磁性顆粒在富營養(yǎng)化水體及底泥磷的原位治理中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性顆粒在富營養(yǎng)化水體及底泥磷的原位治理中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來我國湖泊水庫的富營養(yǎng)化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，一個(gè)原因是：水體中的氮磷被微 生物攝取后，一部分會隨著微生物的死亡而沉積到底泥中；而隨著污水排放治理力度的不 斷加大進(jìn)入水體的外源性氮磷的量在不斷減少，盡管如此，含外源性氮磷的沉積物釋放到 水中的氮磷成為水體富營養(yǎng)化持續(xù)的另一個(gè)主要原因。因此控制沉積物中磷的釋放是根治 水體富營養(yǎng)化的必不可少的一環(huán)。
[0003] 目前國內(nèi)外針對富營養(yǎng)化問題研宄較為熱點(diǎn)的領(lǐng)域，一個(gè)是對湖泊的研宄主要包 括水體和底泥間的氮磷交換沉積物的有效厚度，底泥氮磷釋放和沉積的關(guān)系等的研宄；營 養(yǎng)狀態(tài)與湖中水生生物之間的關(guān)系如富營養(yǎng)化如何減少湖泊中動、植物多樣性，增加藻類 和水生植物生物量，水生植物在底泥與湖水間的氮磷交換中的作用等；治理湖泊富營養(yǎng)化 的生物技術(shù)（降氮除磷）研宄；而氮、磷等營養(yǎng)鹽與藻類生長的機(jī)理還需進(jìn)一步深入研宄。 另一個(gè)是流域方面的研宄包括氮、磷營養(yǎng)鹽的來源（外源）作物對氮隣的吸收量和因水土 流失引起的損失量，氮和磷在迀移過程中的滯留、轉(zhuǎn)化規(guī)律。此外關(guān)于富營養(yǎng)化控制模型的 研宄仍然是富營養(yǎng)化研宄領(lǐng)域中的前沿，同時(shí)，應(yīng)用于湖泊富營養(yǎng)化研宄中的還有遙感和 GIS技術(shù)。目前這些先進(jìn)的技術(shù)主要用來監(jiān)測和計(jì)算氮磷營養(yǎng)負(fù)荷。其中富營養(yǎng)化控制模 型的建立一直以來都是研宄的熱點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，針對水體富營養(yǎng)化問題，有如下幾種除磷方案： 1、原位覆蓋 原位覆蓋是將一層清潔物質(zhì)覆蓋到污染的沉積物表面從而有效地限制其對上覆水體 的影響。覆蓋材料可以是清潔沉積物、沙、礫石、薄膜中間還可以混有單層或多種土工材 料。原位覆蓋可以將污染沉積物與底棲生物物理性地分開防止沉積物迀移或再懸??；同時(shí) 降低污染物向水中的擴(kuò)散通量。目前覆蓋法已經(jīng)在河道、近海、河口等地有成功使用如日本 Kihama湖、美國Eagle港、挪威Eitrheim灣等，國內(nèi)則尚未見這種方法的應(yīng)用報(bào)道。其不 足是降低了水深，對底棲生態(tài)系統(tǒng)具有破壞性，在浮泥較多的水域不太適用，而尋找便宜清 潔的沙土來源也不容易。
[0005] 2、絮凝沉降和鈍化 主要方法是將鋁、鐵鹽或能與溶解態(tài)磷反應(yīng)的礦物注入沉積物中，使其與活性磷反應(yīng)， 從而降低磷的活性。比如投放鐵鹽、鋁鹽、石灰等到水體中會形成一層新的活性層覆蓋在污 染沉積物表面，這些化學(xué)物質(zhì)很容易與沉積物中釋放出來的磷形成沉淀，從而阻止了磷向 水體中的擴(kuò)散。國外的一些模擬實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用也證實(shí)了此法的有效性。這種方法的最大缺陷 是對水生生態(tài)系統(tǒng)存在潛在的威脅；石灰可以增大水中氨的毒性而鐵和鋁鹽則可以破壞魚 鰓的正常功能。
[0006] 3、吸附法 利用某些多孔或大比表面積的固體物質(zhì)對水中的磷酸根離子的親和力來實(shí)現(xiàn)污水除 磷的目的，吸附劑多用富含Al、Fe、Ca元素的粘土礦物。目前國內(nèi)外的研宄多集中于廢水中 的磷去除。
[0007] 4、生物法除磷 此法多用于水體除磷，甚少用于底泥除磷。生物法除磷是基于噬磷菌在好氧及厭氧條 件下，攝取及釋放磷的原理，通過好氧-厭氧的交替運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)除磷。雖然生物法除磷工藝 具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)完成對有機(jī)物的去除，較低的運(yùn)行費(fèi)用；但是生物法除磷工藝運(yùn) 行穩(wěn)定性一般較差，運(yùn)行操作嚴(yán)格，受廢水的溫度、酸堿度等影響大，對廢水中有機(jī)物濃度 (BOD)依賴性很強(qiáng)。目前國內(nèi)外應(yīng)用生物法去除底泥里的磷素的研宄幾乎沒有。多用于廢 水中的氮磷去除。
[0008] 5、底泥疏浚 雖然底泥疏?？梢远唐诟纳扑|(zhì)，目前國內(nèi)外應(yīng)用也較多。然而對于疏浚還有很大爭 議，疏浚殘留下的沉積物殘?bào)w很容易發(fā)生擴(kuò)散，再次污染表層沉積物，同時(shí)疏浚消除了沉 積物間隙水自深層向表層的活性磷濃度梯度，以及不同層沉積物膠體在釋放磷的能力之 間的差異，在疏浚后可能會產(chǎn)生爆發(fā)性的磷釋放。
[0009] 除去水中磷元素的方法中主要分為三種：化學(xué)沉淀法、生物法、吸附法。化學(xué)沉淀 法最先廣泛的應(yīng)用于解決富營養(yǎng)問題。化學(xué)沉淀法還能應(yīng)用于一些含高濃度磷酸鹽的工業(yè) 廢水中。同時(shí)化學(xué)沉淀還有可能產(chǎn)生高品質(zhì)的磷酸鹽沉淀物如鳥糞石。但是沉淀法導(dǎo)致化 學(xué)藥品的高耗費(fèi)及存在著磷回收困難的問題。生物處理法現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用于富含磷的食品 及市政污水的處理，而在底泥除磷領(lǐng)域幾乎沒有相關(guān)的應(yīng)用。部分研宄中提到利用聚磷菌 及植物消化磷酸鹽從而除磷。而這種方法存在著基建投入太大、處理速度太慢、不利于高濃 度磷酸鹽的去除也無益于底泥中的磷去除，同時(shí)存在操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。
[0010] 吸附法能克服存在于化學(xué)沉淀法及生物處理法中的那些缺點(diǎn)。吸附法除磷所用的 吸附劑分為兩類：粘土礦物與非粘土礦物。
[0011] 現(xiàn)有的研宄多局限于對水中磷去除的研宄而在底泥方面的研宄甚少。雖然國內(nèi)外 對磷控的富營養(yǎng)化問題的研宄有很多，但真正能夠應(yīng)用到實(shí)踐中的技術(shù)方法不多。而在底 泥磷釋放方面的研宄也多注重在機(jī)理方面的研宄，除了原位用礦物質(zhì)覆蓋鎖磷技術(shù)外，關(guān) 于底泥除磷技術(shù)的研宄幾乎是空白。
[0012] 而且，現(xiàn)有底泥除磷方法往往只能將底泥原位固定而無法實(shí)現(xiàn)其從環(huán)境中去除在 環(huán)境條件變化的條件下(氧化還原電位、PH值變化等）存在再釋放的可能性；另一方面磷作 為一種資源性物質(zhì)現(xiàn)有方法也難以實(shí)現(xiàn)其回收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提供磁性顆粒在富營養(yǎng)化水體及底泥磷的原位治理中的應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是： 磁性顆粒在富營養(yǎng)化水體及底泥磷的原位治理中的應(yīng)用。
[0015] 所述的磁性顆粒選自鐵粉、四氧化三鐵。
[0016] 所述的磁性顆粒為納米級顆粒、微米級顆粒、毫米級顆粒中的至少一種。
[0017] 在原位治理完成后，通過外加磁場回收磁性顆粒。
[0018] 所述的外加磁場的來源為磁鐵或電磁鐵。
[0019] 所述的富營養(yǎng)化水體為富營養(yǎng)化河流水體或富營養(yǎng)化湖庫水體。
[0020] 磁性顆粒原位富集固化與磁性分離聯(lián)合治理富營養(yǎng)化水體及底泥磷的方法，步驟 為： 1) 投加藥劑：在富營養(yǎng)化水體中投加磁性顆粒； 2) 原位富集及原位固化：投入磁性顆粒到水體中設(shè)定時(shí)間后，磁性顆粒對底泥及水體 中的磷素進(jìn)行富集及原位固化； 3) 磁性顆粒的回收：利用外加磁場作用于底泥表面，使得磁性顆粒得以回收。
[0021] 所述的富營養(yǎng)化水體中，水體溶解磷濃度< lg/m3,底泥表層O-IOcm干泥總磷濃度 < 2g/kg,可溶態(tài)磷濃度< 0· lg/kg，pH為6-8,水深為5-20m。
[0022] 磁性顆粒的投加量為：每平米水面投加50_2500g。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將磁性顆粒物應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體及底泥磷