本发明涉及环境工程领域，特别是涉及一种流域水生态原位清淤修复系统和方法。
背景技术：
现在水系统流域的生态功能和调节功能随着工业发展、人类活动、水资源短缺、水污染遭到严重破坏，形成污染水体，甚至形成黑臭水体。水体黑臭主要是水体缺氧造成的，同时也与水体富营养化和底泥沉积有关。国家重大水专项相关研究结果表明，当溶解氧低到2.0mg/L时，水体将处于缺氧状态。当溶解氧为3mg/L～5mg/L时，水体中有机物和氨氮含量一般也会超过地表V类标准，呈现有色有味状态，但有水生生物存在；当溶解氧大于6 mg/L时，水体处于有氧状态，有机物降解和氨氮氧化速率显著增加，水体开始具有自净能力。当水体被污染后，部分污染物日积月累，通过沉降作用或随着颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。在酸性、还原条件下，污染物和氨氮从底泥中释放，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。有研究指出，在一些污染水体中，底泥中污染物的释放量与外援污染总量相当。此外城市河道中有大量营养物质，导致河道中藻类过度繁殖。这些藻类在生长初期为水体补充氧气，在死亡后分解矿物形成耗氧有机物和氨氮，导致季节性黑臭现象和产生极其强烈的腥臭味道。同时，丧失生态功能的水体，往往流动性降低或完全消失，直接导致水体复氧能力衰退，局部水域或水亏氧问题严重，形成事宜藻类快速繁殖的水动力条件，增加水华爆发风险，引发水体水质恶化。
综上所述，预防水体黑臭的方法主要是增加水体的溶解氧含量，然而长期被污染的水体自净能力低、甚至已经完全丧失自净能力形成黑臭水体的水体在增氧条件下将无法达到治理黑臭的目的，目前针对这类已经污染的黑臭水体一般采截污纳管、截流清淤、原位清淤等进行清理底泥，重建生态系统方式进行处理。不管是截流清淤，还是原位清淤方式清理底泥，其经济投入量大、底泥只能进行转移、生态系统重建难度大时间长，并且淤泥产生二次污染，需要进一步处理。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种流域水生态原位清淤修复系统和方法，利用清淤喷头将河道淤泥从河床底部推入水中，再通过纳米曝气装置搅拌淤泥，同时增加水体溶解氧含量，加速耗氧反应进程，达到在不截流、不纳管的情况下实现水体的原位修复，完善水生态系统，恢复河道的生态功能和调节功能，降低了河道的处理成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种流域水生态原位清淤修复系统，包括：位于治理区域河道水面上的清淤船体、设置于所述清淤船体中的空压机、位于河床淤泥内的清淤喷头、连通所述空压机和清淤喷头的高压气管、布设于河水底部的多个纳米曝气装置，以及向所述纳米曝气装置提供压缩空气的空气压缩装置；所述清淤喷头在空压机提供的压缩空气作用下，将淤泥从河床推入河水底部，使淤泥在纳米曝气装置的搅拌作用进行分化沉降。
优选地，所述纳米曝气装置间隔布设于河水底部，并与河床淤泥接触。所述纳米曝气装置之间的距离为3~10m。
优选地，所述空气压缩装置为罗茨风机，所述罗茨风机设置于治理区域的河岸上，并通过空气管道分别与每一个纳米曝气装置连通。
优选地，所述清淤船体上还设置有固定支架，所述固定支架上安装有连杆，所述连杆上设置多个气管下放结构，所述多个气管下放结构沿连杆方向等间距设置；所述高压气管穿过其中一个气管下放结构与所述清淤喷头连接；所述气管下放结构为设置于连杆上的多个金属环；优选地，所述连杆可以采用收缩连杆。
优选地，所述清淤喷头呈锥形结构，清淤喷头包括中空锥形管，所述中空锥形管的第一端与高压气管连通，中空锥形管的第二端设置有喷嘴，所述喷嘴上开设有多个喷流口；所述中空锥形管第二端的直径大于第一端的直径，且所述中空锥形管中设置有防倒流阀；所述清淤喷头为刚喷头，重量5~15kg，相对于水的密度比为5.5~6.5。
优选地，所述清淤船体中还设置有气动螺旋桨，所述气动螺旋桨与空压机连接。
一种流域水生态原位清淤修复系统的修复方法，包括以下步骤：
S1.在河道治理区域的河水底部间隔布设多个纳米曝气装置，并利用空气压缩装置为纳米曝气装置提供压缩空气；
S2.将清淤喷头下放到河水中，清淤喷头在重力作用下，坠入河床淤泥内部；
S3.空压机通过高压气管向清淤喷头输送高压空气，高压空气经清淤喷头喷出，将河道淤泥从河床推入河水底部；
S4.进入河水底部的淤泥在纳米曝气装置曝气的搅拌作用下，分化为泥土层、有机物层、游离态微生物层以及可溶性分子，同时通过纳米曝气装置的曝气作用增加周围河水的溶氧量，加速河水中的耗氧反应进程；
S5.分化得到的泥土层首先沉降到河床底部；有机物层在富氧水体中经过好氧微生物分解为小分子或是矿化，游离态微生物层最后沉降在河床表面，形成新的微生物生态系统。
本发明的有益效果是：本发明利用清淤喷头将河道淤泥从河床底部推入水中，再通过纳米曝气装置搅拌淤泥，同时增加水体溶解氧含量，加速耗氧反应进程，达到在不截流、不纳管的情况下实现水体的原位修复，完善水生态系统，恢复河道的生态功能和调节功能，降低了河道的处理成本。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为连杆的结构示意图；
图3为清淤喷头的结构示意图；
图4为本发明的方法流程图；
图中，1-河床淤泥，2-河水，3-纳米曝气装置，4-清淤喷头，5-防倒流阀，6-喷流口，7-高压气管，8-固定支架，9-连杆，10-空压机，11-气动螺旋桨，12-清淤船体，13-气管下放结构,14-中空锥形管，15-喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，河道内主要分为两层，下层为位于河道底部的河床淤泥1，上层为位于河床淤泥1上方的河水2；本发明的一种流域水生态原位清淤修复系统，包括：位于治理区域河道水面上的清淤船体12、设置于所述清淤船体12中的空压机10、位于河床淤泥1内的清淤喷头4、连通所述空压机10和清淤喷头4的高压气管7、布设于河水2底部的多个纳米曝气装置3，以及向所述纳米曝气装置3提供压缩空气的空气压缩装置；所述清淤喷头4在空压机提供的压缩空气作用下，将淤泥从河床推入河水2底部，使淤泥在纳米曝气装置3的搅拌作用进行分化沉降：
具体的分化沉降过程如下：淤泥在纳米曝气装置3曝气的搅拌作下融入水体，分化为泥土层、有机物层、游离态微生物层以及可溶性分子，再通过分步自然沉降作用进行分级沉降，泥土层在重力作用下自然沉淀至河床底部，有机物层、游离态微生物层以及可溶性分子在富氧水体中经过微生物作用进一步消解。
在本申请的实施例中，所述纳米曝气装置3间隔布设于河水2底部，并与河床淤泥1接触，也就是说，纳米曝气装置3布设于河床淤泥1与河水2的交界处；所述纳米曝气装置3之间的距离为3~10m，在该范围内，最佳的间隔距离为6m。
在本申请的实施例中，所述空气压缩装置为罗茨风机，所述罗茨风机设置于治理区域的河岸上，并通过空气管道分别与每一个纳米曝气装置连通。
在本申请的实施例中，所述清淤船体12上还设置有固定支架8，所述固定支架8上安装有连杆9，如图2所示。所述连杆9上设置多个气管下放结构13，所述多个气管下放结构13沿连杆9方向等间距设置；所述高压气管7穿过其中一个气管下放结构与所述清淤喷头4连接；所述气管下放结构13为设置于连杆上的多个金属环；该实施例中，所述连杆可以采用收缩连杆。通过选择穿过的气管下放结构，可以调整高压气管7的下方位置，从而调整与高压气管7相连的清淤喷头4下放后在河床淤泥1中的位置；在一些实施例中，还可以设置多根与空压机10连接的高压气管7，多根高压气管7穿过不同的气管下放结构13下放后，可以连接不同的多个清淤喷头4并提供压缩空气，以提高清淤工作的效率。
如图3所示，在本申请的实施例中，所述清淤喷头4呈锥形结构，清淤喷头包括中空锥形管14，所述中空锥形管14的第一端与高压气管7连通，中空锥形管14的第二端设置有喷嘴15，所述喷嘴15上开设有多个喷流口6。所述中空锥形管14第二端的直径大于第一端的直径，且所述中空锥形管14中设置有防倒流阀5，以防止河水倒灌入高压气管中；所述清淤喷头4为刚喷头，重量5~15kg，相对于水的密度比为5.5~6.5，其中重量8kg、相对于水的密度比6.0为最佳，高压气管内部气压在0.8MPa-1.5MPa范围内。
在本申请的实施例中，所述清淤船体12中还设置有气动螺旋桨11，所述气动螺旋桨11与空压机10连接，作为清淤船体12沿河道移动的驱动结构。
如图4所示，一种流域水生态原位清淤修复系统的修复方法，包括以下步骤：
S1.在河道治理区域的河水2底部间隔布设多个纳米曝气装置3，并利用空气压缩装置为纳米曝气装置3提供压缩空气；
S2.将清淤喷头4下放到河水中，清淤喷头4在重力作用下，坠入河床淤泥1内部；
S3.空压机10通过高压气管7向清淤喷头4输送高压空气，高压空气经清淤喷头4喷出，将河道淤泥从河床推入河水2底部；
S4.进入河水2底部的淤泥在纳米曝气装置3曝气的搅拌作用下，分化为泥土层、有机物层、游离态微生物层以及可溶性分子，同时通过纳米曝气装置3的曝气作用增加周围河水的溶氧量，加速河水中的耗氧反应进程；
S5.分化得到的泥土层首先沉降到河床底部；有机物层在富氧水体中经过好氧微生物分解为小分子或是矿化，游离态微生物层最后沉降在河床表面，形成新的微生物生态系统。
本发明利用清淤喷头将河道淤泥从河床底部推入水中，再通过纳米曝气装置搅拌淤泥，同时增加水体溶解氧含量，加速耗氧反应进程，达到在不截流、不纳管的情况下实现水体的原位修复，完善水生态系统，恢复河道的生态功能和调节功能，降低了河道的处理成本。
需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。