一种天然水体除磷系统
技术领域
本实用新型属于天然水体除磷技术领域，具体涉及一种天然水体除磷系统。
背景技术
随着我国经济的发展和工业化水平的提高，水资源污染问题也日趋严重。城市天然水体作为城市功能体的重要组成部分，往往成为生活污水，甚至工业废水的受纳体。由于这些生活污水和工业废水中氮、磷含量较高，使得水体接纳各种废水后，其营养负荷超标，导致水体中藻类等大量繁殖，进而引发水体富营养化，加快水体老化。
磷是水体富营养化的限制因子。在去除天然水体磷的过程中，化学药剂因为副作用的问题严禁直接使用，生物法效果有限，沉水植物只适合浅水，水库等深水则不行，因此，利用环境矿物的吸附法则具有不可替代的优势。它具有占地面积小、工艺流程简单、操作方便、适用范围广等诸多优点，但是目前所用的吸附剂，如活性炭等成本和运行费用较高，且二次回收利用的可能性也不强，从而限制了它的广泛应用。
去除水中的磷元素是控制水体富营养化，改善水体质量的关键。吸附法除磷是目前研究及应用较多的方法，为了解决现有吸附法吸附剂成本较高，吸附剂吸附饱和后出路的问题，十分有必要提供一种能有效吸附废水中磷元素，且能回收利用吸附剂的方法。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种天然水体除磷系统。
本实用新型所提供的技术方案如下：
一种天然水体除磷系统，包括：
悬浮在水中进行循环曝气的循环曝气装置，所述循环曝气装置连通有设置在水体旁的地面上的供气装置；
沉在水体底部的固定桩，所述固定桩将所述循环曝气装置限制在水中；
以及，若干绕所述循环曝气装置的周向排列并悬浮在水中的除磷单元，各所述除磷单元与所述固定桩活动连接。
基于上述技术方案，循环曝气装置可以不断的产生水流，水流循环的经过除磷单元除磷，从而通过除磷单元实现对水体进行除磷。
进一步的，所述固定桩通过第一绳索与所述循环曝气装置固定连接。
基于上述技术方案，第一绳索可以限制循环曝气装置，又不将循环曝气装置固定，可以适应循环曝气装置的位置在水体中随水流的波动。采用循环曝气装置扰动水域，下方进水、进气，上端喷出汽水混合液，带动水体循环。
进一步的，所述天然水体除磷系统还包括卷扬机，所述卷扬机设置在水体旁的地面上，所述固定桩还设置有定滑轮，所述卷扬机通过绕过所述定滑轮的第二绳索与所述循环曝气装置固定连接，或者，所述固定桩还设置有环体，所述卷扬机通过穿过所述环体的第二绳索与所述循环曝气装置固定连接。
基于上述技术方案，可以通过卷扬机的方或收实现上移或下移循环曝气装置。
进一步的，所述除磷单元包括浮球和悬挂于所述浮球下方的透水袋，所述浮球与所述透水袋通过第三绳索固定连接，所述第三绳索与所述固定桩活动连接，所述透水袋内填充有膨润土颗粒，或者，在所述透水袋的内壁上竖向固定设置有金属条框架，在各所述金属条框架合围成的长条形的空间内竖向设置有膨润土颗粒层。
基于上述技术方案，透水袋由于悬挂放置于天然水体中，便于回收吸附饱和后的膨润土颗粒料，膨润土颗粒具有良好的土壤改良剂，再加上吸附后的速效磷，肥效更高，因此可就近回用于农业林业。第三绳索即可以将浮球和透水袋限制在一起，又不浮球和透水袋固定死，可以适应不浮球和透水袋位置在水体中随水流的波动。而设置有金属条框架的透水袋则可以固定形成层状的膨润土颗粒层解结构，层状的结构厚度相对较低，利于水体的透过。
具体的，膨润土颗粒可选择现有技术所提供的膨润土颗粒，例如，申请号为201610247994.6的申请文件所公开的去除天然水体中磷的膨润土颗粒。
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构，八面体中的羟基自由基可以发生置换，并且蒙脱石的结构层中还存在着这些半径较大的阳离子如Na+、K+和Ca2+等，所以膨润土还具有吸附极性分子的能力和离子交换性，其对氨氮和磷都具有较强的吸附性。
粉末状膨润土对磷酸根的吸附能力较强，但由于膨润土具有溶胀性，容易堵塞装置，而且其沉淀性能较差，吸附后难实现固液分离。搓球造粒后的膨润土克服了自身有溶胀性易堵塞容器的缺点，改善了固液分离效果。当用氯化钙对膨润土颗粒进行改性后，进一步提高了膨润土对磷的吸附去除效果。
膨润土本身是性能良好的土壤改良剂，它不仅具有较强的保肥保水性能，而且还能提高土壤的缓冲能力，因此磷吸附饱和后的膨润土颗粒可以回田作为肥料得到进一步利用，有效地解决了吸附剂的出路问题。
进一步的，所述天然水体除磷系统还包括悬浮在所述循环曝气装置上方的环形架体，所述环形架体绕周向设置有若干第一限位环，各所述第一限位环内穿过一个所述的第三绳索，所述环形架体与所述固定桩连接。
基于上述技术方案，可以将各除磷单元的位置进行限制，避免随水流漂移至不合理的位置。
进一步的，所述环形架体上分别设置有至少一对位置相对的第一连接环，各所述第一连接环分别套接有一个第二连接环，所述固定桩绕周向设置有两个半圆弧形的第二限位环，两个所述第二限位环分别套接有一个第三连接环，各所述第二连接环分别与连接件的一端固定连接，所述连接件的另一端与对应的其中一个所述第三连接环固定连接。
基于上述技术方案，可以将各除磷单元的位置限制在循环曝气装置上方，与循环曝气装置的工作位置匹配，避免随水流漂移至不合理的位置。
具体的，所述连接件为金属线。
具体的，所述环形架体包括内环体和外环体，所述内环体和所述外环体通过至少一对相对设置的固定件固定连接，所述内环体和所述外环体绕周向均设置有若干第一限位环，各所述第一限位环内穿过一个所述的第三绳索，在各所述固定件上分别设置一个所述的第一连接环。
基于上述技术方案，可以实现除磷单元沿环形架体周向和径向均匀设置，使除磷单元分散均匀，提高水体除磷的效果。
总体上，本实用新型针对天然湖、库水体中磷浓度普遍超标，化学药剂法、体外循环法、微生物法、沉水植物法等方法难以使用或效果有限的情况下，提供了一种新的除磷方法。将实用新型将膨润土颗粒装于透水袋，再悬挂放于水体中的方法，可有效去除水中磷酸盐，再复合养鱼或曝气等增加水体交换速率的手段后，去除效果可进一步提升。由于是悬挂放置于天然水体中，所以便于回收吸附饱和后的材料，膨润土颗粒本就是良好的土壤改良剂，再加上吸附后的速效磷，肥效更高，因此可就近回用于农业林业。
附图说明
图1是本实用新型所提供的天然水体除磷系统的整体结构示意图。
图2是本实用新型所提供的天然水体除磷系统的环形架体部分的俯视图。
图3是效果例1的除磷数据图。
图4是效果例2的除磷数据图。
图5是效果例3的除磷数据图。
附图1、2中，各标号所代表的结构列表如下：
1、循环曝气装置，2、固定桩，3、除磷单元，4、卷扬机，5、浮球，6、透水袋，7、供气装置，8、连接件，9、内环体，10、外环体，11、固定件， 12、第一限位环，13、第一连接环，14、第二连接环，15、第二限位环，16、第三连接环。
具体实施方式
以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
在一个具体实施方式中，如图1所示，天然水体除磷系统包括悬浮在水中进行循环曝气的循环曝气装置1、沉在水体底部的固定桩2、若干绕循环曝气装置1的周向排列并悬浮在水中的除磷单元3、设置在水体旁的地面上的连通循环曝气装置1的供气装置7以及设置在水体旁的地面上的卷扬机4。固定桩2将循环曝气装置1限制在水中。各除磷单元3与固定桩2活动连接。
天然水体除磷系统还包括卷扬机4，固定桩2还设置有定滑轮，卷扬机 4通过绕过定滑轮的第二绳索与循环曝气装置1固定连接，或者，固定桩2 还设置有环体，卷扬机4通过穿过环体的第二绳索与循环曝气装置1固定连接。固定桩2通过第一绳索与循环曝气装置1固定连接。
除磷单元3包括浮球5和悬挂于浮球5下方的透水袋6，浮球5与透水袋6通过第三绳索固定连接，第三绳索与固定桩2活动连接，透水袋6内填充有膨润土颗粒，或者，在透水袋6的内壁上竖向固定设置有金属条框架，在各金属条框架合围成的长条形的空间内竖向设置有膨润土颗粒层。
天然水体除磷系统还包括悬浮在循环曝气装置1上方的环形架体，环形架体包括内环体9和外环体10，内环体9和外环体10通过至少一对相对设置的固定件11固定连接，内环体9和外环体10绕周向均设置有若干第一限位环12，各第一限位环12内穿过一个的第三绳索，在各固定件11上分别设置一个的第一连接环13。环形架体与固定桩2连接。
相对的一对固定件11上分别设置有一个第一连接环13，各第一连接环 13分别套接有一个第二连接环14，固定桩2绕周向设置有两个半圆弧形的第二限位环15，两个第二限位环15分别套接有一个第三连接环16，各第二连接环14分别与连接件8的一端固定连接，连接件8的另一端与对应的其中一个第三连接环16固定连接。连接件8为金属线。
循环曝气装置可以不断的产生水流，水流循环的经过除磷单元的透水袋 6中的膨润土颗粒除磷，从而通过除磷单元实现对水体进行除磷。环形架体可以将各除磷单元的位置限制在循环曝气装置上方，与循环曝气装置的工作位置匹配，避免随水流漂移至不合理的位置。
如图1所示，使用本实用新型所提供的天然水体除磷系统进行水体除磷，将循环曝气装置1、固定桩2、环形架体和各除磷单元3布置于水中，然后通过收、放卷扬机4调整循环曝气装置的高低。然后，打开供气装置7，即可以持续的进行除磷。所用到的膨润土颗粒的用量与水体的水量比为 1:10000～4:10000。其中，水体傍的岩体等结构图中通过横断线示意。
效果例1
用膨润土颗粒对武汉市某湖泊水进行水质净化试验，取20克膨润土颗粒装入透水袋中，自然条件下静置悬挂于20L水中，水中磷酸盐初始浓度为 0.547mg/L，同时作不添加膨润土颗粒的空白对照实验。从图3可以看出，没有添加膨润土颗粒的对照处理，随着时间的延长，由于水分蒸发损失，相应的水中磷酸盐浓度有所上升，而添加了膨润土颗粒的处理，在第1d的时候，磷酸盐浓度即下降到0.516mg/L，然后随着时间的延长，水中磷酸盐浓度逐渐下降，到第10d时，磷酸盐浓度下降到0.321mg/L，到第30d时，磷酸盐浓度下降到0.184mg/L，去除率达到66％，对P的去除效果明显。
效果例2
用膨润土颗粒对武汉市某湖泊水进行水质净化试验，取20克膨润土颗粒装入透水袋中，自然条件下静置悬挂于20L水中，水中磷酸盐初始浓度为 0.547mg/L，同时向水中放入几条金鱼，既模拟自然条件下的水体，又通过金鱼的活动增加水体的扰动，从而考察除磷效果。为保证鱼的活动，定期向水中少量投放鱼饲料。另外作不添加膨润土颗粒的空白对照实验。
从中可以看出，没有添加膨润土颗粒的对照处理，随着时间的延长，由于水分蒸发损失，相应的水中磷酸盐浓度有所上升，而添加了膨润土颗粒和鱼的处理，在第1d的时候，磷酸盐浓度即下降到0.475mg/L，比只放膨润土颗粒，不放鱼的处理多降低了0.041mg/L，然后随着时间的延长，水中磷酸盐浓度逐渐下降，下降速度要快于图3中没有投放鱼的处理，到第10d 时，磷酸盐浓度下降到0.157mg/L，去除率达到71％，到第30d时，磷酸盐浓度下降到0.05mg/L，去除率高达91％，对P的去除效果明显。
效果例3
用膨润土颗粒对武汉市某湖泊水进行水质净化试验，取20g膨润土颗粒装入透水袋中，自然条件下静置悬挂于20L水中，水中磷酸盐初始浓度为 0.547mg/L，为了提高除磷效果，向水中曝气增加扰动，促进水中物质交换。另外作不添加膨润土颗粒的空白对照实验。
从中可以看出，没有添加膨润土颗粒的对照处理，随着时间的延长，由于水分蒸发损失，相应的水中磷酸盐浓度有所上升，而添加了膨润土颗粒和曝气的处理，在第1d的时候，磷酸盐浓度即下降到0.362mg/L，比只放膨润土颗粒的处理多降低了0.154mg/L，比添加膨润土颗粒和鱼的处理多降低了0.113mg/L，然后随着时间的延长，水中磷酸盐浓度快速下降，下降速度要快于上述两种处理，到第10d时，磷酸盐浓度下降到0.086mg/L，去除率高达84％，到第30d时，磷酸盐浓度下降到0.019mg/L，去除率高达97％，水中的磷酸盐基本上完全去除。
上述各实施例中，膨润土颗粒采用申请号为201610247994.6的申请文件所公开的去除天然水体中磷的膨润土颗粒。具体的，将膨润土、淀粉按100:3 的比例混合后用适量的水混合均匀，制成粒径为3-5mm的颗粒，在100摄氏度恒温干燥箱里干燥两小时，然后经马弗炉在500摄氏度下焙烧5h制成颗粒状吸附剂。然后，将烧制完成的膨润土颗粒进行改性，5g膨润土颗粒在浓度为0.1mol/L，体积为100ml的氯化钙溶液中改性40min(在转速为120r/h的摇床上完成)，改性完成后膨润土颗粒用纯水洗净，即得。
由图3、图4、图5可以看出，膨润土颗粒具有较好的除磷效果，用透水袋将其包装后再放入水体中不仅可以有效的降低水中磷酸盐，吸附饱和后还可以从水中取出，从而可减少对水体的负面影响，而且吸附饱和后的膨润土颗粒由于富含磷，还可以作优良的土壤改良剂，就近用于农业林业。
向水中增加扰动可以加快物质的交换速率，进而促进磷的吸附。鱼是水中的常见生物，它的扰动可提高除磷效率，而曝气也是容易实现的扰动手段，配合悬挂膨润土颗粒使用，不仅可以有效的去除水中磷酸盐，而且还可以提高水中溶解氧，改善水质。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
