一种浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱及治理方法

摘要

本发明公开了一种浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱及治理方法，在浅水水体底部设有保持水体低温的冷阱，所述冷阱的出水口位于水面以下。治理方法包括以下步骤：1）在浅水水体底部设置冷阱；2）通过环境温度或制冷设备保持冷阱内水温为3℃~10℃；3）冷阱的低温富集水体内有机质。本发明的有益效果是：利用多种对水体有害物质在较低温度中具有较低的溶解度或其他原因在该较低温度的水体中得到富集，从而使水体中的有害物质得到清除或降低。对于富集在深潭或冷阱中的有害组织的处理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷阱及方法，更具体说，它涉及一种浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱及治理方法。

背景技术

目前国内外常用的水污染治理方法是活性污泥及曝气、生物膜，以及氧化法等，而大型水体如湖泊、河流的治理方法，一般包括物理方法（调水稀释\淤泥清理\粘土覆盖）、化学方法（化学试剂沉淀法\化学药剂除藻类法），以及生物方法（曝气、微生物和动植物吸收有害物质），但这些方法的缺点是影响范围小（如物理方法中的淤泥清理和粘土覆盖法），容易造成二次污染（如化学方法、生物方法等），甚至破坏原有的生态系统，同时投入和后期支出也相对较大（如调水换水、清淤等方法）。

如调水稀释法可以在较短时间内将湖泊内的大量污染物输送出去，同时湖泊中营养物质浓度减小，污染物总量和浓度都能得到有效减少；同时这种方法将死水变成活水，使水体从缺氧状态变为好氧状态，提高了水体自净能，但是需要源源不断地换水，造成水资源的大量浪费，同时很有可能造成外界大的水体污染。如引江济太工程是引长江水解决太湖污染，西湖换水工程是引钱塘江水解决西湖的污染问题。

淤泥清理在南京玄武湖进行过实践，但从长期效果看，尚未见到中等以上湖泊通过清淤控制湖泊富营养化的实例，而大型湖泊如太湖、滇池则不但难以实施，就算尝试，其所需的直径也非常巨大。

粘土覆盖法会造成底泥缺氧导致生物死亡，如果为了控制氮、磷等营养元素释放而多次用黏土覆盖，最终会给清淤增加困难，这是一个治标不治本的方法。如前几年玄武湖采用此方法对氮、磷等营养元素进行阻隔，控制蓝藻暴发，效果并不持久。

化学方法和生物学方法的缺点主要是投入到水体中的化学物质或新的生物材料，这些新物质虽然可以短期内起到作用，如抑制藻类的化学制剂，但不能根绝污染源。这些方法无疑会改变水质的水化学特征和生态特征，进而改变水的生态系统，使水体发生难以修复或恢复的破坏。无论是太湖、滇池、巢湖等等的治理，现在使用的另一种方法是治理入湖径流的水质。这种方法看似治本，由于涉及流域范围大，相关因素复杂，而且需要使入湖径流水质由于湖水所需达到的标准，难度大，控制难，成本极高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种不改变水化学及生态系统、成本低廉、效果显著的浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱及治理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱，在浅水水体底部设有保持水体低温的冷阱，所述冷阱的出水口位于水面以下。

作为优选：所述冷阱深度为0.5m-50m，直径为0.1m-200m。

作为优选：所述冷阱包括上端开口的保温容器，所述保温容器内设有导热金属棒、所述导热金属棒的上端部连接有半导体制冷片的冷极，所述半导体制冷片的热极连接有散热片。

作为优选：所述冷阱的开口设有防止生物或人类误入的网罩。

浅水湖泊等水体富营养化治理方法，包括以下步骤：1）在浅水水体底部设置冷阱；2）通过环境温度或制冷设备保持冷阱内水温为3℃ ~10℃；3）冷阱的低温富集水体内有机质。

作为优选：所述冷阱通过水体底部地貌形态围筑成可保存较低温水体的空间或通过在水体底部挖掘形成可保存较低温水体的空间。

作为优选：根据冷阱总富集污染物质的多少，抽出或排除冷阱中的污染物质。

作为优选：所述抽出或排除冷阱中的污染物质的方法包括：预袋装、直接抽取、压滤抽取，其中：预袋装为预先在冷阱中布置与冷阱富集污染物空间大小相当的袋子，所述袋子包括透水和不透水；直接抽取为根据冷阱空间中污染物的富集量直接从冷阱中抽取富集到的污染物；压滤抽取为通过透水袋提取时同时进行压滤以提取富集到的污染物。

作为优选：在直接抽取时同时进行水和污染物分离，单独抽取污染物。

本发明的有益效果是：通过既富集并排除有害物质，又不改变水化学及生态系统的低成本方法，才是解决浅水湖泊污染问题的最佳途径。本发明降低水体中的可能造成生态灾害的引导或诱导物质，如N、P等，特别是有机物及其生活、工业、农业等相关的对生态可能带来的有害物质，以及对富营养化带来的如藻类降解或腐败所产生的有害物质及有害环境相关的物质的富集，这些由富营养化过程所产生的结果所带来的水体DOC等的增加，DO的减小，以及与具有毒性的藻类等生物降解物质的在水体中的过分富集所导致的缺氧和毒素等生态灾难。本发明的就是根据我们在实践中发现的有效方法，在不引入任何化学物质，不改变正常的生态环境的前提下，利用物理方法，将水体中的有害物质富集到特定的空间，从而降低水体中的有害物质，使水体的有害物质得到减低或低于富营养化灾害发生的阈值，进而达到改善水体水质的目的。利用多种对水体有害物质在较低温度中具有较低的溶解度或其他原因在该较低温度的水体中得到富集，从而使水体中的有害物质得到清除或降低。对于富集在深潭或冷阱中的有害组织的处理。

附图说明

图1为本发明使用状态示意图；

图2为本发明结构示意图；

附图标记：冷阱1；保温容器2；导热金属棒3；散热片4；半导体制冷片5；水面6；底部7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

参见图1至图2所示，本发明基于申请人在实践中发现的冷阱1（或水体底部7的冷水水下水潭或简称深潭）的有机质等富集作用的现象，特别是低温水体在深潭中可以相对长期稳定存在，从而使这个低温水体成为富集大部分造成富营养化的物质以及富营养化带来的污染物质的重要体系。本发明就是利用这一现象，在富营养化湖泊等水体中挖掘或构筑出一定规模的深潭，利用自然或人工帮助构成等深潭中的低温水体，以及该低温水体所具有富集湖泊河流中有害物质的能力，使湖泊、河流等水体有害物质得到减轻甚至消除。我们可以根据水体容积大小、污染物浓度、水体温度以及与深潭当地温温度及其水体表面及底部7形状等参数，设计并挖掘出一定数量、间距、面积、深度及深潭潭口到水面6距离等的深潭。在一个实施方案中，如在一个500m²的小规模水体中在湖底挖出2-5个深2-5M至直径1M的水底深潭。我们可以利用水体（河、湖、池、塘等）底部7的泥中常存在的较低的地温，特别是在夏秋季节水体表层水温较高容易爆发水华的污染的时候，其底部7地温常常依然较低的特征，以及由于寒冷季节表层较低温度的水由于下沉在水体底部7的，从而使这些低温水体在该深潭或冷阱1中维持较低温度，甚至人为方法将深潭或冷阱1中的水体降温使水体保持较低温度。

冷阱1一般布置在浅水水体（包括江、河、湖、塘、池等）底部7或水面6之下的人工构筑或利用自然地貌环境构筑的低温水体保持的环境或空间，如水底深潭、水体冷阱或水下隔热空间，包括通过清理、修正水底已有的深潭使其具有富集水体富营养物质的能力。利用大部分可能导致水体富营养化的物质，以及水体富营养化之后产生的水体有害物质在低温中具有相对较低的溶解度，使水体的有害物质在人工控制的低温水体中析出，从而减少所需治理的水体中的有害物质的浓度，使水体得到治理。深潭或冷阱1中的冷水来源可以包括：1 较低的水下河床或湖床的地温；2 寒冷季节冷水下沉在深潭或冷阱1中保持低温；3 附近冷流或地温流在深潭或冷阱1中保持低温；4 人工控制或人为影响致使深潭或冷阱1的水温保持在较低温度；5 以上一种以上途径构成的在水下空间保持较低温度的方法。

冷阱1与上部水体有联通，并可以进行物质交换。深潭或冷阱1的大小和数量与水体在污染期的污染物浓度、水体容积、水温及富集在深潭或冷阱中的污染物的排除速度等因素有关。深潭或冷阱1的出口位于水面6以下。可以利用水体底部7特征中可以利用的形态进行适当加工围筑成可以保存较低温水体的空间。鉴于富集在深潭或冷阱1中的物质富含有机物或营养物质或高含碳量，这些物质可以用于农林牧渔业、能源工业或用于碳排放交易。

实际工作及观察发现，即少量冷阱1已经使小规模的水体的水质得到改善，并且根据水质改善情况的需要调整冷阱数量1，以及制冷等人工干预使得冷阱1具有更大的富集水体污染物的能力。所需治理的水体中挖掘出储存冷水或低温水体的空间，如深潭或冷阱1。

如图1：从左到右依次为近岸冷阱1，水底冷阱1，根据地貌特征加工或围筑的冷阱1，直接构筑容器或可以移动并可以保存内部较低水温的空间或容器冷阱1。以上冷阱1内部具有储存较低水温水体的空间。冷阱1上部必须有与外界进行水流交换的空间。冷阱1上部开口处可以加网罩以防止生物或人类误入低温水体被伤害。可以根据水体污染物如DOC，DN，DP以及其他水体有害物质等的浓度，以及水体底部7的低温及热导率，构造精确计算的低温水体储存空间，也可以随意挖掘或构筑冷水储存空间。可以定期或根据所构筑的低温水体储存冷阱1空间总富集污染物质的多少，抽出或排除该空间中的污染物质，以使该空间具有进一步富集污染物的能力。

本发明的原理在于：1、 利用大多数有害物质，包括有机物等在低温水体中的溶解度低于正常的较高温的环境，从而使这些物质在特定的低温空间中沉淀析出富集的理化性质。2 、利用水在~4^oC所具有的最大密度的特性，使4^oC的水在水下类似碗状或桶状的空间中可以稳定存在并保持较低温度的特征，以及4^oC以上的水具有温度越低密度越大的特征。 3 、利用可能的湖底或河底等水体底部7的较深底泥之下的地温低于富营养灾害期间水体水温的特点，通过冷阱1使底部7自然出现低于富营养化灾害期间水体温度的特征。同时，由于受到水体温度、地温变化的的情况，如果水底之下的空间（冷阱1）的温度无法达到足够的低温，可以人工方法是冷阱1中的温度保持较低温度。

本发明应用例子如图2，如在1000m²的湖泊，平均水深2-3M（类似太湖的平均水深），在该湖泊的近岸或湖内的湖底适当位置挖掘2个深2M，直径1-1.5M的冷阱1。一般来说，冷阱1下部的温度会低于冷阱1口以上即水体的温度，更会低于水体平均温度。如果冷阱1下部的地温较高而不利于冷阱1中的水保持低温，可以附加人工制冷，以使冷阱1中的水体温度保持较低，如4-10^oC。即根据所需治理的水体的污染状况及发生季节的平均水温，以及需要治理时期的表面水温和水体水温等等条件，控制冷阱1的制冷量。也可以将冷阱1中的水温控制在4-10^oC左右，并使冷阱1水温与水体水温保持较大的温差。同时，为了让冷阱1中的水保持稳定，节约能源，根据水的物理特性，尽量不要让冷阱1中的水温降到4^oC以下。

实际上，在实施过程中，只要了解地温与所需治理的水体的水温之间的关系，就可以根据实际情况来考虑是否需要认为附加制冷。如水体底部7地温在10^oC以下且基本稳定，就可以简单地在水体底部7挖掘或围筑成如图1所示的冷阱即可。至于冷阱的容积和数量，可以根据水体的污染程度设计，也可以设置少量冷阱但经常除去冷阱中富集的有害物质使冷阱的空间继续保持有效的富集有害物质的能力。如果设置数量尚不足以有效地减轻污染和有害物质，这可以适当增加冷阱数量。

应用图2所示的冷阱1进行小规模实验，将实验容器中富集的物质结果见表：

试验编号水体表层水温（^oC）容器水温（^oC）富集固体物重量(0.5小时)富集固体物重量(1小时)富集固体物重量(2小时)7.52851g5g10g8.13042g8g15g

上述试验在一定程度上证实了冷阱1可以用于水体污染治理的可行性和有效性：将上述装置至于水面6之下15cm（水体水深约2M），一定时间后，容器中出现明显的黑褐色析出物质，而同样大小无制冷装置的对比实验则无明显的析出物质。上表所述物质重量为干后的析出物干重。