CN103204561B - 湖泊污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湖泊污水处理装置，包括高压水泵和带真空泵的可挥发性有机物收集瓶，还包括水质处理分离器，水质处理分离器包括分离器本体和至少一层薄膜聚合物复合膜，薄膜聚合物复合膜安装在分离器本体内，并将分离器本体的内腔分隔成湖泊污水处理室和可挥发性有机物排出室，高压水泵的输出端与湖泊污水处理室的进水口连通，湖泊污水处理室上设有排水口，可挥发性有机物排出室与可挥发性有机物收集瓶连通。本发明通过水质处理分离器将湖泊污水中的有害污染物吸收过滤，处理高效、周期短且成本低；同时，将吸收过滤的有害污染物首先集中在可挥发性有机物收集瓶中，然后经氧化过程而集中处理，避免了二次污染。适用于湖泊治理。

Description

湖泊污水处理装置

技术领域

本发明涉及一种湖泊净化装置，特别涉及一种湖泊污水处理装置。

背景技术

近三十年以来，湖泊沿岸人口剧增，未经处理的生活污水直排入湖。随着经济、社会的快速发展，带动工业也快速发展，大量未经处理或虽经处理但不达标的工业污水也直接排入湖中，加之违法填湖现象时有发生，严重污染了湖泊的水环境。而且，由于中国大多数湖泊是封闭性内陆湖泊，水体自净能力有限，因而水质不断恶化，功能严重萎缩。

经调查研究，被污染的湖水主要有氨氮、总氮、总磷、生化需氧量和化学需氧量等指标超标。由此可见，湖泊污染的主要根源是由于含大量的氮、磷等污染物的工业废水和生活污水大量排入湖泊所致，导致某些特征性藻类的异常繁殖，致使水体透明度下降、溶解氧降低、水质变差，从而出现鱼类及其他湖泊自然生态的微生物、生物和植物大量死亡的现象。藻类和植物残体腐烂分解时又会更多地消耗溶解氧，溶解氧耗尽后，终使水体发臭、变质和浑浊。如果对严重污染的湖泊不进行及时治理，这种透明度会急速下降，从而导致阳光在湖泊水体中的照射强度和溶解氧也将快速降低，这些污染机制可导致一种恶性循环而加快湖泊的污染，为将来湖泊的治理带来更大的难度和更高的费用，甚至恶化到非常难以治理的程度。

目前，湖泊治理大多采用化学处理方法或者挖污泥的治污方法，甚至还有使用通过江水流动洗刷的方法，这些方法都不能达到将污染湖泊治理成原生态的湖泊。而且上述方法容易导致二次污染，并对周边环境产生不可逆的破坏结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种低成本、处理高效且周期短的湖泊污水处理装置。

为了实现以上目的，本发明提供的一种湖泊污水处理装置，包括高压水泵和带真空泵的可挥发性有机物收集瓶，还包括水质处理分离器，所述水质处理分离器包括分离器本体和至少一层薄膜聚合物复合膜，所述薄膜聚合物复合膜安装在所述分离器本体内，并将所述分离器本体的内腔分隔成湖泊污水处理室和可挥发性有机物排出室，所述高压水泵的输出端与所述湖泊污水处理室的进水口连通，所述湖泊污水处理室上设有排水口，所述可挥发性有机物排出室与所述可挥发性有机物收集瓶连通。通过所述水质处理分离器将湖泊污水中的有害污染物吸收过滤，处理高效、周期短且成本低；同时，将所述吸收过滤的有害污染物首先集中在所述可挥发性有机物收集瓶中，然后经氧化过程（如：过氧化氢催化氧化过程）而集中处理，避免了二次污染。

在上述方案中，所述薄膜聚合物复合膜包括多孔聚合物载体层，所述多孔聚合物载体层表面至少设有一层有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层。首先，湖泊污水中含有的可挥发性有机污染物分子（尤其是可挥发性的各类有毒、有害、有恶臭味的有机污染物和含硫以及含氮和含磷富营养化的分子）吸附在与湖泊污水相接触的所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的表面上；然后，所述吸附的可挥发性有机污染物分子通过扩散过程传递到朝向所述可挥发性有机物排出室一侧的所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的另一表面上；最后，所述扩散传递的可挥发性有机污染物分子经解吸过程并通过所述多孔聚合物载体层扩散过程而传递到所述可挥发性有机物排出室内，从而被所述可挥发性有机物收集瓶收集。

在上述方案中，所述多孔聚合物载体层的厚度、孔隙率和孔径分别为0.03~0.26毫米、20%~80%和0.01~2微米。

为进一步地提高净化效果，所述多孔聚合物载体层的厚度、孔隙率和孔径分别为0.10~0.15毫米、40%~60%和0.02~0.06微米。

在上述方案中，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的厚度为0.1~10微米。

为更进一步地提高净化效果，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的厚度为0.5~2.0微米。

在上述方案中，所述排水口连接有喷水器，所述喷水器至少设有一个喷头。所述喷水器能让被净化后的水体充分接触到空气中的氧，从而达到人工增氧的目的，并且形成大面积的水体流动。

在上述方案中，所述高压水泵的输入端设有用于拦截悬浮物的网状围栏，所述网状围栏包括从外到内依次布置的大孔径挡板、中孔径挡板和小孔径挡板。所述网状围栏有效地除去了湖泊污水中含有的悬浮物，包括垃圾、死鱼和藻团污染物等湖水中各类悬浮物，从而提高了湖泊污水的透明度。

在上述方案中，所述大孔径挡板和中孔径挡板之间的间距为30~40厘米，所述大孔径挡板上的孔为15厘米x15厘米~20厘米x20厘米的方孔，所述中孔径挡板上的孔为5厘米x5厘米~8厘米x8厘米的方孔，所述中孔径挡板和小孔径挡板之间的间距为16~20厘米，所述小孔径挡板上的孔为1厘米x1厘米~1.6厘米x1.6厘米的方孔。

在上述方案中，还包括船体，所述高压水泵、可挥发性有机物收集瓶和水质处理分离器分别安装在所述船体上。通过将所述高压水泵、可挥发性有机物收集瓶和水质处理分离器安装在船体上，这样既不影响船体的正常使用，又能起到净化湖泊污水的作用。

在上述方案中，所述船体顶部设有太阳能电池板，所述太阳能电池板分别与所述高压水泵和真空泵相连，为所述高压水泵和真空泵提供动力。

在上述方案中，所述船体上安装有燃料电池，所述燃料电池分别与所述高压水泵和真空泵相连，为所述高压水泵和真空泵提供动力。通过应用太阳能电池板和安装燃料电池进一步地提高了本装置的环保度。

在上述方案中，所述可挥发性有机物排出室与所述可挥发性有机物收集瓶之间设有冷凝器，所述冷凝器用于冷凝可挥发性有机物为液体。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过所述水质处理分离器将湖泊污水中的有害污染物吸收过滤，处理高效、周期短且成本低；同时，将所述吸收过滤的有害污染物首先集中在所述可挥发性有机物收集瓶中，然后经氧化过程（如：过氧化氢催化氧化过程）而集中处理，避免了二次污染；

2、通过加设喷水器能让被净化后的水体充分接触到空气中的氧，从而达到人工增氧的目的，并且形成大面积的水体流动；

3、通过加设网状围栏能有效地除去湖泊污水中含有的悬浮物，包括垃圾、死鱼和藻团污染物等湖水中各类悬浮物，从而提高了湖泊污水的透明度；

4、通过将所述高压水泵、可挥发性有机物收集瓶和水质处理分离器安装在船体上，这样既不影响船体的正常使用，又能起到净化湖泊污水的作用；

5、通过加设的太阳能电池板和安装的燃料电池进一步地提高了本装置的环保度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的简化结构示意图；

图3是本发明的原理结构示意图；

图4是本发明中薄膜聚合物复合膜的生产过程简化图。

图中，高压水泵1，真空泵2，可挥发性有机物收集瓶3，水质处理分离器4，分离器本体4a，湖泊污水处理室4a1，可挥发性有机物排出室4a2，薄膜聚合物复合膜4b，多孔聚合物载体层4b1，有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2，喷水器5，喷头5a，网状围栏6，大孔径挡板6a，中孔径挡板6b，小孔径挡板6c，船体7，太阳能电池板8，燃料电池9，冷凝器10，两传输轮11，碾压轮12，烘干机13，给料机14。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图3所示，本发明提供的一种湖泊污水处理装置，包括高压水泵1和带真空泵2的可挥发性有机物收集瓶3，还包括水质处理分离器4，所述水质处理分离器4包括分离器本体4a和至少一层薄膜聚合物复合膜4b（thin-film polymer composite membrane），所述薄膜聚合物复合膜4b安装在所述分离器本体4a内，并将所述分离器本体4a的内腔分隔成湖泊污水处理室4a1和可挥发性有机物排出室4a2，所述高压水泵1的输出端与所述湖泊污水处理室4a1的进水口连通，所述湖泊污水处理室4a1上设有排水口，所述可挥发性有机物排出室4a2与所述可挥发性有机物收集瓶3连通。通过所述水质处理分离器4将湖泊污水中的有害污染物吸收过滤，处理高效、周期短且成本低；同时，将所述吸收过滤的有害污染物首先集中在所述可挥发性有机物收集瓶3中，然后经氧化过程（如：过氧化氢催化氧化过程）而集中处理，避免了二次污染。

在上述方案中，所述薄膜聚合物复合膜4b包括多孔聚合物载体层4b1（porous polymer support layer)，所述多孔聚合物载体层4b1表面至少设有一层有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层（active and selective nonporous dense layer for thin-film polymer composite membrane）4b2。首先，湖泊污水中含有的可挥发性有机污染物分子（尤其是可挥发性的各类有毒、有害、有恶臭味的有机污染物和含硫以及含氮和含磷富营养化的分子）吸附在与湖泊污水相接触的所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的表面上；然后，所述吸附的可挥发性有机污染物分子通过扩散过程传递到朝向所述可挥发性有机物排出室4a2一侧的所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的另一表面上；最后，所述扩散传递的可挥发性有机污染物分子经解吸过程并通过所述多孔聚合物载体层4b1扩散过程而传递到所述可挥发性有机物排出室4a2内，所述可挥发性有机物排出室4a2与所述可挥发性有机物收集瓶3之间设有冷凝器10，所述冷凝器10用于冷凝可挥发性有机物为液体。从而被所述可挥发性有机物收集瓶3收集。真空泵2为所述可挥发性有机物经扩散过程通过所述薄膜聚合物复合膜4b并经冷凝器10而冷凝为液体提供了驱动力。

在上述方案中，所述多孔聚合物载体层4b1的厚度、孔隙率和孔径分别为0.03~0.26毫米、20%~80%和0.01~2微米。

为进一步地提高净化效果，所述多孔聚合物载体层4b1的厚度、孔隙率和孔径分别为0.10~0.15毫米、40%~60%和0.02~0.06微米。

在上述方案中，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的厚度为0.1~10微米。

为更进一步地提高净化效果，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的厚度为0.5~2.0微米。

在上述方案中，所述排水口连接有喷水器5，所述喷水器5至少设有一个喷头5a。所述喷水器5能让被净化后的水体充分接触到空气中的氧，从而达到人工增氧的目的，并且形成大面积的水体流动。

在上述方案中，所述高压水泵1的输入端设有用于拦截悬浮物的网状围栏6，所述网状围栏6包括从外到内依次布置的大孔径挡板6a、中孔径挡板6b和小孔径挡板6c。所述网状围栏6有效地除去了湖泊污水中含有的悬浮物，包括垃圾、死鱼和藻团污染物等湖水中各类悬浮物，从而提高了湖泊污水的透明度。

在上述方案中，所述大孔径挡板6a和中孔径挡板6b之间的间距为30~40厘米，所述大孔径挡板6a上的孔为15厘米x15厘米~20厘米x20厘米的方孔，所述中孔径挡板6b上的孔为5厘米x5厘米~8厘米x8厘米的方孔，所述中孔径挡板6b和小孔径挡板6c之间的间距为16~20厘米，所述小孔径挡板6c上的孔为1厘米x1厘米~1.6厘米x1.6厘米的方孔。

在上述方案中，还包括船体7，所述高压水泵1、可挥发性有机物收集瓶3和水质处理分离器4分别安装在所述船体7上。当然，所述喷水器5和网状围栏6也分别安装在所述船体7上。通过将所述高压水泵1、可挥发性有机物收集瓶3、水质处理分离器4、喷水器5和网状围栏6安装在船体上，这样既不影响船体的正常使用，又能起到净化湖泊污水的作用。

在上述方案中，所述船体7顶部设有太阳能电池板8，所述太阳能电池板8为所述高压水泵1和真空泵2提供动力。所述船体7上安装了燃料电池9，所述燃料电池9可为所述高压水泵1和真空泵2提供动力。通过应用太阳能电池板8和安装燃料电池9进一步地提高了本装置的环保度。

在上述方案中，所述可挥发性有机物排出室4a2与所述可挥发性有机物收集瓶3之间设有冷凝器10，所述冷凝器10用于冷凝可挥发性有机物为液体。

上述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2可选择含氟聚合物(例如全氟-2,2-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯无定形共聚物)、含硅聚合物(例如聚二甲基硅氧烷)、硅橡胶和聚醚嵌段酰胺(Polyether block amide, PEBA)等中的一种。所述多孔聚合物载体层4b1可选择各种多孔材料（以保证有足够的机械强度、透气性能和能用于作为所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的载体为准），具体为聚偏二氟乙烯、聚丙烯和聚砜等中的一种。所述多孔聚合物载体层4b1中的微孔能让已通过所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层4b2的可挥发性有机污染物分子无阻力地通过本多孔聚合物载体层4b1而传递到所述可挥发性有机物排出室4a2内，从而被所述可挥发性有机物收集瓶3收集。

用于生产所述薄膜聚合物复合膜4b的设备包括两传输轮11，所述两传输论11之间设有碾压轮12，对应所述碾压轮12的位置设有给料机14，所述给料机14后方设有带惰性气体（比如氮气）保护系统的烘干机13。本发明中所述薄膜聚合物复合膜4b的生产过程如下：

1、将聚醚嵌段酰胺溶解在乙醇的中形成1wt%的聚醚嵌段酰胺溶液；

2、将作为多孔聚合物载体层的多微孔聚偏二氟乙烯衬底置于所述两传输轮11上和碾压轮12中形成生产线；

3、通过所述给料机14将所述聚醚嵌段酰胺溶液首先直接喷洒在所述碾压轮12（上碾压轮）表面，然后再通过所述碾压轮12将所述聚醚嵌段酰胺溶液印压在所述多微孔聚偏二氟乙烯衬底表面；

4、将所述印压有聚醚嵌段酰胺溶液的多微孔聚偏二氟乙烯衬底传送到所述烘干机13中烘干，使所述聚醚嵌段酰胺溶液在所述多微孔聚偏二氟乙烯衬底表面形成有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层，即得所述薄膜聚合物复合膜。

本发明通过所述水质处理分离器将湖泊污水中的有害污染物吸收过滤，处理高效、周期短且成本低；同时，将所述吸收过滤的有害污染物首先集中在所述可挥发性有机物收集瓶中，然后经氧化过程（如：过氧化氢催化氧化过程）而集中处理，避免了二次污染；通过加设喷水器能让被净化后的水体充分接触到空气中的氧，从而达到人工增氧的目的，并且形成大面积的水体流动；通过加设网状围栏能有效地除去湖泊污水中含有的悬浮物，包括垃圾、死鱼和藻团污染物等湖水中各类悬浮物，从而提高了湖泊污水的透明度；通过将所述高压水泵、可挥发性有机物收集瓶和水质处理分离器安装在船体上，这样既不影响船体的正常使用，又能起到净化湖泊污水的作用；通过加设的太阳能电池板和安装的燃料电池进一步地提高了本装置的环保度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种湖泊污水处理装置，包括高压水泵和带真空泵的可挥发性有机物收集瓶，其特征在于，还包括水质处理分离器，所述水质处理分离器包括分离器本体和至少一层薄膜聚合物复合膜，所述薄膜聚合物复合膜安装在所述分离器本体内，并将所述分离器本体的内腔分隔成湖泊污水处理室和可挥发性有机物排出室，所述高压水泵的输出端与所述湖泊污水处理室的进水口连通，所述湖泊污水处理室上设有排水口，所述可挥发性有机物排出室与所述可挥发性有机物收集瓶连通；所述排水口连接有喷水器，所述喷水器至少设有一个喷头；所述高压水泵的输入端设有用于拦截悬浮物的网状围栏，所述网状围栏包括从外到内依次布置的大孔径挡板、中孔径挡板和小孔径挡板；所述薄膜聚合物复合膜包括多孔聚合物载体层，所述多孔聚合物载体层表面至少设有一层有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层；所述多孔聚合物载体层的厚度、孔隙率和孔径分别为0.03～0.26毫米、20％～80％和0.01～2微米，所述可挥发性有机物排出室与所述可挥发性有机物收集瓶之间设有冷凝器。

2.根据权利要求1所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述多孔聚合物载体层的厚度、孔隙率和孔径分别为0.10～0.15毫米、40％～60％和0.02～0.06微米。

3.根据权利要求1所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的厚度为0.1～10微米。

4.根据权利要求3所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述有活性和选择性的无孔薄膜聚合物致密层的厚度为0.5～2.0微米。

5.根据权利要求1所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述大孔径挡板和中孔径挡板之间的间距为30～40厘米，所述大孔径挡板上的孔为15厘米x15厘米～20厘米x20厘米的方孔，所述中孔径挡板上的孔为5厘米x5厘米～8厘米x8厘米的方孔，所述中孔径挡板和小孔径挡板之间的间距为16～20厘米，所述小孔径挡板上的孔为1厘米x1厘米～1.6厘米x1.6厘米的方孔。

6.根据权利要求1所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，还包括船体，所述高压水泵、可挥发性有机物收集瓶和水质处理分离器分别安装在所述船体上。

7.根据权利要求6所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述船体顶部设有太阳能电池板，所述太阳能电池板分别与所述高压水泵和真空泵相连，所述太阳能电池板为所述高压水泵和真空泵提供动力。

8.根据权利要求6所述的湖泊污水处理装置，其特征在于，所述船体上安装燃料电池，所述燃料电池为分别与所述高压水泵和真空泵相连，所述燃料电池为所述高压水泵和真空泵提供动力。