一種抑制水體內部汙染物釋放的方法
2023-07-14 09:14:41
專利名稱：一種抑制水體內部汙染物釋放的方法
技術領域：
本發明屬於環境治理技術範圍，特別涉及可應用於受汙染湖泊、水庫和河流水體修復的一種抑制水體內部汙染物釋放的方法。
背景技術：
中國的水環境汙染非常嚴重，我國75％以上的湖泊、80％以上的河流都已經受到不同程度的汙染。根據調查，外部汙染物進入湖泊、水庫和河流以後，一部分直接溶解於水體中，引起水質下降；另一部分，主要是顆粒態的有機物和不溶解性的無機鹽等則沉澱至水底，形成底泥層，例如80％左右的磷是通過粘土顆粒進入水體底泥。底泥中的汙染物在一定條件下能夠加速釋放出來，所以底泥汙染又稱為內源汙染，其釋放是造成水體汙染負荷較高的原因之一，例如，南京玄武湖和杭州西湖的底泥汙染負荷達到了43％以上。對於外部汙染源已經得到有效控制的湖泊、水庫或者河流，水體內部底泥汙染負荷所佔的比例就非常高，甚至達到80％以上，成為影響水環境質量的首要因素。究其原因，底泥汙染物的釋放是通過底泥與水體交界面的厭氧層(又稱為活性區)進行的，顆粒態有機物轉化為酸性有機物，導致水體發黑髮臭，氨氮濃度上升5倍左右，而磷和鐵錳離子的濃度會升高10倍左右。氮和磷濃度急劇上升引起藻類大幅度增長，形成水華，進一步惡化水質。因此，控制底泥與水體交界面處的活性區就成為控制水環境質量的一個關鍵。
目前，世界上普遍採用曝氣的方式向水體底部供氧。採用曝氣充氧方法來提高水體的溶解氧含量，進而對受汙染的水環境進行修復。但是，由於這種技術是向整個水體進行曝氣，而河流、湖泊和水庫的水體面積一般非常大，使得曝氣設備消耗機械動力非常大，建造和運行的成本非常高；對於面積較大、水體條件複雜的河流、湖泊和水庫，其實際操作很難實現。另外，這種曝氣技術容易攪動底泥，尤其是對於淺層湖泊和河流，引致底泥泛起，水體非常渾濁。因此，開發簡便易行、成本低廉的底部水體供氧技術具有非常重要的工程意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種抑制水體內部汙染物釋放的方法，其特徵在於該方法是在底泥與水體的交界面位置，採用微曝氣方式，向形成活性區的水層提供微量的空氣，保持該層水體處於好氧狀態，避免進入厭氧狀態，避免厭氧微生物的急劇繁殖，從而避免汙染物的釋放；所述採用微曝氣方式就是直接投加微小濃度的空氣、過氧化氫和投加過氧化鈣的方式。具體作法為1).將固定或者移動的管狀微孔曝氣裝置，呈平行狀或者放射狀放置在底泥與水體交界面附近，根據底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區曝氣的強度，即必須保持底泥與水體交界面附近的溶解氧的濃度始終大於2mg/L，使水體和底泥界面始終處於好氧狀態，抑制底泥汙染物的厭氧轉化及其向水體的釋放過程；2).投加過氧化氫，將過氧化氫溶液配製為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動投加裝置將過氧化氫溶液投加在底泥與水體交界面附近，使得過氧化氫的濃度範圍為10mg/L至100mg/L，並使溶解氧濃度達到2mg/L以上；3).投加過氧化鈣，將過氧化鈣配製成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度範圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達到2mg/L以上。
本發明的有益效果是由於本方法僅僅是向形成活性區的一個薄層水體進行曝氣，所以曝氣量就比向整個水體曝氣的傳統技術大大節省，大大節約成本，而且也更加直接和有效。利用過氧化氫和過氧化鈣，分別與還原性物質反應和磷反應，抑制不同類型底泥中氮、磷等物質的釋放。向缺氧水體投加的過氧化氫，能在水中自行分解，產生氧氣，提高水體的溶解氧含量；向缺氧水體投加的過氧化鈣，與水緩慢反應，能夠與溶解態的磷反應，生成不溶性的磷酸鈣而沉澱下來，控制導致水體富營養化和藻類瘋長的關鍵元素—磷，是控制水環境富營養化和改善水環境質量的關鍵。並產生氧氣和氫氧化鈣，提高底部水體的溶解氧含量和pH值。
具體實施例方式
本發明是一種抑制水體內部汙染物釋放的方法。該方法是在底泥與水體的交界面位置，採用微曝氣方式，向形成活性區的水層提供微量的空氣，保持該層水體處於好氧狀態，避免進入厭氧狀態，避免厭氧微生物的急劇繁殖，從而避免汙染物的釋放；實際上，底泥汙染物的釋放是由一層活性區控制的，而活性區的厚度約為幾釐米至幾米的範圍。在活性區開始形成的階段，活性區厚度比較小，而在活性區形成並擴散以後，其厚度就逐漸增大。在活性區的形成階段，採用微量曝氣和組合投加過氧化氫或者過氧化鈣的方法，能夠有效的消除活性區，從而抑制底泥汙染物的釋放，避免形成水華，避免水質惡化，保護水環境。所採用微曝氣方式就是直接投加微小濃度的空氣、過氧化氫和投加過氧化鈣的方式。具體作法為將固定或者移動的管狀微孔曝氣裝置，呈平行狀或者放射狀放置在底泥與水體交界面附近，根據底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區曝氣的強度，即必須保持底泥與水體交界面附近的溶解氧的濃度始終大於2mg/L，使水體和底泥界面始終處於好氧狀態，抑制底泥汙染物的厭氧轉化及其向水體的釋放過程。
投加過氧化氫，將過氧化氫溶液配製為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動投加裝置將過氧化氫溶液投加在底泥與水體交界面附近，使得過氧化氫的濃度範圍為10mg/L至100mg/L，使得溶解氧濃度達到2mg/L以上；直接投加微小濃度的過氧化氫就能夠快速抑制和殺死厭氧微生物，而不影響有益的好氧微生物。而且過氧化氫具有比較強的氧化性，標準氧化還原電位僅次於臭氧，高於高錳酸鉀和二氧化氯，能夠直接氧化水體產生嗅味和色度的還原性有機汙染物和無機物。
投加過氧化鈣，將過氧化鈣配製成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度範圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達到2mg/L以上。投加過氧化鈣除了與過氧化氫同樣的性能以外，還能夠與溶解態的磷反應，生成不溶性的磷酸鈣而沉澱下來，控制導致水體富營養化和藻類瘋長的關鍵元素。是控制水環境的富營養化和改善水環境質量的關鍵。
下面舉具體實施例對本發明予以說明。
本發明分別對深圳市西瀝水庫和清華大學近春湖的底泥和水體進行了實驗。其中，深圳西瀝水庫底泥中鐵錳含量較高，屬於氧化還原敏感型底泥；北京近春湖底泥中鐵錳含量較低，有機質含量較高，屬於非氧化還原敏感型底泥。兩個地點底泥具體數據見表1所示。
表1 深圳西瀝水庫和北京近春湖底泥性質的比較
實驗1對於深圳西瀝水庫和北京近春湖的底泥和水進行供氧實驗，結果見表2所示。在沒有採取措施的情況下，溶解氧濃度低於0.002mg/L，氧化還原電位分別為104mV和-97mV。通過微曝氣，投加過氧化氫和過氧化鈣，溶解氧濃度大幅度上升，氧化還原電位也相繼上升，使底泥和水體處於好氧狀態。
表2 pH、氧化還原電位(Eh)和溶解氧(DO)的比較
實驗2對於深圳西瀝水庫底泥實驗，進行微曝氣，運行時間10天，氨氮濃度由0.497mg/L降低至0.16mg/L，去除率為67.8％。加入H2O2、CaO2，試驗10天，過氧化氫投加量為15mg/L，過氧化鈣投加量為35mg/L。
實驗3對深圳西瀝水庫底泥磷的釋放進行實驗，採用微曝氣、投加過氧化氫和過氧化鈣，實驗10天，結果磷的濃度由115.3μg/L分別降低至38.0μg/L，77.8μg/L，8.0μg/L。微曝氣、投加H2O2和投加CaO2三種方式對水中磷的去除效率分別為67.01％，32.50％和93.02％，其中投加CaO2對磷的去除效果最明顯。
實驗4對於北京近春湖底泥進行實驗，投加過氧化鈣，實驗10天，結果，水樣中溶解性磷的濃度由1020μg/L降低至140μg/L，去除率達到了86.3％，因此投加過氧化鈣對北京近春湖底泥磷的釋放具有非常好的抑制效果。
實驗5對於鐵錳離子的去除，微曝氣、投加過氧化氫和過氧化鈣可以分別使深圳西瀝水庫鐵離子由0.9842mg/L降低至0.0078mg/L，使錳離子濃度由5.75mg/L降低至0.017mg/L，去除率分別為99.2％和99.7％；對北京近春湖鐵離子濃度由0.081mg/L降低0.002mg/L，使錳離子濃度由0.008mg/L降低至0，去除率分別為97.5％和100％。
權利要求
1.一種抑制水體內部汙染物釋放的方法，其特徵在於該方法是採用微曝氣方式在底泥與水體的交界面位置，向形成活性區的水層提供微量的空氣，保持該層水體處於好氧狀態，避免進入厭氧狀態，所述採用微曝氣方式就是直接投加微小濃度的空氣、過氧化氫和投加過氧化鈣的方式；具體作法為將固定或者移動的管狀微孔曝氣裝置，呈平行狀或者放射狀放置在底泥與水體交界面附近，根據底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區曝氣的強度，即必須保持底泥與水體交界面附近的溶解氧的濃度始終大於2mg/L。
2.根據權利要求1所述抑制水體內部汙染物釋放的方法，其特徵在於所述投加過氧化氫是將過氧化氫溶液配製為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動投加裝置將過氧化氫溶液投加在底泥與水體交界面附近，使得過氧化氫的濃度範圍為10mg/L至100mg/L，使得溶解氧濃度達到2mg/L以上。
3.根據權利要求1所述抑制水體內部汙染物釋放的方法，其特徵在於所述投加過氧化鈣是將過氧化鈣配製成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度範圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達到2mg/L以上。
全文摘要
本發明屬於環境治理技術範圍的可應用於受汙染湖泊、水庫和河流水體修復的一種抑制水體內部汙染物釋放的方法。該方法是採用微曝氣方式在底泥與水體的交界面位置形成活性區的水層提供微量的空氣，即是將固定或者移動的管狀微孔曝氣裝置，呈平行狀或者放射狀放置在底泥與水體交界面附近，直接投加微小濃度的過氧化氫和投加過氧化鈣的方式。直接抑制引起底泥汙染物釋放的厭氧微生物，氧化引起水嗅味和色度的還原性有機物和無機物，沉澱鈍化磷元素，避免水體質量惡化，提高水環境質量。由於這種技術簡單和直接，易於操作，且成本比較低廉，因而是實際可行的控制底部汙染物釋放的高效低耗技術，具有廣闊的前景。
文檔編號C02F3/02GK1490258SQ0315737
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月19日 優先權日2003年9月19日
發明者張錫輝, 袁文權, 賽娜, 張光明 申請人:清華大學