专利名称:高新修复富营养化水体的组合装置及技术
技术领域:
本发明属于水、废水或污水的处理技术领域,具体讲涉及一种修复富营养化水体的组合装置及方法。
背景技术:
水体富营养化是指氮、磷等植物营养元素大量进入湖泊、河流、海湾等相对封闭、 水流缓慢的水体,引起藻类和其它水生植物的大量繁殖,导致水体透明度和溶解氧下降,水质恶化,其它水生生物大量死亡,水体生态系统和水体功能受到阻碍和破坏。水体富营养化是一种水体衰老现象。由于人为及自然地破坏、过度的开发和利用,许多湖泊和河流中原本充满活力的水加速了向富营养化水质的转变。目前主要通过控制内源和外源性营养物质来修复生态系统,现有技术中关于河流、湖泊水体生态修复方面的专利有公开号为CN101607762A、发明名称为《河流水体生态修复方法》的发明专利,公开了一种恢复河流水体生物多样化的技术方案,该技术方案为向水体中投放复合菌剂、水生动物和/或种植水生植物,使水体的污染指标达到指定要求。此方法是通过重复检测河流水体污染指标_投放复合菌剂的步骤,来达到最终的要求,成本较高。申请号为CN201010596971. 9、发明名称为《一种湖泊富营养化修复方法》的发明专利申请,公开了一种修复湖泊富营养化的技术方案,技术方案包括的步骤为(1)在湖岸上以半埋式依次设置微生物修复水槽、吸附水槽和冷却水槽;(2)微生物修复阶段;(3)吸附阶段;(4)冷却阶段;(5)水中生态修复阶段。此专利申请和上述发明专利出发点均为生物修复角度,工艺流程较长,且需要专业人员操作,增加了污水处理成本。又如申请号为CN200910057635. 4、发明名称为《去水体富营养化的方法》的发明专利申请,技术方案为调查水体中水生生物的群落结构,依据该调查结果,找出食物链中缺环或断链环节;在水体中放养肉食性鱼类、采取药物方式或人工捕捞方式,清除水体中的小杂鱼和草食性鱼类,调整水体鱼类群落结构;在0 1. 5m水深的水底种植沉水植物、浮叶植物和挺水植物;在水体中放养滤食性鱼类、滤食性贝类、碎屑食性底栖动物及草食性鱼类。 该专利也是从生物的角度出发,处理步骤繁琐,增加了操作难度。现有技术针对河流、湖泊的水体富营养化尽快可以取得一定的修复效果,但是由于原有的生态系统被破坏,水体自净能力弱,水体系统对外界环境的冲击缺乏缓冲处理能力,因此水体的处理效果难以维持,容易再次发生富营养化污染。且现有技术主要从生物修复角度出发,藻类的大量繁殖只是富营养化带来的一种不良现象,仅仅去除藻类不是治本的方法,要彻底解决问题还要从生态平衡的角度考虑。现阶段主要的任务是向富营养化水体或衰老的水体注入活力,增强水体免疫力, 提高水体自身的去污力,使水体成为健康的、有生命力的水
发明内容
本发明目的在于提供一种包括磁化装置的修复富营养化水体的组合装置及方法, 主要解决湖泊和河流水体富营养化问题,本发明从生态平衡的角度,不仅解决掉大量繁殖的藻类,还提高了水体自净能力,向富营养化水体或衰老的水体注入活力,增强水体免疫力,长期有效的解决水体富营养化问题。本发明克服了传统方法中水体含氧量低、微生物生化反应不完全等难点,不仅能够将氧超饱和的溶于水中,而且可以使好氧微生物大量繁殖, 从而加速水中有机物的分解,减少藻类的营养源。为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案为
一种水体磁化装置,所述磁化装置包括磁化通道和法兰,所述法兰位于所述磁化通道的两端;其改进之处在于所述磁化通道包括由不导磁材料制成的内圈和外壁,所述内圈的外圆周设有永磁铁,所述外壁的内圆周设有磁屏蔽材料。本发明的另一优选技术方案为所述内圈和外壁同中轴线,所述永磁铁的形状为扇形。本发明的又一优选技术方案为所述永磁铁与所述内圈贴合,所述永磁铁与所述磁屏蔽材料之间留有空隙。本发明的再一优选技术方案为所述永磁铁和所述磁屏蔽材料密封于所述内圈、 外壁和法兰形成的空腔内部。本发明的再一优选技术方案为所述磁化通道内部的磁感应强度B值大于 7 X IO3Gs。本发明的再一优选技术方案为一种包括磁化装置的修复富营养化水体的组合装置,所述组合装置包括水泵、磁化装置、细分子化装置和制氧装置。本发明的再一优选技术方案为所述水泵、所述磁化装置和所述制氧装置分别与所述细分子化装置连接。本发明的再一优选技术方案为一种利用组合装置修复富营养化水体的方法,其改进之处在于所述方法包括如下步骤将水体进行细分子化超饱和溶氧;对步骤1中经细分子化超饱和溶氧后水体进行磁化。由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明的有益效果包括1)整个工艺管理集中、操作简单、维护方便、运行安全可靠2)只需水流经设备的动力,无其其他能耗3)设备体积小,重量轻4)无污染,使用寿命长5)适应各种条件和环境
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是磁化装置整体示意图;图2是磁化装置A-A截面示意图;图3是组合装置整体示意图;1-磁化通道,2-法兰,3-永磁体,4-内圈,5-外壁,6_屏蔽材料,7_水泵,8_磁化装置,9-细分子化装置,10-制氧装置,11-净化后水体,12-净化前水体。
具体实施例方式下面结合实例对本发明进行详细的说明。本发明以物质与能量平衡的原理为理论基础,以气、液、固“三态分离”多原理综合协调物化、生化反应为机理,以恢复和发挥水体自身净化功能为手段,以创造一个自然循环的水体生态环境为目的,系统深入地探索了低物能平衡细分子化物质作用过程,建立起了新的物化、生化动态平衡反应体系。本发明方法的细分子化、超饱和溶氧、超强磁化技术, 克服了传统方法中水体含氧量低、微生物生化反应不完全等难点,不仅能够将氧超饱和的溶于水中,而且可以使好氧微生物大量繁殖,从而加速水中有机物的分解,减少藻类的营养源。本发明将上述技术引用到河湖水处理中,为河湖水体富营养化这个世界难题的解决提供了全新的治理思路。如图1所示水体磁化装置的整体示意图,磁化装置包括磁化通道1和法兰2,法兰 2位于磁化通道1的两端,其中法兰2起到方便连接的作用。磁化通道1为圆形,磁化通道 1内部沿磁化通道1的圆周方向具有高磁通密度磁场,水体以一定流速沿磁化通道1的轴线方向通过磁化通道1时进行磁力线切割,流过磁化通道1的水体被磁化,由于切割磁力线使水的性质发生变化。图2为磁化装置的A-A剖面图,磁化通道1包括内圈4和外壁5,内圈4和外壁5 的横截面均为圆形,且内圈4和外壁5同轴线,所述磁化通道1的内圈4与外壁5之间设置永磁体3,为方便放置,永磁体3为扇形,永磁铁3可以与内圈4贴合;沿磁化通道1的圆周方向和轴线方向设置数块永磁体3,处于磁化通道1内的永磁铁3和与其处于相对位置的永磁铁3通过磁力作用紧贴与内圈4,外壁5与永磁铁3之间设置磁屏蔽材料6,磁屏蔽材料 6的磁导率根据磁化装置的磁场强度而定。图3为组合装置整体示意图,所述组合装置包括水泵7、磁化装置8、细分子化装置 9和制氧装置10。将各装置按图3所示连接关系进行布置,放于需要治理水体的附近,制氧装置10与细分子化装置9相连接,通过水泵7使得水一定速度流过经过细分子化装置9 时,细分子化装置9将氧气溶于水体,对水体进行细分子化超饱和溶氧,经过超饱和溶氧的水体以一定流速流经磁化装置8,并进行磁力线切割,流经磁化装置8的水体成为磁化水; 经细分子化装置9和磁化装置8处理,得到净化后的水体。实施例1 细分子化超饱和溶氧细分子化超饱和溶氧装置是利用物理作用,使缔合的大的水分子团分散成为独立的单个分子,增加了水分子间的空隙率,同时将氧气分子同样细化后,溶入到水分子间的空隙里,使氧气超饱和的溶解于水中。污水经该装置细化以后,提高了水、气和水中物质的活性、活力及活化能力,增加了接触面积,提高了气、固、液均质混合及传质速度,改变了物质反应环境,提高了体系界面自由能及浓度扩散传递推力,从而有效地提高了各种物质在水中的溶解能力,为微生物的生长和繁殖提供了适宜的环境。水体经细分子化后还可达到以下效果氧在水中的浓度可达到50mg/L以上,自来水氧气含量只能达到4_6mg/L,所以水体经细分子化处理后氧浓度大幅提高,成为超饱和溶氧水。经细分子化超饱和溶氧后的水体经过一年后,测量剩余氧的浓度为原来的60%以上,氧的利用率可达到95%以上,而常规曝气法是很难做到的,如穿孔曝气溶氧的利用率仅能达到5% 10%,而微孔曝气溶氧利用率也仅能达到20% 40%左右。该装置可将氧超饱和地溶解在水中,给水体创造一个充分的好氧环境,好氧微生物大量繁殖有利于水中各种污染物的去除,有利于改善水体的生态环境。氧在水中的作用可总结如下(1)有机物好氧分解代谢好氧分解代谢是指在水中好氧微生物和兼性微生物(异养型细菌)的参与下,在溶解氧充足的条件下,将水中的有机物(以COD表示)分解成为CO2和H2O,并释放出能量的代谢过程。
(2)有机氮的氨化和氨氮的硝化作用在溶解氧充足的情况下,有机氮在氨化菌的作用下,发生“氨化反应”被分解转化为氨态氮;氨态氮又在硝化菌的作用下发生“硝化反应”转化为亚硝酸氮、硝酸氮,再通过反硝化反应将硝酸氮、亚硝酸氮还原成气态氮排出水体,从而达到脱氮的目的。(3)生物除磷废水中常见的磷的形态是磷酸盐(H2P04_,HPO42-, P043_),聚磷酸盐和有机磷。在一般的废水中,90 %左右的磷以磷酸盐形式存在。聚磷菌在厌氧状态下吸收乙酸等低脂肪酸并合成一种盐(PHB)于细胞内,所需要的能量来源于菌体内聚磷的分解,这样也就导致了磷酸盐的释放。在好氧区内,聚磷菌以游离氧为电子受体,将体内存储的PHB好氧分解,并利用分解产生的能量,过量的摄取水体中的磷酸盐,在细胞内转化为聚磷,这样,好氧聚磷量大于厌氧释磷量,就可以通过沉淀作用来实现生物除磷的目的。总之,向富营养化的水体中超饱和的溶入氧气,在上述几种作用的共同作用下,将逐步恢复水体的自然生态平衡,提高水体的自净能力。实施例2 超强磁化超强磁化装置利用高磁通密度磁场,其磁力强度是普通铁氧体磁铁的几十倍,使用寿命高达10年以上;而且对水进行磁化时唯一需要的动力就是让水以不低于所必需的速度流过磁场,不需再增加过多的能耗,超强磁化装置一般不需要维修、调整和保养。经实践该装置对人体及流经装置的水对水生生物均不造成危害。水体经磁化处理后,由于磁场的磁化作用使大分子团的水分子发生了变化。微粒子极性增强,凝聚力减弱,使水中原有的较长的缔合分子链被截断为较短的缔合分子链和带电离子的变形,破坏了离子间的静电吸引力。水分子之间的吸附力小了,水由13 18 个水分子集合而成的大分子团变成了由5 6个水分子集合成的小分子团或单个水分子, 使水的活性大大提高;水分子的表面张力增强;水分子渗透力增强,具有界面能;水分子键同时发生了角度和长度的变化,氢键角从105°减少到103°左右;使水的酸碱度发生了变化,PH值约上升0.4 1.0。水体经磁化后可达到以下效果(1)使富氧水连续从感应磁场中通过,水中则产生5X10_5%的H2O2,这是一种很强的氧化剂,可使水中的有机物直接氧化分解,从而降低污水中的COD ;
(2)利用氧的顺磁场性和氮的逆磁场性,将水中存在的硝酸态氮分解,使氮元素以氮气的形式逸出水体,从而减少了藻类的营养元素氮;(3)超强磁场在流动的水体中以切割磁力线的方式,使水中藻类的细胞壁变薄,造成细胞液流失,导致藻类的死亡,从而达到了除藻的功能;(4)污水磁化具有很强的选择细菌作用,直接灭菌率可达70% 80%,但不能使所有的微生物死亡,尤其是功能微生物,生存下来的会提高水体自净能力;(5)流动的水被磁化后在水中形成电流,电流的存在使水中的氧变成了活性氧;(6)磁化可促进高等水生物生长,有利于生态系统恢复,提高水体自净能力。 实施例3 氮、磷的去除影响河湖藻类生长的主要因素为氮、磷等营养物,本发明所述方法可通过如下途径去除氮、磷等营养物(1)氮的去除A.细分子化超饱和溶氧装置的作用该装置在超饱和溶氧的同时,降低了 NH3-N在液体表面的压力及其与水的亲合力, 从而降低了 NH3-N在水中的溶解能力,增强了其释放扩散能力,这样就使部分NH3-N从液相转入到气相而被排出水体。B.超强磁化装置的作用该装置利用氧的顺磁场性和氮的逆磁场性,将水中存在的硝酸氮分解,使氮元素以氮气的形式逸出水体,从而减少了藻类的营养元素氮。C.好氧微生物的作用水体经过细分子化超饱和溶氧后,使溶解氧能够被好氧微生物更好的吸收和利用,增加了好氧微生物的数量,增强了好氧微生物的活力、活性;提高了好氧微生物转化氮的能力。(2)磷的去除A.化学除磷作用(Fe3+和Al3+)在含有较高溶解氧的情况下,有利于将水中的Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+与磷酸盐结合形成难溶的磷酸铁沉淀到底泥当中去,使水中的可溶性磷酸盐减少。并且Fe3+在中性条件或碱性条件下,生成的氢氧化铁胶体亦会吸附水中的游离态磷,形成大的絮体将其沉降到水底。铝离子(Al3+)等其他金属离子也有上述凝聚沉淀作用。B.微生物除磷在溶解氧充足的情况下,聚磷菌大量摄取磷,将磷以聚合的形态贮存在菌体内,从而达到将磷从水中去除的目的。(3)水生生物对于氮、磷的去除由于细分子化和磁化可促进高等水生生物的生长,增加鱼体内酶的活性,从而可以增加水生生物对于氮、磷的去除。A.食物链重组在河水中,存在如下的食物链藻类——浮游生物——食浮游生物鱼类——食鱼鱼类。藻食性鱼类可以有效地去除水中氮、磷等营养元素。田螺、河蛘等,也能削减底泥中的氮、磷等营养盐。B.水生植物在经过处理的河水中,水生植物迅速生长,其生长过程会消耗水中大量的氮、磷等
营养盐。(4)其他污染物的去除
含有溶解氧的水连续从感应磁场 中通过,水中则产生5X 10-5%的H2O2,可使水中的有机物直接氧化分解,从而降低污水中的COD。同时富含氧的水磁化后,水中氧的活性大大增加,促进水中COD及BOD的降解。实施例4 采用本发明方法对北海公园北门水体进行处理,2011年5月26日-2011年6月7 日期间使用组合装置对水体进行处理,处理前后的水体样本送往清华大学环境质量检测中心进行检测,处理前水样检测报告编号为=CEQT-BG(W)-11052603 ;处理后水样检测报告编号为CEQT-BG(W)-11060703。检测报告中的检测项目包括C0D、BOD5、总磷、总氮、氨氮、叶
绿素a ;其中各项检测项目的检测依据为COD 快速消解分光光度法,HJ/T399-2007 ;BOD5 水质五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释和接种法,GB/T7488-1987 ;总磷总磷的测定,钼酸铵分光光度法,GB/T11893-1989 ;总氮总氮的测定,碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,GB/T11894-1989 ;氨氮铵的测定,水杨酸分光光度法,GB/T7481-1987 ;叶绿素a 《水和废水监测分析方法》2002 (第四版)紫外可见光分光光度法;北海北门水体取样各项目测试结果参见表1。表 权利要求
1.一种水体磁化装置,所述磁化装置(8)包括磁化通道(1)和法兰(2),所述法兰(2) 位于所述磁化通道(1)的两端;其特征在于所述磁化通道(1)包括不导磁材料制成的内圈 (4)和外壁(5),所述内圈(4)的外圆周设有永磁铁(3),所述外壁(5)的内圆周设有磁屏蔽材料(6)。
2.如权利要求1所述的一种水体磁化装置,其特征在于所述内圈(4)和外壁(5)同中轴线,所述永磁铁(3)的形状为扇形。
3.如权利要求1所述的一种水体磁化装置,其特征在于所述永磁铁(3)与所述内圈 (4)贴合,所述永磁铁(3)与所述磁屏蔽材料(6)之间留有空隙。
4.如权利要求1所述的一种水体磁化装置,其特征在于所述永磁铁(3)和所述磁屏蔽材料(6)密封于所述内圈(4)、外壁(5)和法兰⑵形成的空腔内部。
5.如权利要求1所述的一种水体磁化装置,其特征在于所述磁化通道(1)内部的磁感应强度B值大于7 X IO3Gs。
6.一种包括如权利1所述磁化装置的修复富营养化水体的组合装置,其特征在于所述组合装置包括水泵(7)、磁化装置(8)、细分子化装置(9)和制氧装置(10)。
7.如权利要求6所述的一种修复富营养化水体的组合装置,其特征在于所述水泵(7)、 所述磁化装置(8)和所述制氧装置(10)分别与所述细分子化装置(9)连接。
8.一种利用权利要求6所述的组合装置修复富营养化水体的方法,其特征在于所述方法包括如下步骤步骤1 将水体进行细分子化超饱和溶氧;步骤2 对步骤1中经细分子化超饱和溶氧后水体进行磁化。
全文摘要
本发明提供了一种包括磁化装置的修复富营养化水体组合装置及方法,属于水、废水或污水的处理技术领域。本发明方法从生态平衡的角度出发,建立起新的物化、生化动态平衡反应体系。该方法使水体含氧量增高、微生物生化反应完全,将氧超饱和的溶于水中,使好氧微生物大量繁殖,加速水中有机物的分解,减少藻类的营养源。本发明的组合装置包括水泵、细分子化装置、制氧装置和磁化装置;本发明方法包括步骤通过取水泵使富营养化水体流经细分子化超饱和溶氧装置,细分子化超饱和溶氧后的小分子富氧水流经超强磁化装置被磁化。本发明方法工艺简单,成本低,恢复了水体自身净化功能,效果持久,为河湖水体富营养化的解决提供了全新的治理思路。
文档编号C02F7/00GK102267748SQ20111020509
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者扈乃维 申请人:扈乃维