6.如权利要求1所述的流动态或大型黑臭水体的长效处理装置，其特征在于，每次充入的氧气量不高于32g/m3。
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