本发明属于环境工程和环境保护技术领域，特别涉及一种具有强化脱氮除磷效能的景观水原位处理装置。
背景技术：
随着中国社会经济的高速发展和居民生活水平的不断提高，水族馆、人工湖等城市景观水体的规模正在不断扩大。景观水体本身一般不具备流动性，复氧能力有限，水体自净能力较差。如何保障景观水水质状况是人们所面临的一项难题。现有的污水处理厂处理工艺并不适用于处理景观水体。并且，受土地面积和景观水处理技术要求制约，如何开发低成本、高效能、可灵活使用的景观水水质保障技术，是水处理技术发展亟待解决的一个重要问题。
现有景观水处理工艺大致可以分为以下两大类：
一、以微生物净化和植物净化为主的生态浮岛类处理工艺。这类工艺主要利用对污染物的吸附拦截、微生物降解和水生植物吸收等功能来进行景观水的原位处理。这类工艺的氮磷去除效果显著，能改善水体透明度，平衡pH值，还具有美化环境、节约成本等优点。但是，用于污水处理的植物的生长状况易受环境及气候条件的影响，冬季植物枯水后净水效果明显变差，限制因素明显。
二、以吸附、过滤为主要特征的综合处理工艺。这类工艺的特点在于景观水体中的氮磷等植物性营养物质能够以各种方式从水体中迁移出来，从而达到净化景观水体，避免富营养化状态的目的。
该类工艺需在岸边设置水处理单元，以“抽取-处理”的形式来处理景观水体。城市景观水体周边环境土地资源紧张，寸土寸金。一定程度上限制了上述景观水体处理工艺的应用。加之我国幅员辽阔，南北气候存在巨大差异，景观水处理工艺应设法避免限制因素的干扰，以求更好地发挥净化处理能力。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有强化脱氮除磷效能的景观水原位处理装置，可实现对景观水体的氮、磷污染物的深度处理。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有强化脱氮除磷效能的景观水原位处理装置，包括承重浮台，在承重浮台上设置景观水提升装置以及用于处理所提升景观水的反应装置，所述反应装置为罐体8，罐体8中自下而上设置有滤网4、承托层5、反应层6以及滤层7，在滤层7的上方设置有出水喷头9，所提升景观水依次流经滤网4、承托层5、反应层6以及滤层7后，由出水喷头9喷出罐体8，其中，所述反应层6中填充的是颗粒型复合吸附剂。
所述承重浮台包括承重平台3和位于承重平台3下方的浮力装置2，所述浮力装置2为汽车内胎，或者浮箱、浮筒。
所述用于提升景观水的装置包括位于承重浮台下方的潜水泵1及其管件，所述潜水泵1为潜污泵或排沙潜水泵，所述管件穿过承重浮台上预留的孔道接入罐体8的底部。
所述出水喷头9采用多点出水结构，为旋转式喷头、莲蓬头式喷头、射流器、水射器或散射喷头中的一种，所述滤网4的孔径为材质为不锈钢，所述罐体8为方形或圆形，材质为不锈钢或玻璃钢，安装固定在承重浮台上，罐体能够拆卸独立使用。
所述承托层5填充粗细砂砾，所述滤层7填充滤料，所述滤料为海泡石、火山岩、磁铁矿、锰砂、无烟煤、海绵铁、瓷砂、石榴石中的任意一种或多种的组合。
所述颗粒型复合吸附剂兼具脱氮除磷功能，其主要成分为沸石粉和复合金属氧化物。
所述颗粒型复合吸附剂为铁锰颗粒型复合吸附剂、铁铜颗粒型复合吸附剂、铁铝颗粒型复合吸附剂、铁锆颗粒型复合吸附剂、铁锰锆颗粒型复合吸附剂、铁锰铜颗粒型复合吸附剂、铝锰颗粒型复合吸附剂、铝铜颗粒型复合吸附剂、铝锆颗粒型复合吸附剂、铁铝锆颗粒型复合吸附剂、铝锰铜颗粒型复合吸附剂、铝锰锆颗粒型复合吸附剂、铝铜锆颗粒型复合吸附剂中的一种或多种的组合；沸石粉对应的沸石种类为Ca型斜发沸石、Na型斜发沸石中的一种或多种的组合；吸附剂的制粒方式为：滚动制粒、搅拌制粒、压缩制粒、挤压制粒、喷射制粒法中的一种。
本发明还提供了一种具有强化脱氮除磷效能的景观水原位处理工艺，包括：
1)待处理的景观水提升至罐体8内，首先流经滤网4和承托层5，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物；
2)经滤网4和承托层5过滤后的景观水继续流经反应层6，与反应层6中的颗粒型复合吸附剂发生反应，颗粒型复合吸附剂中的沸石成分固定水中的氨氮，复合金属氧化物成分捕获水中的磷酸根；
3)经过反应层6处理后的景观水，继续流经滤层7，去除水中的颗粒型污染物SS，进一步提升景观水水质；
4)经过滤层7过滤后的景观水，通过上部的出水喷头9以多点出水的形式喷洒出去，生成的喷泉中众多的微小液滴与大气接触充氧后，随水柱回落至景观水水域，达到原位循环处理的工艺效果。
在运行间隙，采用变流速冲洗法、海绵球清洗法或空气和水混合冲洗法清洗滤网4，所述变流速冲洗法包括脉冲、正向以及反向冲洗。
可采用溶剂再生法使使用后的颗粒型复合吸附剂恢复活性，使用的溶剂为无机溶剂，包括无机酸(硫酸、盐酸、草酸)、碱(氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水)、无机盐(氯化钠)、NaCl和NaOH混合液、NaCl和盐酸混合液中的一种或多种的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明充分发挥中颗粒型复合吸附剂对景观水水体中氮、磷的同步去除效果，利用吸附剂中的复合金属氧化物表面的活性位点来捕获水中的磷酸根，利用吸附剂中的沸石成分来固定水中的氨氮，从而实现对水中氮、磷的高效去除。此外，利用滤层中的各式滤料的拦截作用，进一步对景观水体的净化处理效果。
2、本发明不仅可以实现对景观水的原位强化脱氮除磷，而且该处理装置的出水方式可以产生类似小喷泉的效果，不仅可以起到水体复氧作用，还可以美化景观水水域。
3、本发明工艺操作简单，装置使用灵活，吸附罐体可拆卸，便于吸附剂再生和罐体内部清洗，运行管理方便。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种具有强化脱氮除磷效能的景观水原位处理装置，包括反应器，该反应器为常规反应器，包括罐体8，在罐体8中自上而下依次为滤层7、强化脱氮除磷的反应层6、承托层5以及滤网4，罐体8安装固定在承重浮台上，承重浮台由承重平台3和位于承重平台3下方的浮力装置2组成，承重平台3的下方有抽取提升景观水的潜水泵1，潜水泵1的管件穿过承重平台3上预留的孔道接入罐体8的底部。
在罐体8中位于滤层7的上方设置有带进水喇叭口12的PVC支管17，PVC支管17通过异径三通16连接PVC立管15的底端，异径三通16的第三接口设置有水管封口13。PVC立管15的顶端连接多点出水结构的出水喷头9，且在连接通路上设置有止溢阀14。罐体上位于反应层6和承托层5之间设置有出水闸阀10。潜水泵1的外面可以设置一个保护壳11。
本实施例中：
罐体8的高度为100-120cm，内径为40-50cm。
滤网4为不锈钢材质，孔径为
潜水泵1选用QW型潜污泵。
浮力装置2选用浮箱(筒)或汽车内胎。
通过潜水泵1及其管件，将待处理的景观水提升至罐体8内，景观水流经滤网4和承托层5(粗细砂石层)，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物。
在反应层6内填充的是一种兼具脱氮除磷功能的颗粒型颗粒型复合吸附剂，其重要成分为沸石粉和复合金属氧化物。本具体实施方式中复合金属氧化物为：为铁锰颗粒型复合吸附剂、铁铜颗粒型复合吸附剂、铁铝颗粒型复合吸附剂、铁锆颗粒型复合吸附剂、铁锰锆颗粒型复合吸附剂、铁锰铜颗粒型复合吸附剂、铝锰颗粒型复合吸附剂、铝铜颗粒型复合吸附剂、铝锆颗粒型复合吸附剂、铁铝锆颗粒型复合吸附剂、铝锰铜颗粒型复合吸附剂、铝锰锆颗粒型复合吸附剂、铝铜锆颗粒型复合吸附剂中的一种或多种的组合；沸石粉对应的沸石种类为Ca型斜发沸石、Na型斜发沸石中的一种或多种的组合。另外，吸附剂的制粒方式在本具体实施方式中选用：滚动制粒、搅拌制粒、压缩制粒、挤压制粒、喷射制粒中的一种。
现有的沸石除磷吸附剂主要通过对沸石颗粒表面改性而制得，即在沸石表面负载或掺杂有效成分来提升原材料对磷的吸附效果。受限于除磷有效成分的负载量以及吸附材料使用过程中其表面有效成分脱落、剥离等因素，现有沸石吸附剂对水中磷污染物的处理能力相当有限。
本发明颗粒型复合吸附剂将沸石粉末(可取用沸石加工中过筛的细粉)与复合金属氧化物按比例充分混合后，利用粘结剂将粉末混合物制成成分均匀的颗粒型吸附剂。
本发明颗粒型复合吸附剂的具体组份：沸石和复合金属氧化物。其中沸石的主要成分为铝硅酸盐及碱土金属元素。复合金属氧化物中的金属元素有：Fe、Al金属或其组合，以及某种过渡金属或稀土金属M(M可以为Cu、Co、Mn、Ni、Zr、Ce、La等)。
本发明颗粒型复合吸附剂利用沸石自带的活性位点捕获水中的氨氮，在其中掺入的复合金属氧化物又可高效吸附磷。沸石和复合金属氧化物的组成比例可以根据具体的水质污染情况来进行相应的调配。
本发明颗粒型复合吸附剂中：沸石的比例为90％-10％，复合金属氧化物的比例为10％-90％，其中复合金属氧化物中Fe、Al或其组合金属的比例为30％-70％，过渡或稀土金属M的比例为70％-30％。
本发明所研发的颗粒型复合吸附剂不仅保留了沸石对水中氨氮的良好去除能力，还有效地引入了对磷具有出色吸附能力的复合金属氧化物，显著地提升了吸附材料对磷的去除效果。相较于传统沸石吸附剂，本吸附材料成分均匀，性能稳定，可同步高效去除水中的氨氮和磷，具有更优越的净水效能。
经滤网4和承托层5过滤后的景观水继续流经反应层6，与反应层6中的颗粒型复合吸附剂发生反应，颗粒型复合吸附剂中的沸石成分固定水中的氨氮，复合金属氧化物成分捕获水中的磷酸根。
经过强化脱氮除磷反应层处理后的景观水，继续流经填充有海泡石、火山岩、磁铁矿、锰砂、无烟煤、海绵铁、瓷砂、石榴石等一种或多种组合的滤料的滤层7，进一步过滤去除水中的颗粒型污染物。
经过滤层过滤后的景观水，通过反应器上部的出水喷头9以多点出水的形式喷洒出去，生成的喷泉中众多的微小液滴与大气接触充氧后，随水柱回落至景观水水域，达到原位循环处理的工艺效果。本实施方式中，出水喷头9选用旋转式喷头、莲蓬头式喷头、射流器(水射器)、散射喷头中的一种。
在本具体实施方式的水处理工艺中，滤网清洗方式选用：变流速冲洗法(脉冲、逆向、反向冲洗)、海绵球清洗法、空气和水混合冲洗法中的一种。
在本具体实施方式的水处理工艺中，各式颗粒型复合吸附剂的再生方法采用溶剂再生法。采用溶剂为无机溶剂，包括无机酸(硫酸、盐酸、草酸)、碱(氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水)、无机盐(氯化钠)、NaCl和NaOH混合物、NaCl和盐酸混合液中的一种或多种的组合。
若承托层5的填充物采用具有过滤作用的粗细砂石，反应层6内填充的是一种兼具脱氮除磷功能的颗粒型颗粒型复合吸附剂——铝锰颗粒型复合吸附剂，其重要成分为沸石粉和含有过渡金属元素的复合氧化物。滤层7填充的是具有吸附、过滤作用的海泡石和火山岩的组合的滤料。以下是具体景观水的处理实例。
实例1
实验地点为水量西安市某小区人工湖的部分独立水域。该独立水域水量为450-510m3。水质状况如下：氨氮为2.34±0.05mg/L，总磷为0.25±0.07mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水。
进水水体单因子水质评价结果
在该人工湖湖面设置本发明装置，待处理的景观水由潜水泵1提升至罐体9内，首先流经滤网4和承托层5，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物。
经滤网4和承托层5过滤后的景观水继续流经反应层6，与反应层6中的脱氮除磷铝锰颗粒型复合吸附剂发生反应。
经反应层6处理后的景观水，继续流经填充有海泡石和火山岩组合滤料的滤层7，进一步去除水中的颗粒型污染物
经过滤层7过滤后的景观水，通过反应器上部的旋转式喷头，以多点出水的形式喷洒出去，随水柱回落至景观水水域。
本实例中，待处理景观水的温度为25-30摄氏度。进水流量为1500L/h,停留吸附时间为2h，铝锰颗粒型复合吸附剂填加量为19.5kg，吸附剂中沸石粉与铝锰氧化物的比例分别为80％和20％。
通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为0.936±0.06mg/L，总磷浓度为0.025±0.05mg/L。本实例中，氨氮和总磷的去除效率分别为：63％和90％。处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅲ类水水质标准。在本实例中，该景观湖的水质状况具有明显改善和提升。
实例2
实验地点为水量400-450m3的西安市某高校校内景观湖水体。水质状况如下：氨氮为2.54±0.04mg/L，总磷为0.14±0.06mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水。
水体单因子水质评价结果
在该高校景观湖湖面设置本发明装置，待处理的景观水由潜水泵1提升至罐体8内，首先流经滤网4和承托层5，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物。
经滤网4和承托层5过滤后的景观水继续流经反应层6，与反应层6中的脱氮除磷铁锰颗粒型复合吸附剂发生反应。
经反应层6处理后的景观水，继续流经填充有磁铁矿和火山岩组合滤料的滤层7，进一步去除水中的颗粒型污染物
经过滤层7过滤后的景观水，通过反应器上部的旋转式喷头，以多点出水的形式喷洒出去，随水柱回落至景观水水域。
本实例中，待处理景观水的温度为25-30摄氏度。进水流量为1500L/h,停留吸附时间为30min，铁锰颗粒型复合吸附剂填加量为5kg，吸附剂中沸石粉与铁锰氧化物的比例分别为90％和10％。
通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为1.524±0.06mg/L，总磷浓度为0.035±0.07mg/L。本发明装置对氨氮和总磷的去除效率分别为：60％和85％。处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅳ类水水质标准。在本实例中，该景观湖的水质状况具有明显改善和提升。
实例3
实验地点为水量610-650m3的小型某水族馆水体。水质状况如下：氨氮为0.96±0.04mg/L，总磷为0.045±0.05mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属Ⅲ类水。
水体单因子水质评价结果
在该小型水族馆水体上表面设置本发明装置，待处理的景观水由潜水泵1提升至罐体8内，首先流经滤网4和承托层5，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物。
经滤网4和承托层5过滤后的景观水继续流经反应层6，与反应层6中的铝铁镐颗粒型复合吸附剂发生反应。
经反应层6处理后的景观水，继续流经填充有锰砂和石榴石组合滤料的滤层7，进一步去除水中的颗粒型污染物
经过滤层7过滤后的景观水，通过反应器上部的旋转式喷头，以多点出水的形式喷洒出去，随水柱回落至水族馆水域。
本实例中，待处理景观水的温度为25-30摄氏度。进水流量为1500L/h,停留吸附时间为2h，铝铁锆颗粒型复合吸附剂填加量为19.5kg，吸附剂中沸石粉与铝铁锆氧化物的比例分别为60％和40％。通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为0.34±0.05mg/L，总磷浓度为0.001±0.005mg/L。本发明装置对氨氮和总磷的去除效率分别为：64％和85％。处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅱ类水水质标准。对该小型淡水水族馆的馆内水质状况具有明显提升。