一种黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置的制作方法

本发明属于水环境治理技术领域，具体涉及一种黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置。

背景技术：

水体黑臭是由于水体缺氧、有机物腐败造成的。水体中有机污染物含量过高时，在好氧微生物作用下，有机物分解会消耗水体中大量的氧气，从而降低水中的溶解氧含量，使水体转化成缺氧或者厌氧状态，水体中悬浮颗粒物吸附的铁、锰等金属离子与水体中的硫离子形成硫化亚铁和硫化锰等，致使水体变黑；在厌氧微生物作用下有机物腐败、分解会产生氨、硫化氢、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质，致使水体发臭。同时，当水体温度低于8℃或高于35℃时，放线菌分解有机污染物的活动受到抑制，水体几乎不产生黑臭；当25℃左右时，放线菌的繁殖率最高，水体的黑臭也最严重。因此，曝气增氧和温控调节是治理黑臭水体的两种有效方法。

黑臭水体治理目前运用成熟的修复技术有：疏浚技术、原位覆盖掩蔽技术、氧化还原技术、生物修复技术、联合修复技术等，但实际治理过程均难以避免水体黑臭反复与反弹的现象。黑臭水体治理技术措施包括外源减排、内源控制、水质净化、补水活水、生态修复、长效治理等。由于水体中大量的污染物沉积在底泥中形成内源污染，为达到治理内源污染的目的，一般会采用底泥疏浚、水体增氧和覆盖底泥层等技术。

目前采用的黑臭水体底泥清淤方法，主要是把底泥挖出放置在岸边或运输到其他地方，存在从水体污染向土壤污染转嫁的弊端，不仅耗费大量人力物力财力，而且治理效果不彻底，容易引起二次污染，治标不治本。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术的不足，提供一种黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置，在外源难以彻底阻断的情况下，通过增加水体溶解氧、改变水体动力学条件、原位修复黑臭、智能温控调节、水质适时感知和优化底泥微生物群落结构等措施高效治理黑臭水体。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明的黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置，包括增氧系统、曝气系统、监控系统、太阳能光伏板、浮床和加料箱，其中，增氧系统和加料箱安装于浮床。

所述增氧系统由曝气增氧机、制冷压缩机、制热压缩机和电磁阀组成，所述的曝气增氧机、制冷压缩机、制热压缩机的进气口均设有电磁阀；所述的曝气增氧机设有三个进气口、一个进料口和一个出气口，三个进气口分别与制冷压缩机的出气口、制热压缩机的出气口和空气进口相通；所述的制冷压缩机、制热压缩机的进气口均与空气进口相通。

所述曝气系统由空气进口、输气伸缩管道、输气管道、管道接头、曝气管和曝气头组成，所述的输气伸缩管道一端与所述的曝气增氧机出气口相连通、另一端与输气管道进气口相连通；所述的输气管道设有若干个分支管道，每条分支管道与所述管道接头相连；所述的管道接头与若干个辐射状的曝气管相连；所述的曝气管与若干个同向并列的曝气头相连，所述的曝气管末端封闭。

所述监控系统由智能控制箱、水质传感器和温度传感器组成；所述的智能控制箱内设有单片机、信号接收模块与数据转化模块，水质传感器和温度传感器与信号接收模块相连。所述的智能控制箱和太阳能光伏板布设在增氧系统上方。

在本发明中，所述加料箱通过管道、电磁阀与曝气增氧机的进料口相连通。

在本发明中，所述输气伸缩管道为双层结构的伸缩管道，外层为伸缩软管、内层为伸缩套管。

在本发明中，所述曝气增氧机、制冷压缩机、制热压缩机均通过管道、电磁阀与空气进口相通，电磁阀同时只开启一个，另两个处于关闭状态；所述制冷压缩机、制热压缩机的出气口均通过管道与曝气增氧机的进气口相连通。

作为优选，所述浮床的材料为轻质耐腐性橡胶，浮床的形状为中心开孔、底部外围设有柱状重物、顶部外围设有加高沿边的空心圆盘。输气伸缩管道通过浮床的中心开孔与曝气增氧机出气口相连。

作为优选，所述曝气头与曝气管相连通，所述曝气头的外表面设有挡泥网。

有益效果：本发明的一种黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置，具有以下有益效果：

(1)通过由曝气增氧机、制冷压缩机、制热压缩机和电磁阀组成的增氧系统，对目标黑臭水体和底泥曝气、调温和增流，实现水体原位修复，克服传统底泥疏浚工程量大、污染转嫁粗暴的弊端。

(2)根据季节和气温变化，采用制冷压缩机或制热压缩机对底泥进行温控调节，破坏释放恶臭的厌氧微生物的存活环境，从恶臭形成条件上抑制底泥的二次污染，有效缓解季节性黑臭。

(3)通过成排同向布置微孔曝气头，形成循环气流和水流，不仅提高水体中的溶解氧，而且改善黑臭水体水动力环境，破坏藻类的繁殖条件，从恶臭根源上抑制水体产生黑臭的各种径流。

(4)太阳能光伏板的圆形轮廓能够减小风力，空气进口布置在太阳能光伏板下方能够防止进入杂物，智能控制箱布置在太阳能光伏板下方能够防止雨淋。

(5)利用太阳能光伏板供电，通过单片机和信号接收模块与数据转化模块，接收水质传感器、温度传感器的监测数据信号，并发送相应指令控制电磁阀、曝气增氧机、制冷压缩机、制热压缩机的工作状态，实现了黑臭水体底泥原位修复，智能化程度高，治理更彻底，具有广阔的应用前景。

(6)浮床底部外围设有柱状重物有利于浮床抵御大风浪，保持浮床稳定，延长装置使用寿命，浮床顶部外围设有加高沿边有利于阻挡黑臭水体溅入曝气增氧机、制冷压缩机和制热压缩机等。

(7)通过加料箱和曝气增氧机向底泥曝气管中加入生物促生剂，使其与温控相结合，改变水体中微生物群落结构，增强硝化细菌对污染物的降解能力，从而使致黑臭菌群丰富度下降，快速实现内源控制和水质净化。

(8)输气伸缩管道能够适应水体的水位变化，通过伸缩过程满足浮床的自由升降，保证装置的结构稳定。

附图说明

图1是本发明的一种黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置的结构示意图；

图2是图1中的增氧系统和曝气系统的结构示意图。

图中：1-太阳能光伏板；2-浮床；31-曝气增氧机；32-制冷压缩机；33-制热压缩机；34-电磁阀；4-智能控制箱；51-空气进口；52-输气伸缩管道；53-输气管道；54-管道接头；55-曝气管；56-曝气头；61-水质传感器；62-温度传感器；7-加料箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图2所示，本发明的黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置，包括增氧系统、曝气系统、监控系统、太阳能光伏板1、浮床2和加料箱7。增氧系统由曝气增氧机31、制冷压缩机32、制热压缩机33和电磁阀34组成，曝气增氧机31、制冷压缩机32、制热压缩机33的进气口均设有电磁阀34；曝气增氧机31设有三个进气口、一个进料口和一个出气口，三个进气口分别与制冷压缩机32的出气口、制热压缩机33的出气口和空气进口51相通；制冷压缩机32、制热压缩机33的进气口均与空气进口51相通。曝气系统由空气进口51、输气伸缩管道52、输气管道53、管道接头54、曝气管55和曝气头56组成，输气伸缩管道52一端与曝气增氧机31出气口相连通、另一端与输气管道53进气口相连通；输气管道53设有若干个分支管道，每条分支管道与管道接头54相连；管道接头54与若干个辐射状的曝气管55相连；曝气管55与若干个同向并列的曝气头56相连通，曝气管55末端封闭，曝气头的外表面设有挡泥网。监控系统由智能控制箱4、水质传感器61和温度传感器62组成；智能控制箱4内设有单片机、信号接收模块与数据转化模块，水质传感器61和温度传感器62与信号接收模块相连。智能控制箱4和太阳能光伏板1布设在增氧系统上方。加料箱7通过管道、电磁阀34与曝气增氧机31的进料口相连通。输气伸缩管道52通过浮床2的中心开孔与曝气增氧机31的出气口相连。

在安装装置时，通过水下施工技术，进行围堰施工和基坑顶进，首先安装曝气系统，然后安装浮床2、加料箱7和增氧系统，最后，布置水质传感器61、温度传感器62、智能控制箱4和太阳能光伏板1。

在本实施例中，输气管道53采用两个分支管道，输气管道53的末端与管道接头54的进气口相连，每个管道接头54与八根曝气管55相接，每根曝气管55上设有倾斜向上的曝气头56，倾角为30°～35°，曝气头56利用万向节与曝气管55连接，曝气头56的外表面设有挡泥网。相近倾角布置的曝气管55和曝气头56使得在给底泥曝气供氧、升温、降温过程中，从底泥溢出的气泡驱动水体旋转流动，从而增加水流涡旋和底泥水体的横向流速。

在本实施例中，通过对水体和底泥的充分曝气，使得底泥和水体处于好氧状态，提高好氧微生物的活力，氧化有机物厌氧降解时产生的h2s、ch4s及fes等致黑致臭物质，有效改善水体黑臭情况。

在本实施例中，当水质黑臭发生时，智能控制箱4中的单片机接收到水质传感器61的信号，同时根据温度传感器62的信号，通过单片机内部程序判定并发送相应指令给增氧系统。当温度在8-15℃时，给出相应制冷指令，开启制冷压缩机32及其上方的电磁阀34，同时关闭曝气增氧机31上方的电磁阀34、制热压缩机33上方的电磁阀34，通过曝气增氧机31向曝气管55和曝气头56冲入冷空气；当温度值小于8℃时，智能控制箱4通过单片机内部程序判定给出相应指令，开启曝气增氧机31上方的电磁阀34，同时关闭制冷压缩机32及其上方的电磁阀34，通过曝气增氧机31向曝气管55和曝气头56冲入空气；当底泥温度高于25℃时，智能控制箱4通过单片机内部程序判定给出相应制热指令，开启制热压缩机33及其上方的电磁阀34，同时关闭曝气增氧机31上方的电磁阀34和制冷压缩机32及其上方的电磁阀34，通过曝气增氧机31向曝气管55和曝气头56冲入热空气，将底泥温度控制在不利于底泥厌氧微生物生长的高温范围内但又不超过硝化细菌生长的范围40℃。当水体不再黑臭时，智能控制箱4通过单片机内部程序判断并发出相应的指令，只打开曝气增氧机31及其上方的电磁阀34，通过曝气增氧机31向底泥提供足够的氧气和水动力条件，提高水体自净能力，防止水体再次发生黑臭。

在本实施例中，加料箱7下方的电磁阀34在装置工作状态时，始终处于开启状态，智能控制箱4通过水质黑臭程度和适宜硝化细菌生长的温度范围，通过单片机内部程序判断并发出相应的指令控制加料箱7下方的电磁阀34的开度，从而控制加入生物促生剂的量。

在本实施例中，通过控制底泥温度，抑制微生物生长繁殖条件，同时通过加料箱7加入生物促生剂，利用生物促生剂对微生物的催化作用，促进硝化细菌在有氧条件下对有机物快速分解，使底泥中潜在致黑致臭菌群丰度下降，同时，有效抑制有机物沉积对底泥产生的再次污染。

本发明的黑臭水体底泥原位修复与智能感知装置，具有增加溶解氧、改善水体动力条件、原位修复黑臭、智能温控调节、水质适时感知等特点，能够有效消除水体黑臭、改善城市水环境，环境与生态效益明显，具有广阔的应用前景和商用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。