一種修復富營養化水體的組合裝置及方法
2023-07-02 00:04:26
專利名稱：一種修復富營養化水體的組合裝置及方法
技術領域：
本發明屬於水、廢水或汙水的處理技術領域，具體講涉及一種修復富營養化水體的組合裝置及方法。
背景技術：
水體富營養化是指氮、磷等植物營養元素大量進入湖泊、河流、海灣等相對封閉、 水流緩慢的水體，引起藻類和其它水生植物的大量繁殖，導致水體透明度和溶解氧下降，水質惡化，其它水生生物大量死亡，水體生態系統和水體功能受到阻礙和破壞。水體富營養化是一種水體衰老現象。由於人為及自然地破壞、過度的開發和利用，許多湖泊和河流中原本充滿活力的水加速了向富營養化水質的轉變。目前主要通過控制內源和外源性營養物質來修復生態系統，現有技術中關於河流、湖泊水體生態修複方面的專利有公開號為CN101607762A、發明名稱為《河流水體生態修複方法》的發明專利，公開了一種恢復河流水體生物多樣化的技術方案，該技術方案為向水體中投放複合菌劑、水生動物和/或種植水生植物，使水體的汙染指標達到指定要求。此方法是通過重複檢測河流水體汙染指標_投放複合菌劑的步驟，來達到最終的要求，成本較高。申請號為CN201010596971. 9、發明名稱為《一種湖泊富營養化修複方法》的發明專利申請，公開了一種修復湖泊富營養化的技術方案，技術方案包括的步驟為(1)在湖岸上以半埋式依次設置微生物修復水槽、吸附水槽和冷卻水槽；(2)微生物修復階段；(3)吸附階段；(4)冷卻階段；(5)水中生態修復階段。此專利申請和上述發明專利出發點均為生物修復角度，工藝流程較長，且需要專業人員操作，增加了汙水處理成本。又如申請號為CN200910057635. 4、發明名稱為《去水體富營養化的方法》的發明專利申請，技術方案為調查水體中水生生物的群落結構，依據該調查結果，找出食物鏈中缺環或斷鏈環節；在水體中放養肉食性魚類、採取藥物方式或人工捕撈方式，清除水體中的小雜魚和草食性魚類，調整水體魚類群落結構；在0 1. 5m水深的水底種植沉水植物、浮葉植物和挺水植物；在水體中放養濾食性魚類、濾食性貝類、碎屑食性底棲動物及草食性魚類。 該專利也是從生物的角度出發，處理步驟繁瑣，增加了操作難度。現有技術針對河流、湖泊的水體富營養化儘快可以取得一定的修復效果，但是由於原有的生態系統被破壞，水體自淨能力弱，水體系統對外界環境的衝擊缺乏緩衝處理能力，因此水體的處理效果難以維持，容易再次發生富營養化汙染。且現有技術主要從生物修復角度出發，藻類的大量繁殖只是富營養化帶來的一種不良現象，僅僅去除藻類不是治本的方法，要徹底解決問題還要從生態平衡的角度考慮。現階段主要的任務是向富營養化水體或衰老的水體注入活力，增強水體免疫力， 提高水體自身的去汙力，使水體成為健康的、有生命力的水
發明內容
本發明目的在於提供一種包括磁化裝置的修復富營養化水體的組合裝置及方法， 主要解決湖泊和河流水體富營養化問題，本發明從生態平衡的角度，不僅解決掉大量繁殖的藻類，還提高了水體自淨能力，向富營養化水體或衰老的水體注入活力，增強水體免疫力，長期有效的解決水體富營養化問題。本發明克服了傳統方法中水體含氧量低、微生物生化反應不完全等難點，不僅能夠將氧超飽和的溶於水中，而且可以使好氧微生物大量繁殖， 從而加速水中有機物的分解，減少藻類的營養源。為實現上述發明目的，本發明採取的技術方案為
一種水體磁化裝置，所述磁化裝置包括磁化通道和法蘭，所述法蘭位於所述磁化通道的兩端；其改進之處在於所述磁化通道包括由不導磁材料製成的內圈和外壁，所述內圈的外圓周設有永磁鐵，所述外壁的內圓周設有磁屏蔽材料。本發明的另一優選技術方案為所述內圈和外壁同中軸線，所述永磁鐵的形狀為扇形。本發明的又一優選技術方案為所述永磁鐵與所述內圈貼合，所述永磁鐵與所述磁屏蔽材料之間留有空隙。本發明的再一優選技術方案為所述永磁鐵和所述磁屏蔽材料密封於所述內圈、 外壁和法蘭形成的空腔內部。本發明的再一優選技術方案為所述磁化通道內部的磁感應強度B值大於 7 X IO3Gs。本發明的再一優選技術方案為一種包括磁化裝置的修復富營養化水體的組合裝置，所述組合裝置包括水泵、磁化裝置、細分子化裝置和制氧裝置。本發明的再一優選技術方案為所述水泵、所述磁化裝置和所述制氧裝置分別與所述細分子化裝置連接。本發明的再一優選技術方案為一種利用組合裝置修復富營養化水體的方法，其改進之處在於所述方法包括如下步驟將水體進行細分子化超飽和溶氧；對步驟1中經細分子化超飽和溶氧後水體進行磁化。由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果包括1)整個工藝管理集中、操作簡單、維護方便、運行安全可靠2)只需水流經設備的動力，無其其他能耗3)設備體積小，重量輕4)無汙染，使用壽命長5)適應各種條件和環境
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1是磁化裝置整體示意圖；圖2是磁化裝置A-A截面示意圖；圖3是組合裝置整體示意圖；1-磁化通道，2-法蘭，3-永磁體，4-內圈，5-外壁，6_屏蔽材料，7_水泵，8_磁化裝置，9-細分子化裝置，10-制氧裝置，11-淨化後水體，12-淨化前水體。
具體實施例方式下面結合實例對本發明進行詳細的說明。本發明以物質與能量平衡的原理為理論基礎，以氣、液、固「三態分離」多原理綜合協調物化、生化反應為機理，以恢復和發揮水體自身淨化功能為手段，以創造一個自然循環的水體生態環境為目的，系統深入地探索了低物能平衡細分子化物質作用過程，建立起了新的物化、生化動態平衡反應體系。本發明方法的細分子化、超飽和溶氧、超強磁化技術， 克服了傳統方法中水體含氧量低、微生物生化反應不完全等難點，不僅能夠將氧超飽和的溶於水中，而且可以使好氧微生物大量繁殖，從而加速水中有機物的分解，減少藻類的營養源。本發明將上述技術引用到河湖水處理中，為河湖水體富營養化這個世界難題的解決提供了全新的治理思路。如圖1所示水體磁化裝置的整體示意圖，磁化裝置包括磁化通道1和法蘭2，法蘭 2位於磁化通道1的兩端，其中法蘭2起到方便連接的作用。磁化通道1為圓形，磁化通道 1內部沿磁化通道1的圓周方向具有高磁通密度磁場，水體以一定流速沿磁化通道1的軸線方向通過磁化通道1時進行磁力線切割，流過磁化通道1的水體被磁化，由於切割磁力線使水的性質發生變化。圖2為磁化裝置的A-A剖面圖，磁化通道1包括內圈4和外壁5，內圈4和外壁5 的橫截面均為圓形，且內圈4和外壁5同軸線，所述磁化通道1的內圈4與外壁5之間設置永磁體3，為方便放置，永磁體3為扇形，永磁鐵3可以與內圈4貼合；沿磁化通道1的圓周方向和軸線方向設置數塊永磁體3，處於磁化通道1內的永磁鐵3和與其處於相對位置的永磁鐵3通過磁力作用緊貼與內圈4，外壁5與永磁鐵3之間設置磁屏蔽材料6，磁屏蔽材料 6的磁導率根據磁化裝置的磁場強度而定。圖3為組合裝置整體示意圖，所述組合裝置包括水泵7、磁化裝置8、細分子化裝置 9和制氧裝置10。將各裝置按圖3所示連接關係進行布置，放於需要治理水體的附近，制氧裝置10與細分子化裝置9相連接，通過水泵7使得水一定速度流過經過細分子化裝置9 時，細分子化裝置9將氧氣溶於水體，對水體進行細分子化超飽和溶氧，經過超飽和溶氧的水體以一定流速流經磁化裝置8，並進行磁力線切割，流經磁化裝置8的水體成為磁化水； 經細分子化裝置9和磁化裝置8處理，得到淨化後的水體。實施例1 細分子化超飽和溶氧細分子化超飽和溶氧裝置是利用物理作用，使締合的大的水分子團分散成為獨立的單個分子，增加了水分子間的空隙率，同時將氧氣分子同樣細化後，溶入到水分子間的空隙裡，使氧氣超飽和的溶解於水中。汙水經該裝置細化以後，提高了水、氣和水中物質的活性、活力及活化能力，增加了接觸面積，提高了氣、固、液均質混合及傳質速度，改變了物質反應環境，提高了體系界面自由能及濃度擴散傳遞推力，從而有效地提高了各種物質在水中的溶解能力，為微生物的生長和繁殖提供了適宜的環境。水體經細分子化後還可達到以下效果氧在水中的濃度可達到50mg/L以上，自來水氧氣含量只能達到4_6mg/L，所以水體經細分子化處理後氧濃度大幅提高，成為超飽和溶氧水。經細分子化超飽和溶氧後的水體經過一年後，測量剩餘氧的濃度為原來的60%以上，氧的利用率可達到95%以上，而常規曝氣法是很難做到的，如穿孔曝氣溶氧的利用率僅能達到5% 10%，而微孔曝氣溶氧利用率也僅能達到20% 40%左右。該裝置可將氧超飽和地溶解在水中，給水體創造一個充分的好氧環境，好氧微生物大量繁殖有利於水中各種汙染物的去除，有利於改善水體的生態環境。氧在水中的作用可總結如下(1)有機物好氧分解代謝好氧分解代謝是指在水中好氧微生物和兼性微生物(異養型細菌)的參與下，在溶解氧充足的條件下，將水中的有機物(以COD表示)分解成為CO2和H2O,並釋放出能量的代謝過程。
(2)有機氮的氨化和氨氮的硝化作用在溶解氧充足的情況下，有機氮在氨化菌的作用下，發生「氨化反應」被分解轉化為氨態氮；氨態氮又在硝化菌的作用下發生「硝化反應」轉化為亞硝酸氮、硝酸氮，再通過反硝化反應將硝酸氮、亞硝酸氮還原成氣態氮排出水體，從而達到脫氮的目的。(3)生物除磷廢水中常見的磷的形態是磷酸鹽(H2P04_，HPO42-, P043_)，聚磷酸鹽和有機磷。在一般的廢水中，90 %左右的磷以磷酸鹽形式存在。聚磷菌在厭氧狀態下吸收乙酸等低脂肪酸併合成一種鹽(PHB)於細胞內，所需要的能量來源於菌體內聚磷的分解，這樣也就導致了磷酸鹽的釋放。在好氧區內，聚磷菌以游離氧為電子受體，將體內存儲的PHB好氧分解，並利用分解產生的能量，過量的攝取水體中的磷酸鹽，在細胞內轉化為聚磷，這樣，好氧聚磷量大於厭氧釋磷量，就可以通過沉澱作用來實現生物除磷的目的。總之，向富營養化的水體中超飽和的溶入氧氣，在上述幾種作用的共同作用下，將逐步恢復水體的自然生態平衡，提高水體的自淨能力。實施例2 超強磁化超強磁化裝置利用高磁通密度磁場，其磁力強度是普通鐵氧體磁鐵的幾十倍，使用壽命高達10年以上；而且對水進行磁化時唯一需要的動力就是讓水以不低於所必需的速度流過磁場，不需再增加過多的能耗，超強磁化裝置一般不需要維修、調整和保養。經實踐該裝置對人體及流經裝置的水對水生生物均不造成危害。水體經磁化處理後，由於磁場的磁化作用使大分子團的水分子發生了變化。微粒子極性增強，凝聚力減弱，使水中原有的較長的締合分子鏈被截斷為較短的締合分子鏈和帶電離子的變形，破壞了離子間的靜電吸引力。水分子之間的吸附力小了，水由13 18 個水分子集合而成的大分子團變成了由5 6個水分子集合成的小分子團或單個水分子， 使水的活性大大提高；水分子的表面張力增強；水分子滲透力增強，具有界面能；水分子鍵同時發生了角度和長度的變化，氫鍵角從105°減少到103°左右；使水的酸鹼度發生了變化，PH值約上升0.4 1.0。水體經磁化後可達到以下效果(1)使富氧水連續從感應磁場中通過，水中則產生5X10_5%的H2O2，這是一種很強的氧化劑，可使水中的有機物直接氧化分解，從而降低汙水中的COD ；
(2)利用氧的順磁場性和氮的逆磁場性，將水中存在的硝酸態氮分解，使氮元素以氮氣的形式逸出水體，從而減少了藻類的營養元素氮；(3)超強磁場在流動的水體中以切割磁力線的方式，使水中藻類的細胞壁變薄，造成細胞液流失，導致藻類的死亡，從而達到了除藻的功能；(4)汙水磁化具有很強的選擇細菌作用，直接滅菌率可達70% 80%，但不能使所有的微生物死亡，尤其是功能微生物，生存下來的會提高水體自淨能力；(5)流動的水被磁化後在水中形成電流，電流的存在使水中的氧變成了活性氧；(6)磁化可促進高等水生物生長，有利於生態系統恢復，提高水體自淨能力。 實施例3 氮、磷的去除影響河湖藻類生長的主要因素為氮、磷等營養物，本發明所述方法可通過如下途徑去除氮、磷等營養物(1)氮的去除A.細分子化超飽和溶氧裝置的作用該裝置在超飽和溶氧的同時，降低了 NH3-N在液體表面的壓力及其與水的親合力， 從而降低了 NH3-N在水中的溶解能力，增強了其釋放擴散能力，這樣就使部分NH3-N從液相轉入到氣相而被排出水體。B.超強磁化裝置的作用該裝置利用氧的順磁場性和氮的逆磁場性，將水中存在的硝酸氮分解，使氮元素以氮氣的形式逸出水體，從而減少了藻類的營養元素氮。C.好氧微生物的作用水體經過細分子化超飽和溶氧後，使溶解氧能夠被好氧微生物更好的吸收和利用，增加了好氧微生物的數量，增強了好氧微生物的活力、活性；提高了好氧微生物轉化氮的能力。(2)磷的去除A.化學除磷作用(Fe3+和Al3+)在含有較高溶解氧的情況下，有利於將水中的Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+與磷酸鹽結合形成難溶的磷酸鐵沉澱到底泥當中去，使水中的可溶性磷酸鹽減少。並且Fe3+在中性條件或鹼性條件下，生成的氫氧化鐵膠體亦會吸附水中的游離態磷，形成大的絮體將其沉降到水底。鋁離子(Al3+)等其他金屬離子也有上述凝聚沉澱作用。B.微生物除磷在溶解氧充足的情況下，聚磷菌大量攝取磷，將磷以聚合的形態貯存在菌體內，從而達到將磷從水中去除的目的。(3)水生生物對於氮、磷的去除由於細分子化和磁化可促進高等水生生物的生長，增加魚體內酶的活性，從而可以增加水生生物對於氮、磷的去除。A.食物鏈重組在河水中，存在如下的食物鏈藻類——浮遊生物——食浮遊生物魚類——食魚魚類。藻食性魚類可以有效地去除水中氮、磷等營養元素。田螺、河蛘等，也能削減底泥中的氮、磷等營養鹽。B.水生植物在經過處理的河水中，水生植物迅速生長，其生長過程會消耗水中大量的氮、磷等
營養鹽。(4)其他汙染物的去除
含有溶解氧的水連續從感應磁場 中通過，水中則產生5X 10-5%的H2O2，可使水中的有機物直接氧化分解，從而降低汙水中的COD。同時富含氧的水磁化後，水中氧的活性大大增加，促進水中COD及BOD的降解。實施例4 採用本發明方法對北海公園北門水體進行處理，2011年5月26日-2011年6月7 日期間使用組合裝置對水體進行處理，處理前後的水體樣本送往清華大學環境質量檢測中心進行檢測，處理前水樣檢測報告編號為=CEQT-BG(W)-11052603 ；處理後水樣檢測報告編號為CEQT-BG(W)-11060703。檢測報告中的檢測項目包括C0D、BOD5、總磷、總氮、氨氮、葉
綠素a ；其中各項檢測項目的檢測依據為COD 快速消解分光光度法，HJ/T399-2007 ；BOD5 水質五日生化需氧量(BOD5)的測定稀釋和接種法，GB/T7488-1987 ；總磷總磷的測定，鉬酸銨分光光度法，GB/T11893-1989 ；總氮總氮的測定，鹼性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，GB/T11894-1989 ；氨氮銨的測定，水楊酸分光光度法，GB/T7481-1987 ；葉綠素a 《水和廢水監測分析方法》2002 (第四版)紫外可見光分光光度法；北海北門水體取樣各項目測試結果參見表1。表 權利要求
1.一種水體磁化裝置，所述磁化裝置(8)包括磁化通道(1)和法蘭(2)，所述法蘭(2) 位於所述磁化通道(1)的兩端；其特徵在於所述磁化通道(1)包括不導磁材料製成的內圈 (4)和外壁(5)，所述內圈(4)的外圓周設有永磁鐵(3)，所述外壁(5)的內圓周設有磁屏蔽材料(6)。
2.如權利要求1所述的一種水體磁化裝置，其特徵在於所述內圈(4)和外壁(5)同中軸線，所述永磁鐵(3)的形狀為扇形。
3.如權利要求1所述的一種水體磁化裝置，其特徵在於所述永磁鐵(3)與所述內圈 (4)貼合，所述永磁鐵(3)與所述磁屏蔽材料(6)之間留有空隙。
4.如權利要求1所述的一種水體磁化裝置，其特徵在於所述永磁鐵(3)和所述磁屏蔽材料(6)密封於所述內圈(4)、外壁(5)和法蘭⑵形成的空腔內部。
5.如權利要求1所述的一種水體磁化裝置，其特徵在於所述磁化通道(1)內部的磁感應強度B值大於7 X IO3Gs。
6.一種包括如權利1所述磁化裝置的修復富營養化水體的組合裝置，其特徵在於所述組合裝置包括水泵(7)、磁化裝置(8)、細分子化裝置(9)和制氧裝置(10)。
7.如權利要求6所述的一種修復富營養化水體的組合裝置，其特徵在於所述水泵(7)、 所述磁化裝置(8)和所述制氧裝置(10)分別與所述細分子化裝置(9)連接。
8.一種利用權利要求6所述的組合裝置修復富營養化水體的方法，其特徵在於所述方法包括如下步驟步驟1 將水體進行細分子化超飽和溶氧；步驟2 對步驟1中經細分子化超飽和溶氧後水體進行磁化。
全文摘要
本發明提供了一種包括磁化裝置的修復富營養化水體組合裝置及方法，屬於水、廢水或汙水的處理技術領域。本發明方法從生態平衡的角度出發，建立起新的物化、生化動態平衡反應體系。該方法使水體含氧量增高、微生物生化反應完全，將氧超飽和的溶於水中，使好氧微生物大量繁殖，加速水中有機物的分解，減少藻類的營養源。本發明的組合裝置包括水泵、細分子化裝置、制氧裝置和磁化裝置；本發明方法包括步驟通過取水泵使富營養化水體流經細分子化超飽和溶氧裝置，細分子化超飽和溶氧後的小分子富氧水流經超強磁化裝置被磁化。本發明方法工藝簡單，成本低，恢復了水體自身淨化功能，效果持久，為河湖水體富營養化的解決提供了全新的治理思路。
文檔編號C02F7/00GK102267748SQ20111020509
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者扈乃維 申請人:扈乃維