CN105060412A - 吸附-电解-曝气协同一体化处理富营养化水体的装置 - Google Patents

Abstract

一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置，包括可移动漂浮平台及安装在可移动漂浮平台上的微孔曝气装置、微电流电解装置、吸附装置。所述微孔曝气装置包括小型空气压缩机、输气导管、超微气泡发生器。所述微电流电解装置包括微电流电解电源、与微电流电解电源连接的微电流电解阳极及微电流电解阴极。微电流电解阳极及微电流电解阴极竖直插入水体中，吸附装置位于微电流电解阳极和微电流电解阴极之间，超微气泡发生器安装在微电流电解阳极和微电流电解阴极下方。本发明可同时有效处理氮磷及杀灭藻类，适用于小型湖泊、景观水体、河流等水体的富营养化污染治理，具有巨大的推广应用价值。

Description

吸附-电解-曝气协同一体化处理富营养化水体的装置

技术领域

本发明涉及水环境保护与治理领域，尤其涉及一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置。

背景技术

湖泊富营养化是当今世界面临的重大环境问题。湖库水体富营养化恶化水质，诱发“水质性”缺水危机，降低水资源综合利用效率和安全供水保障能力，极大削弱了水资源对国民经济社会发展的战略支撑作用。

目前水体富营养化治理主要通过控制藻类及消除过量氮磷等营养物质相结合的方式。对藻类控制来说，通常采用打捞、机械除藻或化学除藻等方法；过量营养物质削减，大多采用清水稀释、植物吸收净化等措施。这些藻类防治措施耗时耗力，应急处置能力较差；过量营养物质削减通常需要配套建设引水工程或植物修复工程，引水工程耗费大量清水，植物修复见效慢。由此可见，在外源截污背景下，采用合适的工艺方法快速削减水体中的氨氮和磷，将水体中的氨氮和磷含量，以及藻类密度降低至可接受水平，是今后治理河湖富营养化问题的重要方向。

发明名称为“移动式富营养化水体处理装置”的中国专利(申请号：201210193361.3)公布了移动式富营养化水体处理装置，该装置包括集水池、厌氧池、好氧池、移动床生物膜反应器、二沉池、催化氧化池和清水池等处理装置。该专利整体处理工艺流程类似于污水处理处理装置设计复杂；富营养化水体处理装置处理后排出的方式属于异位处理，处理水量有限；采用移动床生物膜反应器，其微生物处理富营养化水体需要较长的停留时间且运行维护复杂。

在发明名称为“一种高效磁性除藻和增氧曝气结合的景观水体水华净化船”的中国专利(申请号：201010238112.2)中，公布了一种高效新型景观水体水华处理用船，其原理是当景观水体吸入船只时，期间投加铁磁性物质、混凝剂和助凝剂，使悬浮物、胶体物质、藻类和总磷等形成可作用于磁场的微絮颗粒，然后通过磁力将其从水体中分离。该专利中把水吸入船只处理相当于异位处理，处理能力有限，且投加絮凝剂、助凝剂、磁铁等使得处理工艺更加繁琐。

在发明名称为“一种移动式富营养化水体生态修复装置”的中国专利(申请号：201010238112.2)中，公布了一种可以通过迁移的移动式富营养化水体生态修复装置，该装置主要由光催化气体发生装置、填料层、流水层组成，利用填料层对富营养化水体进行净化，水中加臭氧发生器产生臭氧和光催化气体产生光氢离子，对水质实行杀菌消毒。整个装置可由车载运输到他处。该移动生态修复装置是一种塑料净化罐，富营养化水体自上至下处理，容易发生堵塞，而且采用臭氧及光催化装置成本及处理成本较高。

现有富营养化水体治理技术及装置或是采用生物方法恢复水体生态功能，耗时较长，生物生存条件要求苛刻；或是采用厌氧池、好氧、生物膜等组合装置进行处理，设计复杂，微生物处理富营养化水体需要较长的停留时间且运行维护复杂，处理成本较高。并且，现有装置的功能都过于单一化，不能同时将富营养化水体中的氮磷污染物及藻类同时去除，装置中的各个净化单元都是独立运行的，尚未见到有净化单元之间协同作用的例子。

在发明名称为“封闭水域大型移动式水质净化系统”的中国专利(专利号：201110308276.2)中，公布了一种封闭水域大型移动式水质净化系统，该系统上设有过滤单元、吸附单元、微电流电解离子释放单元、曝气单元等水质处理装置，通过各个水质处理单元与水域水体的直接接触，对水体中污染物进行处理。该装置由于采用的水处理技术主要为物理化学技术，相比于前述的生物修复技术，具有处理速度快、处理能力强等优点。该装置对吸附、曝气与微电流电解进行了整体集成，根据水域水体的污染类型，选择性地布设其中的一种或几种单元。但是系统涉及的吸附、曝气与微电流电解独立设计、布置和运行，未考虑与发挥各个单元之间的协同和耦合作用。因此，开发一种结构简单、能充分发挥各个单元之间协同功能、有效消除富营养化水体中的氮磷污染物及藻类的净化技术及装置非常必要。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置，该装置通过吸附、微电流电解、微孔曝气三种净化单元的协同有效提高单个处理单元的净化效率，加速水体中氮磷和藻类的去除，该装置处理方式巧妙、使用方便、维护简单、不产生二次污染，可解决现有富营养化水体治理技术及装置中存在工艺设计复杂，各种净化单元功能独立，不能同时发挥各个净化单元的协同功能的问题。

一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置，包括可移动漂浮平台及安装在可移动漂浮平台上的微孔曝气装置、微电流电解装置、吸附装置，所述微孔曝气装置包括小型空气压缩机、输气导管、超微气泡发生器，小型空气压缩机通过输气导管与超微气泡发生器连接，所述微电流电解装置包括微电流电解电源、与微电流电解电源连接的微电流电解阳极及微电流电解阴极，微电流电解阳极及微电流电解阴极竖直插入水体中，吸附装置位于微电流电解阳极和微电流电解阴极之间，超微气泡发生器安装在微电流电解阳极和微电流电解阴极下方，微电流电解阳极和微电流电解阴极以及中间的吸附装置处于超微气泡发生器产生超微气泡的有效作用范围内。

进一步的，所述吸附装置为吸附柱，包括多孔圆柱体外壳及填充在多孔圆柱体外壳内的吸附材料。

进一步的，所述吸附材料为活性炭或活性氧化铝。

区别于现有富营养化水体移动处理装置，本发明是通吸附、电解、曝气的协同作用对富营养化水体进行处理营养化水体。本发明构造新颖，经济实用，安全可靠，通过各个处理单元的协同作用，可显著提高富营养化水体中氮磷污染物及藻类的处理速度及处理效率。本发明可有效改善净化富营养化水体，适用于小型湖泊、小型景观水体、小型河流的富营养化治理，具有巨大的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置技术原理图；

图2是本发明吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置其中一个实施例的整个净化装置的侧视图；

图3是本发明吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置其中一个实施例中吸附装置的整体结构图；

图4是本发明吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置其中一个实施例中微电流电解装置的整体结构图；

图5是本发明吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置其中一个实施例中微孔曝气和吸附协同处理磷酸盐的效果图。

图中：1—可移动漂浮平台，2—空气压缩机，3—输气导管，4—超微气泡发生装置，5—微电流电解装置电源，6—微电流电解电极-阳极，7—微电流电解电极-阴极，8—吸附装置。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图2，本发明提供一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置，包括可移动漂浮平台1及安装在可移动漂浮平台1上的微孔曝气装置、微电流电解装置、吸附装置8。

所述微孔曝气装置包括小型空气压缩机2、输气导管3、超微气泡发生器4，小型空气压缩机2通过输气导管3与超微气泡发生器4连接，输气导管3尾端可根据需要安装多个超微气泡发生器4。小型空气压缩机2安装在可移动漂浮平台1上，输气导管3与超微气泡发生器4位于可移动漂浮平台1下方，使用是伸入水体中。

所述微电流电解装置包括微电流电解电源5、与微电流电解电源5连接的微电流电解阳极6及微电流电解阴极7。微电流电解电源5安装在可移动漂浮平台1上，微电流电解阳极6及微电流电解阴极7使用时伸入水体中。

所述可移动漂浮平台1可由浮力大、硬度高、韧性好的环保材料(例如聚乙烯)制成，具有重量轻、韧性好、硬度高、浮力大、耐酸碱、寿命长、防紫外线抗老化等优点，并可回收使用。所述可移动漂浮平台1采用边缘实心、中空的结构，可产生较大的浮力，通过材料自身浮力使整个可移动漂浮平台1稳定的漂浮于水面上。

所述吸附—电解—曝气协同一体化装置可在富营养化水体中进行移动净化处理，也可固定在某一富营养化水体中持续净化。

所述微孔曝气装置安装在可移动漂浮平台1的下方，通过小型空气压缩机2吸附空气，通过输气导管3持续不断供给超微气泡发生器4产生气泡，超微气泡发生器4是类似于圆柱体状的微孔曝气管，超微气泡发生器4四周可对流产生超微气泡，搅动水体与充氧，破坏藻类聚集，促进氮磷、藻类与微电流电解产生活性物质的扩散接触。超微气泡发生器4产生超微气泡的有效作用范围在沿圆柱体状微孔曝气管四周1-2米的范围。

所述微电流电解装置由微电流电解装置电源5、微电流电解电极对组成(微电流电解阳极7及微电流电解阴极8)，其具体结构参见图4。微电流电解装置电源5可向电解阳极7及阴极8供给微小电流，电解时电解电极释放出活性离子能够促进氮磷降解，并对藻类进行杀灭，同时可降解特定的无机及有机污染物。

所述吸附装置8类似于吸附柱，吸附柱外壳材料可由环保的PVC多孔圆柱状网兜构成圆柱体外壳(参见图3)，可提高吸附材料与水体的有效接触面积，吸附材料可由活性炭、活性氧化铝等可再生吸附材料组成，用于吸附水体中的氮磷和藻类等。吸附装置8安装在可移动漂浮平台1的下方，处于微电流电解阳极7和微电流电解阴极8之间。超微气泡发生器4安装在微电流电解阳极7和微电流电解阴极8下方，具体位置以保证微电流电解阳极7和微电流电解阴极8以及中间的吸附装置8处于超微气泡发生器4产生超微气泡的有效作用范围内，例如微电流电解阳极7和微电流电解阴极8的顶端到超微气泡发生器4之间距离正好在1-2米。

请结合参考图1，当曝气和吸附协同处理富营养化水体时，微孔曝气装置可提高吸附装置8中吸附材料与氮磷与藻类的接触与吸附性能，优化氮磷与藻类的吸附富集效率，起到协同加速去除氮磷与藻类的效果，在二者协同作用时，由于吸附装置8对特定浓度的污染物的吸附需要一定的作用时间，可通过间歇曝气的方式，在保证水体污染物充分混匀的前提下，最大程度上降低能耗。超微气泡发生器4的有效作用范围内都可安装相当数量的吸附装置8。

当曝气和微电流电解协同处理富营养化水体时，曝气装置2，3，4通过改变水动力学条件，可增大微电流电解装置释放出活性离子的扩散范围及迁移速度，以便在更大范围内促进富营养化水体中氮磷降解及藻类的杀灭。

当吸附装置和微电流电解协同处理富营养化水体时，吸附装置8将水中的氮磷与藻类等进行吸附与富集，安装在其附近的微电流电解装置对富集的氮磷及藻类进行集中高效降解及杀灭，从而提高电解的作用效率。由于吸附装置8处理处于微电流电解阳极6及微电流电解阴极7之间，故处于微电流电解有效作用范围的中间，所以在此位置中微电流电解可充分发挥对吸附在吸附材料上的污染物进行降解的作用。微电流电解装置降解污染物的同时，微电流电解可增大吸附材料的有效吸附容量，强化吸附材料的吸附性能，起到饱和吸附材料的再生作用。

参照图5，所述曝气装置可提高吸附装置8中吸附材料与氮磷污染物及藻类的作用面积和有效接触时间，大大促进吸附材料对氮磷污染物的吸附效果，起到协同加速除氮磷的效果。实验3h，单独吸附磷酸盐的去除率为30.7％，单独曝气对磷酸盐去除几乎无效果，而曝气和吸附协同作用对磷酸盐的去除率可达到42％，通过曝气促进水体中污染物浓度的扩散，有效提升了吸附的作用效果。

Claims (3)

1.一种吸附—电解—曝气协同一体化处理富营养化水体的装置，包括可移动漂浮平台(1)及安装在可移动漂浮平台(1)上的微孔曝气装置、微电流电解装置、吸附装置(8)，其特征在于：所述微孔曝气装置包括小型空气压缩机(2)、输气导管(3)、超微气泡发生器(4)，小型空气压缩机(2)通过输气导管(3)与超微气泡发生器(4)连接，所述微电流电解装置包括微电流电解电源(5)、与微电流电解电源(5)连接的微电流电解阳极(6)及微电流电解阴极(7)，微电流电解阳极(6)及微电流电解阴极(7)竖直插入水体中，吸附装置(8)位于微电流电解阳极(7)和微电流电解阴极(8)之间，超微气泡发生器(4)安装在微电流电解阳极(7)和微电流电解阴极(8)下方，微电流电解阳极(7)和微电流电解阴极(8)以及中间的吸附装置(8)处于超微气泡发生器(4)产生超微气泡的有效作用范围内。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述吸附装置(8)为吸附柱，包括多孔圆柱体外壳及填充在多孔圆柱体外壳内的吸附材料。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述吸附材料为活性炭或活性氧化铝。