專利名稱：一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)范圍，特別涉及可應(yīng)用于受污染湖泊、水庫和河流水體修復(fù)的一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法。
背景技術(shù)：
中國的水環(huán)境污染非常嚴(yán)重，我國75％以上的湖泊、80％以上的河流都已經(jīng)受到不同程度的污染。根據(jù)調(diào)查，外部污染物進(jìn)入湖泊、水庫和河流以后，一部分直接溶解于水體中，引起水質(zhì)下降；另一部分，主要是顆粒態(tài)的有機(jī)物和不溶解性的無機(jī)鹽等則沉淀至水底，形成底泥層，例如80％左右的磷是通過粘土顆粒進(jìn)入水體底泥。底泥中的污染物在一定條件下能夠加速釋放出來，所以底泥污染又稱為內(nèi)源污染，其釋放是造成水體污染負(fù)荷較高的原因之一，例如，南京玄武湖和杭州西湖的底泥污染負(fù)荷達(dá)到了43％以上。對(duì)于外部污染源已經(jīng)得到有效控制的湖泊、水庫或者河流，水體內(nèi)部底泥污染負(fù)荷所占的比例就非常高，甚至達(dá)到80％以上，成為影響水環(huán)境質(zhì)量的首要因素。究其原因，底泥污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(qū))進(jìn)行的，顆粒態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為酸性有機(jī)物，導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，氨氮濃度上升5倍左右，而磷和鐵錳離子的濃度會(huì)升高10倍左右。氮和磷濃度急劇上升引起藻類大幅度增長(zhǎng)，形成水華，進(jìn)一步惡化水質(zhì)。因此，控制底泥與水體交界面處的活性區(qū)就成為控制水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵。
目前，世界上普遍采用曝氣的方式向水體底部供氧。采用曝氣充氧方法來提高水體的溶解氧含量，進(jìn)而對(duì)受污染的水環(huán)境進(jìn)行修復(fù)。但是，由于這種技術(shù)是向整個(gè)水體進(jìn)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(shè)備消耗機(jī)械動(dòng)力非常大，建造和運(yùn)行的成本非常高；對(duì)于面積較大、水體條件復(fù)雜的河流、湖泊和水庫，其實(shí)際操作很難實(shí)現(xiàn)。另外，這種曝氣技術(shù)容易攪動(dòng)底泥，尤其是對(duì)于淺層湖泊和河流，引致底泥泛起，水體非常渾濁。因此，開發(fā)簡(jiǎn)便易行、成本低廉的底部水體供氧技術(shù)具有非常重要的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法，其特征在于該方法是在底泥與水體的交界面位置，采用微曝氣方式，向形成活性區(qū)的水層提供微量的空氣，保持該層水體處于好氧狀態(tài)，避免進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，避免厭氧微生物的急劇繁殖，從而避免污染物的釋放；所述采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(dòng)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(jù)底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區(qū)曝氣的強(qiáng)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于2mg/L，使水體和底泥界面始終處于好氧狀態(tài)，抑制底泥污染物的厭氧轉(zhuǎn)化及其向水體的釋放過程；2).投加過氧化氫，將過氧化氫溶液配制為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動(dòng)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范圍為10mg/L至100mg/L，并使溶解氧濃度達(dá)到2mg/L以上；3).投加過氧化鈣，將過氧化鈣配制成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動(dòng)投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度范圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達(dá)到2mg/L以上。
本發(fā)明的有益效果是由于本方法僅僅是向形成活性區(qū)的一個(gè)薄層水體進(jìn)行曝氣，所以曝氣量就比向整個(gè)水體曝氣的傳統(tǒng)技術(shù)大大節(jié)省，大大節(jié)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(zhì)反應(yīng)和磷反應(yīng)，抑制不同類型底泥中氮、磷等物質(zhì)的釋放。向缺氧水體投加的過氧化氫，能在水中自行分解，產(chǎn)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(yīng)，能夠與溶解態(tài)的磷反應(yīng)，生成不溶性的磷酸鈣而沉淀下來，控制導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類瘋長(zhǎng)的關(guān)鍵元素—磷，是控制水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化和改善水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。并產(chǎn)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(shí)施例方式
本發(fā)明是一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法。該方法是在底泥與水體的交界面位置，采用微曝氣方式，向形成活性區(qū)的水層提供微量的空氣，保持該層水體處于好氧狀態(tài)，避免進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，避免厭氧微生物的急劇繁殖，從而避免污染物的釋放；實(shí)際上，底泥污染物的釋放是由一層活性區(qū)控制的，而活性區(qū)的厚度約為幾厘米至幾米的范圍。在活性區(qū)開始形成的階段，活性區(qū)厚度比較小，而在活性區(qū)形成并擴(kuò)散以后，其厚度就逐漸增大。在活性區(qū)的形成階段，采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(qū)，從而抑制底泥污染物的釋放，避免形成水華，避免水質(zhì)惡化，保護(hù)水環(huán)境。所采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(dòng)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(jù)底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區(qū)曝氣的強(qiáng)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于2mg/L，使水體和底泥界面始終處于好氧狀態(tài)，抑制底泥污染物的厭氧轉(zhuǎn)化及其向水體的釋放過程。
投加過氧化氫，將過氧化氫溶液配制為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動(dòng)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范圍為10mg/L至100mg/L，使得溶解氧濃度達(dá)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(qiáng)的氧化性，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位僅次于臭氧，高于高錳酸鉀和二氧化氯，能夠直接氧化水體產(chǎn)生嗅味和色度的還原性有機(jī)污染物和無機(jī)物。
投加過氧化鈣，將過氧化鈣配制成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動(dòng)投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度范圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達(dá)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(tài)的磷反應(yīng)，生成不溶性的磷酸鈣而沉淀下來，控制導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類瘋長(zhǎng)的關(guān)鍵元素。是控制水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化和改善水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。
下面舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以說明。
本發(fā)明分別對(duì)深圳市西瀝水庫和清華大學(xué)近春湖的底泥和水體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。其中，深圳西瀝水庫底泥中鐵錳含量較高，屬于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(jī)質(zhì)含量較高，屬于非氧化還原敏感型底泥。兩個(gè)地點(diǎn)底泥具體數(shù)據(jù)見表1所示。
表1 深圳西瀝水庫和北京近春湖底泥性質(zhì)的比較

實(shí)驗(yàn)1對(duì)于深圳西瀝水庫和北京近春湖的底泥和水進(jìn)行供氧實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2所示。在沒有采取措施的情況下，溶解氧濃度低于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，使底泥和水體處于好氧狀態(tài)。
表2 pH、氧化還原電位(Eh)和溶解氧(DO)的比較

實(shí)驗(yàn)2對(duì)于深圳西瀝水庫底泥實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行微曝氣，運(yùn)行時(shí)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(yàn)10天，過氧化氫投加量為15mg/L，過氧化鈣投加量為35mg/L。
實(shí)驗(yàn)3對(duì)深圳西瀝水庫底泥磷的釋放進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用微曝氣、投加過氧化氫和過氧化鈣，實(shí)驗(yàn)10天，結(jié)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(duì)水中磷的去除效率分別為67.01％，32.50％和93.02％，其中投加CaO2對(duì)磷的去除效果最明顯。
實(shí)驗(yàn)4對(duì)于北京近春湖底泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，投加過氧化鈣，實(shí)驗(yàn)10天，結(jié)果，水樣中溶解性磷的濃度由1020μg/L降低至140μg/L，去除率達(dá)到了86.3％，因此投加過氧化鈣對(duì)北京近春湖底泥磷的釋放具有非常好的抑制效果。
實(shí)驗(yàn)5對(duì)于鐵錳離子的去除，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(duì)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(quán)利要求
1.一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法，其特征在于該方法是采用微曝氣方式在底泥與水體的交界面位置，向形成活性區(qū)的水層提供微量的空氣，保持該層水體處于好氧狀態(tài)，避免進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，所述采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(dòng)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(jù)底泥和水體的呼吸速率，確定向活性區(qū)曝氣的強(qiáng)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于2mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法，其特征在于所述投加過氧化氫是將過氧化氫溶液配制為0.5-2％重量比濃度，通過固定或者移動(dòng)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范圍為10mg/L至100mg/L，使得溶解氧濃度達(dá)到2mg/L以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法，其特征在于所述投加過氧化鈣是將過氧化鈣配制成為3-6.5％重量比濃度的懸浮液，通過固定或者移動(dòng)投加裝置將過氧化鈣投加在底泥與水體交界面附近，濃度范圍為15mg/L至150mg/L，使得溶解氧濃度達(dá)到2mg/L以上。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)范圍的可應(yīng)用于受污染湖泊、水庫和河流水體修復(fù)的一種抑制水體內(nèi)部污染物釋放的方法。該方法是采用微曝氣方式在底泥與水體的交界面位置形成活性區(qū)的水層提供微量的空氣，即是將固定或者移動(dòng)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。直接抑制引起底泥污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(jī)物和無機(jī)物，沉淀鈍化磷元素，避免水體質(zhì)量惡化，提高水環(huán)境質(zhì)量。由于這種技術(shù)簡(jiǎn)單和直接，易于操作，且成本比較低廉，因而是實(shí)際可行的控制底部污染物釋放的高效低耗技術(shù)，具有廣闊的前景。
文檔編號(hào)C02F3/02GK1490258SQ0315737
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者張錫輝, 袁文權(quán), 賽娜, 張光明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)