CN111747559A - 一种水体内源污染物治理系统及治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水体内源污染物治理系统，包括：冲洗装置、气浮分离装置、加药装置和污泥处理装置。相比于现有技术，本发明采用气冲旋流冲洗、加药絮凝和微纳米气泡气浮协同处理，解决了现有技术中淤泥体量大、治理成本高、水质改善慢且无法有效改善水质的问题；采用本发明的治理系统，可以有效去除底泥中的轻质有机污染物，避免大量清除重质泥砂，显著减少清淤量，污泥的产生量仅仅是传统法清淤法的1/10；同步实现了淤泥洗脱、污染物分离以及清水还河的目的，快速改善了水体水质。此外，本发明还提供了一种水体内源污染物治理方法。

Description

一种水体内源污染物治理系统及治理方法

技术领域

本发明涉及水体生态修复技术领域，具体涉及一种水体内源污染物治理系统及治理方法。

背景技术

受污染水体的治理是当前生态环境保护领域的热点之一。2015年4月，《水污染防治行动计划》简称“水十条”颁布以来，全国各地均投入到了轰轰烈烈的水环境综合治理中，催生出了万亿以上的市场。

当前，我国的水体综合治理通常采用“控源截污、内源治理、生态修复、活水保质”的技术路线。其中基于排水管网与污水处理厂的控源截污工程是一切水体治理措施的基础。在控源截污过程中或完成后，水体水质通常仍然不能达到目标要求，就需要进行内源治理，恢复水体生态系统。

内源污染主要是指进入河湖的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至河湖底质表层，表层底泥中有机质及氮磷含量较高，一方面可被微生物直接摄入，参与水生生态系统的循环；另一方面，可在一定的物理化学及环境条件下，从底泥中释放出来而重新进入水中，从而形成湖内污染负荷。而沉积物对外源氮、磷的接纳又是一个从汇到源的转化过程，即随着外源污染的不断累积，沉积物中的氮、磷开始向水中释放。在这种情况下，即使切断了外源污染，内源污染也会在相当长的时间阻止水质的改善。这就是为什么在控源截污过程中或完成后，水体水质通常仍然不能达到目标要求。

而对于水体内源治理，清淤措施是水体内源治理的最常用措施。但是，传统的清淤方式挖出的淤泥多以无机成份为主，对有机污染成份的清除不彻底，且清理的淤泥量较大，后续处置困难。以东莞为例，茅洲河综合整治二期项目的清疏工程量就超过25万m3，石马河流域仅清溪段的清淤量达到64万m3。所以整体算下来，东莞600多条河道，整体年清淤量在几百万方，折算成每天的淤泥量都要超过1万方。由此可以反射出，目前的清淤工作面临巨大的挑战，主要集中在以下几方面问题：

(1)淤泥量大，处置需要建设大型的淤泥处理场，但对于就地极为紧张的地区，建设大型淤泥处理场的难度很大；

(2)重金属污染问题无法忽视，特别是制造业发达的城市，重金属污染问题严重，一部分河道存在淤泥重金属超标现象，如果考虑淤泥的重金属问题，其处理难度将无法估量；

(3)传统清淤方式会剧烈地扰动水体，造成轻质有机成份的扩散，清挖出来的淤泥则多以无机泥沙为主，无机比重占比超过90％，也就是说传统清淤更多的是在清挖河道，对水体治理的效果非常有限。

有鉴于此，确有必要提供一种新型的淤泥洗脱方式来治理水体，解决水体整治中的内源污染治理问题。

发明内容

本发明的一目的在于：提供一种水体内源污染物治理系统，解决现有整治方法中存在的淤泥体量大、治理成本高、无法有效清除内源污染物及污染物易扩散的问题，本发明提供的治理系统，可以有效清除内源污染物及其易扩散的问题，且清淤量少，可以快速改善水体水质。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水体内源污染物治理系统，包括：

冲洗装置，包括底部设有一开口的可移动罩体和与所述罩体连通的空压机，所述罩体设置在水体中，所述罩体的顶部设置有排气口；

气浮分离装置，包括气浮分离池、微纳米气泡机和刮泥机；所述气浮分离池与所述罩体通过水泵连通；所述微纳米气泡机与所述气浮分离池连接用于向所述气浮分离池提供微纳米气泡；所述刮泥机设置在所述气浮分离池顶部；所述气浮分离池设置出水口，所述出水口连通至所述水体；

加药装置，与所述气浮分离池连接；

污泥处理装置，包括贮泥槽和与所述贮泥槽连接的污泥压滤机；所述贮泥槽与所述刮泥机连接，所述污泥压滤机与所述气浮分离池连接。

本发明提供的水体内源污染物治理系统，利用气冲旋流冲洗、加药絮凝和微纳米气泡气浮协同处理，解决了现有技术中淤泥体量大、治理成本高、水质改善慢且无法有效改善水质的问题。其中，本发明的冲洗装置是采用通入压缩空气的方法使得罩体内产生高速旋流，对底泥进行充分搅拌，控制搅拌速度可以实现曝气沉沙池的效果，既使得底泥中的轻质有机污染物悬浮到水体中，又可以保证泥沙等无机重质组份沉降在底泥表面，形成新的泥水界面，避免深层底泥污染物的释放；而采用可移动的罩体，则可以进一步避免搅拌扰动造成底泥污染物的扩散。然后再通过水泵将含轻质有机污染物的泥水混合物抽离至气浮分离装置，采用加药絮凝和微纳米气泡协同处理将有机污染物转移出泥水混合物，而分离得到的清水则可以重新流回水体；接着将分离得到的污泥转移至污泥处理装置中，通过污泥压滤机进一步压缩污泥，污泥压滤机中所需的冲洗水可由气浮分离池中引进，而得到的滤液也可以重新引入气浮分离装置中再处理，形成一个水循环利用系统，得到的泥饼则可以外运处置。通过整个系统的协同处理，可以同步实现淤泥洗脱、污染物分离以及清水还河的目的，相比于传统的清淤法，本系统处理后产生的污泥量是传统清淤法的1/10，达到快速改善水体水质的目的。

优选的，所述罩体内的旋流速度为0.1～0.6m/s。

优选的，所述排气口设置有高于所述水体表面的中空竖管用于排气。

优选的，所述加药装置投加的药剂包括壳聚糖、硫酸铝和高锰酸盐，按质量份计，所述壳聚糖：所述硫酸铝：所述高锰酸盐＝(30～45)：(30～45)：(10～40)。

优选的，所述药剂投加至水中的浓度为20～200mg/L。更优选的，所述药剂投加至水中的浓度为20～100mg/L。

优选的，所述气浮分离池的池高为1.2～2.5m，所述出水口的中心距离所述气浮分离池的池底高度为0.8～1.5m。

优选的，所述微纳米气泡的粒径为0.4～10μm。

优选的，所述微纳米气泡由所述气浮分离池的池底往上运动。

本发明的另一目的在于，提供一种水体内源污染物治理方法，包括以下步骤：

将罩体设置于水体中，所述罩体的底部开口与所述水体的底泥相接触，利用空压机向所述罩体中通入空气，对所述底泥进行搅拌；

搅拌完成后，利用水泵抽取所述罩体中的泥水混合物，引入气浮分离池中，并加入加药装置中的药剂，再向所述气浮分离池中通入微纳米气泡进行反应；反应完成后，利用刮泥机对所述泥水混合物进行第一次泥水分离，得到的水经出水口引回所述水体；

将第一次泥水分离后再次得到的泥水混合物引入贮泥槽中，再通过污泥压滤机进行第二次泥水分离，得到的泥饼外送处置，得到的滤液重新引入所述气浮分离池中，完成水体内源污染物的治理。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供了一种水体内源污染物治理系统，相比于现有技术，本发明采用气冲旋流冲洗、加药絮凝和微纳米气泡气浮协同处理，解决了现有技术中淤泥体量大、治理成本高、水质改善慢且无法有效改善水质的问题。

2)本发明的治理系统，可以有效去除底泥中的轻质有机污染物，避免大量清除重质泥砂，显著减少清淤量，污泥的产生量仅仅是传统法清淤法的1/10；同步实现了淤泥洗脱、污染物分离以及清水还河的目的，快速改善了水体水质。

3)本发明采用的冲洗装置可以实现曝气沉沙池的效果，通过压入空气使得罩体内产生高速旋流，以对底泥进行充分搅拌，控制搅拌速度，可以使得底泥中的轻质有机污染物悬浮到水体中，又可以保证泥沙等无机重质组份沉降在底泥表面，形成新的泥水界面，避免深层底泥污染物的释放；而采用可移动的罩体，则可以进一步避免搅拌扰动造成底泥污染物的扩散。

4)本发明采用多种药剂絮凝和微纳米气泡协同作用的方法，将有机污染物随气泡一起浮升至水面，形成泡沫浮渣，从而使泥水混合物中的有机污染物得以分离。

5)本发明还提供了一种水体内源污染物治理方法，相比于现有技术，本发明的治理方法治理效果明显，设备占地小，耗费的人物力成本低，适用于大多数的内源污染严重的河流。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-冲洗装置；11-罩体；111-排气口；1111-中空竖管；12-空压机；2-气浮分离装置；21-气浮分离池；211-出水口；22-微纳米气泡机；221-微纳米气泡；23-刮泥机；3-水泵；4-加药装置；5-污泥处理装置；51-贮泥槽；52-污泥压滤机。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

实施例1

如图1所示，一种水体内源污染物治理系统，包括：

冲洗装置1，包括底部设有一开口的可移动罩体11和与罩体11连通的空压机12，罩体11设置在水体中，罩体11的顶部设置有排气口111；其中，本发明的实施例3～4是采用长宽高为2m:1m:1m的罩体11，当然，对于罩体11的体型设置也可根据治理水体的长宽高作另外的变动，这里不做具体限制；排气口111的直径不宜设置过大，防止外界的空气过多进入罩体11，达不到充分搅拌底泥、曝气的需求，保持罩体11内与罩体11外形成一定的压差，更加有助于空压机12的运作，通过控制旋流速度以利于轻质有机污染物悬浮在罩体11内的水体中，空压机12可通过空气管道将空气引进罩体11内；

气浮分离装置2，包括气浮分离池21、微纳米气泡机22和刮泥机23；气浮分离池21与罩体11通过水泵3连通；微纳米气泡机22与气浮分离池21连接用于向气浮分离池21提供微纳米气泡221；刮泥机23设置在气浮分离池21顶部；所述气浮分离池21设置出水口211，所述出水口211连通至所述水体；其中，本发明实施例3～4是采用长宽高为4m:2m:2m的气浮分离池21，气浮分离池21中的有效水深为1.6m，当然，对于气浮分离池21的体型可以根据具体处理污泥的量而作变动，只需保持有效水深是低于气浮分离池21的高度，以在顶部留出一定的空间供刮泥机23的设置，通过刮泥机23的运作将含有有机污染物的污泥从水体分离，以进入到污泥处理装置5中；

加药装置4，与气浮分离池21连接；该加药装置4可设置在冲洗装置1与水泵3段，也可设置在水泵3与气浮分离装置2段，亦可设置在气浮分离池21上端直接向气浮分离池21中投放有关药剂，以利用药剂的絮凝作用和微纳米气泡221的协同作用将绝大多数有机污染物转移出泥水混合物，实现有机污染物的有效分离；加药装置4的药剂通过加药管线进行投放；

污泥处理装置5，包括贮泥槽51和与贮泥槽51连接的污泥压滤机52；贮泥槽51与刮泥机23连接，污泥压滤机52与气浮分离池21连接；其中，贮泥槽51和污泥压滤机52之间设置有止回阀，污泥从贮泥槽51底部的出口端流出经污泥管道流至污泥压滤机52，止回阀的设置使得污泥可以从污泥压滤机52的顶部流进，通过阀瓣自身的重量及污泥产生的压力来实现止回阀的自动开关，能起到防止污泥倒流的效果；此外，与止回阀相邻处还设置有电磁流量计，以实时监控污泥的流量，为下一步的处理设计提供参考；另外，止回阀与贮泥槽51之间可设置泵，利用泵先抽取贮泥槽51中泥水混合物，然后再经止回阀引入污泥压滤机52中处理。

其中，罩体11的数量也可以根据实际处理水量进行增加或减少，但因罩体11是可移动的，多数量的罩体11应控制其移动的速度，以免发生碰撞。此外，可在罩体11的顶部设置耳环以便于罩体11的移动，同时可在水体外设置一升降发动机，通过该发动机去驱动罩体11的升降以及其在水体中的移动。而气浮分离池21中的出水口211可通过污水管道与原水体相连，可采用开设渠道的方式进行连接，出水口211设置有阀门以控制水流。经气浮分离池21净化的水体，水质可达到原水体要求的排放标准，将处理后的水通过出水口211引回原水体中，实现水处理的循环，而污泥则进入贮泥槽51中作进一步处理。

进一步地，罩体11内的旋流速度为0.1～0.6m/s。优选的，罩体11内的旋流速度为0.2～0.4m/s，通过旋流速度的控制实现曝气沉沙池的效果，更加充分地搅拌底泥，使其中的轻质有机污染物悬浮出水体中。

进一步地，排气口111设置有高于水体表面的中空竖管1111用于排气。该中空竖管1111可直接插入排气口111中，一部分设置在罩体11内，一部分延伸出水体外与外界接触。

进一步地，加药装置4投加的药剂包括壳聚糖、硫酸铝和高锰酸盐，按质量份计，壳聚糖：硫酸铝：高锰酸盐＝(30～45)：(30～45)：(10～40)。其中，壳聚糖含有大量的羟基和氨基等极性基团，具有很强的吸附能力，将其投入含污泥的水中，可以吸附水中的有机污染物，再通过硫酸铝的絮凝作用将其粘附于污泥上，起到分离有机污染物的效果；而高锰酸盐则具有强氧化性，能有效杀灭水中的微生物，以及氧化分解多种有机污染物的效果，被氧化的有机污染物则更容易被壳聚糖吸附；通过多种药剂的协同作用，加快了有机污染物的分离，达到快速改善水质的目的。

优选的，药剂投加至水中的浓度为20～200mg/L。更优选的，药剂投加至水中的浓度为20～100mg/L。具体的投加量根据抽离水体的流量进行确定。

进一步地，气浮分离池21的池高为1.2～2.5m，出水口211的中心距离气浮分离池21的池底高度为0.8～1.5m。该出水口211高度的设置，满足了刮泥机23设置所需的位置，虽低于有效水深但不至于过低，有利于将处理后的水引出至水体中，如实施例3～4中的出水口211位置可设置为1m。

进一步地，微纳米气泡221的粒径为0.4～10μm。采用该粒径的微纳米气泡221，其在水中的上升速度较慢，可以长时间停留于水中，具有比表面积大、增氧、带负电荷和富含强氧化性的自由基等特性，本发明人发现，采用该微纳米气泡与药剂协同作用，可以进一步将有机污染物脱离出泥水混合物，实现净化水质的目的。

进一步地，微纳米气泡221由气浮分离池21的池底往上运动。即微纳米气泡机22直接向气浮分离池21的池底提供微纳米气泡221，使得微纳米气泡221更长时间的停留在水中，更有效的将泥水混合物中的有机污染物脱离出来，更快达到净化水质的目的。

实施例2

如图1所示，一种水体内源污染物治理方法，包括以下步骤：

S1、将罩体11设置于水体中，罩体11的底部开口与水体的底泥相接触，利用空压机12向罩体11中通入空气，对底泥进行搅拌；其中，罩体11顶部的排气口111设置有高于水体表面的中空竖管1111用于排气，罩体11内的旋流速度为0.1～0.6m/s；

S2、搅拌完成后，利用水泵3抽取罩体11中的泥水混合物，引入气浮分离池21中，并加入加药装置4中的药剂，再向气浮分离池21中通入微纳米气泡221进行反应；反应完成后，利用刮泥机23对泥水混合物进行第一次泥水分离，得到的水经出水口211引回水体；其中，药剂包括壳聚糖、硫酸铝和高锰酸盐，按质量份计，壳聚糖：硫酸铝：高锰酸盐＝(30～45)：(30～45)：(10～40)，药剂投加至水中的浓度为20～100mg/L；

S3、将第一次泥水分离后再次得到的泥水混合物引入贮泥槽51中，再通过污泥压滤机52进行第二次泥水分离，得到的泥饼外送处置，得到的滤液重新引入气浮分离池21中，完成水体内源污染物的治理。其中，污泥压滤机52中所需的冲洗水可由气浮分离池21中引进，形成一个水循环利用系统。

实施例3

将本发明实施例1的治理系统及实施例2的治理方法应用于东莞市人民涌河道的内源污染治理。

人民涌属于东莞市的一条黑臭河道，河道长600m，平均宽度18m,面积约10800m²，平均水深约50cm，内源污染严重。针对该河道，本发明采用的药剂配比为，按质量份计，壳聚糖：硫酸铝：高锰酸盐＝40:40:20，药剂投加浓度为40mg/L，治理过程共用了约15d的时间，产生含水率60％的污泥共计210m³,治理前后人民涌水质对比如表1所示。

表1治理前后人民涌水体水质对比

实施例4

将本发明实施例1的治理系统及实施例2的治理方法应用于东莞市长青渠河道的内源污染治理。

长青渠是穿越长安镇区的一条黑臭河道，上游是暗渠，下游是明渠，本项目治理的河段是明渠段，明渠段长200m，平均宽度35m,面积约7000m2，平均水深约90cm。在基本完成长青渠沿岸的截污纳管工作之后，将本发明治理系统和治理方法应用其中，针对该河道，采用的药剂配比为，按质量份计，壳聚糖：硫酸铝：高锰酸盐＝30:30:40，药剂投加浓度为50mg/L，治理过程共用了约16d的时间，产生含水率60％的污泥共计224m3,治理前后人民涌水质对比如表2所示。

表2治理前后长青渠水体水质对比

由上述的水体水质表可以看出，采用本发明的治理系统及治理方法，COD及氨氮等指数均有所下降，ORP也有了明显提高，可见水质已得到了明显改善。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种水体内源污染物治理系统，其特征在于，包括：

冲洗装置(1)，包括底部设有一开口的可移动罩体(11)和与所述罩体连通的空压机(12)，所述罩体(11)设置在水体中，所述罩体的顶部设置有排气口(111)；

气浮分离装置(2)，包括气浮分离池(21)、微纳米气泡机(22)和刮泥机(23)；所述气浮分离池(21)与所述罩体(11)通过水泵(3)连通；所述微纳米气泡机(22)与所述气浮分离池(21)连接用于向所述气浮分离池(21)提供微纳米气泡(221)；所述刮泥机(23)设置在所述气浮分离池(21)顶部；所述气浮分离池(21)设置出水口(211)，所述出水口(211)连通至所述水体；

加药装置(4)，与所述气浮分离池(21)连接；

污泥处理装置(5)，包括贮泥槽(51)和与所述贮泥槽(51)连接的污泥压滤机(52)；所述贮泥槽(51)与所述刮泥机(23)连接，所述污泥压滤机(52)与所述气浮分离池(21)连接。

2.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述罩体(11)内的旋流速度为0.1～0.6m/s。

3.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述排气口(111)设置有高于所述水体表面的中空竖管(1111)用于排气。

4.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述加药装置(4)投加的药剂包括壳聚糖、硫酸铝和高锰酸盐，按质量份计，所述壳聚糖：所述硫酸铝：所述高锰酸盐＝(30～45)：(30～45)：(10～40)。

5.根据权利要求4所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述药剂投加至水中的浓度为20～200mg/L。

6.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述气浮分离池(21)的池高为1.2～2.5m，所述出水口(211)的中心距离所述气浮分离池(21)的池底高度为0.8～1.5m。

7.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述微纳米气泡(221)的粒径为0.4～10μm。

8.根据权利要求1所述的水体内源污染物治理系统，其特征在于，所述微纳米气泡(221)由所述气浮分离池(21)的池底往上运动。

9.一种水体内源污染物治理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将罩体(11)设置于水体中，所述罩体(11)的底部开口与所述水体的底泥相接触，利用空压机(12)向所述罩体(11)中通入空气，对所述底泥进行搅拌；

搅拌完成后，利用水泵(3)抽取所述罩体(11)中的泥水混合物，引入气浮分离池(21)中，并加入加药装置(4)中的药剂，再向所述气浮分离池(21)中通入微纳米气泡(221)进行反应；反应完成后，利用刮泥机(23)对所述泥水混合物进行第一次泥水分离，得到的水经出水口(211)引回所述水体；

将第一次泥水分离后再次得到的泥水混合物引入贮泥槽(51)中，再通过污泥压滤机(52)进行第二次泥水分离，得到的泥饼外送处置，得到的滤液重新引入所述气浮分离池(21)中，完成水体内源污染物的治理。

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