一种纳米气泡深水设备以及可移动式深水环境治理的方法

本发明涉及水治理，更具体地涉及一种纳米气泡深水设备以及可移动式深水环境治理的方法。

背景技术：

1、近几十年，随着社会经济的发展，自然界中的河流、湖泊、水库、海洋等水体，都出现严重的富营养化的问题，进而导致水体缺氧，水生动植物死亡，蓝藻爆发，水体生态遭到破坏。

2、自然界中的水体，水质恶化的主要原因在于水中氮、磷、有机物等营养物质过剩，导致水体中的氧消耗殆尽，水生植物和动物死亡，藻类疯长，藻类死亡后分解进一步消耗氧气，无氧状态下分解有可能产生硫化物等散发恶臭的有毒物质，最终水质恶化。水质恶化程度一旦超出了水体的自净能力，水体就无法自我恢复，这时候就需要进行人工干预。

3、治理水体的主要思路在于：去除水中的有机物以及过量的营养物质，改善底泥(由于常年累月，底泥中也会含有大量营养物质)，提高透明度，有效为水体增氧。然后辅助以水生动植物和微生物，恢复水生态和其自净能力。现在已经有了很多方法，包括化学药剂添加，扬水曝气，表面富氧水下行(pumping down surface water)，wep(waterenvironmental preservation)深度加氧，水生植物栽培，底泥疏浚，引水换水，物理打捞(打捞蓝藻)等等。但是这些传统的技术都存在一些弊端。

4、化学方法是通过添加化学药剂，使得水中的磷等营养物质形成固体颗粒，进而形成污泥沉淀，将污泥去除就可以去除营养物质。但是添加剂量难以控制，如果添加的少了，无法有效去除水中的营养物质。如果添加的多了，反而会引入新的污染物，对水体造成新的污染。

5、扬水曝气、表面富氧水下行等方法，是向水体中通入空气或者氧气，但是成本也相对过高，通入的气体会在水中形成大气泡，由于浮力作用，气泡都会上浮，无法全部溶解进入水体，加氧的效率太低，效果有一定的局限性。表面富氧水下行的原理是：湖泊河流海洋等自然水体，其表层水长期和空气接触，溶解氧含量较高，能达到6-8mg/l，接近常温常压下氧气在水中的饱和浓度。利用水泵和水管，将富氧的表层水直接送入深层，可以有效为底部增氧，改善底部缺氧的状况。这种方法是欧洲的科学家提出来，并且在个别小型水域进行了实验，取得了一定的实验效果。但是，表面水中的氧气含量很低，能够送到水底的有效氧气量非常有限，因此由于加氧效率、工程难度、运行成本等问题的限制，并没有大规模推广使用。wep指的是水环境修复系统，一种来自日本的水环境治理技术，主要原理是利用深水水压，给深水水体加氧。氧气含量提高了，一定程度上就可以改善水体环境。也就是说，包括扬水曝气、表面水下行、wep深度加氧，这些方法相对成本低，具有一定的效果，不会产生明显副作用。但是以上这些技术也存在一些弊端：技术思路都局限在加氧上，但是光加氧并不能完全解决问题；并且这些方法的加氧效率并不高；这些方法对于深水大型水体并不适用。

6、水生动植物对环境要求较高，只有在一些轻度污染的水体中才可能发挥作用，在绝大部分场景中不能起作用，而且效果缓慢。

7、底泥疏浚是将含有大量营养物质的底泥清理，工程量巨大，成本过高，无法根治，容易反弹，而且可能有一定的副作用(比如底泥中可能有一些微生物生态，对水生态平衡至关重要，一旦破坏，水体无法恢复。一些湖泊底泥中含有重要的地质学信息，具有重大科学研究价值，也不能轻易破坏)。很多时候可能起不到作用(比如底泥中富含营养物质，只换水是没用的，底泥中会迅速再次释放营养物质，水体恶化很快会反弹)，而且有可能破坏原有的生态体系。而且清理出来的底泥和换出来的水也需要专门处理，还将耗资巨大。时间一长，水体又会富营养化，又会反弹，无法根治。而且这种方法也只限于小型景观型池塘和湖泊。

8、引水换水指的是将外界的水引入，稀释营养物质浓度，甚至将整个富营养化的水体全部换成干净的水，就是将污染小的、不含有营养物质的健康水体引入湖中，将整个受污染的富营养化水体都换掉。但是类似于底泥疏浚，其工程量巨大，成本高，容易反弹。

9、物理打捞就是通过人工来打捞蓝藻，降低蓝藻对水体的影响，但是这属于事后补救措施，防止水质进一步恶化。但是蓝藻爆发说明水体水质已经发生了恶化，并不能从根本上解决水体缺氧以及富营养化的问题。而且打捞的蓝藻属于有害物质，还需要专门处理。人工打捞蓝藻的成本也很高。

10、纳米气泡是近年来新兴的技术，已经引起学术界和企业界的越来越多的关注。纳米气泡指的是存在于液体中尺寸在几十到数百纳米的气泡。根据传统科学理论，气泡尺寸越小，其寿命应该越短。当气泡的尺寸达到纳米级别的时候，其寿命应该在毫秒的量级上。也就是说，纳米气泡即使产生了，也会在几毫秒的时间内迅速消失。但是目前很多实验已经观测到纳米气泡，其寿命远高于传统理论的估计值，能达到几天甚至几十天。这种反常现象已经吸引了诸多科学家的关注，其存在的机制有可能对基础物理和化学理论产生影响。当气泡尺寸达到纳米级别的时候，就会表现出很多独特的性质，比如表面带负电、寿命长、不容易上浮、产生自由基等特点。纳米气泡由于体积很小，运动方式主要是布朗运动，其浮力影响可以忽略不计，不会在水中上浮。而且由于其长寿命，可以使得纳米气泡能够长时间在水中存在。气泡和水体进行物质交换，纳米气泡内部的气体分子可以缓慢的进入到水体中，这样就可以为水体有效增氧。水中的氧气含量上升了，就可以够分解水中的有机物、污染物等。很多实践已经证明，利用纳米气泡，能够给水体有效增氧，能够有效降低水中氮、磷、有机物等营养物质以及各种杂质的含量。营养物质和有机物含量降低了，就能够有效防止蓝藻的爆发。氧气含量增加，还有助于水生动植物的生长和恢复。于是水生态环境就能够得到改善和恢复。纳米气泡的增氧效率远高于传统的溶解氧(传统的溶解氧最多是8mg/l)和曝气(容易形成大气泡上浮)等方法。除了给水体增氧，纳米气泡表面带负电，还会起到一定的吸附和气浮作用，可以吸附在固体表面，能够去除水中固体颗粒以及悬浮物，有效提升水体透明度。纳米气泡破裂的时候，还会产生活性氧ros等自由基，具有较强的化学活性，能够将很多不容易被氧化的物质氧化，去除水中一些常规方法难以去除的物质；而且纳米气泡不添加任何对环境有影响的化学物质，没有副作用，不会给水体增加额外负荷。而且纳米气泡操作简单，相对的运行成本也非常低。有了这些性质和优点，纳米气泡可以在水环境治理领域发挥巨大作用。总之，纳米气泡技术不仅能为水体高效加氧，而且能够高效降解水中的污染物和有机物。而且有研究表明，纳米气泡还具有一定的生物学效应，能够促进水生动植物、以及微生物的生长发育。这些特点都非常有利于水体环境的恢复，而且成本很低，没有副作用。目前已经有机构将纳米气泡技术用于水环境治理，并且取得了良好的效果。

11、但是目前纳米气泡技术治理水体，主要是在靠近岸边的水面放置一台纳米气泡发生器，通过岸上连接电线为设备供电，在水中产生纳米气泡，可以对水体进行治理，还主要局限于浅水湖泊以及城市河道，作用深度在2-3米左右，作用面积在几平方公里或者更小的城市湖泊和河道。而水库、近海海洋等大型、深水水体，其深度一般达到几十米，甚至上百米，水域面积也非常大(有的能达到几十甚至数百平方公里)，目前缺乏有效的治理手段。深水水体由于上下层水的密度、温度、盐度都有所区别，会形成明显的上下层分层。深水水体分层之后，水体无法上下对流，而分子或者气泡扩散的速度又非常慢，上层物质(比如氧气分子、纳米气泡)很难通过扩散的方式进入底部水体。于是在深水水体中，更容易形成富营养化的缺氧区域。现有的纳米气泡治理方法，纳米气泡无法扩散进入几十米甚至上百米深的底部。而且对于大型深水水体，如果水域面积较大，各种方法(比如wep、表面水下行)都需要建设电线、缆绳、管道等固定设施，这些固定设施的建设成本会比较高，工程难度大，而且对生态环境、景观、航运等造成严重影响。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的纳米气泡技术无法作用于几十米深的大型水库以及近海海洋等问题，本发明提供一种纳米气泡深水设备以及可移动式深水环境治理的方法。

2、根据本发明的纳米气泡深水设备，其包括移动平台、水泵、第一管道和第二管道，其中，移动平台可移动地设置于水面上，水泵放置于移动平台上，与水泵连通的第一管道伸入深层水中以使得水底的缺氧水沿着第一管道上行，与水泵连通的第二管道伸入深层水中以使得氧气纳米气泡水沿着第二管道下行。

3、优选地，第二管道具有相交的第一管、第二管和进气口，其中，第一管在移动平台上与水泵直接连接，第二管从第一管的末端朝向深层水延伸，进气口设置在第一管上临近第二管道的位置以引入空气或氧气。

4、优选地，第一管水平延伸，第二管垂直延伸，进气口的进气方向和第一管的水流方向形成介于50°-70°之间的锐角。

5、优选地，第二管道上连接有纳米气泡发生装置，通过气体入口将空气或氧气引入纳米气泡发生装置。

6、优选地，第一管道的自由端形成为进水口，其末端加装有第一滤网。

7、优选地，第二管道的自由端形成为出水口，其末端加装有第二滤网。

8、优选地，出水口距离底部0.5-2米的距离。

9、优选地，出水口水平设置。

10、根据本发明的可移动式深水环境治理的方法，其包括利用上述的纳米气泡深水设备进行水治理以解决超过30米深的深水体的缺氧问题。

11、本发明在纳米气泡技术的基础上，将整个装置放在船等可移动平台上，通过两根深水管道连接底部水体，整套装置无需建设固定的管道、电线、缆绳、水面平台等，不会对水体造成永久性影响。哪个区域水体需要治理，只需将设备平台移过来即可。水体一旦治理好之后，可以将设备平台移走。整套装置的安装、运行成本非常低，对环境的影响也降到最低。本发明能够解决几十米甚至上百米的大型深水水体缺氧的问题，能够有效去除深水中的营养物质含量，有助于深水生态的恢复，几乎不会带来副作用。