城市地表水体磷的原位净化方法
阅读：1017发布：2021-03-05
专利汇可以提供城市地表水体磷的原位净化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种城市地表 水 体 磷的原位 净化 方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)扰动城市地标水体底泥步骤：通过扰动装置扰动城市地表水体底泥，使水体底泥悬浮进行 吸附 固化 水体磷；(2)对固化水体磷的底泥进行沉降的步骤：对水体底泥通过自然沉降法进行沉降。该方法不仅可以节约资源，而且可以避免向水体引入新的化学、 生物 污染 。，下面是城市地表水体磷的原位净化方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种城市地表水体磷的原位净化方法，可应用于城市富营养化内湖、池塘、公园水体、河流水体修复。
背景技术
城市地表水体，是指城市中的河道、内湖、公园水体等，并不包括那些流经城市的大江河，也不包括城市滨临的大湖。其重要特征是水体水质受城市生活、生产和社会活动的巨大影响，尤其是受城市排水和降水径流的直接影响。通常，水体中磷含量较高，水华频繁甚至藻类疯长，并出现黑臭，而水体中同样蕴含丰富的底泥资源。
对于城市水体磷的控制方法通常包括化学法、物理法、生物法和底泥疏浚。化学法就是采用化学治理技术包括“捆绑”试剂来共沉淀、絮凝、固定、钝化，加快水体中磷向底泥转移，并使其停留在底泥中。物理法是指改变底泥-水界面的氧化还原电位，或者采用沙子、粉煤灰等物质来覆盖底泥，从而消减内源磷的释放量。生物法是指采用生态重建、微生物修复、生物操纵等措施来阻碍内源磷进入水体。底泥疏浚则是通过清除水体底泥而达到减少内源磷释放的目的。该方法仍处于实验阶段，即使在某些水体应用，水质改善效果未完全达到预期，而且疏浚的投入也大。由此可见，在既能实现控制水体磷含量，又能强化底泥对内源磷固定的前提下，化学法最适合。而另外3种方法均是以控制内源磷释放为首要目的。但化学法存在以下缺陷：一是所需化学药剂量较大，造成资源浪费，已经丧失其工艺简单、成本低的优势；二是底泥积累速度过快，致使水体容量降低，并导致底泥后继处理费用增加。本发明由此而来。
对于城市水体磷的控制方法通常包括化学法、物理法、生物法和底泥疏浚。化学法就是采用化学治理技术包括“捆绑”试剂来共沉淀、絮凝、固定、钝化，加快水体中磷向底泥转移，并使其停留在底泥中。物理法是指改变底泥-水界面的氧化还原电位，或者采用沙子、粉煤灰等物质来覆盖底泥，从而消减内源磷的释放量。生物法是指采用生态重建、微生物修复、生物操纵等措施来阻碍内源磷进入水体。底泥疏浚则是通过清除水体底泥而达到减少内源磷释放的目的。该方法仍处于实验阶段，即使在某些水体应用，水质改善效果未完全达到预期，而且疏浚的投入也大。由此可见，在既能实现控制水体磷含量，又能强化底泥对内源磷固定的前提下，化学法最适合。而另外3种方法均是以控制内源磷释放为首要目的。但化学法存在以下缺陷：一是所需化学药剂量较大，造成资源浪费，已经丧失其工艺简单、成本低的优势；二是底泥积累速度过快，致使水体容量降低，并导致底泥后继处理费用增加。本发明由此而来。
发明内容
本发明目的在于提供一种城市地表水体磷的原位净化方法，该方法解决了现有技术中常规城市地表水体处理方法导致的资源投入过大、常常向水体引入二次污染等问题。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种城市地表水体磷的原位净化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)扰动城市地标水体底泥步骤：通过扰动装置扰动城市地表水体底泥，使水体底泥悬浮进行吸附固化水体磷；
(2)对固化水体磷的底泥进行沉降的步骤：对水体底泥通过沉降法进行沉降。
优选的，所述方法中步骤(1)扰动装置的扰动频率在80～140转/分范围内；扰动后底泥悬浮高度以距水面0.4～0.5m为宜；底泥吸附磷时间2h～4h。
优选的，所述方法步骤(2)沉降法为自然沉降法或絮凝沉降法。自然沉降法是指扰动停止后，底泥自然沉降，不投加任何絮凝剂。絮凝沉降法是指在扰动过程中投加絮凝剂(1～2mg/L，以铝计)。絮凝沉降法仅在需要快速净化水体磷时选用。
本发明技术方案中，通过底泥扰动促使底泥悬浮，增加上覆水中无机颗粒物质含量，强化底泥与水体中磷的接触几率，促使磷被底泥捕捉、吸附、固定，随着底泥沉降，实现水体中磷向底泥的迁移。由于扰动增加了溶解氧向底泥/水系统的融入量，促进内源磷间由易释放态磷向难释放态磷转化，强化底泥对内源磷的固定。完成底泥对水体磷的吸附和固定，从而达到抑制水体富营养化的目的。
具体的，底泥资源化原位净化水体磷主要包括二个阶段，一是磷被底泥吸附，二是吸附的磷被底泥固定。这二个阶段实际上几乎是同时发生的，其主要是通过底泥间歇性扰动-沉降过程完成的。底泥扰动过程，即通过扰动装置促使底泥悬浮，通过扰动强度控制底泥悬浮高度，加快底泥中无机颗粒物质在水体中的扩散，强化底泥对水体中磷的捕捉、吸附；因此，需要保证底泥对磷具有较高的吸附容量，延缓底泥磷饱和时间。扰动过程中，大量溶解氧会融入，而溶解氧的融入会改变底泥中铁、铝等金属离子的存在形态，加快具有高能吸附点的活性铁、活性铝的形成，进而扩大底泥吸附磷容量。由于底泥扰动作用，底泥的部分结构特性以及铁铝等金属离子的存在形态被改变，导致底泥中内源磷发生了由易释放态磷向难释放态磷的转化，降低了内源磷的迁移活性和生物有效性，提高了底泥对磷的固定能力，避免其在环境条件恶化时再次释放。底泥沉降过程，底泥扰动后，即进入静置沉淀阶段，吸附了大量磷的底泥会在重力作用下沉淀，并将水体中磷清除。因此，为了避免底泥的悬浮影响到水体景观功能，需要加快底泥的沉降速度，同时也降低磷在水体中停留时间。底泥扰动增加了无机颗粒物质间的碰撞和接触几率，通过絮凝作用形成较大颗粒物质，而且通过多次间歇性的扰动，形成了对水体中悬浮物质的粒度和比重的分选，悬浮底泥的沉淀效果得到强化。这也避免了吸附了磷的颗粒物质在水体中停留时间过长，导致颗粒态磷向溶解性磷酸盐转化。因此，通过间歇性的扰动-沉降过程，实现了水体中磷被悬浮的颗粒物质的吸附和固定，并从水体中沉淀进入底泥。
上述技术方案中，所述底泥含有较高的铁铝等金属离子，其平均浓度分别在10000mg/kg以上，上覆水中溶解性磷酸盐含量高于0.5mg/L。水体底泥厚度超过10cm。底泥扰动时间为2h。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
1.本发明的底泥资源化净化磷方法通过底泥扰动完成底泥对水体磷的吸附和固定，与以往磷净化方法(化学法、物理法、生物法)相比，降低了资源投入，避免向水体引入二次污染。同时降低了底泥积累速度，相应降低了底泥后继处理费用。
2.本发明提出了从强化内源磷赋存形态间转化的角度来提高底泥对磷固定能力，为内源磷控制提供了新的技术路线。
3.本发明适合于含磷较高的城市内湖、河流、公园水体等景观水体，在不影响或破坏水体景观功能的情况下，实现对水体磷的净化。
综上所述，本发明提供了一种城市水体底泥资源化净化磷新方法，采用底泥资源化净化水体磷新方法不仅可以节约资源，而且可以避免向水体引入新的化学、生物污染。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种城市地表水体磷的原位净化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)扰动城市地标水体底泥步骤：通过扰动装置扰动城市地表水体底泥，使水体底泥悬浮进行吸附固化水体磷；
(2)对固化水体磷的底泥进行沉降的步骤：对水体底泥通过沉降法进行沉降。
优选的，所述方法中步骤(1)扰动装置的扰动频率在80～140转/分范围内；扰动后底泥悬浮高度以距水面0.4～0.5m为宜；底泥吸附磷时间2h～4h。
优选的，所述方法步骤(2)沉降法为自然沉降法或絮凝沉降法。自然沉降法是指扰动停止后，底泥自然沉降，不投加任何絮凝剂。絮凝沉降法是指在扰动过程中投加絮凝剂(1～2mg/L，以铝计)。絮凝沉降法仅在需要快速净化水体磷时选用。
本发明技术方案中，通过底泥扰动促使底泥悬浮，增加上覆水中无机颗粒物质含量，强化底泥与水体中磷的接触几率，促使磷被底泥捕捉、吸附、固定，随着底泥沉降，实现水体中磷向底泥的迁移。由于扰动增加了溶解氧向底泥/水系统的融入量，促进内源磷间由易释放态磷向难释放态磷转化，强化底泥对内源磷的固定。完成底泥对水体磷的吸附和固定，从而达到抑制水体富营养化的目的。
具体的，底泥资源化原位净化水体磷主要包括二个阶段，一是磷被底泥吸附，二是吸附的磷被底泥固定。这二个阶段实际上几乎是同时发生的，其主要是通过底泥间歇性扰动-沉降过程完成的。底泥扰动过程，即通过扰动装置促使底泥悬浮，通过扰动强度控制底泥悬浮高度，加快底泥中无机颗粒物质在水体中的扩散，强化底泥对水体中磷的捕捉、吸附；因此，需要保证底泥对磷具有较高的吸附容量，延缓底泥磷饱和时间。扰动过程中，大量溶解氧会融入，而溶解氧的融入会改变底泥中铁、铝等金属离子的存在形态，加快具有高能吸附点的活性铁、活性铝的形成，进而扩大底泥吸附磷容量。由于底泥扰动作用，底泥的部分结构特性以及铁铝等金属离子的存在形态被改变，导致底泥中内源磷发生了由易释放态磷向难释放态磷的转化，降低了内源磷的迁移活性和生物有效性，提高了底泥对磷的固定能力，避免其在环境条件恶化时再次释放。底泥沉降过程，底泥扰动后，即进入静置沉淀阶段，吸附了大量磷的底泥会在重力作用下沉淀，并将水体中磷清除。因此，为了避免底泥的悬浮影响到水体景观功能，需要加快底泥的沉降速度，同时也降低磷在水体中停留时间。底泥扰动增加了无机颗粒物质间的碰撞和接触几率，通过絮凝作用形成较大颗粒物质，而且通过多次间歇性的扰动，形成了对水体中悬浮物质的粒度和比重的分选，悬浮底泥的沉淀效果得到强化。这也避免了吸附了磷的颗粒物质在水体中停留时间过长，导致颗粒态磷向溶解性磷酸盐转化。因此，通过间歇性的扰动-沉降过程，实现了水体中磷被悬浮的颗粒物质的吸附和固定，并从水体中沉淀进入底泥。
上述技术方案中，所述底泥含有较高的铁铝等金属离子，其平均浓度分别在10000mg/kg以上，上覆水中溶解性磷酸盐含量高于0.5mg/L。水体底泥厚度超过10cm。底泥扰动时间为2h。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
1.本发明的底泥资源化净化磷方法通过底泥扰动完成底泥对水体磷的吸附和固定，与以往磷净化方法(化学法、物理法、生物法)相比，降低了资源投入，避免向水体引入二次污染。同时降低了底泥积累速度，相应降低了底泥后继处理费用。
2.本发明提出了从强化内源磷赋存形态间转化的角度来提高底泥对磷固定能力，为内源磷控制提供了新的技术路线。
3.本发明适合于含磷较高的城市内湖、河流、公园水体等景观水体，在不影响或破坏水体景观功能的情况下，实现对水体磷的净化。
综上所述，本发明提供了一种城市水体底泥资源化净化磷新方法，采用底泥资源化净化水体磷新方法不仅可以节约资源，而且可以避免向水体引入新的化学、生物污染。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1圆形有机玻璃容器水体的磷处理模拟实验
以圆形有机玻璃容器(d＝17cm，h＝25cm)作为实验装置，加入200g湿底泥(取自典型富营养化缓流河流，溶解性磷酸盐含量0.52mg/L)，加入2.5L河水。采用恒速搅拌机每天搅拌3次，底泥悬浮。转速为100转/分，每次搅拌时间1h，搅拌间隔时间7h。39天内共间歇性加入20mg磷(以溶解性磷酸盐计)。39d后，底泥共吸收19.75mg磷，去除率达到98.75％。底泥吸收的磷有41％形成了生物有效磷(易于释放态磷)。厌氧状态下(6周)，磷释放量仅为底泥吸收磷量的23.02％。
实施例2某河段的水体磷处理
以本实例对某河段的水体磷进行净化处理，该河段两端被闸门闸断，长度约为50米，河宽10米，水深1.5米。底泥厚度20cm，水体溶解性磷酸盐含量高达0.65mg/L。在木船上安装搅拌机1台，转速100转/分。木船行进速度为12.5m/min。沿河宽共分为5条航道，距两侧河岸均为1m，每条航道间距为2m。木船每天行驶时间为2h，即在每一条航道对底泥扰动四次。底泥扰动时间共为2h，底泥悬浮高度1米，底泥吸附磷有效时间为2h。底泥扰动后，悬浮的底泥自然沉降，沉降时间为22h。第二天及以后以此类推。10天后，水体溶解性磷酸盐含量降至0.05mg/L左右，磷酸盐去除率达到92.3％，水体透明度由40cm增加至60cm。
如果采用化学法(投加絮凝剂聚合氯化铝，投加量2mg/L，以铝计)来对该水体磷进行净化。该投加量对磷酸盐去除率可以达到90％左右，则计算可知，需一次性投加聚合氯化铝(以铝计)1.5kg。
与本发明方法相比，投加聚合氯化铝达到同样的净化磷效果，不仅造成资源浪费，而且引入二次污染。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1圆形有机玻璃容器水体的磷处理模拟实验
以圆形有机玻璃容器(d＝17cm，h＝25cm)作为实验装置，加入200g湿底泥(取自典型富营养化缓流河流，溶解性磷酸盐含量0.52mg/L)，加入2.5L河水。采用恒速搅拌机每天搅拌3次，底泥悬浮。转速为100转/分，每次搅拌时间1h，搅拌间隔时间7h。39天内共间歇性加入20mg磷(以溶解性磷酸盐计)。39d后，底泥共吸收19.75mg磷，去除率达到98.75％。底泥吸收的磷有41％形成了生物有效磷(易于释放态磷)。厌氧状态下(6周)，磷释放量仅为底泥吸收磷量的23.02％。
实施例2某河段的水体磷处理
以本实例对某河段的水体磷进行净化处理，该河段两端被闸门闸断，长度约为50米，河宽10米，水深1.5米。底泥厚度20cm，水体溶解性磷酸盐含量高达0.65mg/L。在木船上安装搅拌机1台，转速100转/分。木船行进速度为12.5m/min。沿河宽共分为5条航道，距两侧河岸均为1m，每条航道间距为2m。木船每天行驶时间为2h，即在每一条航道对底泥扰动四次。底泥扰动时间共为2h，底泥悬浮高度1米，底泥吸附磷有效时间为2h。底泥扰动后，悬浮的底泥自然沉降，沉降时间为22h。第二天及以后以此类推。10天后，水体溶解性磷酸盐含量降至0.05mg/L左右，磷酸盐去除率达到92.3％，水体透明度由40cm增加至60cm。
如果采用化学法(投加絮凝剂聚合氯化铝，投加量2mg/L，以铝计)来对该水体磷进行净化。该投加量对磷酸盐去除率可以达到90％左右，则计算可知，需一次性投加聚合氯化铝(以铝计)1.5kg。
与本发明方法相比，投加聚合氯化铝达到同样的净化磷效果，不仅造成资源浪费，而且引入二次污染。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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