CN109835966A - 一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，属于生态修复技术领域。该装置中，双层圆筒形成内腔和一圈外腔。装置侧壁、底部、内筒板等均开设渗水孔，外腔和圆锥形下本体中均填充铝改性凹土填料。拱形顶上设置插入内腔的轴杆，轴杆上方设半球体转子，轴杆底端沿周向设若干涡轮叶片。拱形顶位于内腔上方的位置开若干排水孔，且每一排水孔上均设有单向阀。河水经渗水孔进入装置中，水中的磷被填充料吸附，随后干净水汇入内腔。水流驱使半球体转子旋转，带动涡轮叶片旋转，形成内水压，将内腔的干净水通过排水孔排出。本发明结构原理简单、制作成本低、环保节能，能实现原位修复，并能保持长期且良好的磷吸附效果。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置。
背景技术
近年来，由于水体中氮磷等营养元素过多，造成水华等现象频发(如太湖流域，年年爆发水华，水质状况不容乐观)。
水体中磷的来源主要有两方面：一是天然的，天然水体中的磷酸盐的来源分为内源性磷和外源性磷，其中，内源性磷主要来自于底泥，由一些矿物质分解产生。而外源性磷则主要来自于雨水或各种天然因素的作用将营养盐从地表上冲刷而来。通常天然水体中磷酸盐的含量不会太高。二是人为的，如居民日常生活中排放的含磷废水，化工厂排放的富磷污水，农业种植过程中使用的含磷化肥和牲畜粪便，通常人为因素导致的是外源性磷含量的急剧增加。
目前治理河道底泥的方法主要是异位处理，此法需要消耗大量化学药剂，运输成本高，且由于周边施工场地限制，需通过大型机械挖走底泥进行二次处理，如处理不当易造成二次污染。因此发明能够长期而有效的原位吸附底泥和水体中磷的装置刻不容缓。
经检索现有技术，中国发明专利CN206590985U，公开日：2017年10月27日，公开了一种河道异位除磷装置。该装置结构复杂，占地面积大，需要将河道中的水泵入整个装置中再进行一系列操作，无法进行原位修复。
中国发明专利CN108623806A，公开日：2018年10月09日，公开了一种河道的原位水处理系统及其处理方法，该装置需要电力驱动，占地面积大，且无法集中高效的除磷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够长期有效的原位吸附河道底泥和水体中的磷，并且结构简单，操作方便，成本低廉的磷吸附装置。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案为：
一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，包括装置本体，所述装置本体包括上本体和下本体；
所述下本体包括一体连接的圆锥形壳体和上封板，所述圆锥形壳体锥头朝下，所述圆锥形壳体和所述上封板间形成一圆锥腔体；
所述上本体为双层圆筒结构，包括内筒板和外筒板；内、外筒板间构成一圈外腔，所述内筒板内构成内腔；所述外腔和所述内腔上部均通过顶板封闭；所述外筒板与所述下本体上部一体连接；
所述内筒板、所述外筒板及所述圆锥形壳体沿周向分别均匀开设若干渗水孔，所述下本体的上封板也均匀开有若干渗水孔；所述外腔和所述圆锥腔体内均填充有可吸附水中磷的填充料；所述顶板位于所述内腔上部的位置开设若干排水孔，每一排水孔上均装有单向阀；
含磷水分别从所述外筒板和所述圆锥形壳体上的渗水孔渗透进入所述装置本体，经所述填充料吸附后变为不含磷水，继而经所述内筒板和所述上封板上的渗水孔排至所述内腔中；
所述顶板上还固定设置一伸入所述内腔，并可驱使所述不含磷水从所述内腔经多个排水孔排出所述装置本体外的水力驱动涡轮装置。
进一步地，所述水力驱动涡轮装置包括：半球体转子、轴杆、轴承和若干涡轮叶片；
所述顶板的中心开设一与所述轴承的外圈匹配的通孔，所述通孔位于所述内腔的中心垂线上；所述轴承的外圈嵌套在所述通孔内，与所述顶板紧配合；
所述轴杆上设有一梯阶面，所述轴杆位于所述梯阶面下方的部分直径大于所述轴承内圈的直径，所述轴杆位于所述梯阶面上方的部分可自下而上从所述轴承内圈穿过，所述梯阶面卡在所述轴承下端面；
所述轴杆位于所述梯阶面上方的位置还设有一段螺纹，所述轴杆上套螺母，所述螺母位于所述轴承上方，紧固所述螺母使其卡在所述轴承的上端面，防止所述轴杆上下串动；
所述轴杆下端伸入所述内腔中设定位置；所述半球体转子的竖直平端面沿直径方向与所述轴杆上部一体连接，所述顶板位于所述半球体转子下方；所述若干涡轮叶片沿周向均匀一体设置在所述轴杆底端；
水流驱动所述半球体转子旋转，进而带动所述轴杆和多个涡轮叶片一起旋转；所述多个涡轮叶片转动，使所述上本体的内腔产生内压，将所述不含磷水排出所述装置本体外。
进一步地，所述填充料为铝改性凹凸棒粘土或热处理凹土。
进一步地，所述顶板为拱形顶，所述拱形顶为一整块拱形板。
进一步地，所述上本体高为0.5-1.0米；所述外筒板的直径为0.4-0.6米，所述内筒板的直径为0.15-0.3米；所述下本体高为0.2-0.4米。
进一步地，所述半球体转子半径为0.2-0.3米，所述轴杆长度为1至1.5米，所述轴杆直径为0.05米，所述涡轮叶片直径为0.07-0.14米。
进一步地，所述内筒板、所述外筒板、所述顶板以及所述下本体均为不锈钢材质。
进一步地，所述半球体转子、所述轴杆、所述轴承和所述若干涡轮叶片均为塑料材质。水力驱动涡轮装置均采用塑料材质，可以提升涡轮装置的灵敏度。
进一步地，所述半球体转子、所述轴杆和所述若干涡轮叶片均为塑料材质，所述轴承的材质为不锈钢；所述轴承的外圈与所述顶板还焊接相连。
进一步地，所述渗水孔为圆孔，孔径小于所述填充料颗粒大小。
本发明的有益效果在于：
本发明的吸附装置可以直接放入河道内进行河道底泥和水体中磷的吸附，且为原位修复，能够解决河道底泥和水体中含磷量大的问题。此外，本发明的吸附装置结构原理简单、制作成本低、易于实现，其依靠水流自身的流速，带动涡轮叶片转动将净化后的干净水体排出，适用于不同流速的河道，相比现有技术，不需要使用电力，节能环保。
附图说明
图1为本发明的吸附装置的结构示意图；
图2为轴承与轴杆连接位置的结构示意图；
附图标记：1，半球体转子；2，轴杆；2-1，轴承；2-2，螺母；3，涡轮叶片；4，装置本体；4-1，拱形顶；4-2，上本体；4-3，下本体；4-4，渗水孔；4-5，单向阀；4-6，排水孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，包括装置本体4。装置本体4包括上本体4-2和下本体4-3。其中，下本体4-3包括一体连接的圆锥形壳体和上封板，圆锥形壳体锥头朝下，圆锥形壳体上部通过上封板封闭，圆锥形壳体和上封板间形成一圆锥腔体。
上本体4-2为双层圆筒结构，包括内筒板和外筒板，内筒板和外筒板下部保持平齐。内、外筒板间构成一圈外腔，内筒板内构成内腔。外腔和内腔上部均通过拱形顶4-1封闭，拱形顶4-1为一整块拱形板。外筒板与下本体4-3上部的上封板外缘一体连接。
内筒板、外筒板及圆锥形壳体沿周向分别均匀开有若干圆形渗水孔4-4，下本体4-3的上封板也均匀开有若干渗水孔4-4。外腔和圆锥腔体内均填充有可吸附水中的磷的填充料，填充料为铝改性凹凸棒粘土或者热处理凹土，铝改性凹凸棒粘土和热处理凹土同属于改性凹土材料。本实施例中，填充料优选为铝改性凹凸棒粘土，本装置在试验时的铝改性凹凸棒粘土获取自南京地理与湖泊研究所。铝改性凹凸棒粘土材料为改性复合材料，具有长期且良好的磷吸附效果，Chemical Engineering Journal 348(2018)704-712对铝改性黏土材料作了相关介绍。此外，凹土填充料一般为圆形颗粒，直径为1mm左右。本实施例中，圆形渗水孔4-4的孔径小于填充料的颗粒大小。
拱形顶4-1位于内腔上部的位置开设若干排水孔4-6，每一排水孔4-6上均装有单向阀4-5，安装方式为焊接，单向阀4-5使装置4外部的水不能从排水孔4-6进入内腔中。含磷水分别从外筒板和圆锥形壳体上的渗水孔4-4渗透进入装置本体4内，经填充料吸附后变为不含磷水，继而经内筒板和上封板上的渗水孔4-4排至内腔中。
拱形顶4-1上还固定设置一伸入内腔，并可驱使不含磷水从内腔，经排水孔4-6排出装置本体4外的水力驱动涡轮装置。具体地，水力驱动涡轮装置包括：半球体转子1、轴杆2、轴承2-1和若干涡轮叶片3。
拱形顶4-1的中心开设一与轴承2-1的外圈匹配的通孔，该通孔位于装置4内腔的中心垂线上。轴承2-1的外圈嵌套在通孔内，与拱形顶4-1紧配合。
如图2所示，轴杆2上设有一梯阶面，轴杆2位于梯阶面下方的部分直径大于轴承2-1内圈的直径，轴杆2位于梯阶面上方的部分可自下而上从轴承2-1内圈穿过，梯阶面卡在轴承2-1下端面。轴杆2位于梯阶面上方的位置还设有一段螺纹，轴杆2上套螺母2-2，螺母2-2位于轴承2-1上方，紧固螺母2-2，螺母2-2卡在轴承2-1的上端面，防止轴杆2上下串动。
轴杆2下端伸入装置4的内腔中设定位置，半球体转子1的竖直平端面沿直径方向与轴杆2上部一体连接，拱形顶4-1位于半球体转子1下方。多个涡轮叶片3沿周向均匀一体设置在轴杆2底端，形似风扇叶片。水流驱动半球体转子1旋转，进而带动轴杆2和多个涡轮叶片3一起旋转，涡轮叶片3转动，使上本体4-2的内腔产生内压，将不含磷水排出装置本体4外。
上本体4-2高为0.5-1.5米，外筒板的直径为0.1-0.4米，内筒板的直径为0.05-0.2米，下本体4-3高为0.2-0.4米。半球体转子1半径为0.2-0.3米，轴杆2长度为1至1.5米，轴杆2直径为0.05米，涡轮叶片3直径为0.08-0.18米。
本实施例中，各参数具体为：上本体4-2高0.5米，外筒板直径0.4米，内筒板直径0.2米，下本体4-3高0.2米，半球体转子1半径为0.2米，轴杆2高1米，轴杆2直径0.05米，涡轮叶片3直径0.08米。
本实施例中，内筒板、外筒板、拱形顶4-1以及下本体4-3均为不锈钢材质。半球体转子1、轴杆2、轴承2-1和涡轮叶片3均为塑料材质。水力驱动涡轮装置各部件均采用塑料材质，可以提升涡轮装置的灵敏度。
当然，轴承2-1还可以采用不锈钢材质，并将轴承2-1的外圈与拱形顶4-1的嵌套位置焊接相连，进一步加强固定。
本发明的吸附装置的具体使用方法为：
将本发明的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置插入底泥中，底泥中的含磷水体以及河道内的含磷水体通过装置本体外侧及底部的渗水孔4-4进入装置内的铝改性凹凸棒粘土材料吸附层，经过吸附后的干净水体通过内筒壁和上封板的渗水孔4-4排出到装置内腔。在河道水流的作用下，塑料半球体转子1旋转，从而带动涡轮叶片3旋转，使上本体4-2的内腔产生内压，内腔的干净水体通过装有单向阀4-5的排水孔4-6排出，干净水体随水流作用移动流走。
铝改性凹凸棒粘土材料为改性复合材料，具有长期且良好的磷吸附效果，从而本发明的装置可长期安置于水下对磷进行吸附。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，包括装置本体(4)，其特征在于，装置本体(4)包括上本体(4-2)和下本体(4-3)；
下本体(4-3)包括一体连接的圆锥形壳体和上封板，所述圆锥形壳体锥头朝下，所述圆锥形壳体和所述上封板间形成一圆锥腔体；
上本体(4-2)为双层圆筒结构，包括内筒板和外筒板；内、外筒板间构成一圈外腔，所述内筒板内构成内腔；所述外腔和所述内腔上部均通过顶板封闭；所述外筒板与下本体(4-3)上部一体连接；
所述内筒板、所述外筒板及所述圆锥形壳体沿周向分别均匀开设若干渗水孔(4-4)，下本体(4-3)的上封板也均匀开有若干渗水孔(4-4)；所述外腔和所述圆锥腔体内均填充有可吸附水中磷的填充料；所述顶板位于所述内腔上部的位置开设若干排水孔(4-6)，每一排水孔(4-6)上均装有单向阀(4-5)；
含磷水分别从所述外筒板和所述圆锥形壳体上的渗水孔(4-4)渗透进入装置本体(4)内，经所述填充料吸附后变为不含磷水，继而经所述内筒板和所述上封板上的渗水孔(4-4)排至所述内腔中；
所述顶板上还固定设置一伸入所述内腔，并可驱使所述不含磷水从所述内腔经排水孔(4-6)排出装置本体(4)外的水力驱动涡轮装置。
2.根据权利要求1所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，所述水力驱动涡轮装置包括：半球体转子(1)、轴杆(2)、轴承(2-1)和若干涡轮叶片(3)；
所述顶板的中心开设一与轴承(2-1)的外圈匹配的通孔，所述通孔位于所述内腔的中心垂线上；轴承(2-1)的外圈嵌套在所述通孔内，与所述顶板紧配合；
轴杆(2)上设有一梯阶面，轴杆(2)位于所述梯阶面下方的部分直径大于轴承(2-1)内圈的直径，轴杆(2)位于所述梯阶面上方的部分可自下而上从轴承(2-1)内圈穿过，所述梯阶面卡在轴承(2-1)下端面；
轴杆(2)位于所述梯阶面上方的位置还设有一段螺纹，轴杆(2)上套螺母(2-2)，螺母(2-2)位于轴承(2-1)上方，紧固螺母(2-2)，螺母(2-2)卡在轴承(2-1)的上端面，防止轴杆(2)上下串动；
轴杆(2)下端伸入所述内腔中设定位置；半球体转子(1)的竖直平端面沿直径方向与轴杆(2)上部一体连接，所述顶板位于半球体转子(1)下方；所述若干涡轮叶片(3)沿周向均匀一体设置在轴杆(2)底端；
水流驱动半球体转子(1)旋转，进而带动轴杆(2)和涡轮叶片(3)一起旋转；涡轮叶片(3)转动，使上本体(4-2)的内腔产生内压，将所述不含磷水排出装置本体(4)外。
3.根据权利要求1或2所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，所述填充料为铝改性凹凸棒粘土或热处理凹土。
4.根据权利要求3所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，所述顶板为拱形顶(4-1)，拱形顶(4-1)为一整块拱形板。
5.根据权利要求4所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，上本体(4-2)高为0.5-1.0米，所述外筒板的直径为0.4-0.6米，所述内筒板的直径为0.15-0.3米，下本体(4-3)高为0.2-0.4米。
6.根据权利要求5所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，半球体转子(1)半径为0.2-0.3米，轴杆(2)长度为1至1.5米，轴杆(2)直径为0.05米，涡轮叶片(3)直径为0.07-0.14米。
7.根据权利要求1所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，所述内筒板、所述外筒板、所述顶板以及下本体(4-3)均为不锈钢材质。
8.根据权利要求2所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，半球体转子(1)、轴杆(2)、轴承(2-1)和涡轮叶片(3)均为塑料材质。
9.根据权利要求2所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，半球体转子(1)、轴杆(2)和涡轮叶片(3)均为塑料材质，轴承(2-1)的材质为不锈钢；轴承(2-1)的外圈与所述顶板还焊接相连。
10.根据权利要求1所述的原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置，其特征在于，渗水孔(4-4)为圆孔，孔径小于所述填充料颗粒大小。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910259595.5A Pending CN109835966A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109835966A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115477451A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-16 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种底泥修复深度精准定位的原位电动分层修复装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005288366A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Unitika Ltd | リン含有排水の処理方法 |
| JP2007307498A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Takenaka Doboku Co Ltd | 水底の汚染土壌の原位置混合処理工法および原位置混合処理装置 |
| CN204434350U (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-01 | 武汉中科水生环境工程股份有限公司 | 一种旋转浆叶提升水流的污染水体原位治理净化装置 |
| CN205328831U (zh) * | 2015-12-22 | 2016-06-22 | 湖南森美思环保有限责任公司 | 一种原位处理河道底泥重金属污染的装置 |
| CN205653320U (zh) * | 2015-12-22 | 2016-10-19 | 湖南森美思环保有限责任公司 | 一种原位治理河道底泥重金属的设备 |
| CN206590985U (zh) * | 2017-02-14 | 2017-10-27 | 浙江裕腾百诺环保科技有限公司 | 一种河道异位除磷装置 |
| CN209778372U (zh) * | 2019-04-02 | 2019-12-13 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种原位治理河道底泥和水体中磷的吸附装置 |
-
2019
- 2019-04-02 CN CN201910259595.5A patent/CN109835966A/zh active Pending
Patent Citations (7)
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| 潘渊等主编: "《大学物理实验》", vol. 1, 西北工业大学出版社, pages: 219 * |
| 韩梅香;尹洪斌;唐婉莹;: "热改性凹土钝化底泥对水体磷的吸附特征研究", 中国环境科学, no. 01, pages 27 - 28 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115477451A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-16 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种底泥修复深度精准定位的原位电动分层修复装置及方法 |
| CN115477451B (zh) * | 2022-08-24 | 2023-08-29 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种底泥修复深度精准定位的原位电动分层修复装置及方法 |
| WO2024041588A1 (zh) * | 2022-08-24 | 2024-02-29 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种底泥修复深度精准定位的原位电动分层修复装置及方法 |
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