一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置及曝氣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，包括導(dǎo)流罩；設(shè)置在導(dǎo)流罩內(nèi)的潛水泵、文丘里管、吸氣管和至少兩個氣水排管；和設(shè)置在導(dǎo)流罩外的控制柜；文丘里管的一端與潛水泵連通；吸氣管與文丘里管連通，并向上延伸至導(dǎo)流罩外；氣水排管與文丘里管的另一端連通，氣水排管對稱地設(shè)置在文丘里管的另一端，并向兩側(cè)伸展構(gòu)成機翼狀結(jié)構(gòu)；控制柜與潛水泵通過電纜連接。本發(fā)明還公開了一種曝氣方法，能夠根據(jù)水動力特性及其動態(tài)變化優(yōu)化調(diào)控曝氣過程，促使體系中溶解氧水平和缺氧微環(huán)境的合理分布，實現(xiàn)內(nèi)源營養(yǎng)鹽的有效控釋。
【專利說明】一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置及曝氣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置及曝氣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]底泥(沉積物)是水環(huán)境的重要組成部分，也是河湖富營養(yǎng)物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)與界面。在外源污染有效控制后，底泥的內(nèi)源營養(yǎng)鹽釋放往往成為引發(fā)水體富營養(yǎng)化和黑臭的主要原因，開展底泥內(nèi)源營養(yǎng)鹽控制已成為河湖富營養(yǎng)化控制與生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容。
[0003]目前采用的底泥內(nèi)源控釋技術(shù)主要有底泥疏浚、底泥鈍化、底泥原位覆蓋和底泥原位曝氣。底泥疏浚是應(yīng)用較為廣泛的一種內(nèi)源污染控制技術(shù)，但在疏浚效果的問題上國內(nèi)外爭議頗大，尤其是在疏浚能否長效控制目標污染物及其對底棲生境的影響。底泥鈍化主要是用于限制底泥內(nèi)源磷的釋放，其實施過程中投入的藥劑會對底棲生境產(chǎn)生一定的不利影響。底泥原位覆蓋不適合于底泥淤積較多或水動力強度較大的水體。
[0004]底泥原位曝氣可以通過影響泥水界面的氧含量和氧分布來控制內(nèi)源營養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化行為，因此其日益成為富營養(yǎng)化水體底泥原位修復(fù)的重要技術(shù)。目前常用的底泥曝氣設(shè)備主要有鼓風(fēng)曝氣-微孔布氣管曝氣系統(tǒng)、純氧增氧系統(tǒng)、葉輪吸氣推流式曝氣器、水下射流曝氣器、葉輪式增氧機、太陽能曝氣機和移動船曝氣系統(tǒng)等。然而，目前底泥原位曝氣工程實施中運行模式相對粗放，主要是以溶解氧(DO)作為技術(shù)參數(shù)進行調(diào)控，忽略了曝氣擾動對底泥內(nèi)源污染物特別是營養(yǎng)鹽行為的重要作用，也沒有根據(jù)水動力特性及其動態(tài)變化制訂科學(xué)的運行調(diào)控方案。
[0005]曝氣擾動可使底泥在局部范圍內(nèi)大量揚起并懸浮在水體中，促使內(nèi)源污染物的快速釋放，同時可以通過改變泥水界面的氧含量和缺氧微環(huán)境分布這一矛盾平衡來控制內(nèi)源氮的硝化-反硝化和內(nèi)源磷的“厭氧釋磷”和“好氧吸磷”耦合過程。在保持上覆水DO含量一致的條件下，曝氣產(chǎn)生的泥水界面擾動對于不同的曝氣裝置及布置均會有所不同，其直接影響體系中溶解氧水平和缺氧微環(huán)境的分布，進而影響內(nèi)源營養(yǎng)鹽的遷移和轉(zhuǎn)化。因此，如何構(gòu)建合理的技術(shù)手段來優(yōu)化調(diào)控曝氣產(chǎn)生的擾動作用是內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋高效實施的重要環(huán)節(jié)。
[0006]以往的底泥修復(fù)曝氣多采用微孔曝氣裝置，通過風(fēng)機或空壓機向水下布氣管輸送空氣來完成充氧過程，容易產(chǎn)生噪聲、堵塞以及上覆水的渾濁甚至黑臭，而且沒有根據(jù)水動力特性及其動態(tài)變化進行 曝氣過程調(diào)控，往往引起曝氣過量，不利于內(nèi)源氮的硝化-反硝化和內(nèi)源磷的“厭氧釋磷”和“好氧吸磷”耦合過程，進而影響底泥內(nèi)源營養(yǎng)鹽的控釋。
[0007]雖然目前已有研究者開始重視曝氣擾動在底泥內(nèi)源營養(yǎng)鹽行為的影響作用，但過程分析僅僅局限于曝氣產(chǎn)生的懸浮底泥有利于對上覆水體中污染物的吸附去除，沒有考慮底泥擾動懸浮會導(dǎo)致上覆水渾濁甚至黑臭以及曝氣設(shè)備的堵塞等，也沒有對曝氣擾動作用進行過程調(diào)控以促使體系中溶解氧水平和缺氧微環(huán)境的合理分布，來強化底泥內(nèi)源營養(yǎng)鹽的控釋，而且多采用微孔曝氣裝置，需要通過在河湖岸邊布置固定式充氧站或移動式充氧平臺(曝氣船)來安裝風(fēng)機或空壓機提供一定壓力的空氣，運行過程噪聲較大，布氣管水下安裝復(fù)雜、施工精度要求高，容易被擾動懸浮底泥堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有底泥原位曝氣技術(shù)中存在的不足及缺陷，提出了一種基于擾動特征值雷諾數(shù)(Re)反饋調(diào)控的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、節(jié)省能耗、適應(yīng)性廣、克服了底泥擾動懸浮致上覆水渾濁、曝氣設(shè)備堵塞及噪音的影響，能夠根據(jù)水動力特性及其動態(tài)變化優(yōu)化調(diào)控曝氣過程，促使體系中溶解氧水平和缺氧微環(huán)境的合理分布，實現(xiàn)底泥內(nèi)源營養(yǎng)鹽的有效控釋。
[0009]本發(fā)明提出了一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，包括:
[0010]導(dǎo)流罩，所述導(dǎo)流罩包括:第一罩體和至少兩個第二罩體，所述第一罩體的末端與所述第二罩體連通；
[0011 ] 設(shè)置在所述導(dǎo)流罩內(nèi)的潛水泵、文丘里管、吸氣管和至少兩個氣水排管；和設(shè)置在所述導(dǎo)流罩外的控制柜；
[0012]其中，所述潛水泵、所述文丘里管和所述吸水管設(shè)置在所述第一罩體內(nèi)；所述氣水排管設(shè)置在相應(yīng)的所述第二罩體內(nèi)；所述文丘里管的一端與所述潛水泵連通；所述吸氣管設(shè)置在所述文丘里管上，與所述文丘里管連通，并向上延伸至所述導(dǎo)流罩外；所述氣水排管與所述文丘里管的另一端連通，所述氣水排管對稱地設(shè)置在所述文丘里管的另一端，并向兩側(cè)伸展構(gòu)成機翼狀結(jié)構(gòu)；所述控制柜與所述潛水泵通過電纜連接。
[0013]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，進一步包括流速傳感器，所述流速傳感器設(shè)置在所述導(dǎo)流罩外，并與所述控制柜連接。
`[0014]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，所述潛水泵包括:電機，和設(shè)置在所述電機下方并且開口向下的吸水口 ；所述吸水口延伸到所述導(dǎo)流罩外；所述流速傳感器與所述吸水口之間的距離為2-3米。
[0015]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，所述氣水排管向下傾斜，并與所述文丘里管所在平面呈15-45°。
[0016]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，對稱設(shè)置在所述文丘里管兩側(cè)的所述氣水排管之間的夾角為60-90°。
[0017]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，所述氣水排管設(shè)置有至少一個水力噴嘴，所述水力噴嘴分布在所述氣水排管上，并延伸到所述導(dǎo)流罩外。優(yōu)選地，所述氣水排管上設(shè)置5個所述水力噴嘴。
[0018]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，所述導(dǎo)流罩為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其上分布有孔口，所述孔口的直徑為1-1.5厘米。
[0019]本發(fā)明提出的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置中，所述吸氣管長度為
0.8-1.5 米。
[0020]本發(fā)明還提出了一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置的曝氣方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一:將強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置通過任意漂浮支架固定安置在需修復(fù)的水域中；
[0022]步驟二:所述控制柜調(diào)控潛水泵的吸水口，自所在水域內(nèi)吸水，并對吸入的水進行加壓，形成加壓水流后，將加壓水流輸送進入文丘里管；
[0023]步驟三:所述加壓水流在文丘里管內(nèi)部形成負壓區(qū)；
[0024]步驟四:通過負壓的作用，吸氣管吸入空氣與所述加壓水流混合；
[0025]步驟五:與空氣混合后的所述加壓水流進入氣水排管內(nèi)，經(jīng)由水力噴嘴噴至所述水域內(nèi)實現(xiàn)曝氣。
[0026]本發(fā)明還提出的曝氣方法中，所述水力噴嘴設(shè)置在所述水域中，其與所述水域泥水界面的距離為10-20厘米。
[0027]本發(fā)明還提出的曝氣方法中，所述吸氣管的吸氣端露出所述水域水面的高度大于等于10厘米。
[0028]本發(fā)明還提出的曝氣方法中，所述控制柜控制所述潛水泵包括以下步驟:
[0029]步驟a:通過流速傳感器實時采集所在水域的水流速度；
[0030]步驟b:將所述流速傳感器采集的水流速度傳送給所述控制柜，由所述控制柜計算出所述水域的雷諾數(shù)；
[0031]步驟c:判斷當(dāng)所述雷諾數(shù)大于2000時，所述控制柜減少所述潛水泵的輸出，降低所述吸水口的吸水量；當(dāng)所述雷諾數(shù)小于1600時，所述控制柜增加所述潛水泵的輸出，提高所述吸水口的吸水量；所述雷諾數(shù)在1600-2000之間時，保持當(dāng)前所述潛水泵的輸出不變。
[0032]本發(fā)明還提出的曝氣方法中，所述雷諾數(shù)的計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，包括: 導(dǎo)流罩(7)，所述導(dǎo)流罩(7)包括:第一罩體(71)和至少兩個第二罩體(72)，所述第一罩體(71)的末端與所述第二罩體(72)連通； 設(shè)置在所述導(dǎo)流罩(7)內(nèi)的潛水泵(I)、文丘里管(2)、吸氣管(3)和至少兩個氣水排管(4);和 設(shè)置在所述導(dǎo)流罩(7)外的控制柜(5)； 其中，所述潛水泵(I)、所述文丘里管(2)和所述吸水管(3)設(shè)置在所述第一罩體(71)內(nèi)；所述氣水排管(4)設(shè)置在相應(yīng)的所述第二罩體(72)內(nèi)； 所述文丘里管(2)的一端與所述潛水泵(I)連通； 所述吸氣管(3)設(shè)置在所述文丘里管(2)上，與所述文丘里管(2)連通，并向上延伸至所述導(dǎo)流罩(7)外； 所述氣水排管(4)與所述文丘里管(2)的另一端連通，所述氣水排管(4)對稱地設(shè)置在所述文丘里管(2)的另一端，并向兩側(cè)伸展構(gòu)成機翼狀結(jié)構(gòu)； 所述控制柜(5)與所述潛水泵(I)通過電纜連接。
2.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，進一步包括流速傳感器(6)，所述流速傳感器(6)設(shè)置在所述導(dǎo)流罩(7)外，并與所述控制柜(5)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，所述潛水泵⑴包括:電機(11)，和設(shè)置在所`述電機(11)下方并且開口向下的吸水口(12);所述吸水口(12)延伸到所述導(dǎo)流罩(7)外；所述流速傳感器(6)與所述吸水口(12)之間的距離為2-3米。
4.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，所述氣水排管(4)向下傾斜，并與所述文丘里管(2)所在平面呈15-45°。
5.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，對稱設(shè)置在所述文丘里管(2)兩側(cè)的所述氣水排管(4)之間的夾角為60-90°。
6.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，所述氣水排管(4)設(shè)置有至少一個水力噴嘴(41)，所述水力噴嘴(41)分布在所述氣水排管(4)上，并延伸到所述導(dǎo)流罩(7)外。
7.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流罩(7)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其上分布有孔口(73)，所述孔口(73)的直徑為1-1.5厘米。
8.如權(quán)利要求1所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置，其特征在于，所述吸氣管(3)的長度為0.8-1.5米。
9.一種強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:將權(quán)利要求1-8所述的強化內(nèi)源營養(yǎng)鹽控釋的底泥修復(fù)曝氣裝置安置在需修復(fù)的水域中； 步驟二:所述控制柜(5)調(diào)控潛水泵(I)的吸水口(12)，自所在水域內(nèi)吸水，并對吸入的水進行加壓，形成加壓水流后，將加壓水流輸送進入文丘里管(2); 步驟三:所述加壓水流在文丘里管(2)內(nèi)部形成負壓區(qū)； 步驟四:通過負壓的作用，吸氣管(3)吸入空氣與所述加壓水流混合；步驟五:與空氣混合后的所述加壓水流進入氣水排管(4)內(nèi)，經(jīng)由水力噴嘴(41)噴至所述水域內(nèi)實現(xiàn)曝氣。
10.如權(quán)利要求9所述的曝氣方法，其特征在于，所述水力噴嘴(41)設(shè)置在所述水域中，其與所述水域泥水界面的距離為10-20厘米。
11.如權(quán)利要求9所述的曝氣方法，其特征在于，所述吸氣管(3)的吸氣端露出所述水域水面的高度大于等于10厘米。
12.如權(quán)利要求9所述的曝氣方法，其特征在于，所述控制柜(5)控制所述潛水泵(I)包括以下步驟: 步驟a:通過流速傳感器(6)實時采集所在水域的水流速度； 步驟b:將所述流速傳感器(6)采集的水流速度傳送給所述控制柜(5)，由所述控制柜(5)計算出所述水域的雷諾數(shù)； 步驟c:判斷當(dāng)所述雷諾數(shù)大于2000時，所述控制柜(5)減少所述潛水泵(I)的輸出，降低所述吸水口(12)的吸水量；當(dāng)所述雷諾數(shù)小于1600時，所述控制柜(5)增加所述潛水泵(I)的輸出，提高所述吸水口(12)的吸水量；所述雷諾數(shù)在1600-2000之間時，保持當(dāng)前所述潛水泵(I)的輸出不變。
13.如權(quán)利要求12所述的曝氣方法，其特征在于，所述雷諾數(shù)的計算公式為:...VR

14.如權(quán)利要求12所述的曝氣方法，其特征在于，所述步驟c中進一步包括:所述控制柜(5)按調(diào)整量增加或減少所述潛水泵(I)的輸出，所述調(diào)整量為5-10%。
【文檔編號】C02F11/02GK103848548SQ201410079077
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】何巖, 李文超, 李志洪, 黃民生, 胡偉, 魏金豹, 劉素芳, 馬俊飛 申請人:華東師范大學(xué)