一种富营养化水体的处理方法和装置.pdf

一种富营养化水体的处理方法，利用磁性碳粉对污染物反应效率高和反应速度快特性，有效去除生化出水中溶解性的COD、UV254、发色物质、总氮和总磷等污染因子。利用磁性碳粉自聚沉降的特性快速分离水体中藻类，再生系统对吸附饱和的磁性碳粉以及絮凝藻类后的藻泥絮体进行再生活化处理，实现磁性碳粉重复循环利用。本发明还公开了用于实现上述方法的装置。本发明处理后的出水清澈，藻水分离效率及处置成本远优于现有其他技术，每小时可得到含固率大于10％的藻泥300～10000kg，针对各种富营养化水质均有较好效果。

权利要求书
1.  一种富营养化水体的处理方法：
1)将磁性碳粉输入深度处理池，开启深度净化池内的搅拌机，磁性碳粉与藻水分离池输入的上清液均匀混合，曝气条件下通过磁性碳粉去除污染物，反应完毕后，启动深度处理池内的磁盘组转动，磁性碳粉通过磁性自聚以及磁性吸附实现固液分离，关闭磁盘组，开启铲泥条刮下磁性碳粉输入藻水分离池，处理后的水体经深度净化池的排放孔排出；
2)藻水分离池内，开启藻水分离池的搅拌机，使磁性碳粉与富集藻水充分混合，曝气条件下富集藻水中的藻类、胶体和细微悬浮物等不溶态污染物在磁性碳粉铁离子的作用下形成絮凝团，絮凝团不断相互碰撞，矾花由小变大，并且在此絮凝过程中包裹了磁性碳粉，从而带有磁性。关闭搅拌机，启动藻水分离池内的磁盘组转动，吸附藻水分离池内带磁性碳粉的藻团；关闭磁盘组，开启铲泥条刮下藻泥流进WAR反应器，藻水分离池内的上清液流向深度净化池；
3)藻泥输入WAR反应器中，在曝气条件下促进磁性碳粉分散，纳米气泡进入碳粉孔隙内部使磁性碳粉表面和孔隙中粘附的污染物分解脱附，将磁性碳粉附着的污泥氧化成无机物，而磁性碳粉不被破坏；启动WAR反应器内的磁盘组转动，吸附收集磁性碳粉，开启铲泥条刮下再生后的磁性碳粉导入深度处理池重新使用；关闭磁盘组和曝气机静置浓缩沉淀，开启搅拌机快速旋转，将湿式氧化无法处理的颗粒残渣，在离心力的作用下将其分离，通过WAR反应器排放孔排出。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，WAR反应器内的温度为226～246℃，压力为6～10Mpa。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中，WAR反应器的炭泥浓度>9％，悬浮固体量不得低于9％，以提供WAR反应器稳定的污泥量。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中，WAR反应器的曝气为O2和O3交替曝气，O2用于混凝搅拌和清洁填料，O3通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。

5.  一种实现权利要求1所述方法的装置，主要由WAR反应器、藻水 分离池、深度净化池三部分组成，其中：
WAR反应器的底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
藻水分离池底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
深度净化池底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
WAR反应器的排放孔与深度净化池的排放孔设有输送磁性碳粉的管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设有输送上清液的泵和管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设输送磁性碳粉的管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池的纳米曝气盘分别各连接一纳米曝气机。

6.  根据权利要求5所述的装置，其中，WAR反应器设有保温层保温，以减少热量损失。

说明书一种富营养化水体的处理方法和装置
技术领域
本发明涉及一种去除水体中藻类、胶体和细微悬浮物以及营养物质(如：氮、磷、有机物等)的方法，具体地涉及一种富营养化水体的处理方法。
本发明还涉及用于实现上述方法的装置。
背景技术
水体的富营养化带来了很大的危害，是当今世界面对的主要水污染问题之一。水体富营养化己经引起了人们的广泛重视，围绕富营养化水体展开了大量的研究。水体富营养化的关键过程也就是藻类大量生长的过程，藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其它浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或者被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面不断使水质恶化，造成鱼类和其它水生生物的大量死亡。藻类及其它浮游生物残体在腐烂过程中，又把氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。富营养化水体中的藻类突发性增长受到很多因素的影响，如水体中的氮磷浓度、水体温度、溶解氧、光照强度等。因此，分离去除富营养化水体中藻类不能仅仅依靠物理分离方法，还要提高富营养化水体水质状况，才能真正从根本上抑制藻类的生长。
富营养化是指含磷和氮的化合物过多排入水体，破坏了原有的生态平衡，引起藻类大量繁，过多地消耗了水中的氧，使鱼类、浮游生物缺氧死亡，它们的尸体腐烂又造成水质污染的现象。由于这些盐类是植物增长所需要的，因此，湖泊富营养化的具体体现是藻类“疯长”和水华爆发，因此，去除水体中的过量藻类是富营养化治理的一个重要方面。水华是湖泊富营养化的典型表现，它是水体过多植物类营养物质引起藻类大量增长所造成。
湖泊富营养化的根本原因是营养物质的增加，人为富营养化是当代湖 泊富营养化的主要因素。碳、氮、磷是浅水湖泊藻类大量增殖的主要限制因子，也是构成湖泊水体富营养化的决定性因素。从技术上讲，消除湖泊富营养化的关键还在于削减湖泊水体的氮、磷等营养物质的含量，消除水体中藻类疯长的基础。水质监测显示，近年来藻类数量比10年前增加5倍，总磷TP、总氮TN比1960年增加6-7倍，而且藻类出现了时间趋早，历时趋长，范围趋广的趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富营养化水体的处理方法。
本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的装置。
为实现上述目的，本发明提供的富营养化水体的处理方法，其过程如下：
1)将磁性碳粉输入深度处理池，开启深度净化池内的搅拌机，磁性碳粉与藻水分离池输入的上清液均匀混合，曝气条件下通过磁性碳粉去除污染物，反应完毕后，启动深度处理池内的磁盘组转动，磁性碳粉通过磁性自聚以及磁性吸附实现固液分离，关闭磁盘组，开启铲泥条刮下磁性碳粉输入藻水分离池，处理后的水体经深度净化池的排放孔排出；
2)藻水分离池内，开启藻水分离池的搅拌机，使磁性碳粉与富集藻水充分混合，曝气条件下富集藻水中的藻类、胶体和细微悬浮物等不溶态污染物在磁性碳粉铁离子的作用下形成絮凝团，絮凝团不断相互碰撞，矾花由小变大，并且在此絮凝过程中包裹了磁性碳粉，从而带有磁性。关闭搅拌机，启动藻水分离池内的磁盘组转动，吸附藻水分离池内带磁性碳粉的藻团；关闭磁盘组，开启铲泥条刮下藻泥流进WAR反应器，藻水分离池内的上清液流向深度净化池；
3)藻泥输入WAR反应器中，在曝气条件下促进磁性碳粉分散，纳米气泡进入碳粉孔隙内部使磁性碳粉表面和孔隙中粘附的污染物分解脱附，将磁性碳粉附着的污泥氧化成无机物，而磁性碳粉不被破坏；启动WAR反应器内的磁盘组转动，吸附收集磁性碳粉，开启铲泥条刮下再生后的磁性碳粉导入深度处理池重新使用；关闭磁盘组和曝气机静置浓缩沉淀，开启搅拌机快速旋转，将湿式氧化无法处理的颗粒残渣，在离心力的作用下 将其分离，通过WAR反应器排放孔排出。
所述的方法中，WAR反应器内的温度为226～246℃，压力为6～10Mpa。
所述的方法中，WAR反应器的炭泥浓度>9％，悬浮固体量不得低于9％，以提供WAR反应器稳定的污泥量。
所述的方法中，WAR反应器的曝气为O2和O3交替曝气，O2用于混凝搅拌和清洁填料，O3通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
本发明提供的用于实现上述方法的装置，主要由WAR反应器、藻水分离池、深度净化池三部分组成，其中：
WAR反应器的底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
藻水分离池底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
深度净化池底部设有排放孔，排放孔上方设有磁盘组，磁盘组上方设有铲泥条，铲泥条上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有搅拌机；
WAR反应器的排放孔与深度净化池的排放孔设有输送磁性碳粉的管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设有输送上清液的泵和管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设输送磁性碳粉的管道；
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池的纳米曝气盘分别各连接一纳米曝气机。
所述的装置中，WAR反应器设有保温层保温，以减少热量损失。
本发明利用磁性碳粉对污染物反应效率高和反应速度快特性，有效去除生化出水中溶解性的COD、UV254、发色物质、总氮和总磷等污染因子。利用磁性碳粉自聚沉降的特性快速分离水体中藻类，再生系统对吸附饱和的磁性碳粉以及絮凝藻类后的藻泥絮体进行再生活化处理，实现磁性碳粉重复循环利用。本发明工作状态稳定，出水清澈，藻水分离效率及处置成本远优于现有其他技术，每小时可得到含固率大于10％的藻泥300～ 10000kg，针对各种富营养化水质均有较好效果。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
附图中主要组件符号说明：
1-WAR反应器；2-搅拌机；3-藻水分离池；4-处理过程水流向；5-深度净化池；6-磁性碳粉流向；7-排放孔；8-磁盘组；9-铲泥条；10-纳米曝气盘；11-纳米曝气机。
具体实施方式
本发明的富营养化水体的处理装置，主要由WAR反应器1、藻水分离池3、深度净化池5三部分组成。其中：
WAR反应器1的底部设有排放孔7，排放孔7上方设有磁盘组8，磁盘组8上方设有铲泥条9，铲泥条9上方设有纳米曝气盘10，纳米曝气盘10上方设置有搅拌机2；
藻水分离池3底部设有排放孔7，排放孔7上方设有磁盘组8，磁盘组8上方设有铲泥条9，铲泥条9上方设有纳米曝气盘10，纳米曝气盘10上方设置有搅拌机2；
深度净化池底部设有排放孔7，排放孔7上方设有磁盘组8，磁盘组8上方设有铲泥条9，铲泥条9上方设有纳米曝气盘10，纳米曝气盘10上方设置有搅拌机2。
WAR反应器、藻水分离池和深度净化池的纳米曝气盘分别各连接一纳米曝气机11。
由于WAR反应器1、藻水分离池3、深度净化池5三部分的结构相同，因此附图中只对WAR反应器1的结构作了标识。
WAR反应器的排放孔与深度净化池的排放孔之间设有输送磁性碳粉的管道；WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设有输送上清液的泵和管道；WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间设输送磁性碳粉的管道；WAR反应器设有保温层保温。有关WAR反应器、藻水分离池和深度净化池之间用于输送磁性碳粉和上清液的管道连接为公知技术，附 图中也没有标出。
本发明的富营养化水体的处理方法是：
将WAR反应器1再生后的磁性碳粉输入深度处理池5，深度净化池5利用磁性碳粉，使其具备磁性的磁性碳粉粉与富营养化的藻水分离池3上清液均匀混合，通过磁性碳粉高效去除污染物，反应完毕后，启动磁盘组8缓缓转动，磁性碳粉通过磁性自聚以及磁性吸附实现固液快速分离，关闭磁盘组8，开启铲泥条9刮下磁性碳粉输入藻水分离池3，处理后的水体直接排入湖中。
使用深度处理排出的磁性碳粉对富集藻水进行处理，藻水进入藻水分离池3，开启搅拌机2，在搅拌机2的作用下将磁性碳粉与富集藻水充分混合。富集藻水中的藻类、胶体和细微悬浮物等不溶态污染物在磁性碳粉铁离子的作用下形成絮凝团，絮凝团不断相互碰撞，矾花由小变大，并且在此絮凝过程中包裹了磁性碳粉，从而带有磁性。关闭搅拌机2，启动磁盘组8缓缓转动，即可以将藻水槽内带磁性的藻团吸附；关闭磁盘组8，开启铲泥条9刮下藻泥，流进WAR反应器1。而通过磁盘组8吸附收集磁性碳粉后的藻水分离池3的上清液，流向深度净化池5，形成如图所示的处理过程的水流向。
藻水分离池3刮下的藻泥输入WAR反应器1中，开启纳米曝气机11，在纳米曝气过程中纳米曝气盘10产生超声效果，激发的能量可发生并加强自由负离子的产生，达成高级氧化效果，而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，两种效果叠加可促进磁性碳粉充分分散，纳米气泡可进入碳粉孔隙内部让碳粉表面和孔隙中粘附的污染物分解脱附。
而后在WAR反应器1内进行湿式氧化再生，将磁性碳粉附着的污泥氧化成无机物，而磁性碳粉不被破坏，恢复了活性的磁性碳粉再返回深度净化池5中重新使用；启动磁盘组8缓缓转动，即可以将全部磁性碳粉吸附收集，开启铲泥条9刮下再生磁性碳粉导入深度处理池5重新使用，形成WAR反应器1再生后的磁性碳性进入深度净化池5中，然后再从深度净化池5进入藻水分离池3，再进入WAR反应器1进行再生的循环(如图中所标的磁性碳粉流向的循环)。关闭磁盘组8，关闭纳米曝气机11 静置浓缩沉淀，开启搅拌机2快速旋转，将湿式氧化无法处理的颗粒残渣，在离心力的作用下将其分离，通过排放孔7排出。
本发明的磁性碳粉的制备：采用均匀溶胶凝胶法制备磁性碳粉。以硫酸铁和尿素为前驱，葡萄糖为碳源，具体制备过程如下：取6.48g硫酸铁和3.24g尿素溶于去离子水中，再加入乙醇(分析纯)0.6g搅拌均匀，在90℃的条件下反应2h。待反应结束后取出反应物干燥、反复水洗至中性，再次干燥，用球磨机研磨得到纳米级磁性碳粉。