一種湖泊水中氮、磷離子吸附裝置及其吸附方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于湖泊生態(tài)環(huán)境治理領(lǐng)域，具體涉及一種湖泊水中氮、磷離子吸附裝置 及其吸附方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 湖泊是一個國家經(jīng)濟和社會發(fā)展重要的淡水資源之一，它不僅具有調(diào)節(jié)氣候、蓄 水、供水、提供水產(chǎn)品、旅游等功能，而且在保護生物多樣性及維持區(qū)域環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)平衡 中也發(fā)揮至關(guān)重要的作用。近年來，隨著人類對自然資源的過度開發(fā)和工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展， 湖泊污染問題，尤其是湖泊的富營養(yǎng)化問題，己成為當今有關(guān)生態(tài)環(huán)境問題的研究熱點之 一。目前，全世界大約有30%~40%的湖泊遭受不同程度的富營養(yǎng)化而我國湖泊的富營養(yǎng)化問 題則更加嚴峻，在面積大于1 km 2的2300多個湖泊中超過6%已處于富營養(yǎng)化狀態(tài)或正受到 富營養(yǎng)化的威脅。在國家重大水專項"我國湖泊營養(yǎng)物基準和富營養(yǎng)化控制標準研究課題， 選取的200多個湖泊中，超過7s%的湖泊處于富營養(yǎng)化或超富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中太湖、巢湖、 滇池等藍藻水華頻繁暴發(fā)。2007年堪稱"藍藻之年"，己發(fā)生和具備富營養(yǎng)化發(fā)生條件的湖 泊面積共達14000 km2之多，從湖泊數(shù)量上來看，近3/4的湖泊已達富營養(yǎng)程度，所占的面積 也接近總面積的2/3?？梢姡锤粻I養(yǎng)化問題具有廣泛性和嚴重性，己經(jīng)達到了不容忽視 的程度。
[0003] 我國湖泊的富營養(yǎng)化具有明顯的區(qū)域差異特征，其中包括人類活動干擾較多的南 方大多數(shù)湖泊，例如太湖、巢湖和滇池"三湖"的"水質(zhì)型"富營養(yǎng)化和由氣候暖干化引發(fā)的 北方湖泊的"水量型"富營養(yǎng)化，如呼倫湖。而本質(zhì)上兩者都是由于氮、磷等營養(yǎng)鹽含量過剩 引發(fā)的。經(jīng)濟合作發(fā)展組織(DE⑶）的統(tǒng)計顯示，世界上超過80%的富營養(yǎng)化湖泊屬于磷限制 型，中國大多數(shù)湖泊的富營養(yǎng)化進程亦受到磷營養(yǎng)鹽的控制。因此，開展湖泊中磷的生物地 球化學循環(huán)和磷的基準和控制標準的研究顯得十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種湖泊水中氮、磷離子吸附裝置，該裝置對 湖泊中氮、磷離子去除率高，適用范圍廣闊。
[0005] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明具體采用如下的技術(shù)方案： 一種湖泊水中氮、磷離子吸附裝置，包括:輸水裝置、反應罐、進氣管、清水管、排泥管、 污泥槽、浮動平臺、支架及控制系統(tǒng)；湖泊水面上漂浮設置所述浮動平臺，所述浮動平臺上 設置所述支架，支架的上部放置所述反應罐，下部設置污泥槽； 所述反應罐通過輸水裝置與湖泊連接； 所述反應罐底部與污泥槽之間設有排泥管； 反應罐的頂部設有所述進氣管，側(cè)壁設有清水管;進氣管上設有氣體流量計;輸水裝 置、清水管和排泥管上均設有電磁閥； 所述反應罐包括:反應罐殼體，穩(wěn)流管，吸附反應管，液位傳感器，穩(wěn)流管固定板及吸附 反應管固定板;所述穩(wěn)流管位于反應罐殼體內(nèi)部中間位置，穩(wěn)流管與反應罐殼體中軸線位 置重合，穩(wěn)流管外側(cè)與穩(wěn)流管固定板內(nèi)側(cè)無縫焊接，穩(wěn)流管上端面距反應罐殼體頂部10~ 30cm;穩(wěn)流管固定板外圈與反應罐殼體內(nèi)壁無縫焊接； 所述吸附反應管位于穩(wěn)流管內(nèi)部并與穩(wěn)流管軸心線重合，吸附反應管外側(cè)與吸附反應 管固定板內(nèi)壁無縫焊接，吸附反應管上端面距穩(wěn)流管頂部20~40cm，所述吸附反應管底部與 所述進氣管相連通； 所述吸附反應管內(nèi)設有吸附反應層，吸附反應層的上部設置吸附反應層防護板； 所述吸附反應管固定板中間為環(huán)形鏤空結(jié)構(gòu)，吸附反應管固定板外圈與反應罐殼體內(nèi) 壁無縫焊接； 所述液位傳感器設置在距反應罐上端檐口 5mm~20mm處； 所述吸附反應管的管壁上設有氮、磷離子降解能力感應器，氮、磷離子降解能力感應器 距吸附反應管上端檐口 5mm~20mm; 所述浮動平臺上設有控制系統(tǒng)，輸水裝置中的水栗、氣體流量計、液位傳感器、氮、磷離 子降解能力感應器及電磁閥均與控制系統(tǒng)控制連接。
[0006]所述吸附反應層高度不小于吸附反應管總高的五分之四，所述吸附反應層由若干 層吸附反應球構(gòu)成，每兩個吸附反應球之間的最大間距為l〇〇nm，吸附反應球的數(shù)量為100~ 300萬個。
[0007]所述浮動平臺上設有動力裝置，所述動力裝置與所述控制系統(tǒng)控制連接。
[0008] 所述反應罐殼體為倒錐狀中空結(jié)構(gòu);所述穩(wěn)流管固定板中間為環(huán)形鏤空結(jié)構(gòu)。
[0009] 本發(fā)明還公開了所述湖泊水中氮、磷離子吸附裝置中吸附反應球的制造方法，包 括如下步驟： 第1步:按重量份計，在反應釜中加入電導率為0.009yS/cm~0.05yS/cm的超純水600~ 1050份，啟動反應釜內(nèi)攪拌器，轉(zhuǎn)速為120rpm~180rpm，啟動加熱栗，使反應釜內(nèi)溫度上升 至50°C~70°C;依次加入3~13份的正丁醇鋁、10~25份的正丁基硫醇、7~15份的佛波醇 12，13-二丁酸鹽，攪拌至完全溶解，調(diào)節(jié)pH值為3.5~8.5，將攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)至lOOrpm~ 150rpm，溫度為60°C~95°C，酯化反應3~12小時； 第2步：按重量份計，取6~17份的丁二酸二油酯磺酸鈉 (SDSS)、8~33份的環(huán)氧梓油酸 丁酯，粉末粒徑為400~7000目；加入15~40份的9，10-環(huán)氧十八酸丁酯混合均勻，平鋪于托 盤內(nèi)，平鋪厚度為13mm~27mm，采用劑量為2· 5kGy~5 · 5kGy、能量為6 ·OMeV~9· 5MeV的α射線 輻照20~45分鐘，以及同等劑量的β射線輻照15~70分鐘； 第3步:按重量份計，經(jīng)第2步處理的混合粉末溶于500~700份濃度為25ppm~180ppm 的甘油單硬脂酸酯聚環(huán)氧乙烷中，加入反應釜，攪拌器轉(zhuǎn)速為30rpm~85rpm，溫度為85°C~ 95°C，啟動真空栗使反應釜的真空度達到-0.03MPa~-0 · 05MPa，保持此狀態(tài)反應5~13小 時；泄壓并通入氮氣，使反應釜內(nèi)壓力為0.008~0.050MPa，保溫靜置4~17小時；攪拌器轉(zhuǎn) 速提升至85rpm~180rpm，同時反應爸泄壓至OMPa;依次加入5~22份的硫代二丙酸二硬脂 醇酯、10~18份乙酰氧基硬脂酸丁酯完全溶解后，加入2~12份的交聯(lián)劑攪拌混合，使得反 應釜溶液的親水親油平衡值為3.5~9.0，保溫靜置3~8小時； 第4步：按重量份計，在攪拌器轉(zhuǎn)速為95rpm~120rpm時，依次加入7~25份的聚氧乙稀 脂肪酸乙醇酰胺磺基琥珀酸單酯二鈉、4~16份的丙二醇單乙醚、9~22份的二丙二醇單 甲醚和10~35份的1，2，6-三磷酸肌醇，提升反應釜壓力，使其達到0.06MPa~0.40MPa，溫 度為145°C~175°C，聚合反應2~8小時;反應完成后將反應釜內(nèi)壓力降至OMPa，降溫至35°C ~45°C，出料，入壓模機即可制得吸附反應球;所述交聯(lián)劑為二磷酸磷脂酰肌醇、二磷酸肌 醇磷脂、磷脂酰肌醇3磷酸中的任意一種。
[0010] 本發(fā)明所述湖泊水中氮、磷離子吸附裝置的工作方法，包括以下幾個步驟： S1:控制系統(tǒng)啟動輸水裝置將湖泊水經(jīng)反應罐底部輸入反應罐內(nèi)，使出水量控制在 15m3/h~70m3/h，與此同時控制系統(tǒng)啟動進氣管對反應罐內(nèi)部的吸附反應管底部進行供氣， 進氣管上的氣體流量計對進氣量進行實時監(jiān)測，使進氣量控制在20m 3/h~80m3/h范圍內(nèi)； 第2步:所述氣體使湖泊水與吸附反應層混合均勻，湖泊水內(nèi)的氮、磷離子與吸附反應 層反應生成結(jié)晶體，湖水與結(jié)晶體經(jīng)吸附反應管上檐進入穩(wěn)流管中，進而經(jīng)穩(wěn)流管底部流 入反應罐底