一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置制造方法
【专利摘要】一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，包括太阳能电池板及与其相连的浮筒，浮筒上设有污水泵、污泥泵、蓄电池、空压机，太阳能电池板与蓄电池连接，污水泵、污泥泵和空压机分别与蓄电池连接；浮筒的中部设有厌氧区，厌氧区的底部通过泥水混合区与污泥沉降区联通，厌氧区的上部与设置在厌氧区外围的缺氧区连通，缺氧区的上部与下部分别与好氧区联通，厌氧区和好氧区中悬挂有生物绳，好氧区的底部设有与空压机连接的微孔曝气头，浮筒的上部两侧设有与好氧区联通的排水口。本实用新型无需将水体抽取到岸边处理，野外工作能力强，运行成本低，无化学药剂和材料投入，更无固体废物产生，不仅能够去除水体有机物和氮，还可以污泥形式回收磷。
【专利说明】一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水资源保护与水环境治理领域，具体是一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置。
【背景技术】
[0002]过量营养物质(主要是氮磷)造成的湖库水体富营养化的程度和范围在我国呈快速发展趋势，形势十分严峻。以湖泊为例，富营养化比例在上世纪70年代、80年代和90年代分别为41%、61%和77%。2007-2010年的湖泊水质调查结果显示，我国85.4%的大型浅水湖泊超过了富营养化标准，其中40.1%为重度富营养化。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，极大削弱水资源对国民经济社会发展的战略支撑作用。
[0003]过量营养物质控制是水体富营养化防治的关键。研宄表明，水体中的氮能够通过大气循环补给，控制相对困难；而磷的循环简单，已成为绝大多数湖库发生水体富营养化的限制性因素。对水体富营养化来说，磷是污染物；但磷还是不可再生资源，全球具有经济价值的磷矿将在2030年消耗殆尽，磷资源短缺的趋势不可逆转。与此同时，环境水体中80%的磷来源于污水排放，以2000年统计数据为例，我国污水排放的磷占当年磷矿开采量的30%以上。未加有效处置的磷排放不仅导致环境系统不堪重负，引发湖库水体富营养化，还造成严重资源流失。
[0004]富营养化水体处理及磷回收不仅能够改善湖库水环境质量，还能提高磷资源可持续利用效率。目前，国内外对富营养化水体大多采用生态修复的方法，见效慢且不能将氮磷营养盐有效移除水体。磷回收方面，生活污水、工业废水或污泥中高浓度氮磷的研宄较多，提出了基于吸附、磷酸铵镁结晶、沉淀等原理的营养物质去除或回收方法；但如何回收富营养化天然水体中的磷鲜有报道。与水量小，磷浓度高的生活污水、工业废水等相比，天然富营养化水体的水量大，磷浓度较低(通常低于0.5mg/L)，采用传统水处理工艺将富营养化湖库水体抽到岸边进行脱氮除磷处理，耗资巨大且效果有限；吸附或沉淀结晶回收低浓度磷时，材料消耗量大且效率低，经济可行性较差。因此，如何低成本处理富营养化水体，并实施磷成为亟需解决的一个难题。
[0005]本发明人在实现本实用新型的过程中发现:现有富营养化水体处理及磷回收技术存在较大不足，特别是磷回收，局限于处理磷浓度高的生活污水、工业废水和污泥等，多采用吸附或结晶工艺，需建设配套设施和消耗试剂材料，运行成本较高，难以推广应用于天然富营养化水体处理。与此同时，湖库水面开阔，太阳能利用条件优越，利用太阳能低成本原位处理富营养化水体并实施磷回收，削减水体磷含量，将是解决天然水体富营养化的新思路，具有极大的环境、经济、社会效益和应用前景。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，无需将水体抽取到岸边处理，也不必加入吸附或结晶沉淀材料，主要依靠太阳能供给能源，强化生物脱氮除磷，实施原位磷回收，该装置野外工作能力强，运行成本低，无固体废物产生，回收的磷能直接用作肥料。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0008]一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，包括太阳能电池板及与太阳能电池板相连的浮筒，浮筒上设有污水泵、污泥泵、蓄电池、空压机，太阳能电池板与蓄电池连接，污水泵、污泥泵和空压机分别与蓄电池连接；浮筒的中部设有厌氧区，厌氧区的底部通过泥水混合区与污泥沉降区联通，浮筒外的富营养化水体和污泥沉降区中的污泥分别通过污水泵和污泥泵抽入泥水混合区，厌氧区的上部与设置在厌氧区外围的缺氧区连通，缺氧区的上部与下部分别与好氧区联通，厌氧区和好氧区中悬挂有生物绳，好氧区的底部设有与空压机连接的微孔曝气头，浮筒的上部两侧设有与好氧区联通的排水口。
[0009]如上所述的装置，污泥沉降区与泥水混合区之间设有泥水混合区隔板，泥水混合区隔板上设有回流污泥入口和进水口，污水泵将浮筒外的富营养化水体经进水口抽入泥水混合区，污泥泵抽取污泥沉降区的污泥经回流污泥入口进入泥水混合区。
[0010]如上所述的装置，厌氧区的上部通过厌氧区带孔隔板与缺氧区连通。
[0011]如上所述的装置，缺氧区与好氧区通过竖直的缺氧-好氧导流隔板隔开，缺氧区的混合液经缺氧-好氧导流隔板底部进入好氧区，缺氧-好氧导流隔板的底部设置向内弯折的好氧-缺氧弓I流板，好氧区的硝态氮经好氧-缺氧弓I流板回流进入缺氧区。
[0012]如上所述的装置，生物绳采用聚丙烯或活性炭纤维制成。如上所述的装置，污泥沉降区中过量吸收磷的污泥大部分通过污泥泵以定期排泥的方式进行磷回收。
[0013]由于采用了上述方案，本实用新型突出的技术创新和显著进步为:
[0014](I)采用浮筒式结构，将水处理与磷回收集中一体化布置，实现了富营养化水体的原位处理，突破了传统生态修复或将水体抽取到岸边处理的思路，不仅能够去除水体有机物和氮，还能回收磷，解除磷对水体富营养化的限制。
[0015](2)在浮筒内集成微孔曝气和生物绳，强化微生物脱氮除磷性能，聚磷菌过量吸收水体中磷通过沉淀污泥的形式回收，摆脱了传统吸附或结晶沉淀回收磷的约束，无化学药剂和材料投入，更无固体废物产生，以污泥形式回收的磷可直接用作肥料。
[0016](3)充分利用了富营养化水体水面开阔和太阳能资源利用条件好的特点，采用太阳能驱动。太阳能供电一般为充电和用电交替，与水处理和磷回收过程中的厌氧、缺氧和好氧交替相适应，电力供需协调性好。
[0017](4)浮筒无需外源动力、药剂和其他耗材投入，可固定或移动式运行，野外工作能力强，既能单个浮筒长期在某一水域处理，也可多个浮筒在该水域集中处理，工作方式灵活，维护管理简单，推广应用条件好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置的结构示意图。
[0019]I一浮筒，2一厌氧区，3一缺氧区，4一好氧区，5一缺氧_好氧导流隔板，6一微孔曝气头，7—污泥泵，8—回流污泥入口，9一进水口，10—泥水混合区，11一厌氧区污泥沉降隔板，12—生物绳，13—厌氧区带孔隔板，14一好氧-缺氧引流板，15—污泥沉降区，16—污泥，17—排水口，18—空压机，19—污水栗，20—蓄电池，21—太阳能电池板，22—泥水混合区隔板。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0021]图1所示为本实用新型太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置的结构示意图，所述太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置包括太阳能电池板21及与其相连的浮筒I。本实用新型实施例的浮筒I采用防水、防腐和防撞高密度聚乙烯材质，用于给整个装置提供浮力。浮筒I内设有泥水混合区10、厌氧区2、缺氧区3、好氧区4、污泥沉降区15 ;还布置有蓄电池20、污水泵19、污泥泵7和空压机18。
[0022]浮筒I的中部设有厌氧区2，厌氧区2的底部与泥水混合区10联通，厌氧区2的底部设有向下倾斜的厌氧区污泥沉降隔板11，便于污泥方便地落入泥水混合区10。泥水混合区10的下部为污泥沉降区15，污泥沉降区15与泥水混合区10之间设有泥水混合区隔板22，泥水混合区隔板22上设有回流污泥入口 8和进水口 9。污水泵19将浮筒I外的富营养化水体经进水口 9抽入泥水混合区10，同时污泥泵7抽取污泥沉降区15的污泥16经回流污泥入口 8也进入泥水混合区10。
[0023]厌氧区2的上部与设置在厌氧区2外围的缺氧区3连通，具体的，厌氧区2的上部通过厌氧区带孔隔板13与缺氧区3连通。缺氧区3的外围设置好氧区4，缺氧区3的上部与下部分别与好氧区4联通，具体的，缺氧区3与好氧区4通过竖直的缺氧-好氧导流隔板5隔开，缺氧区3的混合液经缺氧-好氧导流隔板5底部进入好氧区4，缺氧-好氧导流隔板5的底部设置向内弯折的好氧-缺氧引流板14，好氧区4的硝态氮经好氧-缺氧引流板14回流进入缺氧区3。好氧区4的底部设有与空压机18连接的微孔曝气头6，利用空压机18充氧，可以提高水体溶解氧浓度，以及微生物的活性和数量。
[0024]在浮筒I内的厌氧区2和好氧区4中悬挂有生物绳12，生物绳12采用特殊的纺织材料(例如聚丙烯)或活性炭纤维做成，具有亲水性能和大比表面积，适合微生物挂膜和增殖。
[0025]污水泵19、污泥泵7、蓄电池20、空压机18位于厌氧区2和缺氧区3的上方，蓄电池20 —方面与太阳能电池板21相连，用于储蓄电能，另一方面与污水泵19和污泥泵7相连，用于浮筒I进水，排泥或回流污泥。此外，蓄电池20还与空压机18连接，用于给微孔曝气头6提供压缩空气，满足好氧区4的充氧需求。
[0026]在使用本实用新型装置进行水体处理时，首先要了解待处理富营养化水域的环境状况，包括有机物和氮磷等营养物质浓度以及太阳辐射强度和时长等基本参数。基于待处理水域的水质条件和太阳能供电能力评估浮筒I处理能力，并为蓄电池20、污水泵19、污泥泵7、空压机18及太阳能电池板21选型。原则上来说，水体富营养化程度越高，装置处理效果和磷回收性能越好，建议待处理水域有机物浓度如BOD生化需氧量不低于40mg/L，总磷浓度不低于0.5mg/Lo
[0027]本实用新型的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置的工作原理介绍如下:
[0028]污水泵19将浮筒I外的富营养化水体经进水口 9抽入泥水混合区10，与此同时，污泥泵7抽取污泥沉降区15的污泥16经回流污泥入口 8也进入泥水混合区10。进水与回流污泥充分混合，促进污泥中的微生物与进水有效接触，然后自下而上进入厌氧区2。回流污泥与进水的流量比例不低于20%。
[0029]泥水混合后，自下而上进入位于浮筒I中央的厌氧区2，厌氧区2内悬挂生物绳12，用于增加厌氧区微生物数量。进水中有机物被附着在生物绳12表面的微生物厌氧降解，部分含氮有机物被氨化，而聚磷菌则在厌氧条件下释磷。厌氧过程生成的014等气体通过厌氧区2上部的厌氧区带孔隔板13的孔隙排出，部分污泥通过厌氧区2设置的厌氧区污泥沉降隔板11沉降进入泥水混合区10或浮筒I底部的污泥沉降区15。厌氧区2溶解氧浓度不高于0.3mg/Lo
[0030]厌氧处理后水体通过厌氧区2上部厌氧区带孔隔板13的孔隙进入缺氧区3，缺氧区3的主要功能是进行脱氮，硝态氮通过混合液内循环，经好氧区4流入，在反硝化作用下硝态氮被转化为队或N2O逸出。部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除。缺氧区4溶解氧浓度不高于0.8mg/Lo
[0031]混合液从缺氧区3进入好氧区4，好氧区4布置有微孔曝气头6和生物绳12，用于提高微生物活性和数量。在好氧区4，除有机物被进一步降解外，氨氮在有氧条件下生成硝态氮，然后再回流进入缺氧区3 ;聚磷菌在有氧条件下大量吸收水体中的磷，然后以污泥的形式进入污泥沉降区，出水通过位于浮筒I两侧的排水口 17排放。排水口 17的位置比待处理水域水位高0.2m以上，以免外部水体倒灌进入浮筒I。好氧区4溶解氧浓度不低于2mg/L0
[0032]污泥沉降区15位于浮筒I底部，用于收集和沉淀好氧区4形成的污泥16，过量吸收磷的污泥16大部分通过污泥泵7定期排泥的方式进行磷回收，排出富含磷的污泥16可直接用作肥料；另外一部分污泥16通过污泥泵7经回流污泥人口 8，进入泥水混合区10，继续开始厌氧-缺氧-好氧循环。
[0033]厌氧区2、缺氧区3和好氧区4交替运行，不断处理富营养化水体并沉降磷浓度较高的污泥，污泥过量吸收的磷通过污泥泵7定期以排泥的方式回收，用作农业肥料。
[0034]具体实施时，可采取单个浮筒I在某一水域长期运行，也可采用多个浮筒I集中短期同时运行。为了减少浮筒I净化后的出水对浮筒I周边水域的稀释，还可以将待处理水域设置围隔，把浮筒排水输送至围隔外排放。
[0035]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:包括太阳能电池板(21)及与太阳能电池板(21)相连的浮筒(I)，浮筒⑴上设有污水泵(19)、污泥泵(7)、蓄电池(20)、空压机(18)，太阳能电池板(21)与蓄电池(20)连接，污水泵(19)、污泥泵(7)和空压机(18)分别与蓄电池(20)连接；浮筒⑴的中部设有厌氧区(2)，厌氧区⑵的底部通过泥水混合区与污泥沉降区(15)联通，浮筒(I)外的富营养化水体和污泥沉降区(15)中的污泥(16)分别通过污水泵(19)和污泥泵(7)抽入泥水混合区(10)，厌氧区(2)的上部与设置在厌氧区(2)外围的缺氧区(3)连通，缺氧区(3)的上部与下部分别与好氧区(4)联通，厌氧区(2)和好氧区(4)中悬挂有生物绳(12)，好氧区(4)的底部设有与空压机(18)连接的微孔曝气头￠)，浮筒(I)的上部两侧设有与好氧区(4)联通的排水口(17)。
2.如权利要求1所述的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:污泥沉降区(15)与泥水混合区(10)之间设有泥水混合区隔板(22)，泥水混合区隔板(22)上设有回流污泥入口(8)和进水口(9)，污水泵(19)将浮筒(I)外的富营养化水体经进水口(9)抽入泥水混合区(10)，污泥泵(7)抽取污泥沉降区(15)的污泥(16)经回流污泥入口(8)进入泥水混合区(10)。
3.如权利要求1所述的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:厌氧区(2)的上部通过厌氧区带孔隔板(13)与缺氧区(3)连通。
4.如权利要求1所述的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:缺氧区(3)与好氧区(4)通过竖直的缺氧-好氧导流隔板(5)隔开，缺氧区(3)的混合液经缺氧-好氧导流隔板(5)底部进入好氧区(4)，缺氧-好氧导流隔板(5)的底部设置向内弯折的好氧-缺氧引流板(14)，好氧区(4)的硝态氮经好氧-缺氧引流板(14)回流进入缺氧区⑶。
5.如权利要求1所述的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:生物绳(12)采用聚丙烯或活性炭纤维制成。
6.如权利要求1所述的太阳能富营养化水体处理及磷回收一体化装置，其特征在于:污泥沉降区(15)中过量吸收磷的污泥(16)大部分通过污泥泵(7)以定期排泥的方式进行磷回收。
【文档编号】C02F3/30GK204198492SQ201420674965
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】汤显强, 李青云, 吴敏 申请人:长江水利委员会长江科学院