本高新技术涉及河湖底泥表层清淤与水质修复领域，特别涉及一种巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置。
背景技术：
由于环境保护意识的淡薄以及治理技术的落后，造成了河湖等地表水水体富营养化污染严重，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，使水体生态环境向不利于人类的方向演变，最终影响人民生活和社会发展，因而富营养化问题受到了广大民众的日益关注，水污染成因及污染治理已成为现阶段主要热点之一。
当前，我国地表水微/富营养化问题由有机污染物（bod）和氮磷等营养物质大量进入河湖等缓流水体引发形成，而对于河湖水体富营养化治理则主要采用不同的物理、化学、生物方法对其进行预防、控制和修复：1）物理处理方法有底泥疏浚、引水冲洗、机械曝气等，一方面工程量巨大、运行成本高，另一方面对污染严重的河湖进行底泥疏浚，易导致底层的沉积物发生悬浮和扩散，促进了沉积物中的氮、磷营养盐的释放，从而使水体环境面临氮、磷营养盐二次污染的风险；2）化学方法有投加混凝剂和除藻剂等，虽能在短期内取得一定效果，但存在着治理不彻底、成本高的问题，特别是会产生二次污染，引发新的生态问题；3）生物和生态修复，通过微生物降解和水生植物的吸收、转移或生态浮床、滤床的过滤、吸附等措施来消减水体中的氨氮，虽可避免了二次污染问题，但受环境影响大，要求条件苛刻，同时有周期长、见效慢的缺点。可见，微/富营养河湖水体治理是一项复杂的系统化工程，急需开发适合我国国情的水体治理工艺和设备。
技术实现要素：
针对上述地表水污染治理修复技术方法问题及缺陷，本高新技术专利的目的是提供一种通过巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其能够实现微/富营养化水体中bod、tn/tp和ss颗粒污染物的高效去除，减缓河湖底泥淤积速率，提升出水透明度和do、orp等，改善河湖水体水质，确保河湖生态的可持续发展。
为了实现上述实用新型的目的，本高新技术采用如下技术方案：一种巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，该装置包括：
船体，适应于在水面上移动；
沉底式吸泥取水单元，包括安装在所述船体上的至少一个污泥泵、一端部与相应所述污泥泵的入口相连通且能够从所述从待处理河面上方一直沉入到河底面的污泥进入管以及安装在所述污泥进入管另一端部的喇叭吸口；
全混合好氧曝气单元，包括一端部与所述污泥泵的出口相接的进液管、位于所述船体内侧的好氧曝气处理池、用于提供压缩空气的至少一台鼓风曝气机以及设置于所述好氧曝气处理池内的曝气器，所述进液管的另一端与所述好氧曝气处理池相接通，所述至少一台鼓风曝气机的出气口与所述曝气器相气体连通；
生化沉淀分离反应单元，位于所述全混合好氧曝气单元的下游，所述的生化沉淀分离反应单元包括位于所述船体内侧的沉淀池，所述的沉淀池内设置有由若干个斜板单元构成的固液分离组件，相邻两个所述斜板单元之间限定一上下贯通的流动通道，各个所述的斜板单元均由多个沿上下方向依次排列的s型拨片组成，上下相邻两个所述的s型拨片之间具有一间隙，所述的间隙连通相邻两个所述的流动通道。
上述技术方案中，优选地，所述的沉淀池内包括好氧推流固液分离区和活性污泥生化过滤区，所述的若干个斜板单元位于所述的好氧推流固液分离区中，所述活性污泥生化过滤区位于所述好氧推流固液分离区的下方，所述沉淀池中的好氧推流固液分离区与所述的好氧曝气处理池前后贯通，所述沉淀池的上部边缘形成一清水缓冲区，所述的清水缓冲区与至少一个清水出水泵管路连接，所述活性污泥生化过滤区与至少一个污泥提升泵管路连接。
上述技术方案中，优选地，所述流动通道的宽度为30-150mm，所述间隙的距离为5-20mm。
上述技术方案中，优选地，各个所述的斜板单元由10–50片所述的s型拨片组成。
上述技术方案中，优选地，所述的喇叭吸口上设置有网格栅。进一步优选，所述网格栅上的栅格尺寸5mm×5mm。
上述技术方案中，优选地，各个所述斜板单元的安装角相对于水平面为30°-65°，各个所述斜板单元的最底部距离所述沉淀池内底部的高度为10–50cm。
上述技术方案中，优选地，所述船头部的内侧具有一前空腔，所述船尾部的内侧具有一后空腔，所述的后空腔和前空腔相气体连通，所述好氧曝气处理池位于所述前空腔的内上侧，所述至少一台鼓风曝气机的出气口与设置于所述前空腔内侧的一出气管相连通，所述的出气管位于所述好氧曝气处理池的下侧，所述的曝气器位于所述好氧曝气处理池的内底部并且与所述前部空腔的内部空腔相气连通。
上述技术方案中，优选地，所述的船体上设置有控制所述船体在水面上自动巡航移动的控制和信号转换平台，所述的控制和信号转换平台包括信号通讯模块、定位模块。
上述技术方案中，优选地，所述的船体上设置有用于给所述装置提供动力的电池组。
本高新技术的装置能够实现微/富营养化水体中bod、tn/tp和ss颗粒污染物的高效去除，减缓河湖底泥淤积速率，提升水质透明度和do、orp等，大幅改善地表水水质。
附图说明
图1为根据本高新技术的一个实施例的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置的主视示意图；
图2为根据本高新技术的一个实施例的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置的俯视示意图。
图3为根据本高新技术的一个实施例的多个斜板单元的结构示意图；
图4为根据本高新技术的一个实施例的s型拨片的结构示意图；
图5为附图4在c-c处的剖面放大图。
其中，100、装置；1、船体；11、船头部；12、船尾部；13、前空腔；14、后空腔；15、控制和信号转换平台；16、结构支架。2、沉底式吸泥取水单元；21、污泥泵；22、污泥进入管；23、喇叭吸口；3、全混合好氧曝气单元；31、进液管；32、好氧曝气处理池；33、鼓风曝气机；34、曝气器；35、出风管；4、生化沉淀分离反应单元；41、沉淀池；42、好氧推流固液分离区；43、活性污泥生化过滤区；400固液分离组件；44、斜板单元；441、流动通道；442、s型拨片；443、间隙；45、清水缓冲区；5、清水出水泵；6、污泥提升泵。
具体实施方式
为详细说明实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
图1-2示出了一种巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置100，该装置100能够根据实地微/富营养化河湖底泥和水质需求，利用装置100上的各个单元对河湖底泥和水进行优化处理，使得原微/富营养化河湖中“本底”微生物经过好氧驯化后聚集形成大密度絮状/颗粒状活性污泥，在降低水体中bod、tn/tp、ss浓度和改善水体do、orp和透明度前提条件下，有效控制河床底泥再次淤积，进而提高水体的附加值。
继续如图1-2所示，装置100主要包括船体1、沉底式吸泥取水单元2、全混合好氧曝气单元3以及一组生化沉淀分离反应单元4这几部分。
船体1包括船头部11、船尾部12以及位于船头部11内侧的前空腔13和位于船尾部12内侧的后空腔14。船体11内设置有结构支架16，前空腔13和后空腔14也通过结构支架16相气体连通。结构支架16通过起到支撑全混合好氧曝气单元3以及生化沉淀分离反应单元4上各个部件的作用。船体1能够适应在水面上移动。本案的船体1为自动巡航式船体，其上设置有控制和信号转换平台15。控制和信号转换平台15中信号通讯模块（如4g、5g或wifi等通讯模块，现阶段优选4g模块）、定位模块（如gps或北斗，现阶段优选gps模块）、船舶推进器、方向控制系统以及电池组等模块。用户可以通过信号通讯模块结合定位模块远程设定河湖水体巡航路线（可设定“回”字形巡航路线或蛇形巡航路线，优先考虑蛇形巡航路线）和时间（控制修复区域内单次巡航时间控制3-12h，结合电池组供电时间和水体修复条件优化时间可将时间优先控制4-8h），电池组除了给船舶推进器提供装置巡航时的动力外，同时也为装置100上的其他耗能部件提供电能，且电量低于15%时靠岸，即自移动到带有信号发射点的工作站更换电池或充电。
沉底式吸泥取水单元2，其能够从河湖底提取污泥和水以便进行修复和水质处理。本例中，沉底式吸泥取水单元2包括并排安装在船头部11处的一对污泥泵21、一端部分别与相应污泥泵21的入口相连通且能够从从待处理河面上方一直沉入到河底面的一对污泥进入管22以及安装在各个污泥进入管22另一端部的喇叭吸口23。污泥进入管22的管长不大于污泥泵21的气蚀高度。喇叭吸口23的布设高度可微调，其应距离河床基底高度可以为5–15cm，优选5-8cm。喇叭吸口23处设置有5mm×5mm栅格尺寸的网格栅（图中未示出），该网格栅用以拦截在吸泥取水过程中草根、砖石等大颗粒固体。
全混合好氧曝气单元3，包括一端部与污泥泵21的出口相接的进液管31、位于船体1内侧的好氧曝气处理池32、用于提供压缩空气的一对鼓风曝气机33以及设置于好氧曝气处理池32内的曝气器34。进液管31的另一端与好氧曝气处理池32相接通，一对鼓风曝气机33所提供的压缩空气能够给曝气器34提供足够的压缩空气。本例中，好氧曝气处理池32位于前空腔13的内上侧，前空腔13的内侧还设置有一与一对鼓风曝气机33的出气口相连通的出气管35，压缩空气经由出气管35送入到前空腔13内，当前空腔13内处于大于大气压的正压状态时，曝气器34被打开，前空腔13内的压缩空气经由曝气器34送入到好氧曝气处理池32中。
全混合好氧曝气单元3，主要用于提升单元中do浓度，为后续生化沉淀分离反应单元的好氧生化反应过程供氧，控制do的浓度在4.0–6.5mg/l，优选5.5-6.5mg/l；同时可将原“本底”厌氧/兼氧微生物驯化为兼氧/好氧微生物，设计曝气时间5-20min，优选10-15min；完成“本底”微生与水中污染物充分混合，实现类污水处理厂活性污泥法工艺。
外界空气经鼓风曝气机33压缩后，由出风管35输送至船体的前空腔13，并逸到后空腔14中，这些由鼓风曝气机33提供的压缩空气除了能够给曝气器34的出气部提供曝气动力外，还能够维持船体空腔正压而避免河湖水渗入。在鼓风曝气机33异常时，这些气体也能维持船体空腔不漏水前提下，有充足时间抵岸；空气进鼓风曝气机33供给的空气压强为1.3-2.2atm，优选为1.5-1.7atm。
生化沉淀分离反应单元4，位于全混合好氧曝气单元3的下游。本例的生化沉淀分离反应单元4包括位于船体11内侧的沉淀池41，沉淀池41中包括好氧推流固液分离区42和活性污泥生化过滤区43。好氧推流固液分离区42中设置有固液分离组件400。活性污泥生化过滤区43位于好氧推流固液分离区42的下方.本例中，沉淀池41中的好氧推流固液分离区42与好氧曝气处理池32前后贯通，沉淀池41的上部边缘形成一清水缓冲区45，一对清水出水泵5与清水缓冲区45管路连接，一对污泥提升泵6与活性污泥生化过滤区43管路连接。
清水缓冲区43可进一步沉淀水体中无极/有机固体颗粒物，以降低水体ss值和提高透明度。清水出水泵5主要平衡装置内全混合好氧曝气单元3和生化沉淀分离反应单元4的水量，防止装置100因水量超量而沉没。污泥提升泵6用于排除剩余污泥以达到设计泥位线，维持活性污泥生化过滤区内污泥浓度。
如图3所示的示例，固液分离组件400由若干个依次排列的斜板单元44组成。附图所示的示例中共有20个斜板单元44，各个斜板单元44的水平安装角α可以控制在30°-65°之间，优选为45°-60°之间。相邻两个斜板单元44之间均形成一个距离可以为30–150mm的流动通道441，该处的距离优选为50–100mm。本例中，每个斜板单元44由上下排列的10–50片（优选为15–25片）的s型拨片442构成，同一个斜板单元44上的各个s型拨片442的安装角与整个斜板单元44的水平安装角α一致。上下相邻两片拨片441之间留有尺寸为5–20mm的间隙443，该间隙443的尺寸优选为5–10mm，这些间隙443连通相邻两个流动通道442。单个s型拨片441的结构外形如图4-5所示，其具有呈s形的横截面。本例的各个s型拨片441的两端均支撑在船体的相对两侧，每个斜板单元44的最底部（即最底位置处的s型拨片）距离沉淀池41内底壁的高度为10–50cm
这样，当受污的河湖水流过上述的固液分离组件400时，水流在各个流动通道441以及各个间隙443内流动。通过调整s型拨片442的数量和相邻两个斜板单元44的间距（即流动通道441的尺寸），可以实现将原紊流状态水流转降为层流状态水流；当水流以层流状态流经流动通道441以及间隙443时，将形成的颗粒污泥聚集体，在好氧推流固液分离区42底部沉积并在水压作用下进入其下部的活性污泥生化过滤区43。
上述由多个斜板单元44构成的固液分离组件400的工作原理如下：水当流呈现层流，即中间流速快于两侧边缘流速，因为相对速度存在，即可产生内摩擦，因此容易在界面边缘处产生漩涡流，此漩涡流扰动水力场中絮状污泥旋转而相互缠绕团聚，形成小颗粒污泥聚集体；在水流流动的同时受到s型拨片442干扰，因s型拨片存在倾斜角α，在水流流经过程中，s型拨片442的尾端上扬而产生抛离惯性力，即形成的小颗粒污泥聚集体离开微区域界面，促使增加与其它程形成的小颗粒污泥聚集体相互碰撞几率和效率，此时相互碰撞的小颗粒污泥聚集体进入中心流场，在快速的水流力作用下进一步增加挤压几率和效率，从而形成大颗粒污泥聚集体。在抛离惯性力作用下，相互挤压成型的大颗粒污泥聚集体离开中心流场，几率性地落入s型拨片442前端阻点进入，从而速率下降静压力增加，在边界漩涡场加持下凝实了大颗粒污泥聚集体，并顺着水流方向下落，此时的大颗粒污泥聚集体可以在斜板间来回运动不断凝聚密实成为形状尺寸任意的颗粒污泥聚集体，也可在s型拨片442之间的间隙443穿梭形成形状相对统一的椭球型颗粒污泥聚集体。
本例的固液分离单元400在装置100中所产生的技术效果为：当受污水流在流动通道442和“s”型拨片441之间的间隙453内流动时，因活性污泥与水中污染物不断接触，产生吸附于生物降解，同时因颗粒污泥聚集体存在，生物在微宇宙内形成分成和优势种群，有利于污染物进一步去除。此外，水流方向和污泥沉淀方向同向，加速了污泥沉淀速率，有利于削减水体中颗粒污泥浓度；颗粒污泥聚集体经推动进入下部的活性污泥生化过滤区43，在重力作用下，活性污泥生化过滤区43内污泥进一步压缩密实，减小了颗粒间堆砌孔径，将水流切削成无数微流，增加了接触面积，同时错综复杂的孔隙流内在增加了实际水流流经路径，因而可以促成污染物再次降解和筛滤。此外，活性污泥生化过滤区43中的水流由于污泥提升泵6的作用将自下而上移动，其与沉淀方向相反，强化了生物自过滤和絮凝的效果，也有利于污染物去除。
下面利用上述装置100对一下对河湖底泥控制和水质修复处理，其处理效果与传统技术处理的比较件下表
表1传统技术与巡航式装置对河湖底泥控制和水质修复效果比较
本高新技术工艺装置有如下优点：（1）根据实际微/富营养化水体水质需求，采用通讯-定位模块的巡航式装置，设计巡航路线和时间，在出水达到gb3838-2002中iv类标准前提下，有效提高装置表层清淤和水质修复效率；（2）优化装置抽吸污泥/河湖水的沉底式吸泥取水单元、好氧生化处理所需供氧量的曝气生化处理单元、好氧推流生化/固液分离区和活性污泥生化过滤区等水处理工艺技术单元，以可巡航式成套技术装置投放目标受试河湖水体，有效削减微/富营养化水体中bod、tn/tp和ss颗粒污染物，减缓河湖底泥淤积速率，出水透明度和do、orp显著提升；（3）好氧生化处理所需供氧量的曝气生化处理单元、好氧推流生化/固液分离单元和活性污泥生化过滤单元等水处理工艺技术单元生化反应后，受污河道水体污染物在微生物的吸附和降解过程中实现地表水水质的有效改善；（4）辅以船体空腔、污泥泵、清水泵、鼓风曝气机（含输送出风管）、设备控制和信号转换平台等，实现巡航状态下微/富营养化水体中bod、tn/tp和ss颗粒污染物的高效去除，减缓河湖底泥淤积速率，提升水质透明度和do、orp等，大幅改善地表水水质。
本专利技术方案与传统处理工艺方案相比，可巡航式移动化操作，大幅节省装置成本和人力成本，按照实际水质改变装置巡航路线和时间，可有效提高装置表层清淤和水质修复效率，通过本专利技术处理后出水达到《中华人民共和国地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv类水质要求，水体bod、tn/tp和ss得到显著削减，减缓河湖底泥淤积速率，而do、orp和透明度指标均得到显著改善。就当前地表水污染控制与修复的关键时间节点来看，该技术设备代表着一种新型微/富营养水体水质指标修复处理技术装备发展趋势，符合现阶段我国水污染防治与修复行动方案明确要求。
上述实施例只为说明本高新技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本高新技术的内容并据以实施，并不能以此限制本高新技术的保护范围。凡根据本高新技术精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本高新技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，该装置包括：
船体，适应于在水面上移动；
沉底式吸泥取水单元，包括安装在所述船体上的至少一个污泥泵、一端部与相应所述污泥泵的入口相连通且能够从待处理河面上方一直沉入到河底面的污泥进入管以及安装在所述污泥进入管另一端部的喇叭吸口；
全混合好氧曝气单元，包括一端部与所述污泥泵的出口相接的进液管、位于所述船体内侧的好氧曝气处理池、用于提供压缩空气的至少一台鼓风曝气机以及设置于所述好氧曝气处理池内的曝气器，所述进液管的另一端与所述好氧曝气处理池相接通，所述至少一台鼓风曝气机的出气口与所述曝气器相气体连通；
生化沉淀分离反应单元，位于所述全混合好氧曝气单元的下游，所述的生化沉淀分离反应单元包括位于所述船体内侧的沉淀池，所述的沉淀池内设置有由若干个斜板单元构成的固液分离组件，相邻两个所述斜板单元之间限定一上下贯通的流动通道，各个所述的斜板单元均由多个沿上下方向依次排列的s型拨片组成，上下相邻两个所述的s型拨片之间具有一间隙，所述的间隙连通相邻两个所述的流动通道。
2.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述的沉淀池内包括好氧推流固液分离区和活性污泥生化过滤区，所述的若干个斜板单元位于所述的好氧推流固液分离区中，所述活性污泥生化过滤区位于所述好氧推流固液分离区的下方，所述沉淀池中的好氧推流固液分离区与所述的好氧曝气处理池前后贯通，所述沉淀池的上部边缘形成一清水缓冲区，所述的清水缓冲区与至少一个清水出水泵管路连接，所述活性污泥生化过滤区与至少一个污泥提升泵管路连接。
3.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述流动通道的宽度为30-150mm，所述间隙的距离为5-20mm。
4.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，各个所述的斜板单元由10–50片所述的s型拨片组成。
5.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述的喇叭吸口上设置有网格栅。
6.根据权利要求5所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述网格栅上的栅格尺寸5mm×5mm。
7.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，各个所述斜板单元的安装角相对于水平面为30°-65°，各个所述斜板单元的最底部距离所述沉淀池内底部的高度为10–50cm。
8.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述的船体包括船头部和船尾部，所述船头部的内侧具有一前空腔，所述船尾部的内侧具有一后空腔，所述的后空腔和前空腔相气体连通，所述好氧曝气处理池位于所述前空腔的内上侧，所述至少一台鼓风曝气机的出气口与设置于所述前空腔内侧的一出气管相连通，所述的出气管位于所述好氧曝气处理池的下侧，所述的曝气器位于所述好氧曝气处理池的内底部并且与所述前空腔的内部空腔相气连通。
9.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述的船体上设置有控制所述船体在水面上自动巡航移动的控制和信号转换平台，所述的控制和信号转换平台包括信号通讯模块、定位模块。
10.根据权利要求1所述的巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，其特征在于，所述的船体上设置有用于给所述装置提供动力的电池组。
技术总结
本高新技术公开一种巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置,包括：船体、沉底式吸泥取水单元、全混合好氧曝气单元以及生化沉淀分离反应单元，生化沉淀分离反应单元包括沉淀池，沉淀池内包括好氧推流固液分离区和活性污泥生化过滤区，好氧推流固液分离区中设置有若干斜板，活性污泥生化过滤区位于好氧推流固液分离区的下方，沉淀池中的好氧推流固液分离区与好氧曝气处理池前后贯通，沉淀池的上部边缘形成一清水缓冲区，一清水出水泵与清水缓冲区管路连接，一污泥提升泵与所述活性污泥生化过滤区管路连接。
技术开发人、权利持有人：俞晟;庄昊
