CN110759602A - 一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法，该系统包括以河道为原位反应器，通过预处理单元、深度处理单元以及生态修复单元结合形成所述处理系统，所述预处理单元设置在黑臭严重的水体部位，对水体进行纳米曝气并去除浮渣；所述深度处理单元设置在预处理单元附近，将自身制得的气态等离子体传输至水体部位，对有机污染物进行氧化去除；所述生态修复单元包括水生植物和水生动物，均匀分布在河道沿岸或水体中。本发明逐步通过预处理单元、深度处理单元、生态修复单元高效对黑臭河道支浜水体进行治理，并最终通过构建水下森林，利用植物发达的根系持续净化水质，构建了良性的河道生态系统，且极大丰富了水面的景观效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法，属于河道水体污染治理技术领域。
背景技术
随着城市化、工业化进程加快，城市生活及工业污染排放导致城市河道水体接纳过多的氮、磷等营养物质。由于部分老城区污水收集管网老旧，雨污改造等治污工程不合理，造成城市河道污染严重。特别地，雨季时，许多企业排放的高浓有机废水会通过雨水管网进入河道支浜水体，这些水体环境承载力低，进入河道支浜中的外源污染物改变了水体的理化环境，透明度降低，水体散发腥臭味，造成水体缺氧、水质恶化及生态退化，严重影响了城市整体水环境。
尽管通过河道补水和底泥疏浚可以改善河道自净能力，促进河道循环，但不能从根本上解决河道水环境恶化问题，且无法修复河道支浜水生态系统。化学沉淀法治理黑臭水体通常耗时较长，需要使用大量化学药剂，容易造成二次污染，增加生态风险。近几年来许多高级氧化技术也被尝试用于河道黑臭水体的治理，然而其对实验条件要求较高，难以直接应用到河道黑臭治理中。纳米气泡是通过纳米曝气机产生直径在10～1000纳米的微小气泡。气泡发生之后会收缩，在这个过程因气泡变得小所以上升速度较为缓慢，使得水体的溶解氧浓度维持在较高水平，大大促进了微生物的繁殖和代谢，加速对污染物的分解，同时改善了底泥基质。通过纳米曝气产生的纳米能量泡和低温等离子设备产生的低温等离子体高能粒子，可以高效氧化水体中的有机物、氨氮等物质，具有高效率、低成本和运行简单的优点，且无需外加药剂，在黑臭河道水质修复和透明度提升方面有巨大应用前景。
尽管如此，通过现有技术，河道支浜水体生态可以重建和恢复，但是仍然效果不佳，并且难以进行长效保持。亟需利用经济有效的综合技术对黑臭河道支浜水质进行净化处理。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法，其能够改善黑臭河道支浜水质，构建良性河道支浜生态系统，并提高景河道支浜景观效应。
技术方案：为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统，包括以河道为原位反应器，通过预处理单元、深度处理单元以及生态修复单元结合形成所述处理系统，所述预处理单元设置在黑臭严重的水体部位，对水体进行纳米曝气并去除浮渣；所述深度处理单元设置在预处理单元附近，将自身制得的气态等离子体传输至水体部位，对有机污染物进行氧化去除；所述生态修复单元包括水生植物和水生动物，均匀分布在河道沿岸或水体中。
作为本发明的一种实施方案：
所述预处理单元包括纳米曝气设备以及水面刮渣装置，纳米曝气设备可沉入水体或浮在水面，水面刮渣装置位于水面，两者相邻，或者还可以为一体化设计。纳米曝气设备产生的剧烈纳米气泡对河道水体进行扰动，形成循环流。纳米气泡直径在10～1000nm，优选100～200nm，纳米曝气设备配合刮渣装置刮除上浮至水面的浮渣，水体透明度显著提高；
此外，纳米曝气设备产生的云雾状纳米气泡有巨大的比表面积，易与黑臭水体中的细微颗粒物及大分子腐殖酸结合，沉降到河道底部。同时，纳米气泡进行无规则布朗运动在水体停留时间长，水体高效富氧，促进好氧微生物繁殖，改善底泥基质；
所述深度处理单元包括设置在河道岸边的分子筛制氧机和低温等离子体发生设备，以及设置在水体中的布气管道，分子筛制氧机与低温等离子体发生设备相连，低温等离子体发生设备与布气管道相连。分子筛制氧机将氧气从空气中分离，作为低温等离子体发生设备的气源，低温等离子体发生设备产生的气态等离子体经由布气管道传输至重污染黑臭水体部位。
优选，所述布气管道位于水深0.5～2m，低温等离子体发生设备产生量为0.2～3m3/h，优选0.6～1.2m3/h，气泡直径0.05～0.5mm，优选0.05～0.2mm。
所述生态修复单元包括自支浜口沿岸水体种植的沉水植物，沉水植物下游沿岸水体种植的挺水植物，河道水体中穿插种植的浮叶植物，以及水体中放养的水生动物。该生态修复单元通过在河道支浜水体中种植浮叶植物、挺水植物、沉水植物等水生植物，逐步构建水下森林，利用植物根系吸收营养盐，同时向水体中输送氧气，并放养水生动物，逐渐恢复良性的河道支浜水生态系统。
所述生态修复单元的水生植物种植在空间和时间上具有适当生态位。空间依据为水深及近岸坡度，时间依据为水生植物的适宜生长季节，根据不同水生植物生长特性进行种植；
优选，所述沉水植物选自苦草、马来眼子菜、菹草、轮叶黑藻、狐尾藻、粉绿狐尾藻、金鱼藻中的一种或几种；所述挺水植物选自黄菖蒲(黄花鸢尾)、水葱、千屈菜、美人蕉、再力花、梭鱼草中的一种或几种；所述浮叶植物选自芡实、水鳖、荇菜中的一种或几种；所述水生动物选自螺蛳、河蚌中的一种或几种。
所述沉水植物适宜水深为0.4～2m，培育方式为：苦草播种育苗或分枝种植；马来眼子菜用地下根茎及块茎状芽体(具鳞根出条)种植；菹草用石芽种植；轮叶黑藻用休眠芽和断枝种植；狐尾藻可用种子培养或茎尖扦插种植；粉绿狐尾藻可用分株或扦插种植；金鱼藻可用分株、扦插种植；
所述苦草、马来眼子菜、菹草、轮叶黑藻种植密度为2～7株/m2，优选4～6株/m2；狐尾藻、金鱼藻种植密度为7～12株/m2，优选8～10株/m2；粉绿狐尾藻适宜用浮床种植，种植密度为10～30株/m2，优选15～25株/m2；
所述黄菖蒲(黄花鸢尾)、水葱、千屈菜、美人蕉、再力花、梭鱼草等挺水植物适宜水深为0.05～0.5m，优选0.1～0.2m，分株种植于水泥盆中种植密度为2～20株/m2，优选5～10株/m2；
所述芡实、水鳖、荇菜等浮叶植物适宜水深为0.1～1.5m，优选0.5～1m，适宜在3月～4月份种植，分株种植于水泥盆中种植密度为1～5株/m2，优选2～4株/m2。
利用所述处理系统净化黑臭河道支浜水质的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：预处理单元通过产生纳米气泡进行水体曝气富氧，并且去除上浮的浮渣；
(2)深度处理：深度处理单元将自身制得的气态低温等离子体传送至水中，对水体中的有机污染物进行进一步氧化；
(3)生态修复：当水体透明度提高到一定程度时，即可种植水生植物和放养水生动物。
所述预处理单元、深度处理单元、以及生态修复单元在时间上和空间上需要错开，避免预处理单元、深度处理单元对水生植物、好氧微生物及水生生物产生胁迫。依据河道水体溶解氧变化情况及透明度情况间歇运行预处理单元和深度处理单元，处理一段时间后进行静置沉淀，水体透明度明显提高。
步骤(3)中的生态修复，优选当水体透明度提高到0.6m以上时，即可种植水生植物和放养水生动物。
作为本发明一种具体的实施方法，步骤如下：
(1)预处理单元：在河道支浜排污口、污染物溢流口等黑臭比较严重的水体部位，通过纳米曝气设备产生的纳米气泡进行水体富氧，上浮浮渣经水面刮渣装置去除，其它细小的絮凝颗粒、胶体转变成较大的胶体团有利于沉降。此外，产生的高能纳米能量泡可对产生黑臭的有机污染物进行氧化而脱色除臭，处理后水体的透明度迅速提升；
(2)深度处理单元：通过低温等离子体发生设备产生的气态低温等离子体经布气管道传送至水中，对水体中的有机污染物进行进一步氧化，水体透明度持续升高，难降解有机污染物得到分解，河道支浜水体黑臭现象消失；
(3)生态修复单元：当水体透明度提高到0.6m以上时即可种植苦草、马来眼子菜、菹草、轮叶黑藻、狐尾藻、粉绿狐尾藻、金鱼藻等沉水植物，在时间和空间尺度保留适当生态位，进一步补种芡实、水鳖、荇菜等浮叶植物以及黄菖蒲(黄花鸢尾)、水葱、千屈菜、美人蕉、再力花、梭鱼草等挺水植物，利用植物根系持续净化水质，并放养螺蛳、河蚌等水生动物，逐渐恢复良性的河道支浜水生态系统。
有益效果：相对于现有技术，本发明将化学氧化技术、环境工程技术及生态修复技术有机结合，提供了一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法，逐步通过预处理单元、深度处理单元、生态修复单元高效对黑臭河道支浜水体进行治理，并最终通过构建水下森林，利用植物发达的根系持续净化水质，构建了良性的河道生态系统，且极大丰富了水面的景观效应，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明净化黑臭河道支浜水质的处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其包括预处理单元、深度处理单元及生态修复单元。所述预处理单元设置在黑臭严重的水体部位，对水体进行纳米曝气并去除浮渣；所述深度处理单元设置在预处理单元附近，将自身制得的气态等离子体传输至水体部位，对有机污染物进行氧化去除；所述生态修复单元包括水生植物和水生动物，均匀分布在河道沿岸或水体中。断头河道支浜1被橡胶坝2拦截，与主干河道隔离。
预处理单元包括纳米曝气机3以及一体化的水面刮渣装置4，利用产生的剧烈气泡对河道水体进行扰动，形成循环流。纳米曝气机3浮在水面，产生的纳米气泡直径约100～200nm，纳米气泡可进行布朗运动在水中长时间停留。纳米曝气机3位置可自由变换，可沉入水体或浮在水面，并配合刮渣装置4刮除上浮至水面的浮渣，水体透明度显著提高。
深度处理单元主要包括分子筛制氧机5、低温等离子体发生设备6、以及设置在水体中的布气管道7，分子筛制氧机5与低温等离子体发生设备6相连，低温等离子体发生设备6与布气管道7相连，分子筛制氧机5将氧气从空气中分离，作为低温等离子设备6的气源。所述分子筛制氧机5和低温等离子体设备6在岸边处放置，产生的气态等离子体经由布气管道7传输至重污染黑臭水体部位。
生态修复单元通过在河道支浜沿岸水体中种植沉水植物8和挺水植物9、河道水体中种植浮叶植物10，逐步构建水下森林，利用植物根系吸收营养盐，同时向水体中输送氧气，并在水体中放养螺蛳、河蚌等水生动物11，逐渐恢复良性的河道支浜水生态系统。
生态修复单元的水生植物种植在空间和时间上具有适当生态位。空间依据为水深及近岸坡度，时间依据为水生植物的适宜生长季节，根据不同水生植物生长特性进行种植。
以下为一个具体应用实施例效果。
实验地点为长度约为500m，平均宽度为6m，平均水深1.6m的某黑臭断头河道支浜，河道主要污染物是COD、氨氮、硝酸盐氮、总磷。测定进水中COD含量80～180mg/L，氨氮含量4～18mg/L，硝酸盐氮含量为2～6mg/L，总磷含量0.6～1.5mg/L，透明度0.2～0.4m。
一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统和处理方法，按以下步骤进行：
(1)预处理单元：在河道支浜排污口、污染物溢流口等黑臭比较严重的水体部位，通过纳米曝气设备3产生的纳米气泡进行水体富氧，产生的纳米气泡直径约100～200nm，上浮浮渣经水面刮渣装置4去除，其它细小的絮凝颗粒、胶体转变成较大的胶体团有利于沉降。此外，产生的高能纳米能量泡可对产生黑臭的有机污染物进行氧化而脱色除臭，处理后水体的透明度迅速提升。
(2)深度处理单元：分子筛制氧机5将氧气从空气中分离，作为低温等离子设备6的气源，低温等离子体发生设备6将产生的气态低温等离子体经布气管道7传送至水中，对水体中的有机污染物进行进一步氧化，低温等离子体设备产生量为1.2m3/h，气泡直径0.05～0.1mm，布气管水深约1.4m。水体透明度持续升高，难降解有机污染物得到分解，河道支浜水体黑臭现象消失。
(3)生态修复单元：当水体透明度提高到0.6m以上自支浜口沿岸水体种植沉水植物100m，选择苦草、马来眼子菜、粉绿狐尾藻等进行种植，种植水深为0.4～0.8m，其中苦草用分枝种植，4～6株/m2；马来眼子菜用地下根茎种植，4～6株/m2；狐尾藻用茎尖扦插种植，8～10株/m2。
在沉水植物下游种植挺水植物共100m，包括黄菖蒲、水葱、千屈菜3种，水深约0.1～0.2m，种植密度5～10株/m2。
穿插种植约50m2水面的浮叶植物荇菜，水深0.5～0.8m。并在水体中放养螺蛳和河蚌。
系统建成后稳定一个月后，监测河道水质，COD含量下降至20～40mg/L，硝酸盐含量1.0～3.5mg/L，氨氮含量0.1～0.4mg/L，总磷含量0.1～0.3mg/L，透明度稳定维持在0.80～1.2m，极大丰富了水面的景观效应。
Claims (10)
1.一种净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，包括以河道为原位反应器，通过预处理单元、深度处理单元以及生态修复单元结合形成所述处理系统，所述预处理单元设置在黑臭严重的水体部位，对水体进行纳米曝气并去除浮渣；所述深度处理单元设置在预处理单元附近，将自身制得的气态等离子体传输至水体部位，对有机污染物进行氧化去除；所述生态修复单元包括水生植物和水生动物，均匀分布在河道沿岸或水体中。
2.根据权利要求1所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述预处理单元包括纳米曝气设备以及水面刮渣装置，纳米曝气设备可沉入水体或浮在水面，水面刮渣装置位于水面，两者相邻。
3.根据权利要求2所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述纳米曝气设备以及水面刮渣装置可以为一体化设计。
4.根据权利要求1所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述深度处理单元包括设置在河道岸边的分子筛制氧机和低温等离子体发生设备，以及设置在水体中的布气管道，分子筛制氧机与低温等离子体发生设备相连，低温等离子体发生设备与布气管道相连。
5.根据权利要求4所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述布气管道位于水深0.5～2m，低温等离子体发生设备产生量为0.2～3m3/h，优选0.6～1.2m3/h，气泡直径0.05～0.5mm，优选0.05～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述生态修复单元包括自支浜口沿岸水体种植的沉水植物，沉水植物下游沿岸水体种植的挺水植物，河道水体中穿插种植的浮叶植物，以及水体中放养的水生动物。
7.根据权利要求6所述的净化黑臭河道支浜水质的处理系统，其特征在于，所述沉水植物选自苦草、马来眼子菜、菹草、轮叶黑藻、狐尾藻、粉绿狐尾藻、金鱼藻中的一种或几种；所述挺水植物选自黄菖蒲(黄花鸢尾)、水葱、千屈菜、美人蕉、再力花、梭鱼草中的一种或几种；所述浮叶植物选自芡实、水鳖、荇菜中的一种或几种；所述水生动物选自螺蛳、河蚌中的一种或几种。
8.利用权利要求1-7任一项所述处理系统净化黑臭河道支浜水质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：预处理单元通过产生纳米气泡进行水体曝气富氧，并且去除上浮的浮渣；
(2)深度处理：深度处理单元将自身制得的气态低温等离子体传送至水中，对水体中的有机污染物进行进一步氧化；
(3)生态修复：当水体透明度提高到一定程度时，即可种植水生植物和放养水生动物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预处理单元、深度处理单元、以及生态修复单元在时间上和空间上需要错开；依据河道水体溶解氧变化情况及透明度情况间歇运行预处理单元和深度处理单元，处理一段时间后进行静置沉淀。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的生态修复，当水体透明度提高到0.6m以上时，即可种植水生植物和放养水生动物。
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