城市地表水體磷的原位淨化方法
2023-07-10 18:39:11
專利名稱：城市地表水體磷的原位淨化方法
技術領域：
本發明屬於環境治理技術領域，具體涉及一種城市地表水體磷的原位淨化方法， 可應用於城市富營養化內湖、池塘、公園水體、河流水體修復。
背景技術：
城市地表水體，是指城市中的河道、內湖、公園水體等，並不包括那些流經城市的 大江河，也不包括城市濱臨的大湖。其重要特徵是水體水質受城市生活、生產和社會活動的 巨大影響，尤其是受城市排水和降水徑流的直接影響。通常，水體中磷含量較高，水華頻繁 甚至藻類瘋長，並出現黑臭，而水體中同樣蘊含豐富的底泥資源。對於城市水體磷的控制方法通常包括化學法、物理法、生物法和底泥疏浚。化學法 就是採用化學治理技術包括「捆綁」試劑來共沉澱、絮凝、固定、鈍化，加快水體中磷向底泥 轉移，並使其停留在底泥中。物理法是指改變底泥-水界面的氧化還原電位，或者採用沙 子、粉煤灰等物質來覆蓋底泥，從而消減內源磷的釋放量。生物法是指採用生態重建、微生 物修復、生物操縱等措施來阻礙內源磷進入水體。底泥疏浚則是通過清除水體底泥而達到 減少內源磷釋放的目的。該方法仍處於實驗階段，即使在某些水體應用，水質改善效果未完 全達到預期，而且疏浚的投入也大。由此可見，在既能實現控制水體磷含量，又能強化底泥 對內源磷固定的前提下，化學法最適合。而另外3種方法均是以控制內源磷釋放為首要目 的。但化學法存在以下缺陷一是所需化學藥劑量較大，造成資源浪費，已經喪失其工藝簡 單、成本低的優勢；二是底泥積累速度過快，致使水體容量降低，並導致底泥後繼處理費用 增加。本發明由此而來。
發明內容
本發明目的在於提供一種城市地表水體磷的原位淨化方法，該方法解決了現有技 術中常規城市地表水體處理方法導致的資源投入過大、常常向水體引入二次汙染等問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是一種城市地表水體磷的原位淨化方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)擾動城市地標水體底泥步驟通過擾動裝置擾動城市地表水體底泥，使水體 底泥懸浮進行吸附固化水體磷；(2)對固化水體磷的底泥進行沉降的步驟對水體底泥通過沉降法進行沉降。優選的，所述方法中步驟(1)擾動裝置的擾動頻率在80 140轉/分範圍內；擾 動後底泥懸浮高度以距水面0. 4 0. 5m為宜；底泥吸附磷時間2h 4h。優選的，所述方法步驟(2)沉降法為自然沉降法或絮凝沉降法。自然沉降法是指 擾動停止後，底泥自然沉降，不投加任何絮凝劑。絮凝沉降法是指在擾動過程中投加絮凝劑 (1 2mg/L，以鋁計)。絮凝沉降法僅在需要快速淨化水體磷時選用。本發明技術方案中，通過底泥擾動促使底泥懸浮，增加上覆水中無機顆粒物質含 量，強化底泥與水體中磷的接觸機率，促使磷被底泥捕捉、吸附、固定，隨著底泥沉降，實現水體中磷向底泥的遷移。由於擾動增加了溶解氧向底泥/水系統的融入量，促進內源磷間 由易釋放態磷向難釋放態磷轉化，強化底泥對內源磷的固定。完成底泥對水體磷的吸附和 固定，從而達到抑制水體富營養化的目的。具體的，底泥資源化原位淨化水體磷主要包括二個階段，一是磷被底泥吸附，二是 吸附的磷被底泥固定。這二個階段實際上幾乎是同時發生的，其主要是通過底泥間歇性擾 動-沉降過程完成的。底泥擾動過程，即通過擾動裝置促使底泥懸浮，通過擾動強度控制 底泥懸浮高度，加快底泥中無機顆粒物質在水體中的擴散，強化底泥對水體中磷的捕捉、吸 附；因此，需要保證底泥對磷具有較高的吸附容量，延緩底泥磷飽和時間。擾動過程中，大量 溶解氧會融入，而溶解氧的融入會改變底泥中鐵、鋁等金屬離子的存在形態，加快具有高能 吸附點的活性鐵、活性鋁的形成，進而擴大底泥吸附磷容量。由於底泥擾動作用，底泥的部 分結構特性以及鐵鋁等金屬離子的存在形態被改變，導致底泥中內源磷發生了由易釋放態 磷向難釋放態磷的轉化，降低了內源磷的遷移活性和生物有效性，提高了底泥對磷的固定 能力，避免其在環境條件惡化時再次釋放。底泥沉降過程，底泥擾動後，即進入靜置沉澱階 段，吸附了大量磷的底泥會在重力作用下沉澱，並將水體中磷清除。因此，為了避免底泥的 懸浮影響到水體景觀功能，需要加快底泥的沉降速度，同時也降低磷在水體中停留時間。底 泥擾動增加了無機顆粒物質間的碰撞和接觸機率，通過絮凝作用形成較大顆粒物質，而且 通過多次間歇性的擾動，形成了對水體中懸浮物質的粒度和比重的分選，懸浮底泥的沉澱 效果得到強化。這也避免了吸附了磷的顆粒物質在水體中停留時間過長，導致顆粒態磷向 溶解性磷酸鹽轉化。因此，通過間歇性的擾動_沉降過程，實現了水體中磷被懸浮的顆粒物 質的吸附和固定，並從水體中沉澱進入底泥。上述技術方案中，所述底泥含有較高的鐵鋁等金屬離子，其平均濃度分別在 10000mg/kg以上，上覆水中溶解性磷酸鹽含量高於0.5mg/L。水體底泥厚度超過10cm。底 泥擾動時間為2h。相對於現有技術中的方案，本發明的優點是1.本發明的底泥資源化淨化磷方法通過底泥擾動完成底泥對水體磷的吸附和固 定，與以往磷淨化方法(化學法、物理法、生物法)相比，降低了資源投入，避免向水體引入 二次汙染。同時降低了底泥積累速度，相應降低了底泥後繼處理費用。2.本發明提出了從強化內源磷賦存形態間轉化的角度來提高底泥對磷固定能力， 為內源磷控制提供了新的技術路線。3.本發明適合於含磷較高的城市內湖、河流、公園水體等景觀水體，在不影響或破 壞水體景觀功能的情況下，實現對水體磷的淨化。綜上所述，本發明提供了一種城市水體底泥資源化淨化磷新方法，採用底泥資源 化淨化水體磷新方法不僅可以節約資源，而且可以避免向水體引入新的化學、生物汙染。
具體實施例方式以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明 本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做 進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。實施例1圓形有機玻璃容器水體的磷處理模擬實驗
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以圓形有機玻璃容器(d = 17cm,h = 25cm)作為實驗裝置，加入200g溼底泥(取 自典型富營養化緩流河流，溶解性磷酸鹽含量0. 52mg/L)，加入2. 5L河水。採用恆速攪拌機 每天攪拌3次，底泥懸浮。轉速為100轉/分，每次攪拌時間lh，攪拌間隔時間7h。39天內 共間歇性加入20mg磷(以溶解性磷酸鹽計)。39d後，底泥共吸收19.75mg磷，去除率達到 98. 75%。底泥吸收的磷有41%形成了生物有效磷(易於釋放態磷)。厭氧狀態下(6周)， 磷釋放量僅為底泥吸收磷量的23. 02%。實施例2某河段的水體磷處理以本實例對某河段的水體磷進行淨化處理，該河段兩端被閘門閘斷，長度約為50 米，河寬10米，水深1. 5米。底泥厚度20cm，水體溶解性磷酸鹽含量高達0. 65mg/L。在木 船上安裝攪拌機1臺，轉速100轉/分。木船行進速度為12. 5m/min。沿河寬共分為5條航 道，距兩側河岸均為lm，每條航道間距為2m。木船每天行駛時間為2h，即在每一條航道對底 泥擾動四次。底泥擾動時間共為2h，底泥懸浮高度1米，底泥吸附磷有效時間為2h。底泥 擾動後，懸浮的底泥自然沉降，沉降時間為22h。第二天及以後以此類推。10天後，水體溶 解性磷酸鹽含量降至0. 05mg/L左右，磷酸鹽去除率達到92. 3%，水體透明度由40cm增加至 60cmo如果採用化學法(投加絮凝劑聚合氯化鋁，投加量2mg/L，以鋁計)來對該水體磷 進行淨化。該投加量對磷酸鹽去除率可以達到90%左右，則計算可知，需一次性投加聚合氯 化鋁(以鋁計)1. 5kg。與本發明方法相比，投加聚合氯化鋁達到同樣的淨化磷效果，不僅造成資源浪費， 而且引入二次汙染。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是 能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精 神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種城市地表水體磷的原位淨化方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)擾動城市地標水體底泥步驟通過擾動裝置擾動城市地表水體底泥，使水體底泥懸浮進行吸附固化水體磷；(2)對固化水體磷的底泥進行沉降的步驟對水體底泥通過沉降法進行沉降。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法中步驟(1)擾動裝置的擾動頻率 在80 140轉/分範圍內；擾動後底泥懸浮高度距水面0. 4 0. 5m ；底泥吸附磷時間為 2 4h。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法步驟(2)沉降法為自然沉降法。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法步驟(2)沉降法為絮凝沉降法。
全文摘要
本發明公開了一種城市地表水體磷的原位淨化方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)擾動城市地標水體底泥步驟通過擾動裝置擾動城市地表水體底泥，使水體底泥懸浮進行吸附固化水體磷；(2)對固化水體磷的底泥進行沉降的步驟對水體底泥通過自然沉降法進行沉降。該方法不僅可以節約資源，而且可以避免向水體引入新的化學、生物汙染。
文檔編號C02F1/52GK101805036SQ20101015029
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者李大鵬, 範成新, 黃勇 申請人:蘇州科技學院