一种下气仓组合水上苗圃及使用方法与流程

技术领域：

本发明属于黑臭水体净化领域，具体涉及一种将城镇底泥原位同步净化并资源化的下气仓组合水上苗圃及使用方法。

背景技术：
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近年来河流水污染现象日渐明显，多数河道出现富营养化、水质黑臭等极端现象，用于净化水质的人工浮岛虽然可以对黑臭水体上覆水进行净化，但是并没有从根本上解决河底底泥的污臭问题，并且秋冬季节人工浮岛中的植物干枯秸秆、枝叶沉于水中也会加速水体溶解氧的消耗，黑臭底泥中的污染物浓度远超过上覆水，在厌氧沼气的抬升作用下不断的向水体中释放，加剧水体恶臭发黑。

人工浮岛对污染水体的治理作用机理是植物根系对营养物质的吸收，且只能吸收上覆水中的部分营养。浮岛飘浮于水面上遮挡了部分阳光照射水面，减少了水中浮游植物光合作用的释氧量，且同时减少了上覆水与空气的接触面进而降低了空气中氧气的传入量，而大多水体污染的一个重要原因就是缺氧。

现在河道治理时大多采用底泥疏浚技术，但是由于黑臭水体底泥量较大、含水率高，运输、堆存处理费用高、易产生二次污染，且两次疏浚期间的污泥是逐渐积累发臭的，长期污臭、不能及时处理等问题成了底泥疏浚的技术瓶颈，因此研发一种可将黑臭底泥及时收集处理、资源化利用的水体净化装置具有很强的现实需要。

技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种下气仓组合水上苗圃及使用方法，本发明用于将城镇底泥原位同步净化并资源化。

本发明所提供的一种下气仓组合水上苗圃包括水上苗圃单体、组合连接构件及供气系统；所述水上苗圃单体包括位于上方的集泥槽、位于中部的水平隔板2、位于下方的下气仓及外挂平衡气仓。

所述集泥槽包括围护板1、溢水口3、水平调节板4及竖向调节板7，所述溢水口3为位于所述围护板1上的水平方向窄、竖直方向高、下檐高于所述水平隔板50mm的矩形口，所述溢水口3右侧或左侧中部设有两个孔径相同的水平螺栓孔5，所述溢水口3下方中部设有两个孔径相同的竖向螺栓孔6，所述水平螺栓孔5及所述竖向螺栓孔6分别用于固定所述水平调节板4和所述竖向调节板7，所述水平调节板4中部设有水平导槽8，所述水平调节板4的板宽大于溢水口3的宽度，所述水平调节板4的板高大于溢水口3高度，所述竖向调节板7中部开有一条竖向导槽9，所述竖向调节板7的板宽大于溢水口3的两倍宽度，所述竖向调节板7的板高大于溢水口3的高度。

所述水平隔板2上均匀设有圆孔与通水管11相连，所述水平隔板2的四周与所述围护板1相连，所述水平隔板2与下方的竖向隔板10相连，通水管11上端口设有过滤筛网28。

所述下气仓包括所述围护板1、竖向隔板10及所述通水管11，所述竖向隔板10上设有换气孔29，所述竖向隔板10的上端部与所述水平隔板2的下表面连接，所述竖向隔板10的下端部与所述通水管11的下端等高，若干结构相同的所述竖向隔板10将所述下气仓均匀分隔成多个结构相同的小气仓。

所述组合连接构件包括连接固定板16、连接插入板38、连接板23及卡梢25，所述连接固定板16竖直固定于所述围护板1的四周外侧上下两层，所述连接固定板16之间竖直间距为连接插入板38的高度，上下两层结构相同的所述连接固定板16上下对齐，所述连接固定板16的上半边厚，所述连接固定板16的下半边薄，所述连接固定板16的下半边薄处与围护板1外侧之间形成凹槽33，所述连接板23上设有矩形卡槽24，所述连接板23与上下两层结构相同的所述连接插入板38垂直连接，所述连接插入板38之间竖直间距为所述连接固定板16的高度，上下两层结构相同的所述连接插入板38上下对齐，所述连接插入板38插入所述凹槽33后通过螺栓与所述连接固定板16固连；相邻的所述水上苗圃单体之间通过所述连接板23相互连接，相邻的所述水上苗圃单体上的所述连接板23通过所述卡梢25相互连接，所述卡梢25的宽度等于所述卡槽24宽度，所述卡梢25的高度小于所述卡槽24高度，所述卡梢25的长度大于所述连接板23的两倍厚度，所述卡梢25两端设有螺栓用于固定相邻的所述连接板23。

所述外挂平衡气仓包括外气仓21、外气仓连接板19、所述连接插入板38及所述连接固定板16，所述外气仓21穿过所述外气仓连接板19上的外气仓孔20固定于围护板1上部一侧，所述外气仓21为一段两头封死、长度等于所述围护板1的圆管，所述外气仓连接板19与连接插入板38垂直固连并设加固板。

所述供气系统包括风机34、配气总管36、气体分配器39、进气管12、供气硬管13及供气软管14，所述风机34依次通过进气阀35、所述配气总管36及所述气体分配器39与所述进气管12相连，所述进气管12位于所述水上苗圃单体中；所述进气管12于所述水平隔板2上50mm处与供气硬管13相连，所述供气硬管13穿过水平隔板2至所述下气仓50mm后与供气软管14相连，所述供气软管14延伸至位于所述下气仓正中部的小气仓中。

所述排气阀37设置在供气系统的供气管路上，平衡排气孔31及事故排气孔32均匀分布在位于下气仓的所述围护板1的四周，所述平衡排气孔31及所述事故排气孔32分别位于同一水平面上，所述事故排气孔32的高度低于所述平衡排气孔31的高度。

本发明另外提供一种下气仓组合水上苗圃的使用方法，该方法具体步骤如下：

(1)先将水上苗圃单体下气仓向下水平置于水面上，利用下气仓内空气层产生的浮力浮于水面，然后用连接构件将相邻水上苗圃单体依次进行连接，再连接供气系统；

(2)启动风机34打开进气阀35向下气仓充气至水平隔板2高于外侧水平面20-50mm，停止充气，向集泥槽灌注泥浆，当泥浆面达到集泥槽2/3深时静止沉淀，泥水分离后再启动风机34缓慢供气抬升集泥槽，通过溢水口3排除上清液，再次灌注泥浆，反复此过程至泥浆层厚度达到50mm；

(3)加气抬升集泥槽，待污泥层含水量低至适宜种草时，均匀播撒草种，撒土覆盖，并通过改变充气压力及排气升降水上苗圃高度进行草皮浇灌，排气过程为一路经供气管12由排气阀37定时排向大气中，另一路由平衡排气孔31排出；成草后连泥一道铲起移植。

本发明中的水上苗圃单体是由位于上方的集泥槽和位于下方的下气仓叠加组成，集泥槽与下气仓由水平隔板2水平分隔并经围护板1四周围护组成。组合连接构件位于各水上苗圃单体的围护板1外侧，将相邻的各水上苗圃单体组合在一起；所述供气系统由风机34出口经配气总管36和气体分配器39与各苗圃单体中的进气管12相连，位于下气仓的围护板1下方均匀设有的平衡排气孔31用于完成排气过程。

在不同污染水体的泥水混合物沉淀对溢水口3大小需要调整时，可通过调整水平螺栓孔5和水平导槽8的相对位置使水平调节板4水平向移动，调整竖向螺栓孔6和竖向导槽9的相对位置使竖向调节板7竖向移动，始终保持矩形溢水口3水平方向窄、竖直方向高，在进行沉淀时泥浆与外界上覆水只进行少量交换，达到不同泥水混合物下所需的溢水口3的最佳尺寸后完成沉淀过程，并反复进行供气、灌泥、沉淀过程至集泥槽厚度达到50mm。

水平隔板2将水上苗圃单体分隔为集泥槽和下气仓，在灌泥状态初始集泥槽内液位高于外界水面，大量水分及少量泥经过滤筛网28从通水管11排出至外界上覆水，当集泥槽内外液面相近时则内部泥水混合物经过沉淀后，大部分泥铺散在水平隔板2上且集泥槽内外液体经溢水口3进行少量流动交换，此时向下气仓供气使苗圃上升故大量上清液通过溢水口3和通水管11排出；在植被干旱进入灌水状态时由于水平隔板2低于外界水面故外界上覆水经通水管11底部灌入集泥槽内进行灌水，灌水完成时再次供气使水平隔板2高于外界水面，此时集泥槽内富余水通过通水管11排出；在灌泥或供气过程中致苗圃单体重心偏移时，由于竖向隔板10阻隔，下气仓各小气仓之间仅有小孔径的换气孔29进行气体流动，故苗圃单体不会发生下气仓内气体快速集于一侧引起的侧翻，而排气过程中各小气仓气体均通过换气孔29流入中间小气仓经进气管12排入外界大气中。

当灌入泥水不均或下气仓气体量过多时都易导致水上苗圃单体重心偏移，重心偏向的一侧为外气仓21或相邻苗圃单体，会提供浮力或向上的支撑力调节苗圃单体的稳定性；而外气仓连接板19的使用既用于固定外气仓21也利用其长度为外气仓21产生的浮力提供较长的力臂，进而产生较大的抗侧翻弯矩；外气仓连接板19与连接插入板38连接处设加固板能够避免在外气仓淹没于水中时产生浮力过大超过连接处的承受负荷引起的侧翻事故。

在组合水上苗圃运行时由于各苗圃单体在灌泥和供气过程中存在重力不同和供气量不均的问题，因此相邻苗圃单体垂直方向上存在一定的高度差，故利用卡槽24及卡梢25实现对高度差的调节，避免连接构件产生强烈挤压致损坏，且还能利用连接板23长度为相邻苗圃单体给予的向上的力提供较长的力臂，进而产生较大的抗侧翻弯矩，与外气仓21共同预防苗圃重心不稳引起的左右侧翻。

在需要供气时打开风机34经配气总管36和气体分配器39，近似等压的气体从各水上苗圃单体的进气管12进入下气仓内，当下气仓气体高度较大达到平衡排气孔31高度时，气体通过平衡排气孔31排出释放到外界水体中，减少下气仓气体量的同时也向外界水体曝气供氧，考虑到平衡排气孔31偶尔堵塞，故设置事故排气孔32排气，避免当平衡排气孔31堵塞或排气速率较低导致苗圃上升过高至围护板1下檐泄气引起侧翻；排气过程则是由排气阀37控制经进气管12定时排向外界大气中。

本发明组合水上苗圃通过喷洒装置将污染底泥就地集聚于集泥槽，溢水口3与通水管11将集泥槽内的泥水与外界上覆水进行少量的交换，改变氮、磷等营养元素在水中的赋存状态，利用好氧微生物及上层较多的溶解氧分解大分子有机污染物；沉淀积厚的污染底泥种植草坪，通过草坪根系吸收作用降低底泥中cod和氨氮负荷使污染底泥得到治理，草坪生长成型后可用于绿化环境，既避免枯萎腐烂在水中造成二次污染，也可出售获得少量的经济效益；下气仓位于水平隔板2下方，通过改变充气压力升降水上苗圃高度同时也利用水上苗圃的部分重力产生的压力增加下气仓下方水体的溶解氧，使好氧微细菌有较多的溶解氧将有机污染物分解为较为简单的有机物和无机物。

附图说明：

图1为本发明供气系统与水上苗圃单体的组合示意图；

图2为本发明水上苗圃单体的结构示意图；

图3为本发明中集泥槽的结构示意图；

图4为本发明中下气仓的结构示意图；

图5为本发明水上苗圃单体的三维结构示意图。

图中：1：围护板；2：水平隔板；3：溢水口；4：水平调节板；5：水平螺栓孔；6：竖向螺栓孔；7：竖向调节板；8：水平导槽；9：竖向导槽；10：竖向隔板；11：通水管；12：进气管；13：供气硬管；14：供气软管；15：连接孔；16：连接固定板；17：竖向加固板；18：水平加固板；19：外气仓连接板；20：外气仓孔；21：外气仓；22：卡箍；23：连接板；24：卡槽；25：卡梢；26：搬运支撑板；27：三角形加固板；28：过滤筛网；29：换气孔；30：矩形加固板；31：平衡排气孔；32：事故排气孔；33：凹槽；34：风机；35：进气阀；36：配气总管；37：排气阀；38：连接插入板；39：气体分配器。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本发明所提供的一种用于将城镇水体上覆水和底泥原位同步净化并资源化的下气仓组合水上苗圃包括水上苗圃单体、组合连接构件及供气系统；所述水上苗圃单体包括位于上方的集泥槽、位于中部的水平隔板2、位于下方的下气仓及外挂平衡气仓；所述水上苗圃单体是由集泥槽和下气仓叠加组成，集泥槽与下气仓由水平隔板2水平分隔并经围护板1四周围护组成。位于集泥槽的围护板1上设有溢水口3，水平隔板2上垂直向下嵌插通水管11；所述组合连接构件位于围护板1外侧，将相邻的各水上苗圃单体组合在一起；所述供气系统由风机34出口经配气总管36和气体分配器39与各苗圃单体中的进气管12相连组成，位于下气仓的围护板1下方均匀开设平衡排气孔31等完成排气过程。

如图2所示，先对所述水上苗圃所需各块板材进行形状与尺寸确定并完成各个开孔位置、尺寸以及焊接位置的标注，再分别在围护板1的溢水口3、水平螺栓孔5、竖向螺栓孔6、平衡排气孔31、事故排气孔32，水平隔板2上的圆孔以及换气孔29等的对应位置完成对应尺寸的钻孔或切割，然后再将连接固定板16分别焊接固定在各围护板1上下两层已标注位置。

如图3和图4所示，将围护板1焊接形成矩形框，然后将竖向隔板10焊接固定在围护板1上后再将水平隔板2下表面平置在竖向隔板10上，并随后分别进行水平隔板2与围护板1以及竖向隔板10的焊接固定。

如图3和图4所示，完成各板块的焊接固定后，再先后于水平隔板2和围护板1连接处以及围护板1内侧利用三角形加固板27和搬运支撑板26进行焊接加固，利用三角形结构稳定性以避免结构变形或产生裂开现象；再利用矩形加固板30焊接加固集泥槽檐口，防止在搬运过程中或运行过程中碰撞产生挤压变形，在完成水平隔板2上方焊接及加固后翻转水上苗圃单体至下气仓向上，再对位于下气仓的围护板1内侧进行三角形结构的加固，并在水平隔板2钻孔处完成通水管11和进气管12、供气硬管13的焊接及加固，最后将其再次翻转至集泥槽向上。

如图3和图4所示，将连接板23与连接插入板38垂直进行焊接，并利用水平加固板18和竖向加固板17进行加固，卡梢25可先固定在卡槽24上，当运行时完成相邻连接板23的固定；而外气仓连接板19同样与连接插入板38垂直进行焊接，并利用水平加固板18和竖向加固板17加固，然后将外气仓21插入外气仓孔20内并利用卡箍22固定，最后将连接插入板38插入连接固定板16与围护板1之间的凹槽33内，利用螺栓完成固定。

如图1所示，风机34置于河岸，出口经配气总管36和气体分配器39与位于各水上苗圃单体中的进气管12相连；抽绳通过位于围护板1上方的连接孔15将各水上苗圃单体相互连接，在收割草坪或发生事故时便于将苗圃拉至岸边。

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1：城镇富营养化浅水湖泊水体修复。

一般情况下城镇湖泊河道结构较为规则，便于组合水上苗圃的运行环境需要，且富营养化浅水湖泊水质较差，底泥较多，氧含量低。因此在采用组合水上苗圃进行水体修复工程时，必须先调查预修复水体的深度，湖泊宽度，水下地形，底泥厚度等条件，然后将湖泊划分为多个不同的区域，分批逐块进行水体修复工作，修复运行操作如下：先将水上苗圃单体下气仓向下置于水面上，利用平衡排气孔31、事故排气孔32以及进气阀35控制排气直到水平隔板2高于外界水平面20-50mm时，用组合连接构件依次将相邻水上苗圃单体连接在一起，再向集泥槽灌注泥浆，当泥浆面达到集泥槽2/3深时静沉，然后再启动风机34供气升槽排除上清液，至水平隔板2再次稍高于外界水平面时停气灌泥，反复此过程至泥浆层厚度达到50mm后种草，在种草完成后根据天气等外部环境适时对组合水上苗圃进行减压灌水，成草后连泥一起铲起移植需要植草的场地。