[00685855]湖泊水库绿色低碳水质控制关键技术集成研究与应用

该项目属于环境科学技术领域。 针对湖泊水库水质原位控制技术设备的运行能耗高、水下安装维护难等现实问题，以及湖泊水库水质污染复杂而水质原位控制技术单一的技术现状，项目组先后依托国家自然科学基金、陕西省科技统筹创新工程计划、教育部高等学校博士点科研基金、陕西省自然科学基金项目等，围绕湖泊水库绿色低碳水质控制技术及设备开展了大量研究工作，在高效混合充氧、组合生物修复、水上太阳能供电、多元技术集成与优化设计等方面取得了系列创新性研究成果，建立了湖泊水库绿色低碳水质集成控制技术体系及优化设计方法，进行了多项工程应用。 该项目的主要技术内容为： (1)开展了湖泊水库高效混合充氧技术研究，提出了基于底部水体恒温制冷及垂向自然对流的分层水体制备技术，解决了分层湖库水质控制技术定量研究的载体问题；通过大量中试与理论分析，确定分层水体稳定内波形成的临界扰动条件，突破了经济高效的分层水体内波混合技术，内波混合效率比传统方法提高25％～60％，提出了内波强化混合机理及其强化混合技术方法，完善了内波形成理论，完整了分层水体混合理论，填补国内外内波在分层水体混合领域应用的研究空白，解决了传统混合技术的高能耗问题，为新型经济高效水体混合技术应用和推广奠定基础； (2)创新性发明了机械混合-表层负压充氧的技术，革新了将混合充氧主体单元置于水体底部的传统技术，解决了传统混合充氧设备水下安装维护难的现实问题；建立了不同工况下混合充氧性能的预测方法，确定了文丘里管的最大淹没水深，优化了设备的结构及合理安装间距； (3)对水上太阳能供电技术及设备进行了研究，发明了利用可调式不锈钢支架随时随地调节太阳能电池板最佳倾角的技术方法，提出了太阳能电池板与支撑浮体的活动连接方法，研制了太阳能电池板和蓄电池组的整体绝缘方法，经济安全地解决了湖库水上机械装置的供电问题； (4)开展了污染水体组合生物修复系统构建技术研究，创造性发明了兼具水生植物吸收与生物膜降解功能的新型高效生态浮岛，提出了大幅增加水生植物有效种植面积的技术方法，使水生植物有效种植面积与浮岛面积之比由传统浮岛的20％提高到80％，浮岛面积与水域面积之比由传统的20％降低为10％，确定了浮体表面形成生物膜的有效技术措施，构建了集水质净化与生态照明与一体的多功能生态照明浮岛；发明了对生态浮岛水生植物干燥堆肥技术与设备，解决了生态浮岛大量繁殖的水生植物处置的棘手问题，推动了水污染治理过程中的资源循环利用与可持续发展； (5)开展了太阳能混合充氧-生物修复技术集成及设计方法研究，提出了基于充氧性能最优的等温层曝气器优化设计与运行方法，解决了等温层曝气器设计不科学和运行不理想的技术难题，促进了等温层曝气器在深水湖库水质控制中的应用：针对不同水深及污染类型的湖泊水库，构建了太阳能内波混合、机械混合-负压充氧、等温层曝气、多功能生态照明浮岛等不同组合的协同除污染集成技术与设备，建立了基于FLUENT和MIKE3的集成技术系统的设计方法，填补国内外湖库水体原位水质集成控制工程计算机设计的研究空白；应用该集成技术于多项湖泊水库水质控制工程。 该项目的主要创新点为： (1)分层湖库人工诱导内波混合技术：创建了分层湖库混合所需能量的估算体系，创新性发明了分层湖库物理模型的制备方法；创造性突破了经济高效的分层湖库内波混合技术，提出了分层水体人工诱导内波的方法与临界条件，揭示了内波强化混合的机理，提出了内波强化混合技术方法与措施； (2)湖库人工机械混合-负压充氧及优化技术：创造性发明了针对不同水深湖库的机械混合-表层负压充氧核心技术，创新性建立了混合充氧一体化设备关键性能参数的确定方法，优化了设备结构和安装间距；创新性提出了基于充氧量和充氧效率的等温层曝气器优化运行方法； (3)多功能生态照明浮岛：创新性发明了基于内外环水植结构优化的功能增强型生态浮岛，构建了水生植物和生物膜协同除污染的立体生态浮岛，发明了集净水与生态照明于一体的生态照明浮岛；提出了利用水生植物与废弃污泥进行堆肥的资源循环技术方法； (4)太阳能混合充氧-生物修复技术集成及设计方法：发明了基于可调式太阳能电池板的节能型水上太阳能供电系统，经济安全地解决了湖库水上机械装置的供电问题；针对不同水深及污染类型的湖库，构建了太阳能混合、充氧、多功能生态照明浮岛等不同组合的协同除污染集成技术与设备，建立了基于FLUENT和MIKE3的集成系统的智能设计方法，构建f可持续发展的绿色低碳湖库水质原位控制集成技术及设备体系。 该项目已申请国家核心知识产权25项(其中已授权发明专利13项、实用新型专利2项，受理发明专利10项)；发表SCI/EI学术论文26篇、中、英文专著各1部；先后培养硕博士研究生26名。成果已成功应用于陕西、四川等地七处近180亩湖库水体治理工程，零电耗运行，取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。