原位回收水體中磷的裝置與方法
2023-06-04 14:52:11
專利名稱：原位回收水體中磷的裝置與方法
技術領域：
本發明涉及一種環境保護技術領域，具體是原位回收水體中磷的裝置與方法。
背景技術：
磷是引起水體富營養化的關鍵元素之一，過量的磷會引起赤潮，危害河流、湖泊、 海洋的水體環境，一般認為當水體中總磷(TP)含量達到0. 015mg. L-1時足以導致水體富營養化。據2010年中國環境狀況公報，沈個國控重點湖泊(水庫)中，處於富營養化狀態的佔了 M.8%，主要汙染指標是總磷和總氮。水體中磷的去除技術主要可分為三大類生物法、 物理法和化學法。生物法可使磷的去除率超過80%，但需要有一定的碳源(BOD > 120mg/ L)，河道中混有雨水和天然河水，水中有機物濃度偏低，因而直接採用生物法處理往往難以滿足要求。常用的物理法有電滲析和反滲透，這兩種方法均能有效地去除水體中磷，但是需要將水抽至電滲析或反滲透反應器中進行處理，然後再排回到水體而且滲透膜價格比較高、膜易汙染，因此，採用這兩種方法除磷成本較高。化學法是水體除磷常用的一種方法。通過投加化學藥劑使水體中的磷形成了不溶於水的磷酸鹽沉析物來降低水體中的磷濃度。這種方法磷的去除率高，效果穩定可靠，但是增加了底泥的量及其中磷的濃度。另一方面，磷是十分寶貴和非常有限的自然資源。目前開採速度計算，地殼中優質磷礦石(P2O5 > 15% )將在100年之內耗至殆盡，而中國磷礦產資源將在70年內耗竭。近年來，磷礦石的價格不斷攀升，20世紀90年代磷礦石價格到2008年已飛漲至近七倍。因此，相較於磷的去除，如何回收磷已成為世界各國共同關注的熱門課題。目前磷回收研究多集中於從含磷汙水中回收磷。回收技術主要有化學沉澱法、強化生物除磷工藝與化學沉澱結合工藝、結晶法、吸附/解吸附法等，其中化學沉澱法已開始應用，但由於沉澱過程中產生大量化學汙染，處理成本較高。鳥糞石結晶磷回收工藝已在美國、荷蘭、英國等國實現工程化，但該法在運行過程中需要補充鎂鹽和銨鹽，且其中NH4+濃度必須控制在一定範圍內。 其他幾種方法還處於研究階段。從富營養化水體中回收磷(磷濃度較低)的技術研究和工程應用鮮有報導。本項目技術主要基於離子交換的原理，將離子交換樹脂固定於水體中，利用陰離子交換樹脂可與陰離子起交換作用的特點，將磷酸根離子交換到陰離子交換樹脂中，實現從水體中原位回收磷的目的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種原位回收水體中磷的裝置與方法。解決該技術問題採用的技術方法是本原位回收水體中磷的裝置，包括陰離子交換樹脂柱，所說的陰離子交換樹脂柱呈袋形，袋內置放有充填率為l_3kg/m2的陰離子交換樹脂且封口，該袋為扁平的條塊形化纖織物袋，稱為陰離子交換樹脂袋，多個如此的陰離子交換樹脂袋豎向並排串聯成一排或二排的串聯體，該串聯體一側或中間或上方連接有浮物或拉繩，該串聯體的下方有沉物或繩系的底樁，串聯體的高度及寬度分別與待處理河水的深度及寬度相近。所說的串聯體寬面側安裝有正對該寬面的推流式曝氣機(6)。用上述的原位回收水體中磷的裝置進行原位回收水體中磷的方法，採取如下三個步驟(1)安裝點的選擇與安放方法選擇劣於V(五)類的水體中安放，分為流水區的安放與靜水區的安放兩種情況，如在流水的溪或河中安放，則串聯體的寬度及高度分別與溪水或河水的寬度及深度相近，串聯體的寬面與水流方向垂直，儘量選擇水寬及水深段安放，整條溪或河中應多段安放、層層設置；相對靜止的水庫、湖泊中均勻布點安放，進水和出水區有較明顯水流方向的，串聯體的寬面與水流方向儘量垂直，湖泊、水庫中心的水體相對靜止區，對串聯體的寬度和安放方向視情況而為，不作具體限定；上述各種安放，在正常情況下，串聯體的全部或大部分應淹沒在水體中；(2)促進水體的紊動本裝置安放在流水區，因流水本身處於紊動狀態，就可以不在串聯體寬面側設置推流式曝氣機，但水流過緩或水體中總磷含量高的，可設置推流式曝氣機，靜水區應設推流式曝氣機，以促進水體紊動；(3)磷的回收和串聯體的重複使用沉入水體的串聯體內的陰離子交換樹脂對水體中的含磷物進行離子交換，待陰離子交換樹脂達到飽和，將串聯體從水體中取出，置於 NaCl或NaOH溶液中浸泡l_6h，對陰離子交換樹脂進行再生，同時回收了磷，再將串聯體從浸泡液中取出，用清水反覆衝洗，至衝洗後的水達到中性，即可將該串聯體投入水體中，連接浮物與沉物，重複用於原位回收水體中的磷。本發明的有益效果是專用於在江河湖泊的水體中除磷，改善江河湖泊水體中的水質，設備成本低、操作方便，循環利用率高，除磷效果顯著。
圖1、圖2和圖3為本發明三種形式的結構示意圖(正視)。圖4為配有推流式曝氣機的本裝置之一種結構示意圖(俯視)。
具體實施例方式本發明下面結合實施例並參照附圖予以詳述圖1顯示串聯體一側有片狀浮物1 的結構，下方有沉物3，可以是內裝砂石的管狀物，一埠可開可閉，按需增減砂石量以作重力調整。為不阻擋水流，在各陰離子交換樹脂袋(以下簡稱袋)2之間的片狀浮物1上開有縱向的通水縫，片狀浮物1可用密度為0. 91-0. 93g/cm3的聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)製成， 厚度1-3. 5mm，高度及寬度與各袋或串聯體的高度及寬度匹配，也可整片與串聯體匹配，後者需在袋與袋之間開一條縱向的兩端不開到頭的通水縫。圖2顯示串聯體上方有浮物1、下方有鐵棒之類的沉物3的結構，浮物可以是鐵桶、 塑管、竹杆、聚氨酯泡沫塊等的任一種。圖3顯示串聯體上方和下方均由繩索4串聯並配用底樁5固定的結構方式。總之，無論何種結構，其目的是使串聯體淹沒於水體中能挺直或基本挺直地原位固定。如果是尚在通船筏、通竹排的河道，不太適於採用圖2和圖3所示裝置，宜採用圖1所示裝置。圖 2及圖3所示裝置有成本低、串聯體裝卸方便的優點。
推流式曝氣機6由潛水泵、連接皮管和推流或曝氣器組成，正對串聯體的寬闊面噴水。圖4顯示片狀浮物1在中間、該浮物兩側均有袋2的結構，串聯體寬面側有推流式曝氣機6，適於安放在總磷含量高的靜水區域。尚需說明的是串聯體寬及高與河水寬及深相近，只能是一種大致的限定，因河水的深度並不一致，河床地形並不平整，河水的深淺隨天晴天雨或上遊來水多少而變化，河水的深與寬是個可變值，製成的串聯體的寬及高是定值，不可能很匹配，好在片狀浮物1柔性、捆綁的繩索4柔性、串聯體中各袋2柔性、鐵桶或竹杆或塑管等為飄浮物，均可隨河水的寬深變化而作寬度的伸縮或高度的屈伸，對回收磷不會產生大的影響。總之，在首次安放前製作時的寬及高應與河水匹配。置放在靜水湖中的並不硬性要求與湖面寬度相近，宜採用圖4所示的結構的裝置在湖泊水體中淹沒即可。理論上說置於水體中的陰離子交換樹脂達到飽和時即可取出，放入重量百分比濃度為5% -8%的鹽水中或2% -10%的鹼水中浸泡1-6小時，對樹脂實現再生的同時回收磷。但在實際工作中，很難去拆開袋2、取出離子測定是否飽和，還是按放置在水體中的時間長短推測其飽和程度較可行。但這時間的長短因水體中總磷含量的多少、陰離子交換樹脂量的多少、水體紊動的程度而變化。一般講串聯體置於水體中2- 可達飽和，若每隔2- 取出、浸飽、清洗再安放，過餘頻繁，勞動強度過大，巧遇雨雪天或晚上，操作不便且不安全， 因此，一般可採用1-5天取出一次較實際。間隔時間過長，易造成裝置外結上青苔，影響交換效果。本裝置所用的袋2可用化纖布或化纖無紡布縫製成，織物厚度為0. 5-1. 5mm，其內按^^/1112的充填率置放201X4或201X7規格的陰離子交換樹脂，該樹脂由市售獲得。串聯體可用繩索4串聯或與片狀浮物1縫合成一體，與上方浮物1或下方沉物3可用繩捆或鉤環結合方式，以方便、快捷和不脫為宜。推流式曝氣器市售獲得，與皮管及潛水泵的連接為常規方法，推流式曝氣機6與串聯體的安裝距離應按所需紊動的程度、該機的功率大小、串聯體寬面面積的大小和水體中含磷總量多少而定，可根據經驗或略加調試確定。至於從經鹽或鹼溶液浸泡而得的含磷混合液中提取磷的問題，是用另一種技術方案解決的問題，本專利申請中不再涉及。下面將採用本裝置(圖1所示結構)置於河水中吸附磷的對比試驗結果介紹如下將本磷回收裝置安放在一段河道進行磷的回收，該河道長400m、寬15m、水深 2. 2m，河水中磷初始濃度為10. 07mg/L。採用寬15m，高的串聯體，以^g/m2的充填率充填201X7型的陰離子交換樹脂，吸附飽和的樹脂採用 % NaCl溶液再生，同時回收樹脂中的磷。為了提高河水的流動性，採用推流式曝氣機進行人工造流。實施前後河水中TP濃度見下表。
權利要求
1.一種原位回收水體中磷的裝置，包括陰離子交換樹脂柱，其特徵是所說的陰離子交換樹脂柱呈袋形，袋內置放有充填率為l-3kg/m2的陰離子交換樹脂且封口，該袋為扁平的條塊形化纖織物袋，稱為陰離子交換樹脂袋O)，多個如此的陰離子交換樹脂袋(2)豎向並排串聯成一排或二排的串聯體，該串聯體一側或中間或上方連接有浮物(1)或拉繩，該串聯體的下方有沉物C3)或繩系的底樁(5)，串聯體的高度及寬度分別與待處理河水的深度及寬度相近。
2.如權利要求1所述的原位回收水體中磷的裝置，其特徵是所說的串聯體寬面側安裝有正對該寬面的推流式曝氣機(6)。
3.一種用權利要求1所述的原位回收水體中磷的裝置進行原位回收水體中磷的方法， 其特徵是採取如下三個步驟(1)安裝點的選擇與安放方法選擇劣於V類的水體中安放，分為流水區的安放與靜水區的安放兩種情況，如在流水的溪或河中安放，則串聯體的寬度及高度分別與溪水或河水的寬度及深度相近，串聯體的寬面與水流方向儘量垂直，儘量選擇水寬及水深段安放，整條溪或河中應多段安放、層層設置；相對靜止的水庫、湖泊中均勻布點安放，進水和出水區有較明顯水流方向的，串聯體的寬面與水流方向儘量垂直，湖泊、水庫中心的水體相對靜止區，對串聯體的寬度和安放方向視情況而為，不作具體限定；上述各種安放，在正常情況下， 串聯體的全部或大部分應淹沒在水體中；(2)促進水體的紊動本裝置安放在流水區，因流水本身處於紊動狀態，就可以不在串聯體寬面側設置推流式曝氣機，但水流過緩或水體中總磷含量高的，可設置推流式曝氣機， 靜水區應設推流式曝氣機，以促進水體紊動；(3)磷的回收和串聯體的重複使用沉入水體的串聯體內的陰離子交換樹脂對水體中的含磷物進行離子交換，待陰離子交換樹脂達到飽和，將串聯體從水體中取出，置於NaCl 或NaOH溶液中浸泡l_6h，對陰離子交換樹脂進行再生，同時回收了磷，再將串聯體從浸泡液中取出，用清水反覆衝洗，至衝洗後的水達到中性，即可將該串聯體投入水體中，連接浮物與沉物，重複用於原位回收水體中的磷。
全文摘要
一種原位回收水體中磷的裝置，包括陰離子交換樹脂柱，所說的陰離子交換樹脂柱呈袋形，袋內置放有充填率為1-3kg/m2的陰離子交換樹脂且封口，該袋為扁平的塊形化纖織物袋，稱為陰離子交換樹脂袋(2)，多個如此的陰離子交換樹脂袋(2)豎向並排串聯成一排或二排的串聯體，該串聯體一側或中間或上方連接有浮物(1)或拉繩(4)，該串聯體的下方有沉物(3)或繩系的底樁(5)，串聯體的高度及寬度分別與待處理河水的深度及寬度相近。用本裝置進行原位回收水體中磷的方法採取三個步驟一是安放與點的選擇，二是促進水體紊動，三是磷的回收與串聯體的重複使用。採用本裝置和配套方法除磷，改善水質效果好、成本低、操作方便，循環利用率高。
文檔編號C02F1/42GK102398960SQ20111029111
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者肖繼波, 褚淑禕 申請人:浙江農林大學