申请日 20201103
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 C02F11/02; C02F11/06
摘要
本发明公开了一种水污染河道底泥原位修复装置和方法，属于水污染治理及环境修复技术领域。包括直立的空心反应柱，空心反应柱内放置ORC反应珠，空心反应柱四周柱面上有镂空部分供水流入与ORC反应珠反应释氧，空心反应柱的上端设置有放置平台，放置平台的中心安装两层弹出装置，除臭菌群凝胶珠弹出装置四周的ORC反应珠弹出装置上面环绕分布有除臭菌群凝胶珠；所述空心反应柱下端是锥形的装置固定底端，装置固定底端上部设置扰动装置，扰动装置包括位于中部的潜水电机，潜水电机的四周均布且连接四个可伸缩机械臂。本发明解决一般装置修复维持时效不长、处理时产生臭味的问题。
权利要求书
1.一种水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：包括直立的空心反应柱（6），空心反应柱（6）内放置ORC反应珠（4），空心反应柱（6）四周柱面上有镂空部分（7）供水流入与ORC反应珠（4）反应释氧，空心反应柱（6）的上端设置有放置平台（5），放置平台（5）的中心安装两层弹出装置，下层的弹出装置是ORC反应珠弹出装置（3），上层的弹出装置是除臭菌群凝胶珠弹出装置（1），除臭菌群凝胶珠弹出装置（1）直径小于ORC反应珠弹出装置（3），除臭菌群凝胶珠弹出装置（1）坐落在ORC反应珠弹出装置（3）中心，除臭菌群凝胶珠弹出装置（1）四周的ORC反应珠弹出装置（3）上面环绕分布有除臭菌群凝胶珠（2）；所述ORC反应珠弹出装置（3）四周的放置平台（5）上面环绕分布有ORC反应珠（4）；所述空心反应柱（6）下端是锥形的装置固定底端（10），装置固定底端（10）上部设置扰动装置，扰动装置包括位于中部的潜水电机（8），潜水电机（8）的四周均布且连接四个可伸缩机械臂（9），可伸缩机械臂（9）正常缩放在空心反应柱（6）内，工作时可伸缩机械臂（9）从空心反应柱（6）内向外伸出，可伸缩机械臂（9）内设有装有并能播撒60目生物炭的腔室（11）。
2.根据权利要求1所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述可伸缩机械臂（9）分为四层，每层伸出时作为一节，以缩放时最内层为第四层，其中最内层最先伸出，最内层与第三层铰接，第三层与第二层、第一层依次套装连接，所述第三层具有所述腔室（11），腔室（11）内放置60目生物炭，腔室（11）上设有受压敏电阻控制的防护盖。
3.根据权利要求2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述所述可伸缩机械臂（9）最外面的一层长度为75cm，外径为40cm，内径为34cm；中间一层外径为34cm，内径为28cm；次内层外径为22cm，内径为12cm；最内层直径12cm。
4.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述空心反应柱（6）中部和下部直径为2m，空心反应柱（6）中部的壁厚度为0.1m；所述放置平台（5）的直径为1.3m；所述除臭菌群凝胶珠弹出装置（1）的直径为0.6m，所述ORC反应珠弹出装置（3）直径为1m。
5.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述空心反应柱（6）的镂空部分（7）是边长为米的正方形孔，各孔之间的距离为米，柱内ORC反应珠（4）直径为米。
6.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述ORC反应珠（4）以金属过氧化物（释氧剂）为主要成分，辅以吸附材料60目生物炭，pH调节材料高岭土，用无机包埋材料水泥包埋，反应珠直径为5.5cm，保证ORC的比例为50%左右，高岭土5%，生物炭5%。
7.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述空心反应柱（6）采用混凝土材料。
8.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述除臭菌群凝胶珠（2）内菌群包括：脱氮硫杆菌、中间硫杆菌和芽孢杆菌，由海藻酸钠包埋成除臭菌群凝胶珠（2）。
9.根据权利要求1或2所述的水污染河道底泥原位修复装置，其特征在于：所述ORC反应珠弹出装置（3）和除臭菌群凝胶珠弹出装置（1）的结构均为：包括主支架（12），主支架（12）的内层设有电磁铁（15），主支架（12）的外侧安装一圈弹板（14），弹板（14）上端通过铰接部（13）与主支架（12）铰接，常态下弹板（14）下垂贴合在主支架（12）四周侧壁上，电磁铁（15）得电后与弹板（14）磁性相反。
10.一种利用权利要求1所述装置的水污染河道底泥原位修复方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤1：通过遥控控制水污染河道底泥原位修复装置的搅动装置伸出可伸缩机械臂，尾端弯曲，触碰到底泥；
步骤2：搅动装置旋转，压敏电阻得到感应松开腔室防护盖的卡口，机械臂释放生物炭，生物炭落在底泥上，此时生物炭以吸附的方式吸附底泥中的氮磷、重金属和有机污染物；
步骤3：空心反应柱顶部的除臭菌群凝胶珠弹出装置启动，弹出包埋好的除臭菌群凝胶珠，除臭菌群凝胶珠缓慢沉入水底，与经搅动释放出臭味的物质反应，减少臭气的逸出；
步骤4：人工投加污水处理厂新取的活性污泥，提高改变水底的优势菌种，从而改进水底环境；
步骤5：启动ORC反应珠弹出装置，弹出ORC反应珠，提高水底溶氧量和氧化还原电位，为活性污泥等菌群提供适宜的环境。
说明书
水污染河道底泥原位修复装置和方法
技术领域
本发明属于水污染治理及环境修复技术领域，具体涉及一种黑臭河道底泥修复装置与方法。
背景技术
在水环境污染中，水体黑臭是较为严重的一种污染现象，当水体被污染后，部分污染物日积月累，通过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。底泥是污染物质的最终储存场所，在不断的积累富集下，底泥中的污染物质浓度往往比上覆水中污染物质高出几个数量级。底泥污染在很长时间内对河道水质产生影响，底泥中的污染物质与上覆水保持着一种吸附和释放的动态平衡，一旦上覆水环境发生变化，底泥中污染物质就会通过降解、吸附、溶解、微生物分解等作用，重新释放到水中，产生“二次污染”。同时在酸性、还原条件下，厌氧发酵产生的甲烷及氮气导致底泥上浮也是水体黑臭的重要原因之一。可见，底泥污染是黑臭河道产生与不断复发的原因。
从根本上讲，水生态系统中所出现的生物群落本质上是水体底质选择的结果。所以治理黑臭河道，修复底泥先行。
传统的底泥修复方法有：遮蔽（或称覆盖），疏浚（易位修复）和化学方式等。
掩蔽即在污染的底泥上放置覆盖物,隔离水体与被污染的底泥，以阻止底泥污染物向水体中迁移。但是加入覆盖物降低了水体库容,同时对底栖生物有较强破坏力，可能影响整个底栖生态系统,而且寻找大量的清洁覆盖物也不太现实。
这里的疏浚主要指的是环保疏浚。环保疏浚侧重于考虑疏浚区水生生态系统本身，需要为其水生生态系统的重建创造条件,因此在疏浚位置、疏浚有效深度、疏浚工艺设备等都需要明确的考量。目前国内的环保疏浚技术与国外的技术水平相对差距较大,由于技术方面的差异,疏浚手段在治理国内的案例中效果并非十分明显。且由于工程费用较高。
化学修复其本质原理是利用化学试剂和底泥中的离子发生基本的化学反应，使其转变为无毒无害的化学形态存在于水体中。化学修复常用的技术有淋洗法、底泥固化法玻璃化法臭氧氧化法、电动修复法等。但化学修复需要花费大量的化学药剂,试剂用量难以把控,甚至有些固化试剂本身对水体生态环境有所影响。
同时化学反应可能受pH值、温度、氧化还原状态、底栖生物等影响。例如运用原位钝化技术处理底泥时,作为钝化剂的铝盐、铁盐、钙盐应用环境各有不同,同时,由于风浪、底栖生物的扰动会使钝化层失效，影响钝化处理的效果。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种水污染河道底泥原位修复装置和方法，解决一般装置修复维持时效不长、处理时产生臭味的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种水污染河道底泥原位修复装置，包括直立的空心反应柱，空心反应柱内放置ORC反应珠，空心反应柱四周柱面上有镂空部分供水流入与ORC反应珠反应释氧，空心反应柱的上端设置有放置平台，放置平台的中心安装两层弹出装置，下层的弹出装置是ORC反应珠弹出装置，上层的弹出装置是除臭菌群凝胶珠弹出装置，除臭菌群凝胶珠弹出装置直径小于ORC反应珠弹出装置，除臭菌群凝胶珠弹出装置坐落在ORC反应珠弹出装置中心，除臭菌群凝胶珠弹出装置四周的ORC反应珠弹出装置上面环绕分布有除臭菌群凝胶珠；所述ORC反应珠弹出装置四周的放置平台上面环绕分布有ORC反应珠；所述空心反应柱下端是锥形的装置固定底端，装置固定底端上部设置扰动装置，扰动装置包括位于中部的潜水电机，潜水电机的四周均布且连接四个可伸缩机械臂，可伸缩机械臂正常缩放在空心反应柱内，工作时可伸缩机械臂从空心反应柱内向外伸出，可伸缩机械臂内设有装有并能播撒60目生物炭的腔室。
所述可伸缩机械臂分为四层，每层伸出时作为一节，以缩放时最内层为第四层，其中最内层最先伸出，最内层与第三层铰接，第三层与第二层、第一层一次套装连接，所述第三层具有所述腔室，腔室内放置60目生物炭，腔室上设有受压敏电阻控制的防护盖。
所述所述可伸缩机械臂最外面的一层长度为75cm，外径为40cm，内径为34cm；中间一层外径为34cm，内径为28cm；次内层外径为22cm，内径为12cm；最内层直径12cm。
所述空心反应柱中部和下部直径为2m，空心反应柱中部的壁厚度为0.1m；所述放置平台的直径为1.3m；所述除臭菌群凝胶珠弹出装置的直径为0.6m，所述ORC反应珠弹出装置直径为1m。
所述空心反应柱的镂空部分是边长为米的正方形孔，各孔之间的距离为米，柱内ORC反应珠直径为米。
所述ORC反应珠以金属过氧化物为主要成分，辅以吸附材料60目生物炭，pH调节材料高岭土，用无机包埋材料水泥包埋，反应珠直径为5.5cm，保证ORC的比例为50%左右，高岭土5%，生物炭5%。
所述空心反应柱采用混凝土材料。
所述除臭菌群凝胶珠内菌群包括：脱氮硫杆菌、中间硫杆菌和芽孢杆菌，由海藻酸钠包埋成除臭菌群凝胶珠。
所述ORC反应珠弹出装置和除臭菌群凝胶珠弹出装置的结构均为：包括主支架，主支架的内层设有电磁铁，主支架的外侧安装一圈弹板，弹板上端通过铰接部与主支架铰接，常态下弹板下垂贴合在主支架四周侧壁上，电磁铁得电后与弹板磁性相反。
一种利用权利要求1所述装置的水污染河道底泥原位修复方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤1：通过遥控控制水污染河道底泥原位修复装置的搅动装置伸出可伸缩机械臂，尾端弯曲，触碰到底泥；
步骤2：搅动装置旋转，压敏电阻得到感应松开腔室防护盖的卡口，机械臂释放生物炭，生物炭落在底泥上，此时生物炭以吸附的方式吸附底泥中的氮磷、重金属和有机污染物；
步骤3：空心反应柱顶部的除臭菌群凝胶珠弹出装置启动，弹出包埋好的除臭菌群凝胶珠，除臭菌群凝胶珠缓慢沉入水底，与经搅动释放出臭味的物质反应，减少臭气的逸出；
步骤4：人工投加污水处理厂新取的活性污泥，提高改变水底的优势菌种，从而改进水底环境；
步骤5：启动ORC反应珠弹出装置，弹出ORC反应珠，提高水底溶氧量和氧化还原电位，为活性污泥等菌群提供适宜的环境。
本发明的有益效果是：
1、成本低。传统机械曝气面临着或动力不足或价格昂贵的问题，本发明提出通过金属过氧化物（以CaO2为代表）与水反应生成氧气的方法以提高水体溶氧，相较于同等功效的机械曝气装置成本更低。
2、效果显著。使用生物炭。比起广为人知的活性炭，吸附能力约为活性炭的150倍左右。
3、装置采用柱状直立结构，尽可能地减少了对水体生态系统的干扰。几乎不影响后期依靠光合作用的生物对阳光的获取。
4、减少修复过程中逸出的臭气，对附近居民影响小。
5、用料环保。装置构架以无机物为主，一定程度上避免了二次污染；吸附材料生物炭制备的原料主要为秸秆、剩余污泥，变废为宝。
6、主动释放底泥中沉积的污染物，避免反复修复，一步到位。 （发明人 范秀磊;谢雅;苏纪康;项袁;徐德志;王佳雨 ）
