專利名稱：原位回收水體中磷的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是原位回收水體中磷的裝置與方法。
背景技術(shù)：
磷是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)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(huán)境，一般認(rèn)為當(dāng)水體中總磷(TP)含量達(dá)到0. 015mg. L-1時足以導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。據(jù)2010年中國環(huán)境狀況公報，沈個國控重點湖泊(水庫)中，處于富營養(yǎng)化狀態(tài)的占了 M.8%，主要污染指標(biāo)是總磷和總氮。水體中磷的去除技術(shù)主要可分為三大類生物法、 物理法和化學(xué)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(jī)物濃度偏低，因而直接采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(yīng)器中進(jìn)行處理，然后再排回到水體而且滲透膜價格比較高、膜易污染，因此，采用這兩種方法除磷成本較高?；瘜W(xué)法是水體除磷常用的一種方法。通過投加化學(xué)藥劑使水體中的磷形成了不溶于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(wěn)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。目前開采速度計算，地殼中優(yōu)質(zhì)磷礦石(P2O5 > 15% )將在100年之內(nèi)耗至殆盡，而中國磷礦產(chǎn)資源將在70年內(nèi)耗竭。近年來，磷礦石的價格不斷攀升，20世紀(jì)90年代磷礦石價格到2008年已飛漲至近七倍。因此，相較于磷的去除，如何回收磷已成為世界各國共同關(guān)注的熱門課題。目前磷回收研究多集中于從含磷污水中回收磷?；厥占夹g(shù)主要有化學(xué)沉淀法、強(qiáng)化生物除磷工藝與化學(xué)沉淀結(jié)合工藝、結(jié)晶法、吸附/解吸附法等，其中化學(xué)沉淀法已開始應(yīng)用，但由于沉淀過程中產(chǎn)生大量化學(xué)污染，處理成本較高。鳥糞石結(jié)晶磷回收工藝已在美國、荷蘭、英國等國實現(xiàn)工程化，但該法在運行過程中需要補(bǔ)充鎂鹽和銨鹽，且其中NH4+濃度必須控制在一定范圍內(nèi)。 其他幾種方法還處于研究階段。從富營養(yǎng)化水體中回收磷(磷濃度較低)的技術(shù)研究和工程應(yīng)用鮮有報道。本項目技術(shù)主要基于離子交換的原理，將離子交換樹脂固定于水體中，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(xiàn)從水體中原位回收磷的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)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(shù)問題采用的技術(shù)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(nèi)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并排串聯(lián)成一排或二排的串聯(lián)體，該串聯(lián)體一側(cè)或中間或上方連接有浮物或拉繩，該串聯(lián)體的下方有沉物或繩系的底樁，串聯(lián)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(lián)體寬面?zhèn)劝惭b有正對該寬面的推流式曝氣機(jī)(6)。用上述的原位回收水體中磷的裝置進(jìn)行原位回收水體中磷的方法，采取如下三個步驟(1)安裝點的選擇與安放方法選擇劣于V(五)類的水體中安放，分為流水區(qū)的安放與靜水區(qū)的安放兩種情況，如在流水的溪或河中安放，則串聯(lián)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(lián)體的寬面與水流方向垂直，盡量選擇水寬及水深段安放，整條溪或河中應(yīng)多段安放、層層設(shè)置；相對靜止的水庫、湖泊中均勻布點安放，進(jìn)水和出水區(qū)有較明顯水流方向的，串聯(lián)體的寬面與水流方向盡量垂直，湖泊、水庫中心的水體相對靜止區(qū)，對串聯(lián)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(lián)體的全部或大部分應(yīng)淹沒在水體中；(2)促進(jìn)水體的紊動本裝置安放在流水區(qū)，因流水本身處于紊動狀態(tài)，就可以不在串聯(lián)體寬面?zhèn)仍O(shè)置推流式曝氣機(jī)，但水流過緩或水體中總磷含量高的，可設(shè)置推流式曝氣機(jī)，靜水區(qū)應(yīng)設(shè)推流式曝氣機(jī)，以促進(jìn)水體紊動；(3)磷的回收和串聯(lián)體的重復(fù)使用沉入水體的串聯(lián)體內(nèi)的陰離子交換樹脂對水體中的含磷物進(jìn)行離子交換，待陰離子交換樹脂達(dá)到飽和，將串聯(lián)體從水體中取出，置于 NaCl或NaOH溶液中浸泡l_6h，對陰離子交換樹脂進(jìn)行再生，同時回收了磷，再將串聯(lián)體從浸泡液中取出，用清水反復(fù)沖洗，至沖洗后的水達(dá)到中性，即可將該串聯(lián)體投入水體中，連接浮物與沉物，重復(fù)用于原位回收水體中的磷。本發(fā)明的有益效果是專用于在江河湖泊的水體中除磷，改善江河湖泊水體中的水質(zhì)，設(shè)備成本低、操作方便，循環(huán)利用率高，除磷效果顯著。


圖1、圖2和圖3為本發(fā)明三種形式的結(jié)構(gòu)示意圖(正視)。圖4為配有推流式曝氣機(jī)的本裝置之一種結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。
具體實施例方式本發(fā)明下面結(jié)合實施例并參照附圖予以詳述圖1顯示串聯(lián)體一側(cè)有片狀浮物1 的結(jié)構(gòu)，下方有沉物3，可以是內(nèi)裝砂石的管狀物，一端口可開可閉，按需增減砂石量以作重力調(diào)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)制成， 厚度1-3. 5mm，高度及寬度與各袋或串聯(lián)體的高度及寬度匹配，也可整片與串聯(lián)體匹配，后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(lián)體上方有浮物1、下方有鐵棒之類的沉物3的結(jié)構(gòu)，浮物可以是鐵桶、 塑管、竹桿、聚氨酯泡沫塊等的任一種。圖3顯示串聯(lián)體上方和下方均由繩索4串聯(lián)并配用底樁5固定的結(jié)構(gòu)方式?？傊?，無論何種結(jié)構(gòu)，其目的是使串聯(lián)體淹沒于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，不太適于采用圖2和圖3所示裝置，宜采用圖1所示裝置。圖 2及圖3所示裝置有成本低、串聯(lián)體裝卸方便的優(yōu)點。
推流式曝氣機(jī)6由潛水泵、連接皮管和推流或曝氣器組成，正對串聯(lián)體的寬闊面噴水。圖4顯示片狀浮物1在中間、該浮物兩側(cè)均有袋2的結(jié)構(gòu)，串聯(lián)體寬面?zhèn)扔型屏魇狡貧鈾C(jī)6，適于安放在總磷含量高的靜水區(qū)域。尚需說明的是串聯(lián)體寬及高與河水寬及深相近，只能是一種大致的限定，因河水的深度并不一致，河床地形并不平整，河水的深淺隨天晴天雨或上游來水多少而變化，河水的深與寬是個可變值，制成的串聯(lián)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(lián)體中各袋2柔性、鐵桶或竹桿或塑管等為飄浮物，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(chǎn)生大的影響。總之，在首次安放前制作時的寬及高應(yīng)與河水匹配。置放在靜水湖中的并不硬性要求與湖面寬度相近，宜采用圖4所示的結(jié)構(gòu)的裝置在湖泊水體中淹沒即可。理論上說置于水體中的陰離子交換樹脂達(dá)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%的堿水中浸泡1-6小時，對樹脂實現(xiàn)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(lián)體置于水體中2- 可達(dá)飽和，若每隔2- 取出、浸飽、清洗再安放，過余頻繁，勞動強(qiáng)度過大，巧遇雨雪天或晚上，操作不便且不安全， 因此，一般可采用1-5天取出一次較實際。間隔時間過長，易造成裝置外結(jié)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制成，織物厚度為0. 5-1. 5mm，其內(nèi)按^^/1112的充填率置放201X4或201X7規(guī)格的陰離子交換樹脂，該樹脂由市售獲得。串聯(lián)體可用繩索4串聯(lián)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(huán)結(jié)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(guī)方法，推流式曝氣機(jī)6與串聯(lián)體的安裝距離應(yīng)按所需紊動的程度、該機(jī)的功率大小、串聯(lián)體寬面面積的大小和水體中含磷總量多少而定，可根據(jù)經(jīng)驗或略加調(diào)試確定。至于從經(jīng)鹽或堿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(shù)方案解決的問題，本專利申請中不再涉及。下面將采用本裝置(圖1所示結(jié)構(gòu))置于河水中吸附磷的對比試驗結(jié)果介紹如下將本磷回收裝置安放在一段河道進(jìn)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。采用寬15m，高的串聯(lián)體，以^g/m2的充填率充填201X7型的陰離子交換樹脂，吸附飽和的樹脂采用 % NaCl溶液再生，同時回收樹脂中的磷。為了提高河水的流動性，采用推流式曝氣機(jī)進(jìn)行人工造流。實施前后河水中TP濃度見下表。
權(quán)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，其特征是所說的陰離子交換樹脂柱呈袋形，袋內(nèi)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)豎向并排串聯(lián)成一排或二排的串聯(lián)體，該串聯(lián)體一側(cè)或中間或上方連接有浮物(1)或拉繩，該串聯(lián)體的下方有沉物C3)或繩系的底樁(5)，串聯(lián)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(quán)利要求1所述的原位回收水體中磷的裝置，其特征是所說的串聯(lián)體寬面?zhèn)劝惭b有正對該寬面的推流式曝氣機(jī)(6)。
3.一種用權(quán)利要求1所述的原位回收水體中磷的裝置進(jìn)行原位回收水體中磷的方法， 其特征是采取如下三個步驟(1)安裝點的選擇與安放方法選擇劣于V類的水體中安放，分為流水區(qū)的安放與靜水區(qū)的安放兩種情況，如在流水的溪或河中安放，則串聯(lián)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(lián)體的寬面與水流方向盡量垂直，盡量選擇水寬及水深段安放，整條溪或河中應(yīng)多段安放、層層設(shè)置；相對靜止的水庫、湖泊中均勻布點安放，進(jìn)水和出水區(qū)有較明顯水流方向的，串聯(lián)體的寬面與水流方向盡量垂直，湖泊、水庫中心的水體相對靜止區(qū)，對串聯(lián)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(lián)體的全部或大部分應(yīng)淹沒在水體中；(2)促進(jìn)水體的紊動本裝置安放在流水區(qū)，因流水本身處于紊動狀態(tài)，就可以不在串聯(lián)體寬面?zhèn)仍O(shè)置推流式曝氣機(jī)，但水流過緩或水體中總磷含量高的，可設(shè)置推流式曝氣機(jī)， 靜水區(qū)應(yīng)設(shè)推流式曝氣機(jī)，以促進(jìn)水體紊動；(3)磷的回收和串聯(lián)體的重復(fù)使用沉入水體的串聯(lián)體內(nèi)的陰離子交換樹脂對水體中的含磷物進(jìn)行離子交換，待陰離子交換樹脂達(dá)到飽和，將串聯(lián)體從水體中取出，置于NaCl 或NaOH溶液中浸泡l_6h，對陰離子交換樹脂進(jìn)行再生，同時回收了磷，再將串聯(lián)體從浸泡液中取出，用清水反復(fù)沖洗，至沖洗后的水達(dá)到中性，即可將該串聯(lián)體投入水體中，連接浮物與沉物，重復(fù)用于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(nèi)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)豎向并排串聯(lián)成一排或二排的串聯(lián)體，該串聯(lián)體一側(cè)或中間或上方連接有浮物(1)或拉繩(4)，該串聯(lián)體的下方有沉物(3)或繩系的底樁(5)，串聯(lián)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(jìn)行原位回收水體中磷的方法采取三個步驟一是安放與點的選擇，二是促進(jìn)水體紊動，三是磷的回收與串聯(lián)體的重復(fù)使用。采用本裝置和配套方法除磷，改善水質(zhì)效果好、成本低、操作方便，循環(huán)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(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者肖繼波, 褚淑祎 申請人:浙江農(nóng)林大學(xué)