CN102398960A - 原位回收水体中磷的装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种原位回收水体中磷的装置，包括阴离子交换树脂柱，所说的阴离子交换树脂柱呈袋形，袋内置放有充填率为1-3kg/m2的阴离子交换树脂且封口，该袋为扁平的块形化纤织物袋，称为阴离子交换树脂袋(2)，多个如此的阴离子交换树脂袋(2)竖向并排串联成一排或二排的串联体，该串联体一侧或中间或上方连接有浮物(1)或拉绳(4)，该串联体的下方有沉物(3)或绳系的底桩(5)，串联体的高度及宽度分别与待处理河水的深度及宽度相近。用本装置进行原位回收水体中磷的方法采取三个步骤：一是安放与点的选择，二是促进水体紊动，三是磷的回收与串联体的重复使用。采用本装置和配套方法除磷，改善水质效果好、成本低、操作方便，循环利用率高。

Description

原位回收水体中磷的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种环境保护技术领域，具体是原位回收水体中磷的装置与方法。

背景技术

磷是引起水体富营养化的关键元素之一，过量的磷会引起赤潮，危害河流、湖泊、海洋的水体环境，一般认为当水体中总磷(TP)含量达到0.015mg.L^-1时足以导致水体富营养化。据2010年中国环境状况公报，26个国控重点湖泊(水库)中，处于富营养化状态的占了54.8％，主要污染指标是总磷和总氮。水体中磷的去除技术主要可分为三大类：生物法、物理法和化学法。生物法可使磷的去除率超过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，水中有机物浓度偏低，因而直接采用生物法处理往往难以满足要求。常用的物理法有电渗析和反渗透，这两种方法均能有效地去除水体中磷，但是需要将水抽至电渗析或反渗透反应器中进行处理，然后再排回到水体而且渗透膜价格比较高、膜易污染，因此，采用这两种方法除磷成本较高。化学法是水体除磷常用的一种方法。通过投加化学药剂使水体中的磷形成了不溶于水的磷酸盐沉析物来降低水体中的磷浓度。这种方法磷的去除率高，效果稳定可靠，但是增加了底泥的量及其中磷的浓度。

另一方面，磷是十分宝贵和非常有限的自然资源。目前开采速度计算，地壳中优质磷矿石(P₂O₅＞15％)将在100年之内耗至殆尽，而中国磷矿产资源将在70年内耗竭。近年来，磷矿石的价格不断攀升，20世纪90年代磷矿石价格到2008年已飞涨至近七倍。因此，相较于磷的去除，如何回收磷已成为世界各国共同关注的热门课题。目前磷回收研究多集中于从含磷污水中回收磷。回收技术主要有化学沉淀法、强化生物除磷工艺与化学沉淀结合工艺、结晶法、吸附/解吸附法等，其中化学沉淀法已开始应用，但由于沉淀过程中产生大量化学污染，处理成本较高。鸟粪石结晶磷回收工艺已在美国、荷兰、英国等国实现工程化，但该法在运行过程中需要补充镁盐和铵盐，且其中NH₄ ⁺浓度必须控制在一定范围内。其他几种方法还处于研究阶段。从富营养化水体中回收磷(磷浓度较低)的技术研究和工程应用鲜有报道。

本项目技术主要基于离子交换的原理，将离子交换树脂固定于水体中，利用阴离子交换树脂可与阴离子起交换作用的特点，将磷酸根离子交换到阴离子交换树脂中，实现从水体中原位回收磷的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种原位回收水体中磷的装置与方法。

解决该技术问题采用的技术方法是：本原位回收水体中磷的装置，包括阴离子交换树脂柱，所说的阴离子交换树脂柱呈袋形，袋内置放有充填率为1-3kg/m²的阴离子交换树脂且封口，该袋为扁平的条块形化纤织物袋，称为阴离子交换树脂袋，多个如此的阴离子交换树脂袋竖向并排串联成一排或二排的串联体，该串联体一侧或中间或上方连接有浮物或拉绳，该串联体的下方有沉物或绳系的底桩，串联体的高度及宽度分别与待处理河水的深度及宽度相近。

所说的串联体宽面侧安装有正对该宽面的推流式曝气机(6)。

用上述的原位回收水体中磷的装置进行原位回收水体中磷的方法，采取如下三个步骤：

(1)安装点的选择与安放方法：选择劣于V(五)类的水体中安放，分为流水区的安放与静水区的安放两种情况，如在流水的溪或河中安放，则串联体的宽度及高度分别与溪水或河水的宽度及深度相近，串联体的宽面与水流方向垂直，尽量选择水宽及水深段安放，整条溪或河中应多段安放、层层设置；相对静止的水库、湖泊中均匀布点安放，进水和出水区有较明显水流方向的，串联体的宽面与水流方向尽量垂直，湖泊、水库中心的水体相对静止区，对串联体的宽度和安放方向视情况而为，不作具体限定；上述各种安放，在正常情况下，串联体的全部或大部分应淹没在水体中；

(2)促进水体的紊动：本装置安放在流水区，因流水本身处于紊动状态，就可以不在串联体宽面侧设置推流式曝气机，但水流过缓或水体中总磷含量高的，可设置推流式曝气机，静水区应设推流式曝气机，以促进水体紊动；

(3)磷的回收和串联体的重复使用：沉入水体的串联体内的阴离子交换树脂对水体中的含磷物进行离子交换，待阴离子交换树脂达到饱和，将串联体从水体中取出，置于NaCl或NaOH溶液中浸泡1-6h，对阴离子交换树脂进行再生，同时回收了磷，再将串联体从浸泡液中取出，用清水反复冲洗，至冲洗后的水达到中性，即可将该串联体投入水体中，连接浮物与沉物，重复用于原位回收水体中的磷。

本发明的有益效果是专用于在江河湖泊的水体中除磷，改善江河湖泊水体中的水质，设备成本低、操作方便，循环利用率高，除磷效果显著。

附图说明

图1、图2和图3为本发明三种形式的结构示意图(正视)。

图4为配有推流式曝气机的本装置之一种结构示意图(俯视)。

具体实施方式

本发明下面结合实施例并参照附图予以详述：图1显示串联体一侧有片状浮物1的结构，下方有沉物3，可以是内装砂石的管状物，一端口可开可闭，按需增减砂石量以作重力调整。为不阻挡水流，在各阴离子交换树脂袋(以下简称袋)2之间的片状浮物1上开有纵向的通水缝，片状浮物1可用密度为0.91-0.93g/cm³的聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)制成，厚度1-3.5mm，高度及宽度与各袋或串联体的高度及宽度匹配，也可整片与串联体匹配，后者需在袋与袋之间开一条纵向的两端不开到头的通水缝。

图2显示串联体上方有浮物1、下方有铁棒之类的沉物3的结构，浮物可以是铁桶、塑管、竹杆、聚氨酯泡沫块等的任一种。

图3显示串联体上方和下方均由绳索4串联并配用底桩5固定的结构方式。总之，无论何种结构，其目的是使串联体淹没于水体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，不太适于采用图2和图3所示装置，宜采用图1所示装置。图2及图3所示装置有成本低、串联体装卸方便的优点。

推流式曝气机6由潜水泵、连接皮管和推流或曝气器组成，正对串联体的宽阔面喷水。

图4显示片状浮物1在中间、该浮物两侧均有袋2的结构，串联体宽面侧有推流式曝气机6，适于安放在总磷含量高的静水区域。

尚需说明的是串联体宽及高与河水宽及深相近，只能是一种大致的限定，因河水的深度并不一致，河床地形并不平整，河水的深浅随天晴天雨或上游来水多少而变化，河水的深与宽是个可变值，制成的串联体的宽及高是定值，不可能很匹配，好在片状浮物1柔性、捆绑的绳索4柔性、串联体中各袋2柔性、铁桶或竹杆或塑管等为飘浮物，均可随河水的宽深变化而作宽度的伸缩或高度的屈伸，对回收磷不会产生大的影响。总之，在首次安放前制作时的宽及高应与河水匹配。置放在静水湖中的并不硬性要求与湖面宽度相近，宜采用图4所示的结构的装置在湖泊水体中淹没即可。

理论上说置于水体中的阴离子交换树脂达到饱和时即可取出，放入重量百分比浓度为5％-8％的盐水中或2％-10％的碱水中浸泡1-6小时，对树脂实现再生的同时回收磷。但在实际工作中，很难去拆开袋2、取出离子测定是否饱和，还是按放置在水体中的时间长短推测其饱和程度较可行。但这时间的长短因水体中总磷含量的多少、阴离子交换树脂量的多少、水体紊动的程度而变化。一般讲串联体置于水体中2-6h可达饱和，若每隔2-6h取出、浸饱、清洗再安放，过余频繁，劳动强度过大，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天取出一次较实际。间隔时间过长，易造成装置外结上青苔，影响交换效果。

本装置所用的袋2可用化纤布或化纤无纺布缝制成，织物厚度为0.5-1.5mm，其内按2kg/m²的充填率置放201×4或201×7规格的阴离子交换树脂，该树脂由市售获得。串联体可用绳索4串联或与片状浮物1缝合成一体，与上方浮物1或下方沉物3可用绳捆或钩环结合方式，以方便、快捷和不脱为宜。

推流式曝气器市售获得，与皮管及潜水泵的连接为常规方法，推流式曝气机6与串联体的安装距离应按所需紊动的程度、该机的功率大小、串联体宽面面积的大小和水体中含磷总量多少而定，可根据经验或略加调试确定。

至于从经盐或碱溶液浸泡而得的含磷混合液中提取磷的问题，是用另一种技术方案解决的问题，本专利申请中不再涉及。

下面将采用本装置(图1所示结构)置于河水中吸附磷的对比试验结果介绍如下：

将本磷回收装置安放在一段河道进行磷的回收，该河道长400m、宽15m、水深2.2m，河水中磷初始浓度为10.07mg/L。采用宽15m，高2m的串联体，以2kg/m²的充填率充填201×7型的阴离子交换树脂，吸附饱和的树脂采用7％NaCl溶液再生，同时回收树脂中的磷。为了提高河水的流动性，采用推流式曝气机进行人工造流。实施前后河水中TP浓度见下表。

Claims (3)

1.一种原位回收水体中磷的装置，包括阴离子交换树脂柱，其特征是所说的阴离子交换树脂柱呈袋形，袋内置放有充填率为1-3kg/m²的阴离子交换树脂且封口，该袋为扁平的条块形化纤织物袋，称为阴离子交换树脂袋(2)，多个如此的阴离子交换树脂袋(2)竖向并排串联成一排或二排的串联体，该串联体一侧或中间或上方连接有浮物(1)或拉绳(4)，该串联体的下方有沉物(3)或绳系的底桩(5)，串联体的高度及宽度分别与待处理河水的深度及宽度相近。

2.如权利要求1所述的原位回收水体中磷的装置，其特征是所说的串联体宽面侧安装有正对该宽面的推流式曝气机(6)。

3.一种用权利要求1所述的原位回收水体中磷的装置进行原位回收水体中磷的方法，其特征是采取如下三个步骤：

(1)安装点的选择与安放方法：选择劣于V类的水体中安放，分为流水区的安放与静水区的安放两种情况，如在流水的溪或河中安放，则串联体的宽度及高度分别与溪水或河水的宽度及深度相近，串联体的宽面与水流方向尽量垂直，尽量选择水宽及水深段安放，整条溪或河中应多段安放、层层设置；相对静止的水库、湖泊中均匀布点安放，进水和出水区有较明显水流方向的，串联体的宽面与水流方向尽量垂直，湖泊、水库中心的水体相对静止区，对串联体的宽度和安放方向视情况而为，不作具体限定；上述各种安放，在正常情况下，串联体的全部或大部分应淹没在水体中；

(2)促进水体的紊动：本装置安放在流水区，因流水本身处于紊动状态，就可以不在串联体宽面侧设置推流式曝气机，但水流过缓或水体中总磷含量高的，可设置推流式曝气机，静水区应设推流式曝气机，以促进水体紊动；

(3)磷的回收和串联体的重复使用：沉入水体的串联体内的阴离子交换树脂对水体中的含磷物进行离子交换，待阴离子交换树脂达到饱和，将串联体从水体中取出，置于NaCl或NaOH溶液中浸泡1-6h，对阴离子交换树脂进行再生，同时回收了磷，再将串联体从浸泡液中取出，用清水反复冲洗，至冲洗后的水达到中性，即可将该串联体投入水体中，连接浮物与沉物，重复用于原位回收水体中的磷。

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