CN113264637B - 一种湖库底层低扰动供氧修复设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湖库底层低扰动供氧修复设备及方法，修复设备包括水泵、密闭过滤池、压力钢管、溶氧装置和普通压力管；所述水泵与密闭过滤池之间通过普通压力管连接，所述密闭过滤池和溶氧装置之间通过压力钢管连接；所述水泵通过普通压力管接入湖库水体中，所述溶氧装置通过普通压力管接入湖库底层；所述水泵用于将湖库中的水泵入密闭过滤池中，所述密闭过滤池内填充有填料，用于将泵入的水进行过滤，所述溶氧装置用于将氧气融入水体，形成高溶氧水体。本发明对沉积物上覆水体的氧环境改善效果显著，有效降低了二次污染的风险，改善了水环境。

Description

一种湖库底层低扰动供氧修复设备及方法
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种湖库底层低扰动供氧修复设备及方法。
背景技术
由于湖库自身存在水位高、流速小、水体扩散能力弱、水体滞留时间长等物理结构特性，容易形成明显的热分层现象，即依据水温分为混合层、温跃层和滞温层，特别是夏季，该现象尤为显著。水体分层会随湖库深度的增加而越发稳定，表层水体和下层水体通常不会发生较大的交换。
近年来，由于湖库污染负荷的大量增加致使表层水体浮游植物等生物量急剧增加。研究表明，湖库表层水体的浮游植物由于生长代谢会不断沉降至下层水体，沉降时伴随的有机质降解过程会消耗水体中大量的氧气，致使水体出现缺氧现象，水体缺氧会导致生活在该区域的水生生物死亡，加剧水体的缺氧状态，特别是下层水体缺氧现象特别突出。同时，湖库沉积物的氧主要来源于其上覆水体，一旦沉积物上覆水体长期处于低氧甚至缺氧状态时，会导致沉积物释放大量的磷和氨氮等内源污染物，加速湖库水体富营养化，为上层水体浮游植物的生长提供营养盐，最终形成“下层水体缺氧→沉积物内源污染物释放→湖库浮游植物爆发式生长→下层水体缺氧加剧”的恶性循环，对水生生态系统造成显著的不利影响。沉积物作为水生系统中物质转化和能量代谢的重要场所，其所处的氧环境决定了内源物质的赋存形态及转化趋势。因此，增加湖库底层水体的含氧量是减少内源污染，改善湖库水质，修复水生态系统的关键所在。
现有技术中存在的主要问题和缺陷包括：
目前，针对湖库水体的增氧技术主要包括：人工去分层技术、气体提升技术、Speece锥形技术和气泡羽流扩散技术等。人工去分层技术是将下层水体提升到表层，使下层水体与表层水体混合并与大气充分接触，达到水体增氧目的。气体提升技术和Speece锥形技术是将下层水输送至溶氧系统中完成水体增氧，然后利用回流系统将富氧水体送回下层。气泡羽流扩散技术是利用管状发射器制造羽流状的气水混合物，达到增氧目的。但是，上述四种湖库水体增氧技术均缺乏对湖库底层水体的针对性，特别是对湖库沉积物上覆水体的增氧效果不明显。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本发明提供了一种湖库底层低扰动供氧修复设备及方法，对沉积物上覆水体的氧环境改善效果显著，有效降低了二次污染的风险，改善了水环境。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种湖库底层低扰动供氧修复设备，包括水泵、密闭过滤池、压力钢管、溶氧装置和普通压力管；所述水泵与密闭过滤池之间通过普通压力管连接，所述密闭过滤池和溶氧装置之间通过压力钢管连接；所述水泵通过普通压力管接入湖库水体中，所述溶氧装置通过普通压力管接入湖库底层；所述水泵用于将湖库中的水泵入密闭过滤池中，所述密闭过滤池内填充有填料，用于将泵入的水进行过滤，所述溶氧装置用于将氧气融入水体，形成高溶氧水体。
进一步地，所述溶氧装置主要由氧气瓶和压力罐组成，所述氧气瓶和压力罐之间通过气管连接；所述压力罐的进水口通过压力钢管与密闭过滤池的出水口连接，压力罐的出水口通过普通压力管接入湖库底层。
优选地，所述密闭过滤池为定制的不锈钢圆筒，最大承压为1.2MPa；密闭过滤池分为第一盖体和第一容体两个部分，所述第一盖体上设有一个第一进水口和一个第一安全阀接口；所述第一容体内部设有3个可拆卸的带孔钢板垫层，用于分隔不同的填料并防止填料进入压力钢管；第一容体的下部设有第一出水口；所述第一盖体和第一容体通过第一螺钉紧固在一起，二者之间加有止水垫圈。
优选地，所述填料包括三层，由上往下分别为碎石、炉渣和石英砂，每层填料的厚度均为0.5m，每层填料的底部均设有根据填料性质定制的带孔不锈钢板，带孔不锈钢板的厚度为20mm；所述填料的上部距第一容体的顶部约为0.2m，填料的下部距第一容体的底部约为0.3m。
优选地，所述压力罐为定制的不锈钢压力罐，最大承压为1.2MPa；压力罐分为第二盖体和第二容体两个部分，所述第二盖体上设有压力表接口、进气口接口和第二安全阀接口；所述第二容体的上部设有第二进水口，下部设有第二出水口，第二容体的外壁设有液位计；所述第二盖体和第二容体通过第二螺钉紧固在一起，二者之间加有止水垫圈。
优选地，所述压力表接口、进气口接口和第二安全阀接口均为内丝接口。
优选地，所述水泵为自吸增压泵，所述压力钢管采用不锈钢制成，所述氧气瓶为标准氧气瓶，所述气管为透明管，其最大耐压值为1.2MPa，所述普通压力管为自来水管。
优选地，所述密闭过滤池的直径为2m，高为2m，容积为6.3m3；所述压力罐的直径为1m，高为2m，容积为1.6m3。、
一种湖库底层低扰动供氧修复方法，采用如上所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备进行湖库底层低扰动供养修复，所述湖库底层低扰动供氧修复设备的安装分为地上和地下两个部分，其中，地上部分包括水泵、氧气罐和普通压力管，地下部分包括密闭过滤池、压力钢管和压力罐，地下部分部件的上覆土层的厚度为0.5-1m。
进一步地，修复过程如下：利用水泵将目标湖库表层的水体通过普通压力管泵入预埋好的密闭过滤池，密闭过滤池将水体中的大块残渣过滤掉，以免对后续溶氧装置造成堵塞，同时利用土层下方的低温环境对水体进行降温处理；过滤后的水体流经压力钢管时进一步降温，充分的降温将有利于提高水体的溶氧量；当水体进入压力罐与氧气接触后，高压促使氧气融入水体，形成高溶氧水体；制好的高溶氧水体利用普通压力管排入湖库中时，自动沉降至湖库底层，准确的覆盖在湖库沉积物表层，实现对湖库底层水体低扰动供氧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明针对性强，供氧目标是湖库底层水体，对沉积物上覆水体的氧环境改善效果显著。
(2)本发明供氧时采用的是一种低扰动的方式，能有效降低“二次污染”的风险。(沉积物因剧烈扰动会加速内源污染物向上覆水体释放，造成“二次污染”。)
(3)在富氧环境下，沉积物中的微生物活性提高，能促进沉积物中有机碎屑的分解，阻止碳单质的产生；能抑制沉积物内源污染物质的释放和迁移；能提高沉积物-水界面的硝化、反硝化的反应效率，有效减小水系统中的氮含量，改善水环境。
(4)富氧水体能为水生生物提供良好的生活环境，丰富水环境的生物多样性，加强水环境的自我调节能力。
附图说明
图1是本发明所提供的一种湖库底层低扰动供氧修复设备的结构组成示意图。
图2是本发明所提供的一种湖库底层低扰动供氧修复设备中密闭过滤池的剖面结构示意图。
图3是本发明所提供的一种湖库底层低扰动供氧修复设备中密闭过滤池盖体的结构示意图。
图4是本发明所提供的一种湖库底层低扰动供氧修复设备中压力罐的结构示意图。
图5是本发明所提供的一种湖库底层低扰动供氧修复设备中压力罐盖体的结构示意图。
附图标记说明：1、水泵；2、密闭过滤池；3、压力钢管；4、溶氧装置；5、氧气瓶；6、压力罐；7、气管；8、普通压力管；9、填料；2-1、第一盖体；2-2、第一容体；2-3、第一进水口；2-4、第一安全阀接口；2-5、第一出水口；2-6、第一螺钉；6-1、第二盖体；6-2、第二容体；6-3、压力表接口；6-4、进气口接口；6-5、第二安全阀接口；6-6、第二进水口；6-7、第二出水口；6-8、液位计；6-9、第二螺钉；6-10、微孔气管；9-1、碎石；9-2、炉渣；9-3、石英砂；9-4、带孔不锈钢板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1-图5所示，本发明公开了一种湖库底层低扰动供氧修复设备，包括水泵1、密闭过滤池2、压力钢管3和溶氧装置4。其中，溶氧装置4主要由氧气瓶5和压力罐6组成，两者通过PU气管7连接。水泵1与密闭过滤池2之间通过普通压力管8连接；密闭过滤池2和溶氧装置4之间通过压力钢管3连接。密闭过滤池2内充有填料9。
所述水泵1，为自吸增压泵，扬程为55m，吸程9m，进出水口直径为32mm，最大流量为5.5m3/h。
所述密闭过滤池2为定制的不锈钢圆筒，最大承压为1.2MPa,直径为2m，高为2m，容积为6.3m3。密闭过滤池2分为第一盖体2-1和第一容体2-2两个部分。第一盖体2-1设计一个直径32mm的第一进水口2-3和一个G1/4内丝的第一安全阀接口2-4。第一容体2-2内部设计有3个带孔钢板垫层，可拆卸，用于分隔不同的过滤填料9和防止填料9进入压力钢管3；第一容体2-2下部设有第一出水口2-5，直径为32mm。第一盖体2-1和第一容体2-2通过八颗第一螺钉2-6紧固在一起，两者之间加有止水垫圈，保证了密闭过滤池2的密闭性。
所述压力钢管3为不锈钢制成，直径为32mm。
所述氧气瓶4为标准氧气瓶。
所述压力罐6为定制的不锈钢压力罐，最大承压1.2MPa,直径为1m,高2m,容积约为1.6m3。压力罐6分为第二盖体6-1和第二容体6-2两部分，第二盖体6-1设计有压力表接口6-3、进气口接口6-4和第二安全阀接口6-5，均为内丝接口，直径分别为G1/4、G1/2和G1/2。第二容体6-2上部设计有第二进水口6-6，口径为32mm,下部设计有第二出水口6-7，口径为32mm。同时，第二容体6-2外壁设计有液位计6-8。第二盖体6-1和第二容体6-2通过八颗第二螺钉6-9紧固在一起，两者之间加有止水垫圈，保证了整体的气密性。
所述气管7为透明管，其最大耐压值为1.2MPa。
所述普通压力管8为日常生活中常用的自来水管，口径为32mm。
所述填料9由上往下分别为碎石9-1、炉渣9-2和石英砂9-3。填料厚度均为0.5m，每层填料底部均有根据填料性质定制的带孔不锈钢板9-4，厚度为20mm。填料9上部距第一容体2-2顶部约为0.2m,填料9下部距第一容体2-2底部约0.3m。
一种湖库底层低扰动供氧修复方法，修复设备安装分为地上和地下两个部分，其中地上部分包括水泵1、氧气罐5和普通压力管8，地下部分包括密闭过滤池2、压力钢管3和压力罐6，并且地下部件的上覆土层厚度为0.5-1m。利用水泵1将目标湖库表层的水体通过普通压力管8泵入预埋好的密闭过滤池2，目标水体通过密闭过滤池2会将水体中的大块残渣过滤掉，以免对后面溶氧装置4造成堵塞，同时利用土层下方的低温环境对水体进行降温处理。当水体温度降低时，气体的溶解度会上升。过滤后的水体流经压力钢管3时会进一步降温，充分的降温将有利于提高水体的溶氧量。当水体进入压力罐6与氧气接触后，高压会促使氧气融入水体，形成高溶氧水体，压力罐6的压力源于水压和气压。制好的高溶氧水体相较于原水体，水温低，密度大，利用普通压力管8排入湖库中时，会自动沉降至湖库底层，准确的覆盖在湖库沉积物表层，该沉降对底层水体产生的扰动很小，实现了对湖库底层水体低扰动供氧。
实施例
本发明的实施过程如图1所示，首先在离岸边一定距离的地方挖一个长6m、宽3m、深3m的土坑，同时，将预置压力罐6的地方用砖石隔出来。接着将密闭过滤池2、压力钢管3和压力罐6如图1所示的顺序，依次放入土坑中。然后组装密闭过滤池2的填料9和压力罐6的微孔气管6-10；完成后，将密闭过滤池2、压力钢管3和压力罐6三者相连接。在压力罐6的第二出水口6-7处接普通压力管8，并将普通压力管8的出水口通入湖库中。随后，安装水泵1，并利用普通压力管8将水泵1的出水口和密闭过滤池2的第一进水口2-3连接；安装氧气罐5，利用PU气管7将氧气罐5和压力罐6相连接，并且在PU气管7上安装一个阀门，防止水体倒灌。各部件连接好后，将PU气管7的阀门关闭，打开水泵1开关，使湖库水体流经整个设备，检查各个部件的气密性。检查安装无误，将压力钢管3和密闭过滤池2用泥土掩埋，保证这两个部分对水体的降温作用，同时，将压力罐6上方进行遮掩，保证其低温环境。
密闭过滤池2是本发明的过滤环节的重要部件，如图2和图3所示，先将带孔不锈钢板9-4安装在预定位置，随后填充0.5m厚的石英砂9-3过滤层；在石英砂层顶部安装相同的带孔不锈钢板9-4，然后填充0.5m厚的炉渣9-2，在炉渣9-2顶部安装最后一块带孔不锈钢板9-4，接着填充0.5m厚的碎石9-1，完成滤芯的填充工作。盖上盖子，拧紧第一螺钉2-6，完成组装工作。
压力罐6是本发明的供氧环节的发生场所，如图4和图5所示，安装压力罐6时，要在第二盖体6-1内部的进气口接口6-4端口接一根带孔的微孔气管6-10，增大气体与液体的接触面积，随后盖上盖子，拧紧第二螺钉6-9，完成组装工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种湖库底层低扰动供氧修复设备，其特征在于：包括水泵(1)、密闭过滤池(2)、压力钢管(3)、溶氧装置(4)和普通压力管(8)；所述水泵(1)与密闭过滤池(2)之间通过普通压力管(8)连接，所述密闭过滤池(2)和溶氧装置(4)之间通过压力钢管(3)连接；所述水泵(1)通过普通压力管(8)接入湖库水体中，所述溶氧装置(4)通过普通压力管(8)接入湖库底层；所述水泵(1)用于将湖库中的水泵入密闭过滤池(2)中，所述密闭过滤池(2)内填充有填料(9)，用于将泵入的水进行过滤，所述溶氧装置(4)用于将氧气融入水体，形成高溶氧水体；
所述溶氧装置(4)主要由氧气瓶(5)和压力罐(6)组成，所述氧气瓶(5)和压力罐(6)之间通过气管(7)连接；所述压力罐(6)的进水口通过压力钢管(3)与密闭过滤池(2)的出水口连接，压力罐(6)的出水口通过普通压力管(8)接入湖库底层；
所述密闭过滤池(2)为定制的不锈钢圆筒，最大承压为1.2MPa；密闭过滤池(2)分为第一盖体(2-1)和第一容体(2-2)两个部分，所述第一盖体(2-1)上设有一个第一进水口(2-3)和一个第一安全阀接口(2-4)；所述第一容体(2-2)内部设有3个可拆卸的带孔钢板垫层，用于分隔不同的填料(9)并防止填料(9)进入压力钢管(3)；第一容体(2-2)的下部设有第一出水口(2-5)；所述第一盖体(2-1)和第一容体(2-2)通过第一螺钉(2-6)紧固在一起，二者之间加有止水垫圈；
所述填料(9)包括三层，由上往下分别为碎石(9-1)、炉渣(9-2)和石英砂(9-3)，每层填料的厚度均为0.5m，每层填料的底部均设有根据填料性质定制的带孔不锈钢板(9-4)，带孔不锈钢板(9-4)的厚度为20mm；所述填料(9)的上部距第一容体(2-2)的顶部约为0.2m，填料(9)的下部距第一容体(2-2)的底部约为0.3m。
2.根据权利要求1所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备，其特征在于：所述压力罐(6)为定制的不锈钢压力罐，最大承压为1.2MPa；压力罐(6)分为第二盖体(6-1)和第二容体(6-2)两个部分，所述第二盖体(6-1)上设有压力表接口(6-3)、进气口接口(6-4)和第二安全阀接口(6-5)；所述第二容体(6-2)的上部设有第二进水口(6-6)，下部设有第二出水口(6-7)，第二容体(6-2)的外壁设有液位计(6-8)；所述第二盖体(6-1)和第二容体(6-2)通过第二螺钉(6-9)紧固在一起，二者之间加有止水垫圈。
3.根据权利要求2所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备，其特征在于：所述压力表接口(6-3)、进气口接口(6-4)和第二安全阀接口(6-5)均为内丝接口。
4.根据权利要求1所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备，其特征在于：所述水泵(1)为自吸增压泵，所述压力钢管(3)采用不锈钢制成，所述氧气瓶(4)为标准氧气瓶，所述气管(7)为透明管，其最大耐压值为1.2MPa，所述普通压力管(8)为自来水管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备，其特征在于：所述密闭过滤池(2)的直径为2m，高为2m，容积为6.3m3；所述压力罐(6)的直径为1m，高为2m，容积为1.6m3。
6.一种湖库底层低扰动供氧修复方法，其特征在于：采用如权利要求1-5中任一项所述的一种湖库底层低扰动供氧修复设备进行湖库底层低扰动供氧 修复，所述湖库底层低扰动供氧修复设备的安装分为地上和地下两个部分，其中，地上部分包括水泵(1)、氧气罐(5)和普通压力管(8)，地下部分包括密闭过滤池(2)、压力钢管(3)和压力罐(6)，地下部分部件的上覆土层的厚度为0.5-1m。
7.根据权利要求6所述的一种湖库底层低扰动供氧修复方法，其特征在于：修复过程如下：利用水泵(1)将目标湖库表层的水体通过普通压力管(8)泵入预埋好的密闭过滤池(2)，密闭过滤池(2)将水体中的大块残渣过滤掉，以免对后续溶氧装置(4)造成堵塞，同时利用土层下方的低温环境对水体进行降温处理；过滤后的水体流经压力钢管(3)时进一步降温，充分的降温将有利于提高水体的溶氧量；当水体进入压力罐(6)与氧气接触后，高压促使氧气融入水体，形成高溶氧水体；制好的高溶氧水体利用普通压力管(8)排入湖库中时，自动沉降至湖库底层，准确的覆盖在湖库沉积物表层，实现对湖库底层水体低扰动供氧。
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