CN112239293A - 一种修复治理富营养化水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修复治理富营养化水体的方法，采用外源性磷氮营养物质输入的截污处理+内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理+水体的透析式处理多单元多层次的修复治理富营养化水体的技术体系，具有低能耗、低影响、低成本、易维护和二次污染风险低的相对优势。
Description
技术领域
本发明属于水生态环境保护技术领域，具体涉及一种修复治理富营养化水体的方法。
背景技术
河、海、湖、库等缓流、滞流水域富营养化治理的压力一直居高不下。导致所述水域富营养化的主因是人为制造的氮、磷等含量在水体和底泥中快速富集且明显过剩的结果，其中，磷通常都是元凶，它是藻类等细胞合成所必需的营养元素，也是构成核酸、脂肪、蛋白质的重要组成成分，在能量代谢过程起着不可替代的重要作用。水体富营养化直接导致的一个严重后果就是：以藻类为主体的水生植物大量繁殖，极大削弱了水体透明度和水中植物正常的光合作用。藻类的呼吸、死亡及其被需氧微生物分解都会消耗水下的大量氧气，使水体长期处于缺氧状态，造成鱼类等水生生物的死亡，水质发浑发臭，湖泊生态平衡和自净能力遭受破坏，最终导致使用功能丧失，进而构成其周边水、土、大气环境被持续污染的源头。
开放性河、海、湖、库等缓流、滞流水域富营养化修复治理极具挑战性，一直在呼唤实用先进技术的开发与工程化，也是本发明的基本出发点。
发明内容
本发明在于解决现有技术中存在的不足之处，提供一种修复治理富营养化水体的方法，采用外源性磷氮营养物质输入的截污处理+内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理+水体的透析式处理多单元多层次的修复治理富营养化水体的技术体系，具有低能耗、低影响、低成本、易维护和二次污染风险低的相对优势。
一种修复治理富营养化水体的方法，包括以下步骤：
1）外源性磷氮营养物质输入的截污处理；
2）内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理；
3）水体的透析式处理。
在步骤1）中，根据不同类别的外源性污染源，划分出不同的污染源板块，并分别对其采用一体化装备去除其中的磷氮营养物质。
所述一体化处理装备中所采用的主反应体为具有释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能的陶粒材料。功能陶粒由下述成份组成为：15-30%硅酸铝钾盐、20-40%层状硅铝酸盐、6-12%环状硅酸盐其余为碱性粘土。粒度不低于300目多种天然矿石原料。
一种功能陶粒的制备方法，包括如下步骤： 1）成型：将将原料置于成球机内，成球机通过支架和支架底座设置振动电机，振动电机上设置连接杆，连接杆的自由端设置转动的球体，球体上均布有若干个锥形刺，在不使用时连接杆拉起，未处在料盘内，直至种球变大至4-6mm的陶瓷球生坯，将连接杆拉下使球体出于料盘内不与料盘接触，振动电机工作带动球体振动，同时成球机工作，料盘内的生球与球体接触，形成有凹槽的生球； 2）烧结：将陶瓷球生坯在窑炉内按照50℃/hr升温至300℃，然后保温1hr，再按照180℃/hr升温至1300℃以上，保温20分钟，再自然冷却至室温。
所述成球机上设有支架底座，所述支架底座上通过弹簧设有上底座，所述上底座上设有振动电机，所述振动电机上设有电动伸缩杆，所述连接杆与振动电机铰接，所述振动电机上设有两个对称的连接杆，所述连接杆的自由端设有转动连接的球体，所述电动伸缩杆上端设有两个铰接的拉杆，两个拉杆分别与对应的连接杆铰接。也可以采用四个连接杆，四个连接杆均布在振动电机周侧，四个球体，成凹曹球效率更高效果更好，电动伸缩杆带动球体上升或下降（雨伞样式升降）。本发明的成球机在现有基础上增加上述结构，形成有凹槽的生球，生球外表面积大。
采用本发明的原料配方及制备方法，制备的陶瓷颗粒效率高，制备速度快，通过球体的作用，球体的外表面积提高了约60%， 具有良好的孔隙率和足够的表面粗糙度；且内部孔隙发达、多微孔，表面粗糙、比表面积大，能获得较高的生物量，具有较好的生物氧化能力足够的强度和坚硬度、不易破碎；化学稳定好，抗酸碱能力强。利废环保，价格低廉；堆积比重轻，有足够的筒压强度，从而反冲洗能耗低，水头损失小；同时化学稳定性好，抗酸碱性能强，使用寿命长。
在步骤2）中，在所述富营养化水域的大角度弯道、深度港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流水域，按水体容量的0.2-0.5%喷洒微电化学功能粉剂或/和铺设不低于10mm厚度的陶粒实现以封盖+降解为目标的底泥安定化处理。微电化学矿物功能陶粒和粉剂具有包括释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能，且属于一种非易耗型的微电化学矿物功能材料。所述功能粉剂由下述材料组成为：15-30%为含硼铁环状硅酸盐、10-20%为含水二氧化硅,其余为硅酸铝钾盐，并为500目的天然矿石粉剂原料混制而成。使用状态为粉剂与水调和而成便于喷洒的浆状体。
在步骤3）中，对污染风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流区段，采用所述一体化的处理装备，通过近抽远排的模式将中水就近回注所述水域，以起到补充新水、激活水体、增加溶氧量的作用，有助于遏制流域富营养化进程。
本发明提供的针对开放性河、海、湖、库等缓流、滞流水域富营养化的修复治理的理念和方法，治理效果明显而持久，具有低能耗、低影响、低成本、易维护和二次污染风险低的相对优势。处理地表Ⅴ类水后磷氮等营养物质浓度指标能较快达到或优于表Ⅳ类水质。
附图说明
图1为富营养化风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩等缓流、滞流区段板块划定的示意图；
图2为案例之一的实测数据表；
图3为案例之二的实测数据表；
图4为案例之三的实测数据表。
图5为本发明成球机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-5和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：一种修复治理富营养化水体的方法，包括以下步骤：
1）外源性磷氮营养物质输入的截污处理；
2）内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理；
3）水体的透析式处理。
在步骤1）中，根据不同类别的外源性污染源，划分出不同的污染源板块，并分别对其采用一体化装备去除其中的磷氮营养物质。
所述一体化处理装备中所采用的主反应体为具有释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能的陶粒材料。功能陶粒由下述成份组成为：15%硅酸铝钾盐、20%层状硅铝酸盐、6%含硼铁环状硅酸盐其余为碱性粘土。粒度不低于300目多种天然矿石原料，制成直径5-15mm的功能陶粒。
在步骤2）中，在所述富营养化水域的大角度弯道、深度港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流水域，按水体容量的0.2%喷洒微电化学功能粉剂或/和铺设10mm厚度的陶粒，实现以封盖+降解为目标的底泥安定化处理。微电化学矿物功能陶粒和粉剂具有包括释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能，且属于一种非易耗型的微电化学矿物功能材料。所述功能粉剂由下述材料组成为：15%为含硼铁环状硅酸盐、10%为含水二氧化硅,其余为硅酸铝钾盐，并为500目的天然矿石粉剂原料混制而成。使用状态为粉剂与水调和而成便于喷洒的浆状体。
在步骤3）中，对污染风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流区段，采用所述一体化的处理装备，通过近抽远排的模式将中水就近回注所述水域，以起到补充新水、激活水体、增加溶氧量的作用，有助于遏制流域富营养化进程。
实施例2：一种修复治理富营养化水体的方法，包括以下步骤：
1）外源性磷氮营养物质输入的截污处理；
2）内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理；
3）水体的透析式处理。
在步骤1）中，根据不同类别的外源性污染源，划分出不同的污染源板块，并分别对其采用一体化装备去除其中的磷氮营养物质。
所述一体化处理装备中所采用的主反应体为具有释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能的陶粒材料。功能陶粒由下述成份组成为：30%硅酸铝钾盐、40%层状硅铝酸盐、12%含硼铁环状硅酸盐其余为碱性粘土。粒度不低于300目多种天然矿石原料。
一种功能陶粒的制备方法，包括如下步骤： 1）成型：将将原料置于成球机内，成球机通过支架和支架底座设置振动电机，振动电机上设置连接杆，连接杆的自由端设置转动的球体，球体上均布有若干个锥形刺，在不使用时连接杆拉起，未处在料盘内，直至种球变大至4-6mm的陶瓷球生坯，将连接杆拉下使球体出于料盘内不与料盘接触，振动电机工作带动球体振动，同时成球机工作，料盘内的生球与球体接触，形成有凹槽的生球； 2）烧结：将陶瓷球生坯在窑炉内按照50℃/hr升温至300℃，然后保温1hr，再按照180℃/hr升温至1300℃以上，保温20分钟，再自然冷却至室温。
所述成球机上设有支架底座17，所述支架底座17上通过弹簧16设有上底座19，所述上底座19上设有振动电机15，所述振动电机15上设有电动伸缩杆14，所述连接杆13与振动电机15铰接，所述振动电机上设有两个对称的连接杆13，所述连接杆13的自由端设有转动连接的球体，所述电动伸缩杆上端设有两个铰接的拉杆，两个拉杆18分别与对应的连接杆铰接。也可以采用四个连接杆，四个连接杆均布在振动电机15周侧，四个球体，成凹曹球效率更高效果更好，电动伸缩杆带动球体上升或下降（雨伞样式升降）。本发明的成球机在现有基础上增加上述结构，形成有凹槽的生球，生球外表面积大。
环状硅酸盐采用含硼铁的环状硅酸盐。
在步骤2）中，在所述富营养化水域的大角度弯道、深度港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流水域，按水体容量的0.5%喷洒微电化学功能粉剂或/和铺设10mm厚度的陶粒，实现以封盖+降解为目标的底泥安定化处理。微电化学矿物功能陶粒和粉剂具有包括释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能，且属于一种非易耗型的微电化学矿物功能材料。所述功能粉剂由下述材料组成为：30%为含硼铁环状硅酸盐、20%为含水二氧化硅,其余为硅酸铝钾盐，并为500目的天然矿石粉剂原料混制而成。使用状态为粉剂与水调和而成便于喷洒的浆状体。
在步骤3）中，对污染风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流区段，采用所述一体化的处理装备，通过近抽远排的模式将中水就近回注所述水域，以起到补充新水、激活水体、增加溶氧量的作用，有助于遏制流域富营养化进程。
实施例3：一种修复治理富营养化水体的方法，包括以下步骤：
1）外源性磷氮营养物质输入的截污处理；
2）内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理；
3）水体的透析式处理。
在步骤1）中，根据不同类别的外源性污染源，划分出不同的污染源板块，并分别对其采用一体化装备去除其中的磷氮营养物质。
所述一体化处理装备中所采用的主反应体为具有释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能的陶粒材料。功能陶粒由下述成份组成为：23%硅酸铝钾盐、30%层状硅铝酸盐、9%含硼铁环状硅酸盐其余为碱性粘土。粒度不低于300目多种天然矿石原料。
一种功能陶粒的制备方法，包括如下步骤： 1）成型：将将原料置于成球机内，成球机通过支架和支架底座设置振动电机，振动电机上设置连接杆，连接杆的自由端设置转动的球体，球体上均布有若干个锥形刺，在不使用时连接杆拉起，未处在料盘内，直至种球变大至4-6mm的陶瓷球生坯，将连接杆拉下使球体出于料盘内不与料盘接触，振动电机工作带动球体振动，同时成球机工作，料盘内的生球与球体接触，形成有凹槽的生球； 2）烧结：将陶瓷球生坯在窑炉内按照50℃/hr升温至300℃，然后保温1hr，再按照180℃/hr升温至1300℃以上，保温20分钟，再自然冷却至室温。
在步骤2）中，在所述富营养化水域的大角度弯道、深度港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流水域，按水体容量的0.35%喷洒微电化学功能粉剂或/和铺设12mm厚度的功能陶粒，实现以封盖+降解为目标的底泥安定化处理。微电化学矿物功能陶粒和粉剂具有包括释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能，且属于一种非易耗型的微电化学矿物功能材料。所述功能粉剂由下述材料组成为：23%为含硼铁环状硅酸盐、15%为含水二氧化硅,其余为硅酸铝钾盐，并为500目的天然矿石粉剂原料混制而成。使用状态为粉剂与水调和而成便于喷洒的浆状体。
在步骤3）中，对污染风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流区段，采用所述一体化的处理装备，通过近抽远排的模式将中水就近回注所述水域，以起到补充新水、激活水体、增加溶氧量的作用，有助于遏制流域富营养化进程。
案例之一
本实施案例是采用环状硅酸盐、含水二氧化硅以及硅酸铝钾盐粒度500目的天然矿石粉剂原料混制而成的粉剂功能材料，修复宜兴某公园内一条明显富营养化的景观河道与人工湖水体并对其底泥实施安定化处理。操作方法为：加水90%以上将粉剂混制成流体，采用喷枪将其基本均匀地喷撒至水域的水面，所述粉剂用量为每方水体0.5kg计算。重点喷撒处理水域弯曲段的浅流滞流区域。两天之后水体的能见度明显改善，氨氮、总磷、COD均有明显下降。55天后水体中的氨氮、总磷和COD分别从3.361、0.618和58，下降到0.231、0.042和13，水体从地表劣Ⅴ类上升到地表Ⅲ类，跟踪监测近半年，水质稳定。
实施案例之二
本实施案例采用所述功能陶粒用以封盖和降解处理的北京香山公园某名景点中的一处水质比较混浊的浅水湖塘,所用的功能陶粒组成为：25%硅酸铝钾盐、30%层状硅铝酸盐、12%含硼铁环状硅酸盐其余为碱性粘土。粒度不低于500目多种天然矿石原料。制成直径5mm的功能陶粒。所述陶粒铺垫在淤泥较厚的有限面积的底泥上。半个月后该湖塘水体变得明显清澈。
实施案例之三
江苏宜兴某小村庄生活污水汇集到一个较大池塘,水体中磷氮营养物质严重过剩，属于高度富营养化水体。采用本发明提供的“微电化学技术+生化法”一体化装置进行处理后，出水稳定达到城市生活污水一级A，其中氨氮、总磷、COD浓度指标有较高的富余量,分别达到45%-85%，30%-72%和67%-78%。
Claims (10)
1.一种修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）外源性磷氮营养物质输入的截污处理；
2）内源性磷氮营养物质富集底泥的净化处理；
3）水体的透析式处理。
2.如权利要求1所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：在步骤1）中，根据不同类别的外源性污染源，划分出不同的污染源板块，并分别对其采用一体化装备去除其中的磷氮营养物质。
3.如权利要求2所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：所述一体化处理装备中所采用的主反应体为具有释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能的陶粒材料。
4.如权利要求3所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：功能陶粒材料由下述成份组成为：15-30%硅酸铝钾盐、20-40%层状硅铝酸盐、6-12%环状硅酸盐其余为碱性粘土。
5.如权利要求4所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：粒度不低于300目多种天然矿石原料。
6.如权利要求5所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：在步骤2）中，在所述富营养化水域的大角度弯道、深度港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流水域，按水体容量的0.2-0.5%喷洒微电化学功能粉剂或/和铺设不低于10mm厚度的陶粒，实现以封盖+降解为目标的底泥安定化处理。
7.如权利要求6所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：微电化学矿物功能陶粒和粉剂具有包括释电反应、物理吸附以及由此派生出的水的电解、电催化、电极反应在内的多种微电化学功能，且属于一种非易耗型的微电化学矿物功能材料。
8.如权利要求7所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：所述功能粉剂由下述材料组成为：15-30%为环状硅酸盐、10-20%为含水二氧化硅,其余为硅酸铝钾盐。
9.如权利要求8所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：并为500目的天然矿石粉剂原料混制而成。
10.如权利要求9所述的修复治理富营养化水体的方法，其特征在于：在步骤3）中，对污染风险较高水域的弯道、港湾、污水入河口、浅滩缓流、滞流区段，采用所述一体化的处理装备，通过近抽远排的模式将中水就近回注所述水域，以起到补充新水、激活水体、增加溶氧量的作用，有助于遏制流域富营养化进程。
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