[发明专利]一种强化内源营养盐控释的底泥修复曝气装置及曝气方法

说明书

技术领域

本发明涉及生态环境技术领域，尤其涉及一种强化内源营养盐控释的底泥修复曝气装置及曝气方法。

背景技术

底泥(沉积物)是水环境的重要组成部分，也是河湖富营养物质地球化学循环的重要环节与界面。在外源污染有效控制后，底泥的内源营养盐释放往往成为引发水体富营养化和黑臭的主要原因，开展底泥内源营养盐控制已成为河湖富营养化控制与生态修复的重要内容。

目前采用的底泥内源控释技术主要有底泥疏浚、底泥钝化、底泥原位覆盖和底泥原位曝气。底泥疏浚是应用较为广泛的一种内源污染控制技术，但在疏浚效果的问题上国内外争议颇大，尤其是在疏浚能否长效控制目标污染物及其对底栖生境的影响。底泥钝化主要是用于限制底泥内源磷的释放，其实施过程中投入的药剂会对底栖生境产生一定的不利影响。底泥原位覆盖不适合于底泥淤积较多或水动力强度较大的水体。

底泥原位曝气可以通过影响泥水界面的氧含量和氧分布来控制内源营养盐的迁移转化行为，因此其日益成为富营养化水体底泥原位修复的重要技术。目前常用的底泥曝气设备主要有鼓风曝气-微孔布气管曝气系统、纯氧增氧系统、叶轮吸气推流式曝气器、水下射流曝气器、叶轮式增氧机、太阳能曝气机和移动船曝气系统等。然而，目前底泥原位曝气工程实施中运行模式相对粗放，主要是以溶解氧(D0)作为技术参数进行调控，忽略了曝气扰动对底泥内源污染物特别是营养盐行为的重要作用，也没有根据水动力特性及其动态变化制订科学的运行调控方案。

曝气扰动可使底泥在局部范围内大量扬起并悬浮在水体中，促使内源污染物的快速释放，同时可以通过改变泥水界面的氧含量和缺氧微环境分布这一矛盾平衡来控制内源氮的硝化-反硝化和内源磷的“厌氧释磷”和“好氧吸磷”耦合过程。在保持上覆水D0含量一致的条件下，曝气产生的泥水界面扰动对于不同的曝气装置及布置均会有所不同，其直接影响体系中溶解氧水平和缺氧微环境的分布，进而影响内源营养盐的迁移和转化。因此，如何构建合理的技术手段来优化调控曝气产生的扰动作用是内源营养盐控释高效实施的重要环节。

以往的底泥修复曝气多采用微孔曝气装置，通过风机或空压机向水下布气管输送空气来完成充氧过程，容易产生噪声、堵塞以及上覆水的浑浊甚至黑臭，而且没有根据水动力特性及其动态变化进行曝气过程调控，往往引起曝气过量，不利于内源氮的硝化-反硝化和内源磷的“厌氧释磷”和“好氧吸磷”耦合过程，进而影响底泥内源营养盐的控释。

虽然目前已有研究者开始重视曝气扰动在底泥内源营养盐行为的影响作用，但过程分析仅仅局限于曝气产生的悬浮底泥有利于对上覆水体中污染物的吸附去除，没有考虑底泥扰动悬浮会导致上覆水浑浊甚至黑臭以及曝气设备的堵塞等，也没有对曝气扰动作用进行过程调控以促使体系中溶解氧水平和缺氧微环境的合理分布，来强化底泥内源营养盐的控释，而且多采用微孔曝气装置，需要通过在河湖岸边布置固定式充氧站或移动式充氧平台(曝气船)来安装风机或空压机提供一定压力的空气，运行过程噪声较大，布气管水下安装复杂、施工精度要求高，容易被扰动悬浮底泥堵塞。

发明内容

本发明为了解决现有底泥原位曝气技术中存在的不足及缺陷，提出了一种基于扰动特征值雷诺数(Re)反馈调控的强化内源营养盐控释的底泥修复曝气装置，其结构紧凑、安装方便、节省能耗、适应性广、克服了底泥扰动悬浮致上覆水浑浊、曝气设备堵塞及噪音的影响，能够根据水动力特性及其动态变化优化调控曝气过程，促使体系中溶解氧水平和缺氧微环境的合理分布，实现底泥内源营养盐的有效控释。

本发明提出了一种强化内源营养盐控释的底泥修复曝气装置，包括：

导流罩，所述导流罩包括：第一罩体和至少两个第二罩体，所述第一罩体的末端与所述第二罩体连通；

设置在所述导流罩内的潜水泵、文丘里管、吸气管和至少两个气水排管；和设置在所述导流罩外的控制柜；

其中，所述潜水泵、所述文丘里管和所述吸水管设置在所述第一罩体内；所述气水排管设置在相应的所述第二罩体内；所述文丘里管的一端与所述潜水泵连通；所述吸气管设置在所述文丘里管上，与所述文丘里管连通，并向上延伸至所述导流罩外；所述气水排管与所述文丘里管的另一端连通，所述气水排管对称地设置在所述文丘里管的另一端，并向两侧伸展构成机翼状结构；所述控制柜与所述潜水泵通过电缆连接。

本发明提出的强化内源营养盐控释的底泥修复曝气装置中，进一步包括流速传感器，所述流速传感器设置在所述导流罩外，并与所述控制柜连接。