CN108423803A - 一种天然矿物原位水体修复材料 - Google Patents

一种天然矿物原位水体修复材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天然矿物原位水体修复材料，所述天然矿物原位水体修复材料的制备原料包括火山灰、白云石、斜发沸石、造岩矿物和离子置换容量高的黏土矿物。本发明制备的天然矿物原位水体修复材料完全可以应用到江河、湖泊、河流等水体的污染治理中，能够分解各种水体中的污染物，显著改善浊度。有效防止因造成绿藻、赤潮和造成的水体的副营养化，改善水质和水生生物的栖息环境，最大限度的保存生物多样性，具有节能环保、效果显著、无二次污染、生效时间快、应用范围广、使用方便、不受环境条件限制的特点。

Description

一种天然矿物原位水体修复材料
技术领域
本发明涉及一种水体修复材料，特别是去除江河、湖泊、河流水体污染用的天然矿物原位水体修复材料。
背景技术
随着工业革命的大发展，河流污染一度达到十分严重的程度，我国限于技术的发展和经济水平，水体环境污染的研究起步比较晚，20世纪80年代初开始对北京的城市径流污染进行研究，随后上海、南京、苏州等中大城市也逐步开展起相关研究工作。在治理方面只是采用简单的方法，效果往往只是短期的，从长期来看并不理想，随着现代生态学的发展，人们才意识到河道的污染治理，不只是简单的改变水质，清除污染物这么简单，在做这些工作的同时，还要注意河道的生态问题，建立相对稳定的和开放的河道生态***，保护河道和周边环境的生物多样性。
改革开放近40年，随着经济和社会的发展，水污染也日趋严重。目前，我国全年污水排放量达765亿吨（2017年），污染排放负荷大，全国化学需氧量排放总量为2294.6万吨，氨氮排放总量为238.5万吨，远远超过环境容量。
各类生产、生活产生的点状污染源和非点状污染源的排放等、水体富营养化等、蓝绿藻爆发及水华等、洪水类自然灾害等、及城市建设过程中造成的污染，成为江河、湖泊、水库、河流等水体的污染原因。有研究表明，每年由地表径流造成的污染负荷相当于污水处理厂排放的污染负荷，城市地表径流水中污染物ss，重金属及碳氢化合物的浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同。
污水处理厂处理设备采用各种化学药品、物理方式和生物菌剂的处理方法来治理受污染的水体，污水处理设备不仅能处理高浓度各类废水，同时也能各类水体的营养盐类，但是仅仅局限在固定范围内，处理污水管网输送进来的固定水体。对于江河、湖泊、河流等水体的污染不能进行处理。
一些江河、湖泊等直接的处理方法是建造人工湿地，通过人工湿地的功能使其达到净化水体的目的。但是人工湿地不仅不仅需要巨额的建造费用，而且还需要很长的时间才能取得有意义的效果。
底泥疏浚可较大程度控制内源污染，短时间内改善水质和增加河湖调蓄水量。但疏浚易破坏底泥生态***降低水体自净能力，且需多部门配合，运输、填埋耗资巨大；生态引水能快速改善水质和水体动力学条件，增加水中污染物的扩散、进化和输出。但其本质是污染物的转移而非有效减排，并没有从根本上解决问题；化学方法操作简单，可迅速控制和缓解水体中的目标污染物。但化学药剂的生物富集和生物放大作用对水生态有负面影响会造成二次污染且极易反弹；生物菌剂适应性 耐冲击性强，能增加水体生物多样性、增强自净能力、改善水体水质。但受外界环境影响较大，见效慢、易流失且有外来物种入侵风险；植物净化既能通过庞大的根系吸收降解水体中营养物质，富集有毒有害物质又能增强景观效果。但其对光照、溶氧要求高且往往见效慢，后期管理，受环境条件限制较大。
发明内容
针对背景技术存在的缺陷，本发明提供一种天然矿物原位水体原位修复材料，以达到应用范围广、生效时间快、效果较显著、使用方便发明目的。
本发明提供的具体的技术方案是：
一种天然矿物原位水体修复材料，原料包括：火山灰、白云石、斜发沸石、造岩矿物和离子置换容量高的黏土矿物；
所述斜发沸石，阳离子置换容量≥200meq/100g，比表面积≥475m2/g；这样的斜发沸石在（Si,Al）四面体里面Si4+一部分被置换为Al3+，过剩的负电荷由碱金属或碱土金属离子所补偿，表面置换为阳离子，而这些阳离子和硅铝格架结合相当弱，具有很大的流动性，很容易与周围的其它离子发生置换。
同时，斜发沸石具有使氧富集的作用，可以大幅度的提升水中的溶氧度，水中好氧微生物逐渐繁殖和生长，水中沉积到水体底部的过剩的有机物就会被这些好氧微生物分解。
进一步的，所述原料具体按重量分数计，包括：火山灰4-11份、白云石3-9份、斜发沸石62-75份、造岩矿物7-9份、离子置换容量高的黏土矿物 5-15份。
火山灰属于中性的安山岩质，火山灰的混合料中存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝；优选日本九州地区的铝火山灰；
白云石是碳酸盐矿物，水解后能够起到起到维持处理水的pH值的作用。
进一步的，所述造岩矿物为石英、白云母、长石中的一种或几种的组合物；石英、白云母、长石是对水体环境和生态无害的天然矿物，可以使混凝物的比重增加加速其沉淀，快速的提高待修复水体的透明度。
其中，白云母有净菌的作用，尤其可以针对防止沉淀的堆积物中藻类的再次繁殖；
优选的，所述造岩矿物为石英、白云母、长石的混合物；所述造岩矿物混合物中石英、白云母、长石的质量比为3.5-6.0：7.5-9.0：7.0-8.0；优选为5.4：8.3:7.1；发明人经过大量的试验证实，造岩矿物中石英、白云母、长石的混合物的上述质量比例能有效的调节凝聚物的形成及蹭点速度，从而大幅度提高水体修复效率；特别是，当待修复的水体需要快速的在一定时间内提高透明度时，在此比例下，修复水体的时效性是最好的。
进一步的，所述离子置换容量高的黏土矿物为高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的一种或几种；所述离子置换容量高的黏土矿物也有净菌作用，进一步防止和抑制沉淀的堆积物中藻类的再次繁殖。
优选的，所述离子置换容量高的黏土矿物为高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的混合物；
优选的，所述离子置换容量高的黏土矿物混合物中高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的组分重量比为：1.6:7.8:2.2:3.5；经过发明人大量的试验发现该比例的离子置换容量高的黏土矿物组分确实可以最大限度的阻碍堆积物中藻类的繁殖，为最佳比例。
所述天然矿物原位水体修复材料的制备方法，主要包括以下制备工艺：
按重量份数，将火山灰、白云石、斜发沸石、造岩矿物、离子置换容量高的黏土矿物分别进行粉碎，筛选后的300目以下的粒径粉末进行充分混合，将混合后的粉末加热至160-180℃并维持，同时再次进行粉碎30-40分钟。制备的天然矿物原位水体修复材料在水中具有更好的分散性。
本发明的基本原理：
将本发明制备的粉末状水体修复材料，根据水体受污染程度配置用量，通过撒播或加水稀释后均匀喷洒在需要处理的水体中，水体修复材料中的大多数天然矿物都具有良好的吸附性，因此可将待修复水体中的污染有机物通过吸附、离子交换、生成难溶性盐，最后沉淀到水体的底部；水体中的藻类，因为营养的缺乏逐渐消亡，代谢产物减少；同时由于修复材料具有超多微孔有利于携氧，含有的大量氧化活性物质能够增加水体中的溶解氧，水中好氧微生物逐渐繁殖和生长，随着时间的推移，水中好氧微生物大量繁殖，水中沉积到水体底部的过剩的有机物就会被这些好氧微生物分解；同时，随着水体透明度的增加，天然矿物成分中的二氧化钛因受到天然光的照射光催化活性被激发，在光催化氧化还原的作用下，使有机物进一步分解为二氧化碳和水，最终达到快速和完全修复水体的效果。
由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：
1、本发明制备的天然矿物原位水体修复材料完全可以应用到江河、湖泊、河流等水体的污染治理中，能够分解各种水体中的污染物，防止造成绿藻、赤潮和水体的副营养化，改善水质和水生生物的栖息环境，最大限度的保存生物多样性，具有应用范围广的特点。
2、本发明制备的天然矿物原位水体修复材料，特别适用于要求时效性的水体修复，在较短的时间内可以极大程度改善水体的透明度，具有生效时间快的特点。
3、本发明制备的天然矿物原位水体修复材料，通过简单的均匀撒播或加水稀释后均匀喷洒在需要处理的水体中即可，具有使用方便的特点。
4、采用本发明制备的天然矿物原位水体修复材料应用到水体的修复中，无需通过其他手段（如：清淤、投放化学药剂、建造人工湿地等）进行处理就能达到水体治理的效果，不会对生态环境造成破坏和二次污染。
5、本发明制备的天然矿物原位水体修复材料，通过修复材料中各组分的相互作用，能够吸附水中的NH4+，降低水体中二甲基异莰醇、土腥素的浓度，达到快速治理水体发臭的效果；本发明制备的天然矿物原位水体修复材料经过发明人多年的从事水污染处理经验和大量的试验总结而成，曾经参与潍坊地区虞河污染治理，具有良好的实际应用效果。
综上所述，本发明制备的天然矿物原位水体修复材料，具有应用范围广、生效时间快、效果较显著、使用方便、基本不受环境限制的特点。
说明书附图
图1为本发明天然矿物原位水体修复材料水体修复原理过程示意图；
图2为本发明天然矿物原位水体修复材料水体修复原理结果示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对发明进行进一步的列举式的说明，当然实施例仅仅是对本发明的典型举例，而不能对本发明的的保护范围及其他实质性缺陷产生影响。
实施例1 一种天然矿物原位水体修复材料的制备方法，包括以下步骤：
将火山灰4份、白云石4份、斜发沸石62份、造岩矿物7份、离子置换容量高的黏土矿物6份，分别进行粉碎，筛选后的300目以下的粒径粉末进行充分混合，将混合后的粉末加热至160℃并维持，同时再次进行粉碎40分钟，制成本实施例的天然矿物原位水体修复材料（粉末状）。
本实施例中斜发沸石阳离子置换容量230-255meq/100g，比表面积550-650m2/g；火山灰选自日本九州地区的铝火山灰；造岩矿物为石英、白云母、长石的混合物；造岩矿物混合物中石英、白云母、长石的质量比为3.5：7.5：7.0； 离子置换容量高的黏土矿物混合物中高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的组分重量比为：1.6:7.8:2.2:3.5。
本实施例制备的天然矿物原位水体修复材料具有应用范围广、生效时间快、效果较显著、使用方便、基本不受环境条件限制的优点。
实施例2 一种天然矿物原位水体修复材料的制备方法，包括以下步骤：
将火山灰8份、白云石7份、斜发沸石70份、造岩矿物8份、离子置换容量高的黏土矿物10份，分别进行粉碎，筛选后的300目以下的粒径粉末进行充分混合，将混合后的粉末加热至160℃并维持，同时再次进行粉碎30分钟，制成本实施例的天然矿物原位水体修复材料（粉末状）。
本实施例中斜发沸石阳离子置换容量230-255meq/100g，比表面积550-650m2/g；火山灰选自日本九州地区的铝火山灰；造岩矿物为石英、白云母、长石的混合物；造岩矿物混合物中石英、白云母、长石的质量比为5.4：8.3:7.1； 离子置换容量高的黏土矿物混合物中高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的组分重量比为：1.6:7.8:2.2:3.5。
本实施例制备的天然矿物原位水体修复材料具有应用范围广、生效时间快、效果较显著、使用方便、基本不受环境条件限制的优点。
实施例3 一种天然矿物原位水体修复材料的制备方法，包括以下步骤：
将火山灰11份、白云石8份、斜发沸石72份、造岩矿物9份、离子置换容量高的黏土矿物15份，分别进行粉碎，筛选后的300目以下的粒径粉末进行充分混合，将混合后的粉末加热至170℃并维持，同时再次进行粉碎35分钟，制成本实施例的天然矿物原位水体修复材料（粉末状）。
本实施例中斜发沸石阳离子置换容量230-255meq/100g，比表面积550-650m2/g；火山灰选自日本九州地区的铝火山灰；造岩矿物为石英、白云母、长石的混合物；造岩矿物混合物中石英、白云母、长石的质量比为6.0：9.0：7.9； 离子置换容量高的黏土矿物混合物中高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的组分重量比为：1.6:7.8:2.2:3.5。
本实施例制备的天然矿物原位水体修复材料具有应用范围广、生效时间快、效果较显著、使用方便、不受环境条件限制的优点。
本发明制备的天然矿物原位水体修复材料，具有良好的应用效果；以下为采用本发明制备的天然矿物原位水体修复材料在潍坊地区虞河某段进行的试验，具体见表1-表2；
检测方法：
采用PHS-3C型精密酸度计测量pH值；采用常规方法（透明度计）检测透明度和溶解氧（BDO-200A型）；采用国家标准测定COD、NH4 +-N、NO2 +-N。
潍坊地区虞河某段治理前水质各项指标具体参数见表1
表1 潍坊地区虞河某段治理前原水水质检测状况
由表1可以看出，该段潍坊地区虞河某段流域pH呈酸性，水体透明度6.42 cm，NH4 +-N含量为27.89 mg.L-1，COD含量223.45 mg.L-1，NO2 +-N含量25.32 mg.L-1，溶解氧含量1.43mg.L-1；水体富营养化明显，复合黑臭水体的特征；
采用本发明实施例1-3制备的天然矿物原位水体修复材料对潍坊地区虞河该段水体进行施用治理；
治理方法：施用量为200g/m3水体；撒播或加水稀释后均匀喷洒；施用间隔为8小时/次；每12小时检测一次；
治理时间48h后，该段水体检测指标见表2
表2
由表2可以看出，通过治理后，治理的潍坊地区虞河该段水体完全符合《GB3838-2002》地表水环境质量标准，且治理效果明显，治理时间36-48小时即可满足即可满足地表水环境质量标准，适合紧急治理水体的要求。
发明人经过大量的试验，造岩矿物中石英、白云母、长石的混合物质量比例为5.4：8.3:7.1，最能有效的调节凝聚物的形成及蹭点速度，从而最快的提高水体修复效率；特别是，当待修复的水体需要快速的在一定时间内提高透明度时，在此比例下，修复水体的时效性是最好的。
以下为本发明天然矿物原位水体修复材料中造岩矿物中的石英、白云母、长石的添加比例对水体修复治理效率的影响（典型举例），具体见表3：
表3
由表3可以看出，本发明天然矿物原位水体修复材料中造岩矿物中的石英、白云母、长石的添加比例为5.4：8.3:7.1时，最能有效的调节凝聚物的形成及蹭点速度，从而最快的提高水体修复效率；同时节约原材料，降低消耗，节约成本。
由于穷尽式的详细列举显然不可能，表3中列出的只是本发明的试验过程中的典型举例，以说明特殊的比例组合产生的预料不到的技术效果。
除特殊说明的外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述的比值均为质量比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述天然矿物原位水体修复材料的制备原料包括火山灰、白云石、斜发沸石、造岩矿物和离子置换容量高的黏土矿物。
2.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述制备原料，按重量分数计包括：火山灰4-11份、白云石3-9份、斜发沸石62-75份、造岩矿物7-9份、离子置换容量高的黏土矿物5-15份。
3.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述斜发沸石，阳离子置换容量≥200meq/100g，比表面积≥475m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述造岩矿物为石英、白云母、长石中的一种或几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述造岩矿物为石英、白云母、长石的造岩矿物混合物；所述造岩矿物混合物中石英、白云母、长石的质量比为3.5-6.0：7.5-9.0：7.0-8.0。
6.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述离子置换容量高的黏土矿物为高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述离子置换容量高的黏土矿物为高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的黏土矿物混合物；所述黏土矿物混合物中高岭石、蛭石、蒙脱石、伊利石的组分重量比为：1.6:7.8:2.2:3.5。
8.根据权利要求5所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述造岩矿物中石英、白云母、长石的质量比例为5.4：8.3:7.1。
9.根据权利要求1所述的一种天然矿物原位水体修复材料，其特征在于：所述天然矿物原位水体修复材料的制备方法，主要包括以下制备工艺：按重量份数，将火山灰、白云石、斜发沸石、造岩矿物、离子置换容量高的黏土矿物分别进行粉碎，筛选后的300目以下的粒径粉末进行充分混合，将混合后的粉末加热至160-180℃并维持，再次粉碎30-40分钟。
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