一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置制造方法
【專利摘要】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其相連的浮筒，浮筒上設(shè)有污水泵、污泥泵、蓄電池、空壓機，太陽能電池板與蓄電池連接，污水泵、污泥泵和空壓機分別與蓄電池連接；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，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。本實用新型無需將水體抽取到岸邊處理，野外工作能力強，運行成本低，無化學(xué)藥劑和材料投入，更無固體廢物產(chǎn)生，不僅能夠去除水體有機物和氮，還可以污泥形式回收磷。
【專利說明】一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水資源保護與水環(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)】
[0002]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，形勢十分嚴峻。以湖泊為例，富營養(yǎng)化比例在上世紀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，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，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)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略支撐作用。
[0003]過量營養(yǎng)物質(zhì)控制是水體富營養(yǎng)化防治的關(guān)鍵。研宄表明，水體中的氮能夠通過大氣循環(huán)補給，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，引發(fā)湖庫水體富營養(yǎng)化，還造成嚴重資源流失。
[0004]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宄較多，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。
[0005]本發(fā)明人在實現(xiàn)本實用新型的過程中發(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、社會效益和應(yīng)用前景。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型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，強化生物脫氮除磷，實施原位磷回收，該裝置野外工作能力強，運行成本低，無固體廢物產(chǎn)生，回收的磷能直接用作肥料。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]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，太陽能電池板與蓄電池連接，污水泵、污泥泵和空壓機分別與蓄電池連接；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。
[0009]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水口，污水泵將浮筒外的富營養(yǎng)化水體經(jīng)進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)回流污泥入口進入泥水混合區(qū)。
[0010]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。
[0011]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-缺氧弓I流板，好氧區(qū)的硝態(tài)氮經(jīng)好氧-缺氧弓I流板回流進入缺氧區(qū)。
[0012]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行磷回收。
[0013]由于采用了上述方案，本實用新型突出的技術(shù)創(chuàng)新和顯著進步為:
[0014](I)采用浮筒式結(jié)構(gòu)，將水處理與磷回收集中一體化布置，實現(xiàn)了富營養(yǎng)化水體的原位處理，突破了傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)或?qū)⑺w抽取到岸邊處理的思路，不僅能夠去除水體有機物和氮，還能回收磷，解除磷對水體富營養(yǎng)化的限制。
[0015](2)在浮筒內(nèi)集成微孔曝氣和生物繩，強化微生物脫氮除磷性能，聚磷菌過量吸收水體中磷通過沉淀污泥的形式回收，擺脫了傳統(tǒng)吸附或結(jié)晶沉淀回收磷的約束，無化學(xué)藥劑和材料投入，更無固體廢物產(chǎn)生，以污泥形式回收的磷可直接用作肥料。
[0016](3)充分利用了富營養(yǎng)化水體水面開闊和太陽能資源利用條件好的特點，采用太陽能驅(qū)動。太陽能供電一般為充電和用電交替，與水處理和磷回收過程中的厭氧、缺氧和好氧交替相適應(yīng)，電力供需協(xié)調(diào)性好。
[0017](4)浮筒無需外源動力、藥劑和其他耗材投入，可固定或移動式運行，野外工作能力強，既能單個浮筒長期在某一水域處理，也可多個浮筒在該水域集中處理，工作方式靈活，維護管理簡單，推廣應(yīng)用條件好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]I一浮筒，2一厭氧區(qū)，3一缺氧區(qū)，4一好氧區(qū)，5一缺氧_好氧導(dǎo)流隔板，6一微孔曝氣頭，7—污泥泵，8—回流污泥入口，9一進水口，10—泥水混合區(qū)，11一厭氧區(qū)污泥沉降隔板，12—生物繩，13—厭氧區(qū)帶孔隔板，14一好氧-缺氧引流板，15—污泥沉降區(qū)，16—污泥，17—排水口，18—空壓機，19—污水栗，20—蓄電池，21—太陽能電池板，22—泥水混合區(qū)隔板。

【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0021]圖1所示為本實用新型太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置包括太陽能電池板21及與其相連的浮筒I。本實用新型實施例的浮筒I采用防水、防腐和防撞高密度聚乙烯材質(zhì)，用于給整個裝置提供浮力。浮筒I內(nèi)設(shè)有泥水混合區(qū)10、厭氧區(qū)2、缺氧區(qū)3、好氧區(qū)4、污泥沉降區(qū)15 ;還布置有蓄電池20、污水泵19、污泥泵7和空壓機18。
[0022]浮筒I的中部設(shè)有厭氧區(qū)2，厭氧區(qū)2的底部與泥水混合區(qū)10聯(lián)通，厭氧區(qū)2的底部設(shè)有向下傾斜的厭氧區(qū)污泥沉降隔板11，便于污泥方便地落入泥水混合區(qū)10。泥水混合區(qū)10的下部為污泥沉降區(qū)15，污泥沉降區(qū)15與泥水混合區(qū)10之間設(shè)有泥水混合區(qū)隔板22，泥水混合區(qū)隔板22上設(shè)有回流污泥入口 8和進水口 9。污水泵19將浮筒I外的富營養(yǎng)化水體經(jīng)進水口 9抽入泥水混合區(qū)10，同時污泥泵7抽取污泥沉降區(qū)15的污泥16經(jīng)回流污泥入口 8也進入泥水混合區(qū)10。
[0023]厭氧區(qū)2的上部與設(shè)置在厭氧區(qū)2外圍的缺氧區(qū)3連通，具體的，厭氧區(qū)2的上部通過厭氧區(qū)帶孔隔板13與缺氧區(qū)3連通。缺氧區(qū)3的外圍設(shè)置好氧區(qū)4，缺氧區(qū)3的上部與下部分別與好氧區(qū)4聯(lián)通，具體的，缺氧區(qū)3與好氧區(qū)4通過豎直的缺氧-好氧導(dǎo)流隔板5隔開，缺氧區(qū)3的混合液經(jīng)缺氧-好氧導(dǎo)流隔板5底部進入好氧區(qū)4，缺氧-好氧導(dǎo)流隔板5的底部設(shè)置向內(nèi)彎折的好氧-缺氧引流板14，好氧區(qū)4的硝態(tài)氮經(jīng)好氧-缺氧引流板14回流進入缺氧區(qū)3。好氧區(qū)4的底部設(shè)有與空壓機18連接的微孔曝氣頭6，利用空壓機18充氧，可以提高水體溶解氧濃度，以及微生物的活性和數(shù)量。
[0024]在浮筒I內(nèi)的厭氧區(qū)2和好氧區(qū)4中懸掛有生物繩12，生物繩12采用特殊的紡織材料(例如聚丙烯)或活性炭纖維做成，具有親水性能和大比表面積，適合微生物掛膜和增殖。
[0025]污水泵19、污泥泵7、蓄電池20、空壓機18位于厭氧區(qū)2和缺氧區(qū)3的上方，蓄電池20 —方面與太陽能電池板21相連，用于儲蓄電能，另一方面與污水泵19和污泥泵7相連，用于浮筒I進水，排泥或回流污泥。此外，蓄電池20還與空壓機18連接，用于給微孔曝氣頭6提供壓縮空氣，滿足好氧區(qū)4的充氧需求。
[0026]在使用本實用新型裝置進行水體處理時，首先要了解待處理富營養(yǎng)化水域的環(huán)境狀況，包括有機物和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度以及太陽輻射強度和時長等基本參數(shù)?；诖幚硭虻乃|(zhì)條件和太陽能供電能力評估浮筒I處理能力，并為蓄電池20、污水泵19、污泥泵7、空壓機18及太陽能電池板21選型。原則上來說，水體富營養(yǎng)化程度越高，裝置處理效果和磷回收性能越好，建議待處理水域有機物濃度如BOD生化需氧量不低于40mg/L，總磷濃度不低于0.5mg/Lo
[0027]本實用新型的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置的工作原理介紹如下:
[0028]污水泵19將浮筒I外的富營養(yǎng)化水體經(jīng)進水口 9抽入泥水混合區(qū)10，與此同時，污泥泵7抽取污泥沉降區(qū)15的污泥16經(jīng)回流污泥入口 8也進入泥水混合區(qū)10。進水與回流污泥充分混合，促進污泥中的微生物與進水有效接觸，然后自下而上進入?yún)捬鯀^(qū)2。回流污泥與進水的流量比例不低于20%。
[0029]泥水混合后，自下而上進入位于浮筒I中央的厭氧區(qū)2，厭氧區(qū)2內(nèi)懸掛生物繩12，用于增加厭氧區(qū)微生物數(shù)量。進水中有機物被附著在生物繩12表面的微生物厭氧降解，部分含氮有機物被氨化，而聚磷菌則在厭氧條件下釋磷。厭氧過程生成的014等氣體通過厭氧區(qū)2上部的厭氧區(qū)帶孔隔板13的孔隙排出，部分污泥通過厭氧區(qū)2設(shè)置的厭氧區(qū)污泥沉降隔板11沉降進入泥水混合區(qū)10或浮筒I底部的污泥沉降區(qū)15。厭氧區(qū)2溶解氧濃度不高于0.3mg/Lo
[0030]厭氧處理后水體通過厭氧區(qū)2上部厭氧區(qū)帶孔隔板13的孔隙進入缺氧區(qū)3，缺氧區(qū)3的主要功能是進行脫氮，硝態(tài)氮通過混合液內(nèi)循環(huán)，經(jīng)好氧區(qū)4流入，在反硝化作用下硝態(tài)氮被轉(zhuǎn)化為隊或N2O逸出。部分有機物在反硝化菌的作用下利用硝酸鹽作為電子受體而得到降解去除。缺氧區(qū)4溶解氧濃度不高于0.8mg/Lo
[0031]混合液從缺氧區(qū)3進入好氧區(qū)4，好氧區(qū)4布置有微孔曝氣頭6和生物繩12，用于提高微生物活性和數(shù)量。在好氧區(qū)4，除有機物被進一步降解外，氨氮在有氧條件下生成硝態(tài)氮，然后再回流進入缺氧區(qū)3 ;聚磷菌在有氧條件下大量吸收水體中的磷，然后以污泥的形式進入污泥沉降區(qū)，出水通過位于浮筒I兩側(cè)的排水口 17排放。排水口 17的位置比待處理水域水位高0.2m以上，以免外部水體倒灌進入浮筒I。好氧區(qū)4溶解氧濃度不低于2mg/L0
[0032]污泥沉降區(qū)15位于浮筒I底部，用于收集和沉淀好氧區(qū)4形成的污泥16，過量吸收磷的污泥16大部分通過污泥泵7定期排泥的方式進行磷回收，排出富含磷的污泥16可直接用作肥料；另外一部分污泥16通過污泥泵7經(jīng)回流污泥人口 8，進入泥水混合區(qū)10，繼續(xù)開始厭氧-缺氧-好氧循環(huán)。
[0033]厭氧區(qū)2、缺氧區(qū)3和好氧區(qū)4交替運行，不斷處理富營養(yǎng)化水體并沉降磷濃度較高的污泥，污泥過量吸收的磷通過污泥泵7定期以排泥的方式回收，用作農(nóng)業(yè)肥料。
[0034]具體實施時，可采取單個浮筒I在某一水域長期運行，也可采用多個浮筒I集中短期同時運行。為了減少浮筒I凈化后的出水對浮筒I周邊水域的稀釋，還可以將待處理水域設(shè)置圍隔，把浮筒排水輸送至圍隔外排放。
[0035]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:包括太陽能電池板(21)及與太陽能電池板(21)相連的浮筒(I)，浮筒⑴上設(shè)有污水泵(19)、污泥泵(7)、蓄電池(20)、空壓機(18)，太陽能電池板(21)與蓄電池(20)連接，污水泵(19)、污泥泵(7)和空壓機(18)分別與蓄電池(20)連接；浮筒⑴的中部設(shè)有厭氧區(qū)(2)，厭氧區(qū)⑵的底部通過泥水混合區(qū)與污泥沉降區(qū)(15)聯(lián)通，浮筒(I)外的富營養(yǎng)化水體和污泥沉降區(qū)(15)中的污泥(16)分別通過污水泵(19)和污泥泵(7)抽入泥水混合區(qū)(10)，厭氧區(qū)(2)的上部與設(shè)置在厭氧區(qū)(2)外圍的缺氧區(qū)(3)連通，缺氧區(qū)(3)的上部與下部分別與好氧區(qū)(4)聯(lián)通，厭氧區(qū)(2)和好氧區(qū)(4)中懸掛有生物繩(12)，好氧區(qū)(4)的底部設(shè)有與空壓機(18)連接的微孔曝氣頭￠)，浮筒(I)的上部兩側(cè)設(shè)有與好氧區(qū)(4)聯(lián)通的排水口(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:污泥沉降區(qū)(15)與泥水混合區(qū)(10)之間設(shè)有泥水混合區(qū)隔板(22)，泥水混合區(qū)隔板(22)上設(shè)有回流污泥入口(8)和進水口(9)，污水泵(19)將浮筒(I)外的富營養(yǎng)化水體經(jīng)進水口(9)抽入泥水混合區(qū)(10)，污泥泵(7)抽取污泥沉降區(qū)(15)的污泥(16)經(jīng)回流污泥入口(8)進入泥水混合區(qū)(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:厭氧區(qū)(2)的上部通過厭氧區(qū)帶孔隔板(13)與缺氧區(qū)(3)連通。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:缺氧區(qū)(3)與好氧區(qū)(4)通過豎直的缺氧-好氧導(dǎo)流隔板(5)隔開，缺氧區(qū)(3)的混合液經(jīng)缺氧-好氧導(dǎo)流隔板(5)底部進入好氧區(qū)(4)，缺氧-好氧導(dǎo)流隔板(5)的底部設(shè)置向內(nèi)彎折的好氧-缺氧引流板(14)，好氧區(qū)(4)的硝態(tài)氮經(jīng)好氧-缺氧引流板(14)回流進入缺氧區(qū)⑶。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:生物繩(12)采用聚丙烯或活性炭纖維制成。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能富營養(yǎng)化水體處理及磷回收一體化裝置，其特征在于:污泥沉降區(qū)(15)中過量吸收磷的污泥(16)大部分通過污泥泵(7)以定期排泥的方式進行磷回收。
【文檔編號】C02F3/30GK204198492SQ201420674965
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】湯顯強, 李青云, 吳敏 申請人:長江水利委員會長江科學(xué)院