一种用于城市浅水湖泊内源污染原位治理装置及治理方法与流程

1.本发明涉及生态工程和环境工程技术领域，具体涉及一种用于城市浅水湖泊内源污染原位治理装置及治理方法。


背景技术：

2.近年来，随着城市化快速推进，区域社会经济和人口数量急剧增加，大量未经有效处理的污水排入城市湖泊中，其中相当部分污染物通过沉淀或颗粒吸附蓄积于底泥中，形成内源污染，对城市湖泊水环境造成持续威胁，已成为当前水环境治理中亟待解决的重要问题。
3.目前，城市湖泊内源污染治理方法主要包括底泥机械清淤和原位覆盖。其中，机械清淤由于淤泥的长距离输送，存在二次污染风险，且城市湖泊周边环境要求较高，在湖泊周边协调淤泥脱水干化场地的难度极大，存在诸多限制；底泥原位覆盖虽然不存在清淤带来的环境风险和征地难题，但会造成湖泊库容减少，降低湖泊调蓄能力，也无法保障治理效果。
4.因此，在实施城市湖泊内源污染治理过程中，如何在不影响周边环境和湖泊调蓄能力的基础上，实现内源污染的长效治理是当前亟待解决的重要问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种用于城市浅水湖泊内源污染原位治理装置及治理方法，既确保不影响周边环境和湖泊调蓄能力，且实现内源污染的长效治理。
6.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
7.一种用于城市浅水湖泊内源污染原位治理装置，所述原位治理装置包括多个可沉入湖底的原位治理单元，每个所述原位治理单元包括格宾网、设置于格宾网内部且装填有缓释氧材料的装载框、压覆于所述缓释氧材料上表面且装填有种植土的无纺布裹包、以及种植于所述种植土上且向上依次穿过预设于无纺布裹包上表面的开孔、格宾网上表面网孔的沉水植物。
8.优选的，所述格宾网顶部固定有可供起吊使用的吊环。
9.进一步优选的，所述装载框材质选用孔径小于2mm的聚乙烯材料，相应地所述缓释氧材料的颗粒直径为2-8mm。
10.进一步优选的，所述缓释氧材料包括质量比为2:5:1:8:4的过氧化钙、钠基膨润土、磷酸二氢钾、沸石和聚乳酸。
11.进一步优选的，所述装载框上端设置有将其固定于格宾网上的若干绞钩。
12.进一步优选的，所述种植土包括以下质量百分比的组分：50％-60％园土、20-35％泥炭土和20％-25％河沙。
13.进一步优选的，所述沉水植物选自矮型苦草、穗花狐尾藻和马来眼子。
14.再进一步优选的，所述矮型苦草种植于湖泊浅水区域，所述穗花狐尾藻和马来眼子菜种植于湖心深水区域。
15.第二方面，本发明还提供一种用于城市浅水湖泊内源污染的治理方法，在工厂预制好如前所述的原位治理装置，并将其运输至治理现场；所述治理方法包括：
16.需治理湖岸边时，在湖岸边直接逐个吊装原位治理单元将其平铺在湖底；需治理湖心区域时，采用船舶将原位治理单元运输至湖心区域，逐个吊装平铺在湖底；
17.治理完成后，将湖底的原位治理单元逐个吊起回收，后续更换缓释氧材料即可用于治理其它污染区域。
18.优选的，缓释氧材料的制备过程包括：
19.步骤一：按质量比分别称取10％过氧化钙、25％钠基膨润土、5％磷酸二氢钾、40％沸石与20％聚乳酸；
20.步骤二：将聚乳酸放入聚四氟乙烯容器中，倒入一定量二氯甲烷，搅拌至粘稠状态，形成聚乳酸-二氯甲烷包裹液；
21.步骤三：将步骤二中所述聚乳酸-二氯甲烷包裹液加入放有过氧化钙、钠基膨润土、磷酸二氢钾、沸石的容器中，搅拌均匀；
22.步骤四：将步骤三中容器放置在鼓风干燥器内烘干，维持鼓风干燥器内温度40-45℃，烘干时间为2h，待二氯甲烷完全挥发后关闭鼓风干燥器，静置冷却5h，即得到缓释氧材料。
23.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
24.1、通过将缓释氧材料、种植土及沉水植物装填在钢制宾格网内形成定制化产品，能够快速、便捷铺设在湖泊底部，施工难度和环境影响小；同时，在治理结束后能够快速移走，不影响湖泊调蓄功能；并且，在更换缓释氧材料后即可用于治理其它污染区域，可重复利用。
25.2、通过新型缓释氧材料持续、稳定释氧改变湖泊底部泥-水界面呈厌氧或缺氧状态，能够原位抑制底泥中氮磷营养盐的转化与释放，同时沉水植物光合作用释氧能进一步促进水中污染物降解。
26.3、通过创造沉水植物有利生长条件，能够在治理湖泊内源污染的同时促进沉水植物群落恢复，有助于富营养化浅水湖泊由浊水态向清水态转化。
附图说明
27.图1是本发明格宾网顶盖打开示意图。
28.图2是本发明格宾网顶盖关闭示意图。
29.图3是本发明聚乙烯装载框示意图。
30.图4是本发明装载框与钢制格宾网连接示意图。
31.图5是本发明原位治理装置剖面示意图。
32.图6是本发明无纺布裹包上表面开孔示意图。
33.图7是使用本发明使用原位治理装置后的水体tp和cod含量变化曲线图。
34.图中标号说明：1、格宾网；2、吊环；3、装载框；4、绞钩；5、缓释氧材料；6、种植土；7、无纺布裹包；71、开孔；8、沉水植物。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
36.本发明提供一种用于城市浅水湖泊内源污染原位治理装置，所述原位治理装置包括多个可沉入湖底的原位治理单元，每个所述原位治理单元包括格宾网1、吊环2、装载框3、绞钩4、缓释氧材料5、无纺布裹包7、种植土6和沉水植物8。
37.如图1、2所示，格宾网1采用钢制材料，呈方形结构，尺寸为0.5m*0.5m*0.25m，网径小于20mm。吊环2采用钢制材料，其焊接在格宾网1上表面，长度为10cm，便于起吊设备通过吊环2对格宾网1进行起吊任务。
38.如图3、4所示，缓释氧材料5颗粒直径为2-8mm，由于格宾网1网径大于缓释氧材料5的颗粒直径，因此在格宾网1内设置有尺寸为0.49m*0.49m*0.15m聚乙烯材质的装载框3，该装载框3的孔径小于2mm，可以阻挡缓释氧材料5向外逸出，提高缓释氧材料5的储存时长和治理效果。装载框3内装满缓释氧材料5，具体的，在所述装载框3上端设置有将其固定于格宾网1上的4个绞钩4，分别布置于装载框34个直角处。所述缓释氧材料5包括质量比为2:5:1:8:4的过氧化钙、钠基膨润土、磷酸二氢钾、沸石和聚乳酸。其中，所述过氧化钙为释氧剂，遇水反应释放氧气；所述钠基膨润土与沸石为填充剂，能够吸附沉积物中污染物，并增加缓释氧材料5重量；所述磷酸二氢钾能够调节缓释氧材料5周围微环境ph，防止过氧化钙遇水反应后到导致水域ph升高对沉水植物8和其他水生生物的影响；所述聚乳酸为包埋材料，能够减少过氧化钙与水的接触面积，降低释氧速率90％以上。
39.如图5、6所示，无纺布裹包7是由无纺布四边经缝合后合围而成的，防止种植土6遇水扩散。所述装填种植土6的无纺布裹包7的平面尺寸与所述格宾网1平面尺寸一致。无纺布裹包7内装填有种植土6并压覆于所述缓释氧材料5上表面，厚度为0.1m。所述种植土6包括以下质量百分比的组分：50％-60％园土、20-35％泥炭土和20％-25％河沙，这样能够保持种植土6的养分，同时提高种植土6的孔隙率，便于沉水植物8扎根。
40.沉水植物8种植于所述种植土6上且向上依次穿过预设于无纺布裹包7上表面的开孔71、格宾网1上表面网孔；所述无纺布上面均匀开孔71，孔距5-10cm，孔径1-2cm，用于沉水植物8种植。所述沉水植物8选自矮型苦草、穗花狐尾藻和马来眼子；其中，所述矮型苦草种植于湖泊浅水区域，所述穗花狐尾藻和马来眼子菜种植于湖心深水区域。所述沉水植物8种植密度60-70株/m2。
41.基于上述原位治理装置的具体结构，本发明还提供一种用于城市浅水湖泊内源污染的治理方法，在工厂预制好如前所述的原位治理装置，并将其运输至治理现场；所述治理方法包括：
42.需治理湖岸边时，在湖岸边直接逐个吊装原位治理单元将其平铺在湖底；需治理湖心区域时，采用船舶将原位治理单元运输至湖心区域，逐个吊装平铺在湖底；
43.治理完成后，将湖底的原位治理单元逐个吊起回收，后续更换缓释氧材料5即可用于治理其它污染区域。
44.其中，缓释氧材料5的制备过程包括：
45.步骤一：按质量比分别称取10％过氧化钙、25％钠基膨润土、5％磷酸二氢钾、40％沸石与20％聚乳酸；
46.步骤二：将聚乳酸放入聚四氟乙烯容器中，倒入一定量二氯甲烷，搅拌至粘稠状态，形成聚乳酸-二氯甲烷包裹液；
47.步骤三：将步骤二中所述聚乳酸-二氯甲烷包裹液加入放有过氧化钙、钠基膨润土、磷酸二氢钾、沸石的容器中，搅拌均匀；
48.步骤四：将步骤三中容器放置在鼓风干燥器内烘干，维持鼓风干燥器内温度40-45℃，烘干时间为2h，待二氯甲烷完全挥发后关闭鼓风干燥器，静置冷却5h，即得到缓释氧材料5。
49.为考察上述发明装置对湖泊内源污染的治理效果，在武汉市汤逊湖红旗湖子湖水深1-1.5m、面积约1.5公顷封闭湖区内铺设本发明装置，定期监测水体中化学需氧量(cod)和总磷(tp)含量变化，其中，cod含量采用快速消解分光光度法(hj/t399-2007)测定，总磷含量采用钼酸铵分光光度法(gb 11839-89)测定。变化曲线见图7，本发明装置铺设在湖底后，装置中的缓释氧材料可使湖底泥-水界面溶解氧含量大幅上升，抑制沉积物中磷释放，同时提高有机物降解速率，使沉积物附件水体tp和cod含量显著降低，15天后随着释氧速率降低，对水体中tp和cod的吸附和降解速率也逐渐降低，直至105天后水体中tp和cod含量降至最低，分别为0.056mg/l和10.5mg/l，整个过程中对tp和cod的去除率分别为84.9％和44.4％。
50.在本发明中，通过采用钢制宾格网装填新型缓释氧材料、种植土及沉水植物，能够形成定制化产品，快速、便捷地吊装和铺设在湖泊底部，不仅施工难度和环境影响小，在治理结束后也能够快速转移，不影响湖泊调蓄功能。同时，所采用的新型缓释氧材料能够持续、稳定释氧改变湖泊底部泥-水界面呈厌氧或缺氧状态，实现原位抑制底泥中氮磷营养盐的转化与释放，并通过沉水植物光合作用释氧能进一步促进水中污染物降解，加快促进城市湖泊由浊水态向清水态转化。
51.以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。