一种河道水体的净化与养护方法与流程

本发明涉及河道综合处理，尤其是一种河道水体的净化与养护方法。

背景技术：

1、基于河道水体污染具有时空分散、不同河道水体具有不同的水环境特征。由于河道水体污染物的复杂性和分散性，精准识别目标河流的水环境特征是河道水体生态修复的关键。不同河道水体具有不同的水环境特征，如河流水动力条件、水质状况、水生态环境、接纳污染物种类和方式等。同一河流在不同时期，如不同季节、丰水年和枯水年等，水环境参数也存在较大的差异。河道水环境特征的差异和变化必然要求生态修复措施的适应和动态调整，因而精准识别目标河流的水污染物特征是河道水体生态修复的关键。但精准识别水生态系统中的各种生物的内部组成结构和净化规律是一个漫长而且复杂的过程。当前对于河道水体修复治理，多注重于某一河道在某一时期内的治理结果，河道生态修复若要达到良好的治理效果需要长周期的运行维护和调整。

2、当前河道水体修复技术基于修复原理的不同，可分为物理修复技术、化学修复技术、微生物修复技术和生态修复技术：

3、物理修复是指采用物理的、工程的方法对城市污染河道水体及底泥进行净化和改善的技术，包含疏控底泥、引水稀释和水动力调控、机械除藻等过程，

4、存在以下问题：a.疏控底泥往往造价较高，可能对底栖生态系统造成较大破坏，且清挖的底泥需作为固废进行处理，否则易造成二次污染；b.引水稀释能较快解决河道污染问题，但此法不能从根本上降低污染物总量，因而具有一定局限性；c.机械除藻可通过人工或机械的措施将河道水体中的藻类去除。该方法不仅可防止藻类在水体中腐败耗氧，改善水体中氧气的含量，但是由于没有科学、先进的除藻技术，机械除藻是无奈之举；

5、化学修复是通过向城市污染河道水体投加化学药剂或化学改良剂以促使水体中污染物分解、沉淀或转化的过程，

6、存在以下问题：投加化学药剂处理河道污染水体，操作方便，见效快，对于处理突发性事故造成的河道污染效果显著，但因修复成本相对较高且存在二次污染风险，该技术一般不用作日常城市河道修复技术；

7、微生物修复是利用微生物对水体中的污染物进行吸收、分解、转化以达到水体净化目的的技术，该技术通过河底固定微米曝气、投放各种微生物菌剂等技术，人工提高水体中微生物的活性，促进水体中有机物和氨氮等污染物分解，实现水质净化，

8、存在以下问题：a.人工曝气采取河底微米（气泡直径100-1000微米）固定方式充氧，氨氮、总氮去除率比较低，河水浑浊度比较高，氧利用率低（15%-18%），电耗高，供电难；b. 投放各种微生物菌剂，由于河道水体的动力性较差，各种微生物菌剂吸附上覆水中的各种溶解性机物的效果比较差，易于沉降到河底，对有机物的降解率也比较低；

9、生态修复技术是利用自然生态系统、植物、微生物等分解和转化水体中污染物的技术，包括生态浮岛技术、沉水植物技术、人工湿地技术等，

10、存在以下问题：a. 生态浮岛又称为生态浮床，是利用植物无土栽培技术和生态工程措施对污染水体环境进行修复的技术，生态浮岛通常适宜于富营养化且没有航运要求的景观河道，生态浮岛技术建设和运行成本低廉，同时又具有美化河道的作用，因而在当前的河道修复技术中应用较为广泛；但目前对于生态浮床的管理维护，如植物的选择和栽培、定期收割和更换、病虫害预防治理等方面存在不足，生态浮床使用期限缩短，达不到预期处理效果，且由于生态浮床仅仅浮于水面，植物根系很难对深层水进行净化；b. 水生植物是水域生态系统和湿地生态系统中重要的组成部分，而沉水植物与水的关系最为密切, 沉水植被的恢复重现河道水体富营养化治理的关键；由于沉水植物生长于河道底部, 扎根与河道底泥中，河水浊度对其光合作用和生长发育等有重要影响；如果河道水深超过1.5米，阳光无法透过水层到达沉水植物茎叶，光合作用不反应，沉水植物无法存活；c. 人工湿地是指由人工建造和控制运行的水环境净化系统，人工湿地是一种典型的旁位处理技术，将部分被污染的河道水体分流至人工湿地进行处理，待净化后再返回河道，人工湿地建造费用较低、运行维护简便并兼具美观效果，适用于周边空间充足的城市河道；但人工湿地技术也存在一定局限，如温度较高的夏季植物生长迅速，净化效果较好，而冬季由于低温净化效果往往较差，因而需要筛选耐寒植物来净化水质。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种河道水体的净化与养护方法，利用移动式浮体实现河道水体治理与日常维护。

2、本发明采用的技术方案是：一种河道水体的净化与养护方法，包括以下步骤：

3、s1.将装置放置于河道水体上，通过在线监测系统对当前区域进行水质监测，得到水质监测数据（ci），水质监测数据包括溶氧量（do）的数据c(do)、水质化学需氧量（cod）的数据c(cod)、氨氮含量的数据c(氨氮)和总磷含量（tp）的数据c(tp)，以河流中do、cod、氨氮(nh3-n)、总氮(tn)、tp、叶绿素-a为目标物，通过移动在线监测系统时时精准识别后，反馈给移动治理系统进行精准治理；

4、s2.将ci传输给自动控制系统，对ci进行数据分析，与监测指标的地表水ⅲ类标准值（cs）进行比较，若任一ci＞cs，则启动自动控制系统采取河水治理措施，否则装置前行对下一区域进行水质监测；

5、地表水ⅲ类标准值如表1所示：

6、表1 地表水ⅲ类标准值

7、 监测指标 do cod 氨氮 tp ⅲ类标准 5 mg/l 20 mg/l 1.0 mg/l 0.2 mg/l

8、s3. 河水治理措施包括以下步骤：

9、当c(do)＞cs(do)时，开启曝气，否则不开启曝气；

10、当c(cod)＞cs(cod)、c(氨氮)＞cs(氨氮)和c(tp)＞cs(tp)中任一成立时，开启加药，否则不加药；

11、s4.河水治理措施完成后，再次通过在线监测系统对当前区域进行水质监测；

12、s5.重复上述s1- s4的步骤，直至完成相应河道水体的整体净化和养护。

13、集物理技术（微纳米增氧技术和水动力技术）、化学技术（臭氧氧化技术）、微生物技术（高效复合菌剂）和生态技术（化感物质）于一体的移动式河道水体治理系统，依据在线检测反馈污染物浓度值排序，智能选择一种或几种技术，同时或延时实施目标污染物的去除；

14、四种技术不是简单的机械集合，而是依据不同的污染物治理目标，相互耦合的有机结合，在治理效果上，利用污染物时空分布的不均匀性，实现精准治理和快速治理。

15、进一步的，s1或s2中，所述的装置包括浮体、位于浮体上端部的微纳米曝气系统、加药系统、动力系统、在线监测系统和自动控制系统。通过浮体使得整体装置保持稳定浮于水体表面。

16、进一步的，所述的微纳米曝气系统包括臭氧发生器和微纳米曝气机，

17、所述臭氧发生器产生的臭氧通过管道输送至微纳米曝气机，微纳米曝气机将臭氧发生器产生的粒径较大的臭氧气体分割成微气泡/纳米气泡，并通过臭氧导气管道进入气液混合区。

18、进一步的，所述的加药系统包括化感物质加药箱和生物菌剂加药箱，化感物质及生物菌剂通过带有药剂添加阀门的加药管分别加入化感物质加药箱和生物菌剂加药箱内，然后分别通过化感物质加药箱和生物菌剂加药箱的加药泵泵入药剂投加管道内，再进入气液混合区。

19、进一步的，所述的化感物质加药箱和生物菌剂加药箱底部设有药剂自流阀，用于排出长期不使用的药剂。

20、移动监测、时时反馈：达到精准识别和快速治理；

21、移动增氧曝气：通过装置的移动，增加河水动力条件，提高氧气的传质系数和利用率，抑制蓝藻生长；

22、上覆水中曝气：高于传统河底曝气对氨氮的去除率；

23、臭氧氧化通过曝气扩散：增大臭氧在河水中的传质系数，对氨氮的氧化去除率达到65%以上；

24、高效复合菌剂和化感物质耦合作用；化感物质具有抑制蓝藻生长作用，同时促进高效复合菌活性，提高高效复合菌降解cod、总氮、总磷。

25、所使用的高效复合菌剂、化感物质和臭氧源于生态自然界，无毒、无二次污染。

26、进一步的，所述的动力系统包括水泵、气液混合区、文丘里管、空气导管及导流管道，水泵通过水泵进水管道将河水泵入水泵出水管道再进入气液混合区，河水、微气泡/纳米气泡、化感物质及生物菌剂在气液混合区充分混合后通过文丘里管压缩，最后河水、微气泡/纳米气泡、化感物质及生物菌剂和空气从导流管道混合排出，一方面达到了曝气及投加药剂的目的，另一方面反向的推动力为装置提供航行动力。

27、将带有动力系统的可移动装置为河道水体治理平台，形成移动式河道水体治理与日常维护技术；曝气系统的气流在增氧的同时通过反推河水提供装置的航行动力，文丘里导流管控制装置的航行方向，太阳能板提供电力。

28、将纳米曝气产生的纳米气泡通过文丘里导流管形成移动式增氧，而且是在河水上部增氧（使蓝藻不能形成优势浮游藻类），不搅动河底底泥（河道水体污染物不能释放出来），纳米气泡氧的利用率是20%-35%，提高氧了氧的利用率和氨氮的去除率，降低了河水的浊度；

29、将微生物菌剂、化感物质处理剂通过文丘里导流管与河水充分混合，增强菌剂等的利用率，微生物菌剂采用缓释载体直接作用于底泥，提升了河水中cod、总磷、总氮和叶绿素的去除率；

30、形成移动式河道水体治理与日常维护技术包括：河水瞬时监测系统、治理系统和装置的航行轨迹、航速通过反控程序智能远程控制。

31、进一步的，所述的文丘里管管壁开有小孔，小孔连接空气导管。

32、进一步的，所述的在线监测系统包括六个水质检测仪器，分别为水温在线监测仪、ph在线监测仪、氧化还原电位在线监测仪、cod在线监测仪、氨氮在线监测仪和总磷在线监测仪。

33、进一步的，所述的微纳米曝气系统、加药系统、动力系统和在线监测系统与自动控制系统通过plc连接，自动控制系统控制微纳米曝气系统的臭氧发生量及曝气速率、加药系统的药剂投加量和投加速率、动力系统的水泵泵吸流量及在线监测系统的数据传输。

34、本发明相比现有技术具有以下优点：

35、①将带有动力系统的可移动装置为河道水体治理平台，形成移动式河道水体治理与日常维护技术；曝气系统的气流在增氧的同时通过对河水的反推来提供装置的航行动力，文丘里导流管控制装置的航行方向，太阳能板提供电力；

36、②将纳米曝气产生的纳米气泡通过文丘里导流管形成移动式增氧，而且是在河水上部增氧（使蓝藻不能形成优势浮游藻类），不搅动河底底泥（河道水体污染物不能释放出来），纳米气泡氧的利用率是20%-35%，提高氧了氧的利用率和氨氮的去除率，降低了河水的浊度；

37、③将臭氧发生器产生的气泡通过文丘里导流管与河水充分混合，增加臭氧在河水中的溶解度，提高河水中cod的去除率；

38、④将微生物菌剂、化感物质处理剂通过文丘里导流管与河水充分混合，增强菌剂等的利用率，提升了河水中cod、总磷、总氮和叶绿素的去除率；

39、⑤水泵的作用：为装置的航行提供动力，同时为在线监测传感器提供检测水样；

40、⑥形成移动式河道水体治理与日常维护技术包括：河水瞬时监测系统、治理系统和装置的航行轨迹、航速通过反控程序智能远程控制。