本發(fā)明涉及水體環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)及水質(zhì)修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

深水湖泊夏季分層，冬季混合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，污染響應(yīng)較慢，具有較高的污染負(fù)荷能力。其抵抗力穩(wěn)定性比較強(qiáng)，但一旦被污染，修復(fù)治理難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于淺水湖泊。目前我國(guó)居民飲用水水源主要來(lái)自地下水和河湖水，對(duì)湖泊水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和綜合功能修復(fù)刻不容緩。

水華是指富營(yíng)養(yǎng)化水體中優(yōu)勢(shì)藻類在群落演替過(guò)程中占優(yōu)并迅速生長(zhǎng)，積累一定的生物量上浮聚集到水體表層為肉眼所見的過(guò)程。富營(yíng)養(yǎng)化水體發(fā)生藻類水華是某種有害藻類瘋長(zhǎng)形成絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象，其本質(zhì)是浮游植物生物多樣性的降低導(dǎo)致生態(tài)嚴(yán)重失衡。

為抑制湖底沉積物中磷、重金屬等污染物質(zhì)釋放，扼制湖面藻類瘋長(zhǎng)條件的形成，修復(fù)湖泊水體水質(zhì)，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有水體增氧技術(shù)中，常采用的辦法是以空氣作為氣源，通過(guò)普通膠管將空氣直接注射進(jìn)水體中，給水體增氧。隨著壓力的不斷變化氣泡不斷變大、上升，由于溶解效率低下，最終大部分空氣都會(huì)直接溢出至大氣中，充氧效果不好。并且，給湖下層直接增氧至湖上層水環(huán)境受益將經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間周期，無(wú)法滿足大部分富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊和水庫(kù)的要求，因此，若要在較短的時(shí)間內(nèi)看到水質(zhì)修復(fù)的成效，僅僅對(duì)深水層的水域進(jìn)行充氧是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如何對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊深水層和淺水層水質(zhì)進(jìn)行同步修復(fù)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)，包括制氧設(shè)備，復(fù)氧裝置、抑藻裝置和水上平臺(tái)，通過(guò)該系統(tǒng)的復(fù)氧裝置可以有效地對(duì)深水湖泊的溫躍層以下的水體進(jìn)行通氧，從而增加湖下層水體溶解氧，抑制沉積物中磷、重金屬等污染物的釋放；并且通過(guò)該系統(tǒng)的抑藻裝置可以有效抑制溫躍層以上藻類的瘋長(zhǎng)。復(fù)氧裝置和抑藻裝置協(xié)同配合工作比其中任何一個(gè)裝置單獨(dú)工作產(chǎn)生的效果要好很多。

本發(fā)明還提供了一種水質(zhì)修復(fù)方法，利用該方法可以同時(shí)對(duì)深水層和淺水層的水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)，該水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)包括制氧設(shè)備，復(fù)氧裝置、抑藻裝置、起吊設(shè)備和水上平臺(tái)；所述制氧設(shè)備放置于所述水上平臺(tái)上，所述制氧設(shè)備和所述復(fù)氧裝置連通，所述復(fù)氧裝置與所述起吊設(shè)備連接，所述起吊設(shè)備與所述水上平臺(tái)連接，所述抑藻裝置與所述水上平臺(tái)連接。

一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)方法，在湖水的溫躍層以下的水域安裝復(fù)氧裝置；在溫躍層以上的靠近湖面的水域安裝抑藻裝置，通過(guò)設(shè)置在抑藻裝置上葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水體流動(dòng)改變水動(dòng)力條件，從而避免水華爆發(fā)最佳條件的形成。

本發(fā)明的有益效果在于：

通過(guò)該系統(tǒng)的復(fù)氧裝置可以有效地對(duì)深水湖泊的溫躍層以下的水體進(jìn)行通氧，從而增加湖下層水體溶解氧，抑制沉積物中磷、重金屬的釋放，修復(fù)深水層水質(zhì)；并且通過(guò)該系統(tǒng)抑藻裝置葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變淺水層水動(dòng)力條件，有效抑制淺水層藻類的瘋長(zhǎng)。

本發(fā)明還提供了一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)方法，利用該方法可以對(duì)深水層的湖水通入微小的純氧氣泡，產(chǎn)生氣泡群，氣泡群在上升的過(guò)程中形成羽流；在羽流的帶動(dòng)下，下層的缺氧水在垂直方向上不斷逆密度上升，到達(dá)羽流上升的最大高度時(shí)停止，此后富氧水下降回歸至與自身密度幾乎一致的平衡深度水體環(huán)境中，并向四周驅(qū)散流動(dòng)至遠(yuǎn)處水體，從而有效地對(duì)深層水域充氧；并且該方法還可以抑制淺水層藻類的瘋長(zhǎng)，達(dá)到同時(shí)對(duì)深水層和淺水層的水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)的目的。

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式提供的水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施方式提供的復(fù)氧裝置拆除微孔曝氣管后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施方式提供的圖2的俯視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施方式提供的分氣盤的剖視圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施方式提供的圖1的局部放大圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施方式提供的水上平臺(tái)拆除鋼板及操作室后的軸測(cè)圖。

圖標(biāo)：100-水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)；110-制氧設(shè)備；120-復(fù)氧裝置；121-支撐桿；1212-吊環(huán)；122-分氣盤；1222-第一板；1224-第二板；122a-第一通孔；122b-第二通孔；123-主氣管；124-分氣管；1242-三通；125-底座；127-第一連接部；128-第二連接部；129-連接件；130-抑藻裝置；132-葉輪；134-連接軸；1344-銷軸；1342-平鍵；136-驅(qū)動(dòng)裝置；1362-輸出軸；140-水上平臺(tái)；141-漂浮組件；1412-預(yù)留通孔；1414-插銷；142-第一鋼架；144-第二鋼架；146-連接桿；1462-固定栓；150-鋼絲繩；160-膠管。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式是本發(fā)明一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式。基于本發(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施方式?；诒景l(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置關(guān)系的術(shù)語(yǔ)為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。另外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

實(shí)施例1：

深水湖泊由于自身物理結(jié)構(gòu)特性，易于形成垂直熱力學(xué)分層，即在水下若干米的深度存在溫躍層，所謂湖水溫躍層是指湖水溫度在其垂直方向上發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生的不連續(xù)面。本發(fā)明中將溫躍層以上的水域稱為淺水層，溫躍層以下的水域稱為深水層。

如圖1，本實(shí)施例提供了一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100，本系統(tǒng)包括制氧設(shè)備110，復(fù)氧裝置120，抑藻裝置130，水上平臺(tái)140和起吊設(shè)備170。制氧設(shè)備110固定放置于水上平臺(tái)140上；復(fù)氧裝置120通過(guò)連接在吊環(huán)1212上的鋼絲繩150吊掛在起吊設(shè)備170的掛鉤上；抑藻裝置130固定連接于水上平臺(tái)140上，制氧設(shè)備110通過(guò)膠管160將純氧通入到復(fù)氧裝置120中。

如圖2、圖3和圖4，復(fù)氧裝置120包括支撐桿121、分氣盤122，主氣管123、4個(gè)分氣管124、底座125、微孔曝氣管126、第一連接部127，第二連接部128，連接件129。

支撐桿121由金屬圓筒制成，在其一端設(shè)有吊環(huán)1212；分氣盤122包括第一板1222，第二板1224，圍合板1226，三者焊接在一起形成一內(nèi)腔；在第一板1222上設(shè)有第一通孔122a，在圍合板1226上設(shè)有4個(gè)第二通孔122b；主氣管123和分氣管124可由不銹鋼管制成，在分氣管124的一端設(shè)有三通1242，在三通1242的出氣處設(shè)有外螺紋；底座125是由型材焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)；微孔曝氣管126為現(xiàn)有產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)類型為圓管型，包括圓管型微孔橡膠膜、雙凹槽特制曝氣支撐內(nèi)管，圓管型橡膠膜片采用硅膠材料制造生產(chǎn)，橡膠膜片為圓管型，牢固地緊貼支撐內(nèi)管安裝，橡膠膜片上開有微孔，該微孔可以使所述微孔曝氣管126排出的氣泡直徑維持在毫米級(jí)別。同時(shí)膜片具有自閉功能，橡膠膜片上的微孔會(huì)自行關(guān)閉，水體不會(huì)進(jìn)入到曝氣管中去，光滑的硅膠橡膠膜片表面可以防止污泥堵塞；微孔曝氣管126的進(jìn)氣孔處設(shè)有內(nèi)螺紋；連接件129可以是金屬桿件或者是鋼絲繩。

分氣盤122的第一板1222與底座125固定連接，第二板1224與支撐桿121固定連接；主氣管123固定安裝到第一通孔122a中；分氣管124遠(yuǎn)離三通1242的一端安裝到第二通孔122b中，另一端通過(guò)三通1242與微孔曝氣管126螺紋連接；底座125與第一板1222固定連接；第一連接部127設(shè)置在支撐桿121自由端，第二連接部128設(shè)置在分氣管124的自由端，連接件129通過(guò)焊接或者其他可拆卸的連接方式將第一連接部127和第二連接部128連接起來(lái)。

如圖1和圖5，抑藻裝置130包括葉輪132、連接軸134和驅(qū)動(dòng)裝置136。驅(qū)動(dòng)裝置136通過(guò)連接軸134驅(qū)動(dòng)葉輪132轉(zhuǎn)動(dòng)。連接軸134為一中空軸，其與輸出軸1362通過(guò)平鍵1342連接；連接軸134和輸出軸1362均設(shè)有通孔，通孔位置對(duì)應(yīng)；將輸出軸1362上的平鍵裝入到連接軸134的鍵槽后，將銷軸1344裝入通孔，然后將連接軸134與輸出軸1362、銷軸1344與連接軸134焊接防松。連接軸134的另一端與葉輪132焊接固定。為了便于抑藻裝置130與水上平臺(tái)140的安裝，上述連接軸134和葉輪132的裝配需在驅(qū)動(dòng)裝置136與水上平臺(tái)140安裝完成后進(jìn)行。本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)裝置136采用配有減速機(jī)的電機(jī)，在其他實(shí)施例中也可采用液壓馬達(dá)或變頻電機(jī)。

如圖6，水上平臺(tái)140包括漂浮組件141、第一鋼架142、第二鋼架144、連接桿146，鋼板(圖中未示出)，操作室148(如圖1)。

漂浮組件141是用聚乙烯加強(qiáng)型浮筒拼接而成，浮筒中填充顆粒狀泡沫，每4個(gè)浮筒之間用一個(gè)插銷1414連接固定，并且在一側(cè)設(shè)有供驅(qū)動(dòng)裝置136安裝的預(yù)留通孔1412；

第一鋼架142是由槽鋼焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)，制作時(shí)，首先用12.6號(hào)槽鋼焊接成一個(gè)矩形框架，槽口朝矩形口外側(cè)，該矩形框架的外形尺寸與漂浮組件141匹配，然后在上面矩形框架的框內(nèi)鋪設(shè)8號(hào)槽鋼，在矩形框架長(zhǎng)度方向上放置兩根8號(hào)槽鋼，槽口朝向一側(cè)，最后在矩形框架寬度方向上放置若干根8號(hào)槽鋼，槽口朝下焊接在布置在長(zhǎng)度方向上槽鋼的上平面上；8號(hào)槽鋼的長(zhǎng)度以剛好能放置于第一鋼架142圍成的框架內(nèi)為宜，并且將8號(hào)槽鋼與矩形框架焊接固定。第二鋼架144為一用12.6號(hào)槽鋼焊接而成的矩形框架，該矩形框架與第一鋼架142的矩形框架尺寸一致。

漂浮組件141、第一鋼架142和第二鋼架144制作完成后，將拼接好的漂浮組件141置于第二鋼架144上，再將第一鋼架142置于漂浮組件141上，并將第一鋼架142與插銷1414固定連接；然后用連接桿146將兩鋼架固定連接，通過(guò)兩個(gè)矩形鋼架及連接桿146將漂浮組件141夾合固定；最后在第一鋼架142的上表面鋪設(shè)帶有預(yù)留通孔的鋼板，該預(yù)留通孔與漂浮組件141預(yù)留孔1412對(duì)應(yīng)，并將鋼板與第一鋼架焊接固定。鋼板固定好后在鋼板上搭建一個(gè)操作室148，在操作室148內(nèi)可對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置136和制氧設(shè)備110進(jìn)行操作；當(dāng)水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100不工作時(shí)，也可以把復(fù)氧裝置120收回到操作室148內(nèi)存放。水上平臺(tái)140的四個(gè)角位置還各設(shè)有一個(gè)用于連接鐵鏈的固定栓1462。本實(shí)施例中，所用槽鋼為鍍鋅槽鋼，連接桿146選用鍍鋅角鋼，鋼板選用防腐鋼板。

將復(fù)氧裝置120、抑藻裝置130、水上平臺(tái)140和起吊設(shè)備170單獨(dú)裝配完成后，即可將它們組裝成整個(gè)水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100。首先，將制氧設(shè)備110固定安裝在水上平臺(tái)140之上，并將制氧設(shè)備110的出氣管和復(fù)氧裝置120的主氣管123用膠管160連通；然后將安裝有連接軸134的驅(qū)動(dòng)裝置136通過(guò)螺栓固定安裝在水上平臺(tái)140上，并將葉輪132與連接軸134進(jìn)行裝配；最后將起吊設(shè)備170安裝到水上平臺(tái)140上。此時(shí)，整個(gè)水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100安裝完畢。將鐵鏈與固定栓1462固定后，用起吊設(shè)備170將富氧裝置120放置于深水湖泊中。然后，將鐵鏈固定于湖泊里的船上，用船將水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100拉至目標(biāo)水域。為了防止水上平臺(tái)140移動(dòng)，需用鐵鏈將固定栓1462連接到錨墩上。當(dāng)水上平臺(tái)140固定好后，即可將復(fù)氧裝置120吊入到深水湖泊的深水層中。

水質(zhì)修復(fù)系統(tǒng)100在工作時(shí)，復(fù)氧裝置120工作在深水層水域，抑藻裝置130工作在湖水淺水層水域，兩者協(xié)同配合工作。制氧設(shè)備110產(chǎn)生的氧氣平均純度約為95％，氧氣通過(guò)膠管160、主氣管123中，直接進(jìn)入到分氣盤122的內(nèi)腔中；然后，通過(guò)4個(gè)分氣管124進(jìn)入到微孔曝氣管126中；氧氣從微孔曝氣管126的微孔中噴射出來(lái)后形成氣泡群，氣泡群在上升過(guò)程中形成羽流，在羽流的帶動(dòng)下，下層的缺氧水在在垂直方向上不斷逆密度梯度上升，到達(dá)羽流上升最大高度時(shí)停止，該最大高度在溫躍層以下，此后富氧水下降回歸至于自身密度幾乎一致的平衡深度水體環(huán)境中，并向四周網(wǎng)狀驅(qū)散流動(dòng)至遠(yuǎn)處水體；上述過(guò)程可有效提高整個(gè)溫躍層以下水域的溶氧量，修復(fù)深水層的水質(zhì)。但是僅僅對(duì)深水層的水質(zhì)修復(fù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊淺水層的藻類的瘋長(zhǎng)也需要抑制。這時(shí)，就需要啟動(dòng)抑藻裝置130，抑藻裝置130的葉輪132在驅(qū)動(dòng)裝置136的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度優(yōu)選20轉(zhuǎn)/分鐘以上，并且在驅(qū)動(dòng)裝置136及連接軸134的承載范圍內(nèi)，葉輪132的轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)加大。

實(shí)施例2：

通過(guò)本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中一種富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)方法進(jìn)行具體介紹。

深水湖泊由于自身物理結(jié)構(gòu)特性，深水層和淺水層的水體各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)與生物構(gòu)成截然不同。本發(fā)明中的富營(yíng)養(yǎng)化深水湖泊水質(zhì)修復(fù)方法正是針對(duì)深水層和淺水層水質(zhì)的不同特點(diǎn)而做的發(fā)明。

針對(duì)溫躍層以下深水層的水質(zhì)修復(fù)特點(diǎn)，在湖水的深水層安裝復(fù)氧裝置，制氧設(shè)備將純氧通過(guò)膠管通入到復(fù)氧裝置中，復(fù)氧裝置中的氧氣通管狀發(fā)射器的微孔噴射到水體中形成氣泡群，氣泡群在上升過(guò)程中形成羽流，在羽流的帶動(dòng)下，下層的缺氧水在在垂直方向上不斷逆密度梯度上升，到達(dá)羽流上升最大高度時(shí)停止，所述最大高度在溫躍層以下，此后復(fù)氧水下降回歸至與自身密度幾乎一致的平衡深度水體環(huán)境中，并向四周網(wǎng)狀驅(qū)散流動(dòng)至遠(yuǎn)處水體；本方法中氣泡半徑越小，表體比(表面積/體積)越大，上升速度越慢，氣泡在水中溶解越快，氧氣在水中傳遞效率越高，一般情況下氣泡半徑應(yīng)小于3mm。另外，由于羽流上升最大高度在溫躍層以下，故不會(huì)對(duì)擾動(dòng)溫躍層以上的水域。

針對(duì)溫躍層以上淺水層的水質(zhì)修復(fù)特點(diǎn)，需要對(duì)改變淺水層的水動(dòng)力條件，抑制藻類生長(zhǎng)。本方法在淺水層設(shè)置葉輪，葉輪在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變淺水層的水動(dòng)力條件。在驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸的承載范圍內(nèi)，水輪的轉(zhuǎn)速越快，改變淺水層的水動(dòng)力條件的效果越好。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。