[發(fā)明專利]一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置

有效

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• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104326560A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯顯強(qiáng);李青云;吳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 長江水利委員會長江科學(xué)院
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水資源保護(hù)與水環(huán)境治理領(lǐng)域，具體是一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置。

背景技術(shù)

過量營養(yǎng)物質(zhì)(主要是氮磷)造成的湖庫水體富營養(yǎng)化的程度和范圍在我國呈快速發(fā)展趨勢，形勢十分嚴(yán)峻。以湖泊為例，富營養(yǎng)化比例在上世紀(jì)70年代、80年代和90年代分別為41％、61％和77％。2007-2010年的湖泊水質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，我國85.4％的大型淺水湖泊超過了富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)，其中40.1％為重度富營養(yǎng)化。湖庫水體富營養(yǎng)化惡化水質(zhì)，誘發(fā)“水質(zhì)性”缺水危機(jī)，降低水資源綜合利用效率和安全供水保障能力，極大削弱水資源對國民經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略支撐作用。

過量營養(yǎng)物質(zhì)控制是水體富營養(yǎng)化防治的關(guān)鍵。研究表明，水體中的氮能夠通過大氣循環(huán)補(bǔ)給，控制相對困難；而磷的循環(huán)簡單，已成為絕大多數(shù)湖庫發(fā)生水體富營養(yǎng)化的限制性因素。對水體富營養(yǎng)化來說，磷是污染物；但磷還是不可再生資源，全球具有經(jīng)濟(jì)價值的磷礦將在2030年消耗殆盡，磷資源短缺的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。與此同時，環(huán)境水體中80％的磷來源于污水排放，以2000年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，我國污水排放的磷占當(dāng)年磷礦開采量的30％以上。未加有效處置的磷排放不僅導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)不堪重負(fù)，引發(fā)湖庫水體富營養(yǎng)化，還造成嚴(yán)重資源流失。

富營養(yǎng)化水體處理及磷回收不僅能夠改善湖庫水環(huán)境質(zhì)量，還能提高磷資源可持續(xù)利用效率。目前，國內(nèi)外對富營養(yǎng)化水體大多采用生態(tài)修復(fù)的方法，見效慢且不能將氮磷營養(yǎng)鹽有效移除水體。磷回收方面，生活污水、工業(yè)廢水或污泥中高濃度氮磷的研究較多，提出了基于吸附、磷酸銨鎂結(jié)晶、沉淀等原理的營養(yǎng)物質(zhì)去除或回收方法；但如何回收富營養(yǎng)化天然水體中的磷鮮有報道。與水量小，磷濃度高的生活污水、工業(yè)廢水等相比，天然富營養(yǎng)化水體的水量大，磷濃度較低(通常低于0.5mg/L)，采用傳統(tǒng)水處理工藝將富營養(yǎng)化湖庫水體抽到岸邊進(jìn)行脫氮除磷處理，耗資巨大且效果有限；吸附或沉淀結(jié)晶回收低濃度磷時，材料消耗量大且效率低，經(jīng)濟(jì)可行性較差。因此，如何低成本處理富營養(yǎng)化水體，并實施磷成為亟需解決的一個難題。

本發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有富營養(yǎng)化水體處理及磷回收技術(shù)存在較大不足，特別是磷回收，局限于處理磷濃度高的生活污水、工業(yè)廢水和污泥等，多采用吸附或結(jié)晶工藝，需建設(shè)配套設(shè)施和消耗試劑材料，運(yùn)行成本較高，難以推廣應(yīng)用于天然富營養(yǎng)化水體處理。與此同時，湖庫水面開闊，太陽能利用條件優(yōu)越，利用太陽能低成本原位處理富營養(yǎng)化水體并實施磷回收，削減水體磷含量，將是解決天然水體富營養(yǎng)化的新思路，具有極大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會效益和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，無需將水體抽取到岸邊處理，也不必加入吸附或結(jié)晶沉淀材料，主要依靠太陽能供給能源，強(qiáng)化生物脫氮除磷，實施原位磷回收，該裝置野外工作能力強(qiáng)，運(yùn)行成本低，無固體廢物產(chǎn)生，回收的磷能直接用作肥料。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，包括太陽能電池板及與太陽能電池板相連的浮筒，浮筒上設(shè)有污水泵、污泥泵、蓄電池、空壓機(jī)，太陽能電池板與蓄電池連接，污水泵、污泥泵和空壓機(jī)分別與蓄電池連接；浮筒的中部設(shè)有厭氧區(qū)，厭氧區(qū)的底部通過泥水混合區(qū)與污泥沉降區(qū)聯(lián)通，浮筒外的富營養(yǎng)化水體和污泥沉降區(qū)中的污泥分別通過污水泵和污泥泵抽入泥水混合區(qū)，厭氧區(qū)的上部與設(shè)置在厭氧區(qū)外圍的缺氧區(qū)連通，缺氧區(qū)的上部與下部分別與好氧區(qū)聯(lián)通，厭氧區(qū)和好氧區(qū)中懸掛有生物繩，好氧區(qū)的底部設(shè)有與空壓機(jī)連接的微孔曝氣頭，浮筒的上部兩側(cè)設(shè)有與好氧區(qū)聯(lián)通的排水口。

如上所述的裝置，污泥沉降區(qū)與泥水混合區(qū)之間設(shè)有泥水混合區(qū)隔板，泥水混合區(qū)隔板上設(shè)有回流污泥入口和進(jìn)水口，污水泵將浮筒外的富營養(yǎng)化水體經(jīng)進(jìn)水口抽入泥水混合區(qū)，污泥泵抽取污泥沉降區(qū)的污泥經(jīng)回流污泥入口進(jìn)入泥水混合區(qū)。

如上所述的裝置，厭氧區(qū)的上部通過厭氧區(qū)帶孔隔板與缺氧區(qū)連通。

如上所述的裝置，缺氧區(qū)與好氧區(qū)通過豎直的缺氧-好氧導(dǎo)流隔板隔開，缺氧區(qū)的混合液經(jīng)缺氧-好氧導(dǎo)流隔板底部進(jìn)入好氧區(qū)，缺氧-好氧導(dǎo)流隔板的底部設(shè)置向內(nèi)彎折的好氧-缺氧引流板，好氧區(qū)的硝態(tài)氮經(jīng)好氧-缺氧引流板回流進(jìn)入缺氧區(qū)。

如上所述的裝置，生物繩采用聚丙烯或活性炭纖維制成。如上所述的裝置，污泥沉降區(qū)中過量吸收磷的污泥大部分通過污泥泵以定期排泥的方式進(jìn)行磷回收。

由于采用了上述方案，本發(fā)明突出的技術(shù)創(chuàng)新和顯著進(jìn)步為：