CN208964765U - 一种纳米级气泡底泥修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纳米级气泡底泥修复装置，纳米气泡发生装置下部通过连接管路与河道液面下方连通；纳米气泡发生装置上部通过输水动力装置与纳米气泡稳定装置连通；纳米气泡稳定装置内部设置压力传感器和液位计，上部设置排气口，排气口设有背压排气阀和压力传感器；底部或侧壁设有进水口和出水口，进水口设有进水电磁阀，出水口设有出水电磁阀和流量计；控制系统与进水电磁阀、出水电磁阀、流量计、背压排气阀信号连接；纳米气泡稳定装置与覆盖在底泥表面下或浸没在底泥内部的纳米气泡扩散装置连通。本实用新型纳米气泡稳定装置释放了在微纳米气泡发生装置中产生的微米级及以上气泡，大大降低了微米级气泡的含量。

Description

一种纳米级气泡底泥修复装置

技术领域

本实用新型涉及一种纳米级气泡底泥修复方法与装置，属于池塘底泥修复技术领域。

背景技术

纳米级气泡是指尺寸小于1微米的气泡。纳米气泡其存在已经被多方面证明，其在水中停留时间可以超过数百个小时，是当前界面物理等领域研究的热点。自然和人工水体的富营养化以及黑臭河道问题以成为我国水环境污染中的严重问题，并成为近年来国家改善生态环境的首要解决目标。而造成水体黑臭的最主要原因就是外源污染长期居高不下，水体自净能力丧失，溶解氧低，水体透明度低，底泥厌氧引发黑臭。在现有黑臭水体治理工艺中，底泥疏浚清淤是工艺的第一步，其消耗的人力、物力惊人，几乎占据了整个处理费用的50％以上，同时产生的固体废弃物对于固废处理机构也是很大的负担；此外，由于完全杜绝外源污染在相当长的时间内还难以保证，导致一次清淤仅能维持3-5年，甚至不足一年，这势必造成重复投资、反复治理的恶性循环。近年来的大量研究表明，纳米气泡对于微生物、水生植物、动物甚至人体都具有生理刺激作用，同时，携带纳米级气泡水体的渗透性能更强，因此携带氧气纳米气泡的水体可以更有效的向底泥内部进行氧气扩散和渗透。

CN 101503238 B公开了一种纳米气泡修复底泥的方法，其采用向水体中投加负载纳米气泡固体颗粒物的方式来修复厌氧底泥，是一种新的尝试，也是利用纳米级气泡较高渗透能力的尝试，但该技术对于无任何外源和内源污染并且底泥量较少、底泥有机质含量较低的水体也许可行，原因在于固体颗粒的投加量受限，且负载的纳米气泡数量有限，整个技术仅能在短期内部分提高底泥的氧化还原电位，持续时间短，一旦纳米气泡消耗完全，固体颗粒无法再发挥作用，不仅浪费材料还对水环境造成了二次污染。

CN 104828967 A公开了一种基于太阳能供电的智能水体增氧修复机，其利用空气压缩机、增压泵，向水体通入产生微米级气泡，从而利用微米级气泡巨大的比表面积，为水体增氧。但是，为了达到增大比表面积的目的，该过程主要形成的微米级气泡，其主要功能是为水体增氧，整个形成过程均位于底泥层以上的水体中，且该过程形成的纳米气泡浓度低，因此难以有效的利用高浓度纳米气泡水所具有的高渗透效应为底泥进行深层次供氧。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用纳米级别气泡对河道、湖泊等水体厌氧底泥进行原位修复的方法和装置，可以连续不断的向底泥内部输送纳米级气泡，持续提高底泥的溶解氧和氧化还原电位水平的同时，维持兼氧和厌氧细菌的数量，实现底泥污染物质完整的微生物降解循环，例如有机氮、氨氮在好氧生物作用下完成氨氧化和硝化，再在厌氧条件下完成向氮气的转化；整个过程不对底泥进行扰动，底泥污染物不扩散，不影响上层水体的水质和水生动植物生态环境，彻底修复和改善水体底泥。

本实用新型采取以下技术方案：

一种纳米级气泡底泥修复装置，包括纳米气泡发生装置3、纳米气泡稳定装置5、纳米气泡扩散装置8；所述纳米气泡发生装置3为中空腔体结构，下部通过连接管路与河道液面下方连通，连接管路上设有提水动力装置；纳米气泡发生装置3上部通过输水动力装置与纳米气泡稳定装置5连通；纳米气泡稳定装置5内部设置压力传感器6和液位计，上部设置排气口，排气口设有背压排气阀7和压力传感器6；底部或侧壁设有进水口和出水口，进水口设有进水电磁阀4，出水口设有出水电磁阀9和流量计；控制系统与进水电磁阀4、出水电磁阀9、流量计、背压排气阀7信号连接；纳米气泡稳定装置5与覆盖在底泥表面下或浸没在底泥内部的纳米气泡扩散装置8连通；所述纳米气泡扩散装置8是将含有纳米气泡的水溶液注入底泥表面水体或底泥内部水体的装置，是包括通过连接管路与纳米气泡稳定装置5连接的进口端、与底泥表面水体或底泥内部水体相连通的出口端的中空腔体。

进一步的，所述纳米气泡发生装置3、纳米气泡稳定装置5设置在河岸 01边。

进一步的，纳米气泡扩散装置8的中空腔体是中空的管状、板状、条状结构中的一种。

一种采用上述的纳米级气泡底泥修复装置的修复方法，压力传感器6实时监测纳米气泡稳定装置5内的压力；流量计实时监测纳米气泡稳定装置5 的出水流量；通过纳米气泡扩散装置8的出口端所需流速获取对应的流量数据，流量计实时监测出水口流量并反馈至控制系统；控制系统通过调节进水电磁阀及背压排气阀7的开度来调节纳米气泡稳定装置5内的压力；进而，通过调节纳米气泡稳定装置5内的压力及出水电磁阀9的开度来调节出水动力，进而获得所需的出水流量；确保纳米气泡发生装置产生的、含有纳米气泡的水溶液通过纳米气泡扩散装置8注入底泥表面水体或底泥内部水体时的流速<20cm/s。

进一步的，通过背压排气阀7控制将纳米气泡稳定装置内部的气体排出，同时保证纳米气泡稳定装置5内部气体压力和底部出水口压力的差值不超过气体压力的5％，进而降低和稳定纳米气泡发生装置出口水流的速度和压力。

进一步的，微纳米气泡发生装置3是利用水力剪切、机械剪切、加压溶解加压释放、负压释放、旋转剪切方式的一种或几种的组合形成微米级和纳米级气泡的装置。

进一步的，微纳米气泡发生装置3内添加过氧化氢无残留化学药剂。

进一步的，微纳米气泡发生装置3产生的纳米气泡水中的纳米级气泡内部的气体中的氧气体积含量在10％-100％。

进一步的，通过调节垂直和水平位置来确定纳米气泡扩散装置8在底泥中所处的位置，该位置根据底泥的溶解氧和氧化还原电位水平确定，整个位置调节过程通过自动升降装置控制。

进一步的，自初始状态起：微纳米气泡发生装置3产生的微纳米气泡水进入空的或部分空的纳米气泡稳定装置5，此时出水电磁阀9关闭，背压排气阀7开启，进水电磁阀2开启，纳米气泡稳定装置5内部气体通过背压排气阀7排出；在液位计监控下，当液位未达到满液位前，关闭背压排气阀7，随后通过控制关闭进水电磁阀4的时间，将排气口压力传感器6维持在 0.05-0.1Bar；稳定设定时间后，自动开启出水电磁阀9，进行排水；当流量计的监测流量达到设定值以下，同时压力传感器6的监测压力小于设定值，所述背压排气阀7再次自动开启，继续排水；直至流量计的流量再次小于设定值，重复“自初始状态起”的步骤。

本实用新型的有益效果在于：

1)可以连续不断的向底泥内部输送纳米级气泡；

2)持续提高底泥的溶解氧和氧化还原电位水平的同时，维持兼氧和厌氧细菌的数量，实现底泥污染物质完整的微生物降解循环，例如有机氮、氨氮在好氧生物作用下完成氨氧化和硝化，再在厌氧条件下完成向氮气的转化；

2)整个过程不对底泥进行扰动，底泥污染物不扩散，不影响上层水体的水质和水生动植物生态环境，是彻底修复和改善水体底泥的方法。

3)纳米气泡稳定装置释放了在微纳米气泡发生装置中产生的微米级及以上气泡，大大降低了微米级气泡的含量，提高了纳米级气泡的占比；

4)通过纳米气泡稳定装置上的进水电磁阀、出水电磁阀、压力传感器、背压排气阀的联动控制，为纳米气泡水通过纳米气泡扩散装置向底泥中扩散提供了动力，同时还精确控制并获取了纳米气泡扩散装置所需的流量和流速，设计巧妙。

附图说明

图1是本实用新型纳米级气泡底泥修复装置的结构示意图。

图中，01.河岸，02.河道水面，03.河道底泥表面，1.过滤底阀，2.电磁阀，3.纳米气泡发生装置，4.进水电磁阀，5.纳米气泡稳定装置，6. 压力传感器，7.背压排气阀，8.纳米气泡扩散装置，9.出水电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

参见图1，其中，01,02,03分别为河岸，河道水面和河道底泥表面。河道水通过过滤底阀1进入纳米气泡发生装置3，电磁阀2用于控制和调节进入纳米气泡发生装置3的水流量，经过纳米气泡发生装置3的携带大量纳米级气泡和微米级及以上气泡的水进入纳米气泡稳定装置5，压力传感器6用于检测纳米气泡稳定装置5内的压力，通过利用进水电磁阀4和背压排气阀7 开启来控制进入纳米气泡稳定装置5的水量以及排出纳米气泡稳定装置5的气体或气液混合物，保持纳米气泡稳定装置5出水中微米级气泡数量比例不超过1％，同时保证从纳米气泡扩散装置8出口排出时的水流速在5-10cm/s。

其中，过滤底阀1位于河道液面02以下，纳米气泡扩散装置8为一个长 2m，截面为10cm*10cm的中空方管，长度方形的两侧与纳米气泡稳定装置5 的出口管路相连接，在其他四个平面上分布有4*7共28个直径为0.5mm的通孔，纳米气泡稳定装置5输送过来的纳米气泡水景观上述28个通孔，以 5-10cm/s的流速注入底泥内部。其中，本实施例中纳米气泡中气体为纯度 90％以上的氧气。

具体控制过程为，自初始状态起：微纳米气泡发生装置3产生的微纳米气泡水进入空的或部分空的纳米气泡稳定装置5，此时出水电磁阀9关闭，背压排气阀7开启，进水电磁阀2开启，纳米气泡稳定装置5内部气体通过背压排气阀7排出；在液位计监控下，当液位未达到满液位前，关闭背压排气阀7，随后通过控制关闭进水电磁阀4的时间，将排气口压力传感器6维持在 0.05-0.1Bar；稳定设定时间后，自动开启出水电磁阀9，进行排水；当流量计的监测流量达到设定值以下，同时压力传感器6的监测压力小于设定值，所述背压排气阀7再次自动开启，继续排水；直至流量计的流量再次小于设定值，重复“自初始状态起”的步骤。

以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种纳米级气泡底泥修复装置，其特征在于：

包括纳米气泡发生装置(3)、纳米气泡稳定装置(5)、纳米气泡扩散装置(8)；

所述纳米气泡发生装置(3)为中空腔体结构，下部通过连接管路与河道液面下方连通，连接管路上设有提水动力装置；纳米气泡发生装置(3)上部通过输水动力装置与纳米气泡稳定装置(5)连通；

纳米气泡稳定装置(5)内部设置压力传感器(6)和液位计，上部设置排气口，排气口设有背压排气阀(7)和压力传感器(6)；底部或侧壁设有进水口和出水口，进水口设有进水电磁阀(4)，出水口设有出水电磁阀(9)和流量计；控制系统与进水电磁阀(4)、出水电磁阀(9)、流量计、背压排气阀(7)信号连接；

纳米气泡稳定装置(5)与覆盖在底泥表面下或浸没在底泥内部的纳米气泡扩散装置(8)连通；所述纳米气泡扩散装置(8)是将含有纳米气泡的水溶液注入底泥表面水体或底泥内部水体的装置，是包括通过连接管路与纳米气泡稳定装置(5)连接的进口端、与底泥表面水体或底泥内部水体相连通的出口端的中空腔体。

2.如权利要求1所述的纳米级气泡底泥修复装置，其特征在于：所述纳米气泡发生装置(3)、纳米气泡稳定装置(5)设置在河岸(01)边。

3.如权利要求1所述的纳米级气泡底泥修复装置，其特征在于：纳米气泡扩散装置(8)的中空腔体是中空的管状、板状、条状结构中的一种。