[发明专利]湖体内源污染治理的水下机器人及沉积污染物的清理方法

说明书

本发明公开了一种湖体内源污染治理的水下机器人及沉积污染物清理方法。所需设备包括水下机器人以及与之配套的工作船。所述机器人配置气囊和多只推进器，用于空载时的沉浮、进退及转向；机器人壳体内配置翻动及冲刷沉积污染物的犁头和射流排，分散沉积污染物于水相中。在系统沉降历时和沉降间距相同的条件下，水相中粗颗粒泥沙沉降形成新的覆盖层,细颗粒污染物和藻种细胞悬浮于洗刷水。所述工作船为机器人提供动力、气流以及控制程序。作业时机器人沉底，由工作船绞盘拉拽在泥面行走。机器人排出的洗刷水由高压软管输送至工作船进行污/水分离，清水还湖，污染物和藻种压滤减容、装袋上岸，实现内源污染转移和底泥原位覆盖的双重目的。

技术领域

本发明涉及一种富营养化水体治理和生态修复技术，尤其涉及的是一种湖体内源污染治理的水下机器人及沉积污染物的清理方法。

背景技术

近百年来，湖泊富营养化现象在世界范围内普遍发生。据统计，我国富营养湖泊占统计湖泊总数的56％。许多大型湖泊，如太湖、巢湖和滇池等，都处于重度富营养状态，成为我国一个非常突出的水环境问题。

富营养水体污染来源分外源(点源和/或非点源)与内源。外源污染可从源头上进行综合治理，减少污染物的输入。对污染较轻的湖泊，削减外源污染可使水质得到改善；但对富营养化程度较高的湖泊，减少外源营养负荷短期内并不一定能取得理想的效果，即使将外源营养盐输入降至水域受害前的水平，由于底泥积累的历史性负荷的长期影响，使得水域可能无法按照预想的轨迹恢复到未受损害前的水平而仍会长期处于富营养化状态。可见，在外源污染得到初步控制的情况下，湖泊内源污染治理显得更加迫切而重要。

湖泊内源污染主要起因于底泥沉积物。点源的污水排放、非点源的大气沉降和地表径流注入、水生生物残体的腐烂分解等，其中大部分的污染物最终被湖泊底泥所吸纳，使得沉积物中的污染物逐步富集起来。在一定条件下，这些污染物或分解释放或悬浮，将从三个方面对水质和水生态产生严重影响。其一，沉积有机物为微生物、原生动物和无脊椎动物提供食物和能量，这些生物的代谢呼吸消耗深层水中的氧气，并释放原先与有机物结合在一起的氮、磷等营养元素，使水体缺氧、营养水平上升；其二，沉积物覆盖秋末冬初下沉的藻细胞，不仅维持细胞周围一定的温差使其顺利越冬，而且为春季细胞复苏提供营养，成为夏秋藻华发生的种源；其三，沉积物由大量的极细的有机颗粒物组成，受到微小作用力即可悬浮且沉降缓慢，长期影响水体的透光性，使得沉水植物光合作用产生的有机质不足以补偿其呼吸作用的消耗而衰亡，导致水体从草型清水稳态转向藻型浊水稳态，生态严重退化、服务功能散失。

针对湖泊内源污染的成因，工程治理常用的物理方法有覆盖法和清淤疏浚法。对于浅水型湖泊，新增覆盖层可能垫高湖床影响水环境容量，清淤又可能带来次生污染。实际上，湖泊沉积物中的氮、磷等污染物含量大约占总量的千分之几，大部分是无害的泥沙。理想状况是使泥沙与污染物分离，将污染物转移出水，而泥沙原位覆盖形成新的沉积层。

发明内容

本发明集成现有技术的优点、克服其不足，提供了一种湖体内源污染治理的水下机器人及沉积污染物的清理方法，即通过水下机器人分散湖泊底泥沉积物于水相中，粗颗粒沉降形成新的沉积层，细颗粒污染物和藻种与水分离转移出水。

本发明是通过以下技术方案实现的。所述一种湖体内源污染治理的水下机器人，所述机器人壳体内安装至少一排翻泥机构，每排翻泥机构后安装一排射流喷嘴，冲刷翻动后的泥面，使得沉积污染物和藻种细胞分散于水相中；在系统沉降历时和沉降间距相同的条件下，粗颗粒泥沙沉降形成新的覆盖层，悬浮于水中的污染物和藻种与水分离而转移出水。

所述水下机器人与一艘工作船配套使用，所述工作船配置动力件、起吊装置、拉拽绞盘、空压机和污水处理系统。