船载式海底沉积物修复装置及方法与流程

本发明属于海底污染沉积物修复技术领域，涉及一种船载式海底沉积物修复装置及方法。

背景技术：

地球大部分海底被沉积物覆盖，海底沉积物成为地球上覆盖物中最大的生物栖息地。然而，海底沉积物往往也是陆源入海污染物的最终归宿，常见的污染物有重金属、有机污染物及营养物质等，这些物质在沉积物中累积后往往会产生潜在威胁，如重金属和有毒有机物很难借助自然过程消失，会一直累积并通过食物链逐级富集进入人体，威胁着人类健康。同时，海底沉积物中如果富集大量的有机质、氮、磷等营养物质，就很容易引起水体富营养化，进而导致海底形成大面积低氧区，最终使得海底生态系统退化。

随着我国经济的高速发展，大量陆源污染物通过江、河及各类排污口、排水口排入海水水体，导致近岸海域不断受到污染。经过复杂的物理、化学及生物过程，这些污染物大多被沉积物吸附，对海洋生态系统和人类生存发展产生很大的潜在威胁。因此，在治理海洋污染、修复海洋生态的过程中不可忽视海底沉积物的污染问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海底沉积物修复装置，将工程技术与生物、化学等技术相结合，可转移或转化海底沉积物中的有毒有害污染物，改善海底沉积物的生态环境。

本发明的技术方案为：船载式海底沉积物修复装置，其特征在于：包括修复装置主体、牵引绳及输送管，修复装置主体通过牵引绳与牵引船相连；修复装置主体包括底板，及安装在底板上的排气组件和排水组件；

排气组件包括曝气管，沿曝气管长度方向横向排列设置有多个微孔曝气头，曝气管上设置有进气口，微孔曝气头与曝气管形成贯通的管路，微孔曝气头斜向下朝向与牵引船行进方向相反的一侧；

排水组件包括水管，水管上设置有进水口，沿水管长度方向横向排列设置有多个与水管相通的出水管，每个出水管下方均接有一犁齿；犁齿包括犁锋侧和犁背侧，其犁锋侧为刀刃状，朝向牵引船的一方；其犁背侧内部形成一段贯通的射水管路，射水管路的入口与出水管相通，其出口斜向下朝向与牵引船行进方向相反的一侧；

输送管包括输水管和输气管，输水管和输气管的入口位于牵引船侧，出口分别与进水口和进气口相通。

优选的是：曝气管和水管均内嵌在底板内部，进水口、进气口和微孔曝气头延伸到底板的外部。

优选的是：底板靠近牵引船的一侧为向上翘起的流线型。

优选的是：犁锋侧包括一段竖直段和一段倾斜段，倾斜段的底部形成一尖状的犁齿端。

优选的是：牵引船上配置水泵和气泵，输水管入口与水泵相接，输气管入口与气泵相接。

进行海底沉积物修复时，牵引船拖动修复装置主体向前运动；通过输水管向海底输送液体；通过输气管向海底输送气体。液体为含有生物试剂或化学试剂的海水，气体为氧气或臭氧，可根据海底环境，分析治理需求，来调配输入的试剂和气体的种类。

本发明的有益效果为：

(1)使海底沉积物充分参与反应，得到净化，改善海底沉积物及海水的缺氧环境。

保证海底污染沉积物可以充分参与反应才能达到更好的沉积物修复目的。该设计通过犁齿及高压水流的双重作用，翻动海床表层沉积物，形成局部范围的悬浊液，使沉积物颗粒及有害物质能够与氧气或生物试剂、化学试剂充分反应达到最佳效果。

海底缺氧、荒漠化将影响海底生物的生存。通过排气组件向海底输入氧气，富氧表层海水和微气泡能够极大地改善海底缺氧的状态，可治理海底荒漠化、改善海底生态系统。

(2)简单易行，可定期对重点海域的海底沉积物进行改良。

该装置操作简单易行，只需对渔船进行简单改造，增加高压水泵、空气泵等设施，生化试剂、臭氧等介质输入源即可。可以根据净化区域的大小，选择不同吨位的船只，并选用不同尺寸的修复装置主体，通过调整修复装置主体底板的体积、微孔曝气头的数量、犁齿的数量可以调整修复装置主体的尺寸。可根据海底具体的环境情况，选择通入不同的气体和容易，与海底污染沉积物充分反应。可定期修复污染严重的海底区域，可以实现定期修复。该设计特别适用于易爆发赤潮、绿潮的海域，通过提前对缺氧、污染的海底土壤进行净化修复，可以有效减轻有机物的影响，防止赤潮、绿潮等灾害的发生。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为修复装置主体结构示意图。

图3为修复装置主体结构示意图。

图4为修复装置主体结构示意图。

图5为排气组件结构示意图。

图6为排水组件结构示意图。

图7为犁齿结构示意图。

其中：1-牵引绳，2-牵引船，3-修复装置主体，4-输送管，401-输水管，402-输气管，5-底板，6-排气组件，601-曝气管，602-微孔曝气头，603-进气口，7-排水组件，701-水管，702-进水口，703-出水管，704-犁齿，705-犁锋侧，706-犁背侧，707-射水管路，708-喷水嘴，709-犁锋，8-海面，9-海床，10-支架，11-保护管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

如图1至图4所示，船载式海底沉积物修复装置，包括修复装置主体3、牵引绳1及输送管4，修复装置主体通过牵引绳1与牵引船2相连，位于海面以下；修复装置主体3包括底板5及安装在底板5上的排气组件6和排水组件7。底板5上安装有支架10，用于确保底板5结构的强度和稳定性。底板5和支架10采用不锈钢材质制成，牵引船2运动时，将拖动修复装置主体3运动，底板5的底部紧贴海床滑动，底板5靠近牵引船2的一侧为向上翘起的流线型，保证滑动过程中遇到障碍物阻碍时，底板5可以顺利的通过障碍物；底板5的中后部为平直状，以获得较大的与海床之间的接触面积，使底板5不会轻易反转。

图5所示，排气组件6包括曝气管601，沿曝气管601长度方向横向排列设置有多个微孔曝气头602，曝气管601上设置有进气口603，每个微孔曝气头602均与曝气管601相通，形成贯通的管路，微孔曝气头602斜向下朝向与牵引船2行进方向相反的一侧。

如图6所示，排水组件包括水管701，水管701上设置有进水口702，沿水管701长度方向横向排列设置有多个与水管701相通的出水管703，每个出水管703下方均接有一犁齿704；如图7所示，犁齿704包括犁锋侧705和犁背侧706，其犁锋侧705为刀刃状，朝向牵引船2的一方；其犁背侧705内部形成一段贯通的射水管路707，射水管路707的入口与出水管703相通，其出口斜向下朝向牵引船2行进方向相反的一侧；喷水嘴708安装在射水管路707的出口处，喷水嘴708斜向下朝向海床，与牵引船2行进的方向相反的一侧。

曝气管601和水管701的方向垂直于牵引船2运动的方向，曝气管601和水管701并行排列在底板5上。本实施例中微孔曝气头601和出水管703的数量均为12个，实际应用过程中，可根据需求，增大底板5的尺寸，配置更多数量的微孔曝气头601和出水管703。微孔曝气头601和出水管703的排列方式也不局限于并行排列。

输送管4包括输水管401和输气管402，输水管401和输气管402的入口位于牵引船2侧，出口分别与进水口702和进气口603相通。进行海底沉积物修复的过程中，视海床环境的不同，可通过输水管401输送富氧海水、生物试剂或化学试剂等液体，输气管402输送氧气、臭氧等气体，用于改善海底环境。牵引船2上搭载有水泵和空气泵，在需要向海底通入海水或空气的前提下，水泵与输水管401的入口相接，抽取海面的富氧空气；空气泵与输气管402的入口相接，向海底输送纯氧气或富氧空气；在需要向海底通入其他的生物试剂、化学试剂，臭氧等其他种类的气体时，水泵或空气泵直接接入气体介质输入源。

曝气管601和水管701均内嵌在底板5内部，这种结构可以保证曝气管601和水管701不受海底复杂环境的影响，避免管路被海底石块或其他坚硬物体损坏。进水口702、进气口603和微孔曝气头602延伸到底板5的外部，其中进水口702和进气口603均连接到牵引船2侧。

犁锋侧包括一段竖直段和一段倾斜段，倾斜段的底部形成一尖状的犁锋709，这种结构形成锋锐的犁锋709，保证犁齿704能够连续不间断的破土。

进行海底沉积物修复时，启动牵引船2，牵引船2拖动修复装置主体向前运动；犁齿704插入到海床土壤中，随牵引船2向前运动的过程中，犁齿704翻动土壤，将土壤翻松。富集大量污染物的沉积物颗粒悬浮在海水中，形成局部范围的污泥悬浊液，可以增大曝气管601和水管701的排出物与污染物的接触面积，提高污染物治理效率。

以下结合海底环境的不同，给出几种海底环境改善的方法：

(1)海底缺氧：牵引船2上的高压水泵吸取海水表面的富氧海水，经输水管401输送至水管701，分散到各个射水管路707，经喷水嘴708喷出，与污泥悬浊液混合。富氧的海水和微气泡可以增加海底溶解氧的浓度，改善底部海水的环境，通过其自我修复，维持海底的生态平衡。

(2)海底沉积物中富集的有机物过多：此时海底也会有缺氧的表现。在缺氧状态下，厌氧细菌分解有机物产生硫化氢、氨气等有毒物质，造成海水酸化。此时，通过曝气管601通入石灰粉，经多个微孔曝气头602喷出，石灰粉融于水形成氢氧化钙溶液，与污泥悬浊液混合，与酸化的海水中和。

(3)若海底沉积物中的病毒、细菌过多：可通过曝气管601通入臭氧，经多个微孔曝气头602喷出，与污泥悬浊液混合，利用臭氧极强的氧化性杀死海水中的病毒、细菌等原生物。臭氧反应后的产物为氧气，不会产生二次污染。

(4)若海底沉积物中富含重金属、有毒化学品等：可根据沉积物成分的不同，选择生物试剂或化学试剂来治理。将生物试剂或化学试剂的输入源连接至输水管401，试剂将经输水管401传递到水管701，并分散到各个射水管理707，经喷水管708喷出，与污泥悬浊液混合。需要指出的是，选择的生物试剂或化学试剂不会对海底环境造成二次污染，且可以和海底的重金属、有毒化学品反应生成无害的沉积物。