本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的原位持續(xù)去除方法與裝置。

背景技術(shù)：

隨著城市居民生活、工業(yè)的發(fā)展，污水處理廠的尾水以及未經(jīng)處理的生活污水排入湖泊等水體，致使水體中的氮、磷含量逐年升高。氮磷水平升高，會(huì)刺激藻類(lèi)大量繁殖甚至爆發(fā)，藻類(lèi)死亡后分解會(huì)使水體產(chǎn)生霉味和臭味，影響魚(yú)類(lèi)等水生生物的生存，形成水體富營(yíng)養(yǎng)化污染，嚴(yán)重破壞水環(huán)境質(zhì)量。

對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體中藻類(lèi)的爆發(fā)，最根本的防治方法是降低水中氮磷濃度，特別是磷的濃度。除了截留外源排入的氮磷外，還需要對(duì)已進(jìn)入水體的磷進(jìn)行原位去除。目前水體磷的原位去除方法主要是在水體中投撒磷的吸附或化學(xué)沉淀劑，使其從上覆水轉(zhuǎn)移到底泥中，但這種方式不能根本性地從水體去除磷，底泥中的磷在一定條件下會(huì)再次釋放到水中。此外，藥劑投加后會(huì)很快沉積到底泥，不能持續(xù)地去除水體磷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種可持續(xù)除磷、成本低、工藝簡(jiǎn)單的富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的原位持續(xù)去除方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的原位持續(xù)去除裝置。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的原位持續(xù)去除裝置，是由三層穿孔圓管構(gòu)成主體框架，三層管的底部密封，管高50～100cm或根據(jù)水體深度設(shè)置，三層管的內(nèi)壁上都貼有一層網(wǎng)紗(孔徑0.5cm左右)，網(wǎng)紗緊貼管壁；裝置中間的中心管是一個(gè)中空管，管內(nèi)徑1～1.8cm，管內(nèi)填充有機(jī)物溶液和/或鐵異化還原細(xì)菌液；第二層管內(nèi)徑3～4cm，填充純富鐵基質(zhì)或富鐵基質(zhì)和植物碎屑的混合物；最外層管內(nèi)徑5cm左右，填充河砂顆粒；富鐵基質(zhì)和河砂顆粒的填充高度根據(jù)水深設(shè)置，低于水面1～3cm。

三層管的管壁在盛裝基質(zhì)以下部分從上到下均勻地打四排孔并呈十字對(duì)稱(chēng)，每排孔間距3～5cm，孔徑0.5～1cm。

所述富鐵基質(zhì)為鐵含量較高的赤紅壤、磚紅壤及鐵礦物等材料，植物碎屑為烘干的植物莖葉等材料破碎成的顆粒，經(jīng)過(guò)研磨過(guò)20目篩的顆粒大小。

所述河砂為粒徑1mm左右的沙礫。

所述有機(jī)物溶液為葡萄糖、淀粉或其他易生物降解有機(jī)碳化合物溶液。

所述鐵異化還原菌液為具有鐵異化還原功能的混合菌液，可以從河流底泥或水稻土中富集獲得。

一種富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的原位持續(xù)去除方法，是采用上述裝置，包括以下步驟：

(1)將裝置的外層管孔打開(kāi)，然后將裝置放入水中，管口在水面以上，單純使用富鐵基質(zhì)的裝置，每隔3～7天向中心管內(nèi)加入COD在1000～3000mg/L有機(jī)物溶液約100～150ml和鐵異化還原菌液約20～30ml；使用富鐵基質(zhì)和植物碎屑的混合物的裝置，只需一次投加異化鐵還原菌液約20～30ml；有機(jī)物溶液和/或鐵異化還原細(xì)菌液擴(kuò)散至第二層管的富鐵基質(zhì)中，有機(jī)物降解會(huì)消耗水中氧形成厭氧環(huán)境，進(jìn)而在鐵異化還原菌液作用下，富鐵基質(zhì)中的三價(jià)鐵被有機(jī)物厭氧還原為亞鐵離子，然后亞鐵離子通過(guò)管壁小孔擴(kuò)散到最外層管的河砂層間隙水中；

(2)間隙水中磷酸根離子與亞鐵離子反應(yīng)形成沉淀，沉積在河砂表面；同時(shí)，亞鐵離子被間隙水中的氧或硝酸鹽氮氧化形成無(wú)定形三價(jià)鐵氧化物，并沉積在河砂表面，對(duì)水中無(wú)機(jī)磷具有較強(qiáng)的吸附作用；

(3)步驟(1)和(2)的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，使得裝置附近水中的磷不斷擴(kuò)散進(jìn)入外層河砂間隙水，然后被沉積固定在河砂表面，達(dá)到原位除磷的效果。

當(dāng)富鐵基質(zhì)中的三價(jià)鐵被完全還原或河砂表面空隙被填滿后，可通過(guò)更換新的富鐵基質(zhì)和河砂顆粒，繼續(xù)發(fā)揮除磷作用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

(1)本發(fā)明對(duì)城市污水處理廠出水以及未經(jīng)處理的生活污水帶入的可溶性磷，具有較好的去除能力，持續(xù)地使裝置附近水中的磷維持在較低的水平。

(2)本發(fā)明通過(guò)降低水中磷濃度，抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)，維持水體上部澄清。

(3)本發(fā)明使用的材料容易獲得，成本低廉，應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)水體可以持續(xù)有效地去除磷。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的主視圖。

圖2為本發(fā)明裝置的俯視圖。

其中：1、中空管；2、富鐵基質(zhì)管；3、河砂管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

以長(zhǎng)寬高為54x40x29cm的塑料水箱模擬富營(yíng)養(yǎng)化水體，以磷酸二氫鉀和自來(lái)水來(lái)配置水體總磷濃度為0.15mg/L。如圖1和2所示，裝置的第二層管的內(nèi)徑為3cm，最外層管的內(nèi)徑為5cm，中空管1的內(nèi)徑1.6cm。中空管內(nèi)填充COD1400mg/L的葡萄糖溶液和異化鐵還原菌液。第二層管填充富鐵基質(zhì)2，采用的富鐵基質(zhì)是磚紅壤，土壤經(jīng)過(guò)研磨過(guò)20目篩后使用。最外層管填充河砂3。富鐵基質(zhì)和河砂高度約25cm。

將裝置放置于水箱中，水箱液面高于裝置內(nèi)土壤和河砂1-2cm，水體體積約60L。每5天向中空管中緩緩加入COD1400mg/L的葡萄糖溶液100ml和10ml的異化鐵還原菌液。

裝置啟動(dòng)，每天測(cè)定中空管內(nèi)和水箱中的亞鐵離子濃度和COD濃度。每次加入葡萄糖溶液后，亞鐵離子濃度逐漸上升，COD濃度逐漸下降。2天后亞鐵離子濃度達(dá)到峰值140mg/L，隨后穩(wěn)定在50-70mg/L，直到實(shí)驗(yàn)20天，亞鐵離子濃度逐漸下降到20mg/L并趨于零。實(shí)驗(yàn)全程22天，水箱中的總磷濃度持續(xù)下降，總磷濃度從0.15mg/L下降到0.048mg/L，去除率達(dá)到68％，水面保持澄清，水底有少量沉淀。

實(shí)施例2

以長(zhǎng)寬高為54x40x29cm的塑料水箱模擬富營(yíng)養(yǎng)化水體，以磷酸二氫鉀和自來(lái)水來(lái)配置水體總磷濃度為0.15mg/L-0.2mg/L。本次實(shí)驗(yàn)裝置以植物碎屑作為有機(jī)物，采用的植物是白花鬼針草的葉片。采集回來(lái)的植物葉片在烘箱中105℃下烘干6小時(shí)，粉碎。將粉碎后的植物碎屑和研磨過(guò)篩的富鐵基質(zhì)磚紅壤按質(zhì)量比1:2的比例混勻，加入到內(nèi)徑4cm的第二層管中。最外層管內(nèi)徑5cm，填充河砂。中空管內(nèi)徑1.6cm。整個(gè)裝置高50cm，富鐵基質(zhì)和植物碎屑的混合物以及河砂的高度約25cm。

將裝置放置于水箱中，水箱液面高于裝置內(nèi)土壤和河砂1-2cm，水體體積約60L。取10ml的鐵異化還原細(xì)菌液稀釋至100ml，緩緩的加入到中空管內(nèi)。

裝置啟動(dòng)，每天測(cè)定裝置中空管內(nèi)和水箱中的亞鐵離子濃度和COD濃度。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，亞鐵離子濃度逐漸上升，COD濃度逐漸下降，反應(yīng)初期，COD濃度最大達(dá)到了25000mg/L。10天后，裝置內(nèi)的亞鐵離子濃度迅速上升，反應(yīng)速率達(dá)到最大值，每天上升100mg/L。30天后，亞鐵離子濃度仍緩慢的持續(xù)上升，此時(shí)水箱中的總磷濃度已下降到0.05mg/L，去除率達(dá)到70％。更換水箱中的富營(yíng)養(yǎng)水，初始總磷濃度為0.22mg/L。裝置內(nèi)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，重新配置的富營(yíng)養(yǎng)化水在6天后總磷去除率就達(dá)到60％，水箱內(nèi)出現(xiàn)少量沉淀，水面清澈見(jiàn)底，COD濃度仍有18000mg/L。反應(yīng)50天和60天時(shí)，分別進(jìn)行了第三次和第四次的重新配置富營(yíng)養(yǎng)化水，總磷的去除率均在6天內(nèi)達(dá)到60％以上，證明該裝置仍有大量的亞鐵離子溶出。此時(shí)裝置內(nèi)的亞鐵離子濃度達(dá)到最大值1000mg/L?；趤嗚F離子濃度仍在較高水平，取學(xué)校內(nèi)湖泊水，把裝置放入裝有湖泊水的水箱中(約50L)，持續(xù)監(jiān)測(cè)總磷濃度。初始濃度為0.08mg/L，反應(yīng)4天后下降到0.06mg/L，去除率為30％，有藻類(lèi)附著在裝置孔外壁，水面從原來(lái)的淺綠色變得澄清見(jiàn)底。裝置運(yùn)行了80天，亞鐵離子持續(xù)溶出，對(duì)一定范圍內(nèi)的總磷保持著較高的去除率，水面保持清澈見(jiàn)底。

五次模擬富營(yíng)養(yǎng)水體的總磷濃度和總磷去除率：