CN104909430B - 用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置 - Google Patents
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Abstract
用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，包括支架、悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器，悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器均安装在支架上，阴离子交换膜富集器始终没入富营养化水体内；驱动装置包括风叶、直杆、第一齿轮、第二齿轮，直杆安装在支架顶部的轴承上，直杆一端装有风叶，直杆另一端装有第一齿轮；阴离子交换膜富集器配有搅拌桨，搅拌桨上部安装在支架的第二轴承上，搅拌桨安装在阴离子交换膜富集器内，搅拌桨顶部装有与第一齿轮啮合的第二齿轮。本发明的有益效果是：创造性地采用均相阴离子交换膜，基于Donnan分离原理提取磷元素，较一般的化学、生物除磷法更环保经济高效提取富营养化水体中的磷元素。
Description
技术领域
本发明涉及一种用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置。
背景技术
我国湖泊、水库等封闭型水体的富营养化程度已非常普遍，引起富营养化的主要原因是水体中磷和氮超标。富营养化是引起水质恶化、味觉和嗅觉变坏、溶解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、藻类暴发的主要原因。近十几年来，我国湖泊富营养的趋势加快，加重。太湖的富营养化程度不断加剧，已由10年前的轻度富营养化水平升至中度富营养化水平，在无锡、苏州附近的水域已达到重富营养化程度。2007年4月底，太湖梅梁湖蓝藻水华大规模集中暴发，造成太湖小湾里水厂、锡东水厂、贡湖水厂一个多月无法正常供水，对全社会生产、生活产生严重影响。因此，研究出一种成本较低，效果好，对环境无负面影响的方法和装置来治理湖泊富营养化的湖泊迫在眉睫。
发明内容
治理湖泊富营养化难度很大，滇池与太湖已投入上千亿元法理资金，但并未收到明显效果。针对湖泊中的磷去除困难，其它方法存在局限性、成本高和二次污染的问题，本发明提出了一种成本低、效果好、对环境无负面影响的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置。
本发明所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素 的装置，其特征在于：包括支架、悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器，所述的悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器均安装在支架上，并且所述的阴离子交换膜富集器始终没入水体中；所述的驱动装置包括风叶、直杆、第一齿轮、第二齿轮，所述的直杆安装在支架顶部的轴承上，所述的直杆的一端装有风叶，直杆另一端装有第一齿轮；所述的阴离子交换膜富集器配有搅拌棒，所述的搅拌棒上部安装在支架的第二轴承上，搅拌棒下部伸入阴离子交换膜富集器，并且搅拌棒顶部装有与第一齿轮啮合的第二齿轮。
所述的直杆水平安装在支架顶部的第一轴承上，所述的搅拌棒上部垂直安装在支架的第二轴承上，并且所述的直杆和所述的搅拌棒通过相互啮合的第一齿轮和第二齿轮连接，实现动力的传递。
所述的支架包括外框、横梁和多根龙门架，所述的外框为正方体，所述的阴离子交换膜富集器安装在外框内部，外框顶部其中两个对边配有两根相互平行布置的横梁，并且横梁两端分别向外延伸形成用于安装悬浮装置的安装部；外框顶部另两个对边之间连有龙门架。
所述的搅拌棒伸入阴离子交换膜富集器内部的部分配有搅拌桨。
所述的第一轴承为立式轴承，所述的第二轴承为卧式轴承，并且所述的第一轴承和第二轴承分别通过螺栓固定在相应的龙门架上。
所述的第一齿轮和所述的第二齿轮均为斜齿轮。
所述的阴离子交换膜富集器的侧壁为阴离子交换膜。
所述的阴离子交换膜为均相阴离子交换膜。
所述的支架为BET-6-2020的铝型材制成。
本发明提取磷的原理是：
富集器置于水面下，利用风能带动搅拌器，加速水体中的磷酸根离子通过均相阴离子交换膜单向迁移到富集器内部，主要动力来自阴离子交换膜两侧Cl-和H2PO4 -的浓度差，富集水体中的磷，以达到去除水体中磷元素的目的。本发明所述的装置在实验室试验中，富集液中NaCl浓度为0.1mol/L、外水体中含磷酸根2mg/L、总体积为3L、水温为25℃，并加以搅拌，24小时磷酸盐的富集率最高可达95.41％。
由实验室装置放大到实际装置(富集器体积0.53)，一台提磷机24小时富集的磷可以使10吨天然水达到富营养化浓度(0.02mg/L)以下，多台提磷机同时使用，能够有效治理水体的富营养化问题。最后迁移到富集器内部的磷元素，可以利用鸟粪石沉淀法形成磷酸盐沉淀作为宝贵的磷肥回收利用。
工作过程：首先将该装置置于富营养化水体中，此时阴离子交换膜富集器置于富营养化水体的水面下，利用风力带动风叶转动，风叶所连直杆带动第一齿轮转动，第一齿轮转动后带动第二齿轮转动，从而带动搅拌桨转动，以克服阴离子膜内外的浓化极差；水体中的磷酸根离子通过均相阴离子交换膜单向迁移到富集器内部，以达到去除水体中磷元素的目的。
本发明的有益效果是：创造性地采用均相阴离子交换膜，基于Donnan分离原理来提取磷元素，较一般的化学生物除磷法更加环保经济高效，能彻底转移水中的磷元素。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的左视图。
图3是利用本发明的装置对上塘河水处理前、后与国家排放标准的比较。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，包括支架1、悬浮装置2、驱动装置3和阴离子交换膜富集器4，所述的悬浮装置2、驱动装置3和阴离子交换膜富集器4均安装在支架1上，并且所述的阴离子交换膜富集器4始终没入被测水体内；所述的驱动装置3包括风叶31、水平布置的直杆32、第一齿轮33、第二齿轮34，所述的直杆32安装在支架1顶部的第一轴承14上，所述的直杆32的一端装有风叶31，直杆32另一端装有第一齿轮33；所述的阴离子交换膜富集器4配有搅拌棒41，所述的搅拌棒41上部安装在支架的第二轴承15上，搅拌棒41下部伸入阴离子交换膜富集器内，并且搅拌棒41顶部装有与第一齿轮33啮合的第二齿轮42。
所述的直杆水平安装在支架1顶部的第一轴承14上，所述的搅拌棒41上部垂直安装在支架的第二轴承上，并且所述的直杆和所述的搅拌棒通过相互啮合的第一齿轮和第二齿轮连接，实现动力的传递。
所述的支架1包括外框11、横梁12和多根龙门架13，所述的外框11为正方体，所述的阴离子交换膜富集器4安装在外框11内部，外框11顶部其中两个对边配有两根相互平行布置的横梁12，并且横梁12两端分别向外延伸形成用于安装悬浮装置2的安装部；外框11顶部另两个对边之间连有龙门架13。
所述的搅拌棒41伸入阴离子交换膜富集器4内部的部分配有搅拌桨。
所述的第一轴承14为立式轴承，所述的第二轴承15为卧式轴承，并且所述的第一轴承14和第二轴承15分别通过B3专用圆柱头螺栓16固定在相应的龙门架1上。
所述的第一齿轮33和所述的第二齿轮42均为斜齿轮。
所述的阴离子交换膜富集器4的侧壁为阴离子交换膜。
所述的阴离子交换膜为均相阴离子交换膜。
所述的支架1为BET-6-2020的铝型材制成。
工作过程：首先将该装置置于富营养化水体中，此时阴离子交换膜富集器4置于富营养化水体的水面下，利用风力带动风叶31转动，风叶31所连直杆32带动第一齿轮33转动，第一齿轮33转动后带动第二齿轮34转动，从而带动搅拌桨41转动，从而克服阴离子膜内外的浓化极差；水体中的磷酸根离子通过均相阴离子交换膜单向迁移到富集器4内部，以达到去除水体中磷元素的目的。
实施例2采用实施例1中的装置在实验室中进行效果验证实验， 在下表的不同条件下，将装置置于恒温水浴箱中，温度由恒温水浴箱控制。每隔一定时间间隔测定富集溶液中磷酸根的浓度。按照以下公式计算分离富集率RE。实验记录在表1中。
其中，C0代表富集溶液中磷酸根的初始浓度(mg/L)，C测为24h后富集溶液中磷酸根的实际浓度(mg/L)。
表1 不同温度下的吸磷效果
实施例3在上塘河应用
地点：上塘河(浙江工业大学朝晖校区段)
时间：2015年03月10日
采样深度：水面下0.5m
水样的处理与分析
将取来的水样，分为两份，一份经过预处理后，检测磷的含量；再取其中一份经提磷机净化三天，检测磷的含量，对比检验。水样处理前后各项指标的比较：
表2 上塘河水样主要水质指标测定结果
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：包括支架、悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器，所述的悬浮装置、驱动装置和阴离子交换膜富集器均安装在支架上，并且所述的阴离子交换膜富集器始终没入富营养化水体内；所述的驱动装置包括风叶、直杆、第一齿轮、第二齿轮，所述的直杆安装在支架顶部的轴承上，所述的直杆的一端装有风叶，直杆另一端装有第一齿轮；所述的阴离子交换膜富集器的侧壁为阴离子交换膜，所述的阴离子交换膜富集器配有搅拌桨，所述的搅拌桨上部安装在支架的第二轴承上，搅拌桨下部伸入阴离子交换膜富集器，并且搅拌桨顶部装有与第一齿轮啮合的第二齿轮。
2.如权利要求1所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：所述的支架包括外框、横梁和多根龙门架，所述的外框为正方体，所述的阴离子交换膜富集器安装在外框内部，外框顶部其中两个对边配有两根相互平行布置的横梁，并且横梁两端分别向外延伸形成用于安装悬浮装置的安装部；外框顶部另两个对边之间连有龙门架。
3.如权利要求2所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：所述的直杆水平安装在支架顶部的第一轴承上，所述的搅拌桨上部垂直安装在支架的第二轴承上，并且所述的直杆和所述的搅拌桨通过相互啮合的第一齿轮和第二齿轮连接，实现动力的传递。
4.如权利要求3所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：所述的第一轴承为立式轴承，所述的第二轴承为卧式轴承，并且所述的第一轴承和第二轴承分别通过螺栓固定在相应的龙门架上。
5.如权利要求4所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：所述的第一齿轮和所述的第二齿轮均为斜齿轮。
6.如权利要求5所述的用均相阴离子交换膜提取富营养化湖泊中磷元素的装置，其特征在于：所述的阴离子交换膜为均相阴离子交换膜。
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