專利名稱：一種淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱及治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷阱及方法，更具體說，它涉及一種淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱及治理方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外常用的水污染治理方法是活性污泥及曝氣、生物膜，以及氧化法等，而大型水體如湖泊、河流的治理方法，一般包括物理方法(調(diào)水稀釋\淤泥清理\粘土覆蓋)、 化學(xué)方法(化學(xué)試劑沉淀法\化學(xué)藥劑除藻類法)，以及生物方法(曝氣、微生物和動植物吸收有害物質(zhì))，但這些方法的缺點是影響范圍小(如物理方法中的淤泥清理和粘土覆蓋法)， 容易造成二次污染(如化學(xué)方法、生物方法等)，甚至破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，同時投入和后期支出也相對較大(如調(diào)水換水、清淤等方法)。如調(diào)水稀釋法可以在較短時間內(nèi)將湖泊內(nèi)的大量污染物輸送出去，同時湖泊中營養(yǎng)物質(zhì)濃度減小，污染物總量和濃度都能得到有效減少；同時這種方法將死水變成活水，使水體從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)，提高了水體自凈能，但是需要源源不斷地?fù)Q水，造成水資源的大量浪費，同時很有可能造成外界大的水體污染。如引江濟(jì)太工程是引長江水解決太湖污染，西湖換水工程是引錢塘江水解決西湖的污染問題。淤泥清理在南京玄武湖進(jìn)行過實踐，但從長期效果看，尚未見到中等以上湖泊通過清淤控制湖泊富營養(yǎng)化的實例，而大型湖泊如太湖、滇池則不但難以實施，就算嘗試，其所需的直徑也非常巨大。粘土覆蓋法會造成底泥缺氧導(dǎo)致生物死亡，如果為了控制氮、磷等營養(yǎng)元素釋放而多次用黏土覆蓋，最終會給清淤增加困難，這是一個治標(biāo)不治本的方法。如前幾年玄武湖采用此方法對氮、磷等營養(yǎng)元素進(jìn)行阻隔，控制藍(lán)藻暴發(fā)，效果并不持久?；瘜W(xué)方法和生物學(xué)方法的缺點主要是投入到水體中的化學(xué)物質(zhì)或新的生物材料， 這些新物質(zhì)雖然可以短期內(nèi)起到作用，如抑制藻類的化學(xué)制劑，但不能根絕污染源。這些方法無疑會改變水質(zhì)的水化學(xué)特征和生態(tài)特征，進(jìn)而改變水的生態(tài)系統(tǒng)，使水體發(fā)生難以修復(fù)或恢復(fù)的破壞。無論是太湖、滇池、巢湖等等的治理，現(xiàn)在使用的另一種方法是治理入湖徑流的水質(zhì)。這種方法看似治本，由于涉及流域范圍大，相關(guān)因素復(fù)雜，而且需要使入湖徑流水質(zhì)由于湖水所需達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，難度大，控制難，成本極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種不改變水化學(xué)及生態(tài)系統(tǒng)、成本低廉、效果顯著的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱及治理方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。這種淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱，在淺水水體底部設(shè)有保持水體低溫的冷阱，所述冷阱的出水口位于水面以下。作為優(yōu)選所述冷阱深度為0. 5m-50m,直徑為0. lm_200m。作為優(yōu)選所述冷阱包括上端開口的保溫容器，所述保溫容器內(nèi)設(shè)有導(dǎo)熱金屬棒、所述導(dǎo)熱金屬棒的上端部連接有半導(dǎo)體制冷片的冷極，所述半導(dǎo)體制冷片的熱極連接有散熱片。作為優(yōu)選所述冷阱的開口設(shè)有防止生物或人類誤入的網(wǎng)罩。淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理方法，包括以下步驟1)在淺水水體底部設(shè)置冷阱； 2)通過環(huán)境溫度或制冷設(shè)備保持冷阱內(nèi)水溫為3°C 10°C ；3)冷阱的低溫富集水體內(nèi)有機質(zhì)。作為優(yōu)選所述冷阱通過水體底部地貌形態(tài)圍筑成可保存較低溫水體的空間或通過在水體底部挖掘形成可保存較低溫水體的空間。作為優(yōu)選根據(jù)冷阱總富集污染物質(zhì)的多少，抽出或排除冷阱中的污染物質(zhì)。作為優(yōu)選所述抽出或排除冷阱中的污染物質(zhì)的方法包括預(yù)袋裝、直接抽取、壓濾抽取，其中預(yù)袋裝為預(yù)先在冷阱中布置與冷阱富集污染物空間大小相當(dāng)?shù)拇?，所述袋子包括透水和不透水；直接抽取為根?jù)冷阱空間中污染物的富集量直接從冷阱中抽取富集到的污染物；壓濾抽取為通過透水袋提取時同時進(jìn)行壓濾以提取富集到的污染物。作為優(yōu)選在直接抽取時同時進(jìn)行水和污染物分離，單獨抽取污染物。本發(fā)明的有益效果是通過既富集并排除有害物質(zhì)，又不改變水化學(xué)及生態(tài)系統(tǒng)的低成本方法，才是解決淺水湖泊污染問題的最佳途徑。本發(fā)明降低水體中的可能造成生態(tài)災(zāi)害的引導(dǎo)或誘導(dǎo)物質(zhì)，如N、P等，特別是有機物及其生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等相關(guān)的對生態(tài)可能帶來的有害物質(zhì)，以及對富營養(yǎng)化帶來的如藻類降解或腐敗所產(chǎn)生的有害物質(zhì)及有害環(huán)境相關(guān)的物質(zhì)的富集，這些由富營養(yǎng)化過程所產(chǎn)生的結(jié)果所帶來的水體DOC等的增加， DO的減小，以及與具有毒性的藻類等生物降解物質(zhì)的在水體中的過分富集所導(dǎo)致的缺氧和毒素等生態(tài)災(zāi)難。本發(fā)明的就是根據(jù)我們在實踐中發(fā)現(xiàn)的有效方法，在不引入任何化學(xué)物質(zhì)，不改變正常的生態(tài)環(huán)境的前提下，利用物理方法，將水體中的有害物質(zhì)富集到特定的空間，從而降低水體中的有害物質(zhì)，使水體的有害物質(zhì)得到減低或低于富營養(yǎng)化災(zāi)害發(fā)生的閾值，進(jìn)而達(dá)到改善水體水質(zhì)的目的。利用多種對水體有害物質(zhì)在較低溫度中具有較低的溶解度或其他原因在該較低溫度的水體中得到富集，從而使水體中的有害物質(zhì)得到清除或降低。對于富集在深潭或冷阱中的有害組織的處理。


圖1為本發(fā)明使用狀態(tài)示意圖； 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意附圖標(biāo)記冷阱1 ；保溫容器2 ；導(dǎo)熱金屬棒3 ；散熱片4 ；半導(dǎo)體制冷片5 ；水面6 ；底部7。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。參見圖1至圖2所示，本發(fā)明基于申請人在實踐中發(fā)現(xiàn)的冷阱1(或水體底部7的冷水水下水潭或簡稱深潭)的有機質(zhì)等富集作用的現(xiàn)象，特別是低溫水體在深潭中可以相對長期穩(wěn)定存在，從而使這個低溫水體成為富集大部分造成富營養(yǎng)化的物質(zhì)以及富營養(yǎng)化帶來的污染物質(zhì)的重要體系。本發(fā)明就是利用這一現(xiàn)象，在富營養(yǎng)化湖泊等水體中挖掘或構(gòu)筑出一定規(guī)模的深潭，利用自然或人工幫助構(gòu)成等深潭中的低溫水體，以及該低溫水體所具有富集湖泊河流中有害物質(zhì)的能力，使湖泊、河流等水體有害物質(zhì)得到減輕甚至消除。 我們可以根據(jù)水體容積大小、污染物濃度、水體溫度以及與深潭當(dāng)?shù)販販囟燃捌渌w表面及底部7形狀等參數(shù)，設(shè)計并挖掘出一定數(shù)量、間距、面積、深度及深潭潭口到水面6距離等的深潭。在一個實施方案中，如在一個500m2的小規(guī)模水體中在湖底挖出2-5個深2-5M至直徑IM的水底深潭。我們可以利用水體(河、湖、池、塘等)底部7的泥中常存在的較低的地溫，特別是在夏秋季節(jié)水體表層水溫較高容易爆發(fā)水華的污染的時候，其底部7地溫常常依然較低的特征，以及由于寒冷季節(jié)表層較低溫度的水由于下沉在水體底部7的，從而使這些低溫水體在該深潭或冷阱1中維持較低溫度，甚至人為方法將深潭或冷阱1中的水體降溫使水體保持較低溫度。冷阱1 一般布置在淺水水體(包括江、河、湖、塘、池等)底部7或水面6之下的人工構(gòu)筑或利用自然地貌環(huán)境構(gòu)筑的低溫水體保持的環(huán)境或空間，如水底深潭、水體冷阱或水下隔熱空間，包括通過清理、修正水底已有的深潭使其具有富集水體富營養(yǎng)物質(zhì)的能力。利用大部分可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)，以及水體富營養(yǎng)化之后產(chǎn)生的水體有害物質(zhì)在低溫中具有相對較低的溶解度，使水體的有害物質(zhì)在人工控制的低溫水體中析出，從而減少所需治理的水體中的有害物質(zhì)的濃度，使水體得到治理。深潭或冷阱1中的冷水來源可以包括1較低的水下河床或湖床的地溫；2寒冷季節(jié)冷水下沉在深潭或冷阱1中保持低溫； 3附近冷流或地溫流在深潭或冷阱1中保持低溫；4人工控制或人為影響致使深潭或冷阱 1的水溫保持在較低溫度；5以上一種以上途徑構(gòu)成的在水下空間保持較低溫度的方法。冷阱1與上部水體有聯(lián)通，并可以進(jìn)行物質(zhì)交換。深潭或冷阱1的大小和數(shù)量與水體在污染期的污染物濃度、水體容積、水溫及富集在深潭或冷阱中的污染物的排除速度等因素有關(guān)。深潭或冷阱1的出口位于水面6以下。可以利用水體底部7特征中可以利用的形態(tài)進(jìn)行適當(dāng)加工圍筑成可以保存較低溫水體的空間。鑒于富集在深潭或冷阱1中的物質(zhì)富含有機物或營養(yǎng)物質(zhì)或高含碳量，這些物質(zhì)可以用于農(nóng)林牧漁業(yè)、能源工業(yè)或用于碳排放交易。實際工作及觀察發(fā)現(xiàn)，即少量冷阱1已經(jīng)使小規(guī)模的水體的水質(zhì)得到改善，并且根據(jù)水質(zhì)改善情況的需要調(diào)整冷阱數(shù)量1，以及制冷等人工干預(yù)使得冷阱1具有更大的富集水體污染物的能力。所需治理的水體中挖掘出儲存冷水或低溫水體的空間，如深潭或冷阱1。如圖1 從左到右依次為近岸冷阱1，水底冷阱1，根據(jù)地貌特征加工或圍筑的冷阱 1，直接構(gòu)筑容器或可以移動并可以保存內(nèi)部較低水溫的空間或容器冷阱1。以上冷阱1內(nèi)部具有儲存較低水溫水體的空間。冷阱1上部必須有與外界進(jìn)行水流交換的空間。冷阱1 上部開口處可以加網(wǎng)罩以防止生物或人類誤入低溫水體被傷害?？梢愿鶕?jù)水體污染物如 DOC,DN,DP以及其他水體有害物質(zhì)等的濃度，以及水體底部7的低溫及熱導(dǎo)率，構(gòu)造精確計算的低溫水體儲存空間，也可以隨意挖掘或構(gòu)筑冷水儲存空間?？梢远ㄆ诨蚋鶕?jù)所構(gòu)筑的低溫水體儲存冷阱1空間總富集污染物質(zhì)的多少，抽出或排除該空間中的污染物質(zhì)，以使該空間具有進(jìn)一步富集污染物的能力。
本發(fā)明的原理在于1、利用大多數(shù)有害物質(zhì)，包括有機物等在低溫水體中的溶解度低于正常的較高溫的環(huán)境，從而使這些物質(zhì)在特定的低溫空間中沉淀析出富集的理化性質(zhì)。2、利用水在、°(所具有的最大密度的特性，使4°C的水在水下類似碗狀或桶狀的空間中可以穩(wěn)定存在并保持較低溫度的特征，以及4°C以上的水具有溫度越低密度越大的特征。
3、利用可能的湖底或河底等水體底部7的較深底泥之下的地溫低于富營養(yǎng)災(zāi)害期間水體水溫的特點，通過冷阱1使底部7自然出現(xiàn)低于富營養(yǎng)化災(zāi)害期間水體溫度的特征。同時， 由于受到水體溫度、地溫變化的的情況，如果水底之下的空間(冷阱1)的溫度無法達(dá)到足夠的低溫，可以人工方法是冷阱1中的溫度保持較低溫度。本發(fā)明應(yīng)用例子如圖2，如在IOOOm2的湖泊，平均水深2_3M (類似太湖的平均水深)，在該湖泊的近岸或湖內(nèi)的湖底適當(dāng)位置挖掘2個深2M，直徑1-1. 5M的冷阱1。一般來說，冷阱1下部的溫度會低于冷阱1 口以上即水體的溫度，更會低于水體平均溫度。如果冷阱1下部的地溫較高而不利于冷阱1中的水保持低溫，可以附加人工制冷，以使冷阱1中的水體溫度保持較低，如4-10°C。即根據(jù)所需治理的水體的污染狀況及發(fā)生季節(jié)的平均水溫， 以及需要治理時期的表面水溫和水體水溫等等條件，控制冷阱1的制冷量。也可以將冷阱 1中的水溫控制在4-10°C左右，并使冷阱1水溫與水體水溫保持較大的溫差。同時，為了讓冷阱1中的水保持穩(wěn)定，節(jié)約能源，根據(jù)水的物理特性，盡量不要讓冷阱1中的水溫降到4°c 以下。實際上，在實施過程中，只要了解地溫與所需治理的水體的水溫之間的關(guān)系，就可以根據(jù)實際情況來考慮是否需要認(rèn)為附加制冷。如水體底部7地溫在10°C以下且基本穩(wěn)定，就可以簡單地在水體底部7挖掘或圍筑成如圖1所示的冷阱即可。至于冷阱的容積和數(shù)量，可以根據(jù)水體的污染程度設(shè)計，也可以設(shè)置少量冷阱但經(jīng)常除去冷阱中富集的有害物質(zhì)使冷阱的空間繼續(xù)保持有效的富集有害物質(zhì)的能力。如果設(shè)置數(shù)量尚不足以有效地減輕污染和有害物質(zhì)，這可以適當(dāng)增加冷阱數(shù)量。應(yīng)用圖2所示的冷阱1進(jìn)行小規(guī)模實驗，將實驗容器中富集的物質(zhì)結(jié)果見表
權(quán)利要求
1.一種淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱，其特征在于在淺水水體底部(7)設(shè)有保持水體低溫的冷阱(1)，所述冷阱⑴的出水口位于水面(6)以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱，其特征在于所述冷阱 (1)深度為 0. 5m-50m，直徑為 0. lm_200m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱，其特征在于所述冷阱 (1)包括上端開口的保溫容器(2)，所述保溫容器(2)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)熱金屬棒(3)、所述導(dǎo)熱金屬棒(3)的上端部連接有半導(dǎo)體制冷片(5)的冷極，所述半導(dǎo)體制冷片(5)的熱極連接有散熱片⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱，其特征在于所述冷阱 (1)的開口設(shè)有防止生物或人類誤入的網(wǎng)罩。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱的治理方法，其特征在于包括以下步驟在淺水水體底部設(shè)置冷阱；通過環(huán)境溫度或制冷設(shè)備保持冷阱內(nèi)水溫為3°C 10°C ；冷阱的低溫富集水體內(nèi)有機質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理方法，其特征在于所述冷阱通過水體底部地貌形態(tài)圍筑成可保存較低溫水體的空間或通過在水體底部挖掘形成可保存較低溫水體的空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理方法，其特征在于根據(jù)冷阱總富集污染物質(zhì)的多少，抽出或排除冷阱中的污染物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理方法，其特征在于所述抽出或排除冷阱中的污染物質(zhì)的方法包括預(yù)袋裝、直接抽取、壓濾抽取，其中預(yù)袋裝為預(yù)先在冷阱中布置與冷阱富集污染物空間大小相當(dāng)?shù)拇?，所述袋子包括透水和不透水；直接抽取為根?jù)冷阱空間中污染物的富集量直接從冷阱中抽取富集到的污染物；壓濾抽取為通過透水袋提取時同時進(jìn)行壓濾以提取富集到的污染物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理方法，其特征在于在直接抽取時同時進(jìn)行水和污染物分離，單獨抽取污染物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺水湖泊等水體富營養(yǎng)化治理冷阱及治理方法，在淺水水體底部設(shè)有保持水體低溫的冷阱，所述冷阱的出水口位于水面以下。治理方法包括以下步驟1)在淺水水體底部設(shè)置冷阱；2)通過環(huán)境溫度或制冷設(shè)備保持冷阱內(nèi)水溫為3℃~10℃；3)冷阱的低溫富集水體內(nèi)有機質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是利用多種對水體有害物質(zhì)在較低溫度中具有較低的溶解度或其他原因在該較低溫度的水體中得到富集，從而使水體中的有害物質(zhì)得到清除或降低。對于富集在深潭或冷阱中的有害組織的處理。
文檔編號C02F1/00GK102380225SQ20111032750
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者王鷹 申請人:杭州大至科技有限公司