原位水体修复方法及相应的原位水体修复系统与流程

本发明涉及一种原位水体修复方法，还设有一种采用或用于实现该方法的原位水体修复系统，属水污染控制和环境保护技术领域。

背景技术：

在经济快速发展的同时，环境污染问题也会日益严重，特别是水源污染作为我国最主要的环境问题，一直是政府环保工作的重中之重。改革开放以来，国家投入巨资用于城市水体修复与处理上，并只能在一段时间取得了良好的效果。但是，水污染有重复性。随着时间变化和水体周边发展，越来越多水体重新恶化，使水体治理越来越难。

其中，一个重要的问题是水体底泥及其他形态的污染物的不断沉积，水体随着点源、内源、面源等不断沉淀和污染，使水质随着时间推移而超出自净能力，从而导致水质变差，甚至形成黑臭水体等，一般水系的底泥间隔4-8年就要进行清淤，而随着水体污染物增加或生态失衡，导致水体不断更换，一般水系水体一年更换1-2次。现有若干用于增强水体净化效果的技术，例如，人工湿地、水体生态平衡构建（微生物、动物、植物等）、曝气装置、浮岛技术、底泥清淤、水循环技术和水下森林等，但这些单一技术往往仅能够局部上缓解水质恶化，对于底泥污染物的不断沉积缺乏有效经济、有效治理手段。例如人工湿地只保障水体水质净化，但净化水体重新进入水系中再污染，不能根本解决水系自净能力；再如底泥清淤，随着空气、土壤、水体、植物等污染源沉淀需要间隔不断修复河床底泥，不能从根源上解决河床修复问题，特别是底泥清淤过程往往会严重破坏原有生态，而清出来的污泥处理也是一个难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种有效的方法及系统，以提高水体的自净化能力，特别是提高对水体底部沉积物的净化能力，提高水体环境容量，降低相应的污染控制成本，减少或从根本上消除底泥清淤需求。

本发明的技术方案是：一种原位水体修复方法，其在底泥下面设置填料层，底泥铺设在所述填料层的上面，所述填料层的下部布设有泥下排水管，通过所述泥下排水管进行底泥下排水，使底泥上面的水体整体向下移动，形成经过所述底泥的水流，由此提高所述底泥及水体垂直方向上各处的含氧量。

一种原位水体修复系统，可采用或者用于实现本发明公开的任意一种原位水体修复方法，其包括铺设在水体基础上的填料层和铺设在所述填料层上面的底泥，所述填料层的下部布设有泥下排水管，所述泥下排水管优选采用透水盲管。

本发明的有益效果是：通过在底泥层下方均布的盲管根据实际检测数据或定期进行地下排水，使水体中的水整体向下流动，溶解氧量较高的上部水以平面微型形态向下传导，增加了下部水体以及底泥层中的含氧量，且没有死角，由此改善了水体下部及底泥层的氧环境，有助于维持和促进好氧生物菌群的生长和代谢，避免因过度的厌氧生化导致的黑臭水体现象，形成和保持有助于水体净化的生态，促进水体中微生物、植物、动物良性生态的动态平衡，并使得底泥层中的毛细孔发达，增加底泥传质能力和自净能力；通过位于底泥下面的层层填料，将水体根源处水体进行微处理，净化并补充河水体中的水。并可以根据实际需要，例如依据检测数据，在水质出现恶化趋势时或者水体、底泥中的溶解氧含量低于需求量或设定水平时，通过盲管或反冲洗管从底泥的下面补充氧量，空气在穿过填料层和底泥的过程中，氧气直接溶解于填料和底泥所含的水中，相对于现有技术下在水体中或底泥上面曝气而言，彻底改变了曝气基本上无助于提高底泥含氧量的现象，能够有效地增强底泥中的氧含量，并且空气穿过底泥的过程中，将底泥进行有效地穿孔和松动，明显地改善了底泥的微观构造，明显提高了底泥中的毛细管，明显改善了底泥的传质能力。

本发明让空气、水体、植物、动物、微生物、底泥、基层等都互动起来，智能动态监测水体和修复水体，从而实现提高水体超环境容量后净化和修复生态技术。本发明技术兼有曝气、构建水体生态平衡（微生物、植物、动物、空气等）、底泥实时修复、水循环、动态监测等功能特点。

附图说明

图1是本发明涉及的系统构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明涉及原位水体修复系统可采用或者用于实现本发明公开的任意一种原位水体修复方法，其包括铺设在水体基础上的填料层和铺设在所述填料层上面的底泥1，所述填料层的下部布设有泥下排水管6。

所述底泥上通常种植有水生植物11，以利用植物净化效应并有利于形成良好的生态。

所述填料层和底泥之间优选设有将两者隔开的透水土工布12。

所述泥下排水管优选采用透水盲管，也可以采用其他能够是外部水进入其中的排水管，通常应带有过滤功能或者设有过滤装置，例如用过滤丝网包裹其进水口。

所述填料层优选自下至上依次分为填料集水层5、填料净化层4和填料过滤层3。

所述泥下排水管通常可以位于所述填料集水层。

所述填料过滤层的填料粒径优选大于所述填料净化层的填料粒径，所述填料净化层的填料粒径优选大于所述填料集水层的填料粒径。例如，所述填料过滤层的填料可以采用粒径较大的砾石或沸石，所述填料净化层的填料可以采用粒径较小的砾石或陶粒，所述填料集水层的填料可以采用粗砂。

所述泥下排水管的出口可以通过管道接入排水室7，所述排水室内可以设有用做抽水泵的潜水泵8，由此，通过潜水泵抽水后使得排水室内的水位在对应程度上低于水体水位，水就通过泥下排水管流入排水室。

也可以将所述泥下排水管通过管道连接抽水泵，以抽水泵直接从泥下排水管抽水。

所述抽水泵的出口优选通过管道10接入位于底泥上方的水体2内或水体上方，也可以根据需要设置其他排出管道。

所述排水室通常可以设置位于所述水体旁，通常可以采用半地下设置或地下设置。

当采用半地下设置或地下设置时，如果是密封的，可以设置通气孔9以避免室内气压的过度变化。

当需要曝气功能时，可以在所述填料层内布设有曝气管，所述曝气管通过管道连接曝气装置，也可以使得所述泥下排水管的出口通过管道连接曝气装置。

所述曝气装置可以设有空气压缩机，以提供曝气压力。

所述填料层内布设有反冲洗管，所述反冲洗管通过管道连接反冲洗泵，或者所述泥下排水管的出口通过管道连接反冲洗泵。

当所述泥下排水管同时具有多种功能（例如排水、曝气、反冲洗等）或连接多个不同设备时，可以通过相关管道上设置阀门，控制所述泥下排水管所连接管道的通断，进而避免不同功能之间的相互影响，在执行一个功能时，将用于执行其他功能的管道切断。

可以依据实际情况设置用于监测水体中、底泥中、填料层内和排水中等任意一处或多处含氧量或溶解氧浓度的监测设备，以获得相应氧含量的实时数据。

可以依据实际情况设置用于监测水体中、底泥中、填料层内和排水中等任意一处或多处压力的监测设备，以获得相应部位压力的实时数据，以便根据相应位置的压力变化或多个位置的压力差或压力差变化，分析计算各相应管道、填料层、底泥等的阻力状况，进而判断是否存在堵塞或是否需要进行反冲洗。

具体监测设备的选择、设置、数据采集和传输方式以及数据分析方式和分析装置可以依据现有技术。

本发明涉及的原位水体修复方法可用于本发明公开的任意一种原位水体修复系统，其在底泥下面设置填料层，底泥铺设在所述填料层的上面，所述填料层的下部布设有泥下排水管，通过所述泥下排水管进行底泥下排水，使底泥上面的水体整体向下移动，形成经过所述底泥的水流，由此提高所述底泥及水体垂直方向上各处的含氧量，所述泥下排水管优选为透水盲管。

对底部已沉积有淤泥的水体进行修复时，优选地，对沉积在水体底部的现有底泥进行半清淤式处理，去除现有底泥表层污染严重的淤泥，对剩余的现有底泥进行晾晒翻新，在清除现有底泥后的水体底部基础上铺设泥下排水管，依据填料层的设计要求铺设填料，在填料层上铺设透水土工布，透水土工布的铺设范围优选不小于回填底泥的覆盖范围或与回填底泥的覆盖范围基本相仿，将晾晒翻新的现有底泥回填到透水土工布的上面，根据需要填入或者不填入其他土壤，形成所需的底泥，在底泥上种植所需的植物11。

可以依据水体中的含氧量和/或底泥中的含氧量进行底泥下排水的控制，当相应含氧量低于设定的相应含氧量控制下限时进行底泥下排水，使相应氧含量得以恢复，达到需要维持的氧含量水平或含氧量控制上限。

也可以进行定时排水，以保持相应含氧量不低于相应含氧量控制下限。

底泥下排水的时长（或停止排水时间）可以根据经验设定，或者通过人工观察控制，或者依据设定的固定时间，或者设置相应含氧量控制上限，当相应含氧量达到或高于设定的相应含氧量控制上限时，停止底泥下排水。

所述底泥下排水方式可以为采用与所述泥下排水管管道连接的抽水泵直接从所述泥下排水管抽水，也可以为将所述泥下排水管通过管道接入排水室，通过抽水泵从所述排水室中抽水，使排水室的水位下降，进而依靠水体水位与排水室水位间的压力差进行排水。

可以将所述底泥下排水过程中排出的全部或部分水输送到底泥上方的水体中，以进行水体补水或实现排水回流。

所述底泥上通常可以种植有水生植物。

所述水生植物通常优选采用具有水体净化作和/或适于维持利于水体净化的生态的水生植物。

优选在所述底泥和填料层之间设置透水土工布进行隔离，以通过透水土工布的透水和过滤效应，进行透水和过滤，减少或避免底泥中的颗粒物进入填料层。

可以根据需要，例如，当底泥中缺氧严重，通过底泥下排水方式难以有效提高其含氧量时，或者需要通过曝气方式对底泥进行疏松以提高其透水和/或传质性能时，进行底泥下曝气。

可以根据需要，例如，当泥下排水管的透水通孔堵塞影响排水时，或者需要通过反冲洗方式消除填料层堵塞时，进行底泥下反冲洗，特别对泥下排水管进行反冲洗，进而同时实现对填料层和底泥的反冲洗。

所述曝气可以通过所述泥下排水管进行，也可以通过布设在所述填料层内独立于泥下排水管的曝气管进行。

当所述曝气通过所述泥下排水管进行时，可以不另行设置独立于泥下排水管的曝气管。

所述反冲洗可以通过所述泥下排水管进行，也可以通过布设在所述填料层内独立于泥下排水管的反冲洗管进行。

当所述反冲洗通过所述泥下排水管进行时，可以不另行设置独立于泥下排水管的反冲洗管。

本发明兼有曝气、构建水体生态平衡（微生物、植物、动物、空气等）、底泥实时修复、水循环、动态监测等功能特点，前期人工干预，后期以自然做功工为主，从根源上解决水体污染。通过底泥下排水方式，使水体成平面微型向下传导，增加空气与水体面接触，让水体成平面式微动，无死角；同时促进水体中微生物、植物、动物动态平衡，提高含氧量；此外，让河床底泥毛细孔发达，增加底泥自净能；最后通过层层填料，将水体根源处水体进行微处理，净化、补充河水；让空气、水体、植物、动物、微生物、底泥、基层等都互动起来，辅以智能动态监测水体和修复水体技术，从而实现提高水体超环境容量后的净化和修复生态。

本发明适用于河、湖等受污染的水体修复工程和新建工程，特别对流速缓慢或静态水体具有良好、持久的净化效果。

下面为一个工程实例：

某公园内环形水系保障工程，公园总面积9ha，水体表面积2.3ha，主要由南侧市政中水管网供水，水系库容还承接本公园雨水量，水体为不流动静水水面，为ⅴ类水，局部有黑臭现象；湖体底泥深2米，为有机质和营养化严重污染淤泥，颜色黑臭。该工程选择4处流速缓慢河段进行半清淤式原位修复，即去除表层污染严重的淤泥并对其余底泥晾晒翻新。在河底盲管敷设和填料层施工等工序完毕后，将剩余底泥回填并进行植物栽植。工程竣工后，改造河段植物生长茂盛，景观效果良好。水系内空气、生物、土壤、水质等都得到实时监测和动态修复。整个水体水质逐渐提升：cod≤20，bod5≤4，tp≤0.2，tn≤1.5，基本达到ⅲ类水标准；底泥质量得到优化：营养盐、有机质和重金属得到动态检测和修复，底泥颜色正常，无异味，各理化指标逐渐正常。

本发明具有下列特点：

1）根据底泥现状进行半清淤式原位修复。去除淤泥严重污染部分，选择性晾晒和保留底泥，并在回填后对其起到修复作用。

2）针对性进行局部改造。其中改造面积、清淤深度、淤泥处理方式、填料配比和厚度、盲管过水能力等，都应结合水体现状和改造目标，经过模拟与计算，综合造价等因素，选择最优方案实施。

3）河床修复和人工湿地概念相结合，在底泥下层铺设填料层，针对性处理水质，修复和提高底泥质量。

4）对水质进行智能监测，实时了解水质情况以便及时进行动态调节，促进水体生态平衡的形成。

5）在填料层下敷设盲管，设置潜水泵间断性抽水，导致水体无死角向下流动，增加了水面和空气接触有效提高do，并且河水经过水生植物、微生物和填料层等复合作用后被抽出，促进水体循环，并可用于水体补水。

6）全部水体（例如河水、湖水）能够无死角进行向下微动，增加含氧量。

7）水下生态构建，原位修复底泥，从根源净化和维护水体；

8）人工干预助建水体生态平衡，通过智能监测水体多项指标和水中生物状态，及时进行人工干预，例如通过反冲洗、调节抽水速度调节含氧量等措施进行干预；

9）投入产出比值小，经济效益高，一次建设净水效果持久（无需整条河道进行改造，只需选择流速适宜区域局部修建；优化底泥质量，从而提高河水自净能力）。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。