用湖泊沉积物治理水华和底泥二次污染的技术
阅读：461发布：2021-08-11
专利汇可以提供用湖泊沉积物治理水华和底泥二次污染的技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种治理富营养化和藻华污染的 沉积物 原位除藻、增 氧 、固磷的综合技术。该技术可以取用当地的底泥或岸边粘土用本发明技术处理后用于藻华的治理，减少了运输环节，降低了成本；该技术在高效去除藻类的同时能持久，有效的增加 水 体 中的溶解氧浓度，减少了H2S和NH3-N的产生，有利于改善水质，加快水体中有机物的降解去除；增加水体 钙 质，使底质疏松透气；更可以矿化、固定水体、底泥和沉降的藻细胞内的磷，形成含磷矿物，使其不能再为 生物 利用。本发明可用于综合治理富营养化导致的大面积 海水 赤潮、 淡水 水华，也适用于河道治理。，下面是用湖泊沉积物治理水华和底泥二次污染的技术专利的具体信息内容。
用湖泊沉积物治理水华和底泥二次污染的技术
技术领域
本发明涉及一种治理水体富营养化，淡水水华的沉积物原位除藻、增氧、固磷综合技术。具体地说，是采用当地易得的沉积物或岸边粘土等经过除磷脱氮和去除有机物，并用安全，有效的沉积物/粘土改性剂改性后，用于凝聚、沉降去除水体中的有害藻类，同时起到改善水底厌氧环境和矿化水底过量磷的作用，以达到综合谁治理水华目的。
背景技术
天然海水、湖泊及河流的富营养化会导致有害藻的爆发(在海水中俗称为赤潮，淡水中俗称为水华)已经成为全球性的环境污染问题。它不仅使水质严重恶化、贫氧，造成大量鱼类死亡，而且藻毒素可进入食物链导致人类疾病甚至死亡。在淡水中磷是藻华爆发的限制因子。到目前为止，国际上尚无技术可以安全、有效、经济、综合地治理这类大尺度的自然灾害(Anderson，D.M.，1997 Turning back the harmful red tide，Nature，388，513-514.)。以往已公开的技术可归纳综合为四大类：化学杀灭法，生物克制法，气浮收集法，以及絮凝沉降法。化学杀灭法因化学杀藻剂本身对环境的污染，已被多国环境法所禁用。生物法包括用微生物或病毒杀灭藻细胞。该法因选择性限制、制备周期长、成本高等原因，难以广泛、大规模施用。一种病毒往往只对一个种藻具有专一杀灭活性。由于引起赤潮或水华的藻种繁多，同时也由于赤潮和水华的爆发具有突发性，难以在短期内针对某一藻种培养出大量具有专一杀灭性的病毒。此外，由于藻类对病毒的侵染可产生抗性及免疫性，同一病毒难以对某种藻持续发挥杀灭作用。气浮收集法是一种用容器机械收获藻的办法，难以应用于大面积天然水体污染的清除(耗时、耗钱)。絮凝沉降法包括使用化学絮凝剂及用粘土沉降藻。化学絮凝剂(比如复合聚合铝、铁等)大多数具有毒性，它们干扰了自然状态下的生物群落，破坏了生态平衡，并可能导致水生生物死亡，已被公认为不宜用于天然水体系。到目前为止，国际科学界公认为最有希望的方法为粘土法。
在现已公开的有关粘土的方法中，有用无机酸(硫酸)处理粘土(如蒙脱土)的方法(JP57131119)，有用过氧化氢处理粘土的方法(JP03255008)，有将表面活性剂与粘土混合的方法(JP09154466)，有将不饱和脂肪酸与粘土混合的方法(US6071859)。本发明人曾于2001年提出了以一种以含水镁硅酸盐(如海泡石)为主的，用粘土絮凝沉降水体中藻细胞的专利技术(申请号：01134528.4)，并在2002年提出了一种以天然高分子聚合物改性粘土制备一种高效，无毒无害的藻絮凝剂治理藻华的专利技术(申请号：02155284.3)。但是这些粘土除藻技术都有其缺陷：投加的粘土增加了水体底部底泥和沉积物的积累，造成底泥淤积的负效应；外来的粘土可能对水生生物产生影响；沉降到水底的藻类死亡，腐烂分解要消耗大量的氧，造成水底厌氧环境，破坏水质；而且上述方法并没有解决或减轻水体的富营养化程度，藻华往往在一周或几周后再次爆发。因此，开发安全、廉价，具有长效性的富营养化和藻华综合治理技术一直是该领域的方向。
在现已公开的有关粘土的方法中，有用无机酸(硫酸)处理粘土(如蒙脱土)的方法(JP57131119)，有用过氧化氢处理粘土的方法(JP03255008)，有将表面活性剂与粘土混合的方法(JP09154466)，有将不饱和脂肪酸与粘土混合的方法(US6071859)。本发明人曾于2001年提出了以一种以含水镁硅酸盐(如海泡石)为主的，用粘土絮凝沉降水体中藻细胞的专利技术(申请号：01134528.4)，并在2002年提出了一种以天然高分子聚合物改性粘土制备一种高效，无毒无害的藻絮凝剂治理藻华的专利技术(申请号：02155284.3)。但是这些粘土除藻技术都有其缺陷：投加的粘土增加了水体底部底泥和沉积物的积累，造成底泥淤积的负效应；外来的粘土可能对水生生物产生影响；沉降到水底的藻类死亡，腐烂分解要消耗大量的氧，造成水底厌氧环境，破坏水质；而且上述方法并没有解决或减轻水体的富营养化程度，藻华往往在一周或几周后再次爆发。因此，开发安全、廉价，具有长效性的富营养化和藻华综合治理技术一直是该领域的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种治理海水赤潮、淡水水华、河道等有害藻污染的沉积物或岸边粘土原位除藻、增氧、固磷的综合技术。在该技术中采用当地廉价，易得的底泥或粘土等经过除磷脱氮和去除有机物，并用增氧固磷剂进行改性后，在高效絮凝去除天然水中的有害藻的同时，起到改善水底厌氧环境和去除水体中磷的增氧、固磷作用。该技术可以取用当地的底泥或岸边粘土处理后用于藻华的治理，减少了运输环节，降低了成本；底泥经过除磷脱氮和去除有机物的处理减少了磷、氮等营养元素和污染物；在沉降去除水体表层藻类的同时，持久，有效的增加水体中，特别是底层水体的溶解氧浓度，减少了H2S和NH3-N的产生，有利于改善水质，加快水体中有机物的降解去除；增加水体钙质，提高水体pH值，使底质疏松透气；更可以固化水体、底泥和沉降的藻细胞内的磷，形成含磷矿物，使其不能再为生物利用。本发明可用于综合治理富营养化导致的大面积海水赤潮、淡水水华，也适用于河道治理。
具体地说，本发明提供的综合治理海水赤潮及淡水水华的方法，采用当地廉价，易得的底泥或粘土进行清洁及改性处理后进行。
沉积物或粘土的清洁包括对其进行除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物的处理。底泥或粘土的改性包括用不会对环境造成二次污染的，天然的，无毒、易于生物降解的高分子聚合物改性处理粘土，并加入能与磷起反应的增氧固磷剂。
本发明中的增氧固磷剂的特征之一在于极不溶于水，与水接触可以反应，并持久缓慢地释放出氧气，提高水体的溶氧。
本发明中的增氧固磷剂的另一特征在于其含有的金属阳离子可以与磷反应生成不溶于水的，化学性质稳定的含磷矿物。
本发明中的增氧固磷剂为过氧化物，过碳酸盐或其它高含氧的化合物。
本发明中的氧缓释剂可为过氧化钙、过碳酸钙、过氧化镁、过碳酸钠和沸石的混合物中的一种或几种混合。
上述综合治理富营养化和藻华技术的特点是上述清洁后的底泥或岸边粘土用高分子聚合物和增氧固磷剂改性，且增氧固磷剂与底泥的比例可视具体情况而定，比例范围为1∶1～1∶10时，则该改性的底泥对的藻细胞絮凝和沉降能力会显著提高。
本发明提供的综合治理富营养化和藻华的方法，其用量可视被处理海水和淡水的营养化和藻华程度的情况而定，但最好不少于0.001g/l。在通常治理海水赤潮及淡水水华中，当使用本发明的藻絮凝剂的用量为0.001-0.1g/l时，其藻细胞去除率可达88～99％，水底的氧浓度可提高10～1000倍，水体中磷的浓度可减少50～80％。
例如，当铜绿微囊藻细胞浓度为5×106cell/ml时，加入0.010g/l按本发明方法处理的底泥，0.5小时后水体中的藻细胞浓度降低了80％，4小时后水体中的藻细胞浓度降低了97％；水底的氧浓度提高了100倍，并在实验监测过程中(8小时)保持此水平；水体中磷的浓度减少了60％。
附图说明
图1为采用本发明絮凝除藻的效果。
图2为采用本发明技术增氧和除磷的效果。
图3为实施例5中沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施效果。
图4为实施例6中沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施效果。
具体地说，本发明提供的综合治理海水赤潮及淡水水华的方法，采用当地廉价，易得的底泥或粘土进行清洁及改性处理后进行。
沉积物或粘土的清洁包括对其进行除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物的处理。底泥或粘土的改性包括用不会对环境造成二次污染的，天然的，无毒、易于生物降解的高分子聚合物改性处理粘土，并加入能与磷起反应的增氧固磷剂。
本发明中的增氧固磷剂的特征之一在于极不溶于水，与水接触可以反应，并持久缓慢地释放出氧气，提高水体的溶氧。
本发明中的增氧固磷剂的另一特征在于其含有的金属阳离子可以与磷反应生成不溶于水的，化学性质稳定的含磷矿物。
本发明中的增氧固磷剂为过氧化物，过碳酸盐或其它高含氧的化合物。
本发明中的氧缓释剂可为过氧化钙、过碳酸钙、过氧化镁、过碳酸钠和沸石的混合物中的一种或几种混合。
上述综合治理富营养化和藻华技术的特点是上述清洁后的底泥或岸边粘土用高分子聚合物和增氧固磷剂改性，且增氧固磷剂与底泥的比例可视具体情况而定，比例范围为1∶1～1∶10时，则该改性的底泥对的藻细胞絮凝和沉降能力会显著提高。
本发明提供的综合治理富营养化和藻华的方法，其用量可视被处理海水和淡水的营养化和藻华程度的情况而定，但最好不少于0.001g/l。在通常治理海水赤潮及淡水水华中，当使用本发明的藻絮凝剂的用量为0.001-0.1g/l时，其藻细胞去除率可达88～99％，水底的氧浓度可提高10～1000倍，水体中磷的浓度可减少50～80％。
例如，当铜绿微囊藻细胞浓度为5×106cell/ml时，加入0.010g/l按本发明方法处理的底泥，0.5小时后水体中的藻细胞浓度降低了80％，4小时后水体中的藻细胞浓度降低了97％；水底的氧浓度提高了100倍，并在实验监测过程中(8小时)保持此水平；水体中磷的浓度减少了60％。
附图说明
图1为采用本发明絮凝除藻的效果。
图2为采用本发明技术增氧和除磷的效果。
图3为实施例5中沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施效果。
图4为实施例6中沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术给予进一步详细的说明。
实施例1底泥的改性1本实施例1中所使用的壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的工业级壳聚糖，过氧化钙(CaO2)是中国医药(集团)上海化学试剂公司生产的化学纯试剂。称取100mg壳聚糖，加入1％的HCl溶液10ml，待壳聚糖完全溶解后，加蒸馏水稀释至100ml，得1mg/ml的壳聚糖溶液。取壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以5mg/L的量加入过氧化钙粉末。
实施例2底泥的改性2本实施例2中所使用的壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的工业级壳聚糖。称取100mg壳聚糖，加入1％的HCl溶液10ml，待壳聚糖完全溶解后，加蒸馏水稀释至100ml，得1mg/ml的壳聚糖溶液。取壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以10mg/L的量加入过碳酸钙粉末。
实施例3底泥的改性3本实施例3中所使用的羧甲基壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的，过碳酸钠是浙江金科化工有限公司生产的，沸石是沈阳金岗硅灰石矿业有限公司的天然沸石，经鉴定为斜发沸石。称取100mg羧甲基壳聚糖，加入100ml蒸馏水，得1mg/ml的羧甲基壳聚糖溶液。取羧甲基壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以10mg/L的量加入过碳酸钠和沸石粉末。
实施例4改性底泥絮凝除藻的实施例1取实施例1所改性制备的的底泥0.5ml混合液，加入500ml已配制好浓度为5×106cell/ml，经除氧处理溶解氧浓度为0.1422mg/L(20℃)的藻悬液，藻悬液用KH2PO4和Na2HPO4·12H2O溶液配制(pH 7.0)，磷浓度为2.5mg/L。逐时在液面下约3cm处取样测定藻细胞浓度，并计算藻细胞去除率。结果如图1和图2(加药量为0.020g/l)。由图1可见，在处理30分钟后藻去除率已超过80％，经240分钟后藻去除率已超过97％，接近完全去藻。溶解氧浓度在10min后就达到6.0352mg/L(20℃)，接近该温度和盐度情况下的饱和氧浓度，并保持这水平。磷的浓度逐渐下降至0.76mg/L。
实施例5沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施例1在划定2m2的区域中，取出底泥沉积物，除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物后按实施例1改性。投加2L改性底泥于施用区域。结果如图3，4h后叶绿素a浓度下降了73％，8h后叶绿素a浓度下降了90％；水底溶解氧大幅度提高，水体可溶性总磷浓度下降了62％。
实施例6沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施例2在划定2m2的区域中，取出底泥沉积物，除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物后按实施例3改性。投加2L改性底泥于施用区域。投加2L改性底泥于施用区域。结果如图4，4h后叶绿素a浓度下降了70％，8h后叶绿素a浓度下降了85％；水底溶解氧大幅度提高，水体可溶性总磷浓度下降了45％。
实施例1底泥的改性1本实施例1中所使用的壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的工业级壳聚糖，过氧化钙(CaO2)是中国医药(集团)上海化学试剂公司生产的化学纯试剂。称取100mg壳聚糖，加入1％的HCl溶液10ml，待壳聚糖完全溶解后，加蒸馏水稀释至100ml，得1mg/ml的壳聚糖溶液。取壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以5mg/L的量加入过氧化钙粉末。
实施例2底泥的改性2本实施例2中所使用的壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的工业级壳聚糖。称取100mg壳聚糖，加入1％的HCl溶液10ml，待壳聚糖完全溶解后，加蒸馏水稀释至100ml，得1mg/ml的壳聚糖溶液。取壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以10mg/L的量加入过碳酸钙粉末。
实施例3底泥的改性3本实施例3中所使用的羧甲基壳聚糖是青岛海生生物工程有限公司生产的，过碳酸钠是浙江金科化工有限公司生产的，沸石是沈阳金岗硅灰石矿业有限公司的天然沸石，经鉴定为斜发沸石。称取100mg羧甲基壳聚糖，加入100ml蒸馏水，得1mg/ml的羧甲基壳聚糖溶液。取羧甲基壳聚糖溶液10ml，加入90mg粘土(即改性剂∶粘土为1∶9)，超声处理1min混匀，在投加使用前再以10mg/L的量加入过碳酸钠和沸石粉末。
实施例4改性底泥絮凝除藻的实施例1取实施例1所改性制备的的底泥0.5ml混合液，加入500ml已配制好浓度为5×106cell/ml，经除氧处理溶解氧浓度为0.1422mg/L(20℃)的藻悬液，藻悬液用KH2PO4和Na2HPO4·12H2O溶液配制(pH 7.0)，磷浓度为2.5mg/L。逐时在液面下约3cm处取样测定藻细胞浓度，并计算藻细胞去除率。结果如图1和图2(加药量为0.020g/l)。由图1可见，在处理30分钟后藻去除率已超过80％，经240分钟后藻去除率已超过97％，接近完全去藻。溶解氧浓度在10min后就达到6.0352mg/L(20℃)，接近该温度和盐度情况下的饱和氧浓度，并保持这水平。磷的浓度逐渐下降至0.76mg/L。
实施例5沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施例1在划定2m2的区域中，取出底泥沉积物，除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物后按实施例1改性。投加2L改性底泥于施用区域。结果如图3，4h后叶绿素a浓度下降了73％，8h后叶绿素a浓度下降了90％；水底溶解氧大幅度提高，水体可溶性总磷浓度下降了62％。
实施例6沉积物原位除藻、增氧、固磷综合治理技术的实施例2在划定2m2的区域中，取出底泥沉积物，除磷脱氮，去除腐殖酸等有机物后按实施例3改性。投加2L改性底泥于施用区域。投加2L改性底泥于施用区域。结果如图4，4h后叶绿素a浓度下降了70％，8h后叶绿素a浓度下降了85％；水底溶解氧大幅度提高，水体可溶性总磷浓度下降了45％。
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