CN109607664B - 一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法 - Google Patents

一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法，包括以下步骤：第一步：将净水污泥用铁筛网过滤后，干燥碾碎过筛，得到净水污泥；再对其灼烧制备灼烧净水污泥；第二步：将过氧化钙粉末、灼烧净水污泥、七水硫酸亚铁进行混合，制得混合材料。采用干式投加，悬浮物浓度小于或者等于200mg/L，投加量为10‑15g/m3；悬浮物浓度大于200mg/L且小于或等于500mg/L，投加量为20‑25g/m3；悬浮物浓度大于500mg/L，投加量为40‑50g/m3。该材料具有较强供氧能力，沉降速度快，氧化能力强的特点，同时具有改善底泥微环境的能力，有利于促进底泥内微生物恢复。沉入底泥后不会引入新的化学风险。

Description

一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法。
背景技术
尽管我国在水体黑臭治理方面投入了大量人力物力，有了诸多的技术、方法、材料来控制水体黑臭，但是，在某些情况下，仍有部分水体会突发黑臭。而黑臭的存在已经严重影响了人们的生活和幸福感。众所周知，黑臭的发生仍然是突然的，令人防不胜防的，而黑臭的消失也令人困惑。但无论如何，在黑臭发生时，如果有一种方法或者材料能快速控制或者消除黑臭，这仍然是目前亟需的。针对于此，本发明根据过氧化钙与二价铁离子发生类芬顿反应的原理，以新材料具备供氧、强氧化、沉速快、无化学风险为目标，制备了以过氧化钙、净水污泥、硫酸亚铁为核心的新材料。
众所周知，水体黑臭是由于缺氧导致，致使表层底泥悬浮，主要是铁离子和硫离子进入水体导致水体发黑发臭。目前，由于污水截流和流域综合管控措施的实施，黑臭的发生主要是内源性黑臭。研究发现，在当下，内源性黑臭的贡献率基本相当于外源性黑臭。内源性是指底泥中日积月累的污染物在厌氧条件下发酵，产生甲烷或者氮气，导致底泥上浮，致使水体黑臭。最常见的发生这种内源性黑臭的水体是城市水体，夏天藻类大量生长并死亡而在底泥中得到积累，当环境条件合适时，则发生厌氧发酵，进而导致水体黑臭。
当水体发生黑臭时，直接给人们生活带来了困扰，快速消除黑臭是急迫的。针对水体黑臭发生时的原因和特点，如果能及时在水体中投加具有供氧能力和氧化能力的材料，则有利于快速消除黑臭，同时，为了增加水体透明度，需要投加的材料不仅能快速沉降，而且最好形成絮凝体，利用“网捕卷扫”原理，将水体中细小的悬浮物吸附并沉降。此外，以往当水体发生黑臭时，有利用混凝剂、曝气充氧等技术消除黑臭的。但是，这些技术均具有效率低、能耗高、继发性强等缺点，不能在短时间内消除黑臭。并且技术核心是通过强制性氧化和絮凝将水体中悬浮物沉降至底泥，所以悬浮物以及底泥所富集的丰富的还原性物质如有机物等并未被有效去除或者转化，其仍然存在水体黑臭的巨大风险。
针对于此，本发明拟研制一种新型材料，即具有供氧、强氧化能力、沉降速度快，又有利于恢复底泥中微生物活性。从而实现短期内快速消除水体黑臭，并通过对底泥微环境的改善作用，实现长期内控制水体黑臭的发生，本发明应运而生。
发明内容
解决的技术问题：针对现有消除黑臭技术具有效率低、能耗高、继发性强的缺点，本发明提供一种快速消除水体黑臭的新技术，制备得到的吸附材料具有供氧、强氧化能力、快速沉淀、恢复微生物等特点，从而为快速消除黑臭，避免水体底泥再次黑臭提供方法。
技术方案：一种快速消除水体黑臭的材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将净水污泥用铁筛网过滤后，干燥碾碎过筛，得到处理后的净水污泥；将处理后的净水污泥灼烧，得到灼烧净水污泥；
第二步：将过氧化钙粉末、灼烧净水污泥、七水硫酸亚铁进行混合，制得快速消除水体黑臭的材料。
进一步的，所述第一步中先将净水污泥用1-2mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥3.5h，再碾碎后过100目筛，得到处理后的净水污泥；将处理后得净水污泥在550℃下灼烧3.5h，得到灼烧净水污泥。
进一步的，所述第二步中过氧化钙粉末、灼烧后净水污泥、七水硫酸亚铁混合的质量比为3:5:12。
本发明所述的制备方法制得的快速消除水体黑臭的材料。
进一步的，材料的投加量取决于水体中悬浮物浓度，悬浮物浓度小于或者等于200mg/L时，材料投加量为15g/m3；悬浮物浓度大于200mg/L且小于或者等于500mg/L时，材料投加量为25g/m3；悬浮物浓度大于500mg/L时，材料投加量为50g/m3。
进一步的，所述材料采用干式投加。
本技术发明的新材料（过氧化钙、灼烧后净水污泥、七水硫酸亚铁的混合物）消除黑臭原理如下：过氧化钙与亚铁离子进行类芬顿反应，形成羟基自由基，从而对水体中的耗氧物质如氨氮、有机物等进行氧化，同时通过释放的溶解氧可以消除黑臭；由于类芬顿反应过程中，会导致pH升高，进而为三价铁离子、铝离子反应生成絮凝体提供了条件，利用形成的氢氧化物絮凝体的“网捕卷扫”作用将水体中细小的颗粒物质吸附，并通过快速沉降将其去除，在此过程中，净水污泥充当了骨架；尽管很多悬浮物进入了底泥，但由于过氧化钙等新材料也随之进入底泥，由于过氧化钙具有强氧化能力，其对底泥微环境有很强的改善能力，促使底泥从厌氧、缺氧向好氧转变，进而促使微生物的恢复。
有益效果：本发明提供的一种快速消除水体黑臭的新技术，具体公开了一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法，具有以下优点：
1. 用该制备方法制备得到的新材料具有供氧、强氧化能力、快速沉淀、恢复微生物等特点，同时，加入水体的金属离子主要是自然界中常见的钙盐、铁盐和铝盐，不会对水体生态***产生化学风险；
2. 该材料中的过氧化钙和亚铁离子可以通过类芬顿反应，强化羟基自由基的产生，对水体中悬浮的铁离子、硫离子以及其他有机物进行强氧化反应，去除水体中耗氧物质，避免厌氧。加入的亚铁离子在氧化作用下形成三价铁离子，与净水污泥中的铝离子等通过形成氢氧化物而形成絮凝体，利用网捕卷扫原理对水体中细小颗粒进行吸附和去除。
3. 水体中悬浮物被沉降入底泥后，由于过氧化钙和硫酸亚铁的存在，可以进一步促进底泥微环境由厌氧或者缺氧向好氧转化，促进微生物的恢复，实现对水体黑臭发生条件的有效控制。
4. 该制备方法使用的材料来源广泛、制作简单易行，净水厂污泥的利用实现了废物的资源化利用，解决了净水厂污泥的去向问题。
具体实施方式
净水污泥从苏州高新区自来水有限公司—高新区第二水厂获得。
实施例1
新材料制备方法的步骤如下：
（1）净水污泥处理
将自来水厂脱水后沉淀的污泥（Al2O3含量为25.7%）用1mm铁筛网筛除大颗粒物质，再置于烘箱中，在110℃干燥3.5h，然后碾碎，用100目筛网进行筛分，得到处理后的净水污泥。
（2）净水污泥灼烧
将处理后的净水污泥置于马弗炉中，在550℃下灼烧3.5h，灼烧后取出，置于干燥皿中凉至室温，称取1kg灼烧后的净水污泥备用。
（3）新材料制备
将300g过氧化钙粉末、500g灼烧后净水污泥、1200g七水硫酸亚铁混合，充分搅拌，得到混合材料。
实施例2
利用实施例1制备得到的新材料进行消除黑臭试验，具体步骤如下：
选取正在发生黑臭的河道，取10L黑臭的上覆水，并取该河道黑臭底泥。
测定黑臭水体的相关参数，溶解氧0.2mg/L，悬浮物267mg/L，有机物97 mg/L，氨氮24 mg/L，总磷7.9 mg/L。
另取4个1L的烧杯，在每个烧杯底部覆盖10cm厚度底泥，加入1L上覆水。分别投加新材料、聚合氯化铁、曝气，并有一个作为对照。根据悬浮物浓度，采取每立方米投加25g，则本实验投加新材料25mg；聚合氯化铁投加量按照8mg/L投加，则投加纯聚合氯化铁8mg；曝气采取强化曝气方式，利用曝气头充氧，充氧量为25mL/min，曝气时间为1h。
加入新材料***2h后，水体臭味消失，水体中悬浮物基本沉降完毕，悬浮物浓度小于50mg/L，溶解氧浓度达到3.5 mg/L，pH8.7。投加聚合氯化铁***，2h后，悬浮物浓度小于50mg/L，溶解氧浓度0.5 mg/L，pH7.7，但水体臭味仍在。曝气***，2h后，水体臭味消失，但水体仍然呈黑色，水体中悬浮物不能沉降，溶解氧浓度达到5.5 mg/L，pH7.1。对照试验无任何改善。
1d后，加入新材料***，水体无臭味，悬浮物浓度小于20mg/L。投加聚合氯化铁***，悬浮物浓度小于20mg/L，但水体臭味仍在。曝气***，水体臭味消失，但水体仍然呈黑色，水体中悬浮物不能沉降。对照试验无任何改善。
10d后，上覆水中各指标发生明显变化。新材料***，溶解氧浓度2.7 mg/L，pH8.8，COD23 mg/L，氨氮4.5 mg/L，总磷1.2mg/L；聚合氯化铁***，溶解氧浓度0.7 mg/L，pH7.5，COD78 mg/L，氨氮12 mg/L，总磷0.9mg/L；曝气***，COD45 mg/L，氨氮6.7 mg/L，总磷1.5mg/L；对照试验，溶解氧浓度0.3mg/L，pH6.7，COD90mg/L，氨氮23mg/L，总磷7.0mg/L。
投入新材料***，表层底泥逐渐被转化为黄色。投加聚合氯化铁***，表层底泥颜色未见变化。曝气***，表层底泥也转化成黄色的趋势，但氧化层厚度明显低于新材料***。对照试验表层底泥仍然呈明显的黑色。
采用搅拌桨扰动底泥10分钟，导致表层底泥悬浮，上覆水中悬浮物含量明显增加，考察水体是否仍会黑臭。
扰动期间，对照试验、加入聚合氯化铁的***、曝气***，水体仍然黑臭，但是投加聚合氯化铁***，悬浮物沉降速度很快；加入新材料***，水体并未黑臭，且悬浮物沉降速度快，24h后，悬浮物浓度小于20mg/L，溶解氧浓度2.2 mg/L，而对照试验、加入聚合氯化铁的***、曝气***溶解氧浓度均低于0. 5 mg/L。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种快速消除水体黑臭的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将净水污泥用铁筛网过滤后，干燥碾碎过筛，得到处理后的净水污泥；将处理后的净水污泥灼烧，得到灼烧净水污泥；
第二步：将过氧化钙粉末、灼烧净水污泥、七水硫酸亚铁进行混合，制得快速消除水体黑臭的材料；
所述第二步中过氧化钙粉末、灼烧后净水污泥、七水硫酸亚铁混合的质量比为3:5:12。
2.根据权利要求1所述的一种快速消除水体黑臭的材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中先将净水污泥用1-2mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥3.5h，再碾碎后过100目筛，得到处理后的净水污泥；将处理后得净水污泥在550℃下灼烧3.5h，得到灼烧净水污泥。
3.权利要求1-2任意一项所述的制备方法制得的快速消除水体黑臭的材料。
4.根据权利要求3所述的快速消除水体黑臭的材料，其特征在于，材料的投加量取决于水体中悬浮物浓度，悬浮物浓度小于或者等于200mg/L时，材料投加量为15g/m3；悬浮物浓度大于200mg/L且小于或者等于500mg/L时，材料投加量为25g/m3；悬浮物浓度大于500mg/L时，材料投加量为50g/m3。
5.根据权利要求3所述的快速消除水体黑臭的材料，其特征在于，所述材料采用干式投加。
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