CN100389080C - 一种富营养化水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术，特别涉及一种富营养化水的处理方法，以解决现有富营养化水处理技术中，综合处理效果较差、处理成本较高的问题。本发明所述方法包括如下步骤：向待处理的富营养化水体中投放污染物处理剂，所述污染物处理剂包括熟石灰Ca(OH)₂或生石灰CaO；向水体中投放除硬中和剂将水体pH值调节到目标pH值，并加入絮凝剂沉淀水体中的悬浮物及胶体聚合物。本发明技术方案可以综合治理富营养化水中的藻类、磷、氮、重金属等污染，澄清水体。

Description

一种富营养化水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术，特别涉及一种富营养化水的处理方法。

背景技术

水体的富营养化是自养型生物(主要是浮游植物)在富含氮、磷、有机物等营养物质的水体中异常繁殖的结果。氮磷污染造成水体富营养化是世界性的环境问题。目前我国湖泊约有75％的水域受到显著污染，主要是严重的富营养化。依靠已受严重污染的水体自我净化和生态调节能力来恢复水质非常困难。富营养化的征兆和危害包括来自藻类水华的浮渣和毒素，某些水生植物的大量侵扰，与水关联的疾病发病率的增加，水体透明度的降低，水体恶臭，水中溶解氧枯竭以及水生动物的灾难性大批死亡等。还有一些水体遭受了重金属污染。

造成水体富营养化的途径有外源途径(污染物通过排放口直接或间接排入水体引起的污染；降雨过程把地表水和大气中的溶解或固体的污染物带入水体所产生的污染)和内源途径(污染物来自水体底泥)。目前水体富营养化的防治对策主要是阻断引起水体富营养化的污染源和削减其污染的措施，减少过量的氮、磷等营养物质进入水体和减少水体中已过量的氮、磷等营养物质的含量。用于消除水体藻类过度繁殖的技术有化学除藻法、生物方法、物理方法以及生态治理的方法。在减少水体中已有的营养物质，如氮、磷等，也有化学方法和生物治理的方法等。这些方法各有优缺点。目前在治理蓝藻、绿藻等藻类过度繁殖的富营养化水体治理方法大多对单一因素效果好，但综合效果不太理想，如综合效果也好的，如生态治理方法，也受到水体的水量、场地、时间、资金成本、设备以及工程实施等诸多因素限制。

发明内容

本发明提供一种富营养化水的处理方法，以解决现有技术富营养化水处理技术中，综合处理效果较差、处理成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种富营养化水处理的方法，包括如下步骤：

A、向待处理的富营养化水体中投放污染物处理剂，所述污染物处理剂包括熟石灰Ca(OH)₂或生石灰CaO；

B、向水体中投放除硬中和剂将水体PH值调节到目标PH值，并向水体中加入絮凝剂沉淀水体中的悬浮物及胶体聚合物。

进一步，所述步骤A和B之间还包括如下步骤：

将水体PH值调节至大于等于10小于等于12；

对水体进行搅拌和氨透出处理；

待水体静置0.5～3小时后先清除已经产生的沉淀物。

进一步，所述步骤A之前还包括：对待处理的富营养化水体进行隔离：所述步骤B之后还包括：清除产生的沉淀物。

较佳的，所述污染物处理剂还包括氯化钙CaCl₂。

较佳的，所述除硬中和剂为碳酸氢钠NaHCO₃、碳酸钠Na₂CO₃、二氧化碳CO₂或草酸H₂C₂O₄；

较佳的，所述絮凝剂为聚合氯化铝[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m、明矾KAl(SO₄)₂·12H₂O或三氯化铁FeCl₃；

所述目标PH值大于等于6.5小于等于8.5。

所述方法中，根据所述待处理的富营养化水体的污染程度，在每立方米待处理的富营养化水体中使用的所述污染物处理剂、硬中和剂和絮凝剂的总量为60克～350克。

较佳的，在所述总量中：

所述污染物处理剂的重量百分比为50％～85％；

所述除硬中和剂的重量百分比为5％～40％；

所述絮凝剂的重量百分比为5％～35％。

本发明的有益技术效果：

1、本发明技术方案利用污染物处理剂溶于水后形成的Ca(OH)₂与水体中的CO₂发生化学反应生成难溶于水的碳酸钙沉淀，迅速清除水体中的二氧化碳(CO₂)，同时生成的部分沉淀物附着在藻类表面阻塞了藻类进行呼吸作用的通道，使蓝藻、绿藻、细菌等生物无法进行光合作用和呼吸作用迅速失去活力，进入休克状态并逐渐死亡，沉淀后予以清除，达到清除藻类的目的，可以治理富营养化水体中过度繁殖的各类藻类，包括蓝藻、绿藻等；

2、本发明技术方案可以迅速且显著地解除富营养化水体中的氮、磷等营养物质。水体中的磷酸盐在碱性环境下与Ca²⁺发生一系列的沉淀反应生成磷酸钙(Ca₃(PO₄)₂)沉淀，将水体中的磷酸盐以沉淀形式除去，而且在清除藻类的同时也除去了大部份的有机磷，从而达到降低水体中的磷的含量的目的，进而限制水体中藻类的过量繁殖，在PH＝11条件下，磷的去除率在80％以上；将水体的PH值保持在10～12，采用氨透出工艺使氮以氨气透出，氨氮的去除率达80％以上，从而达到降低水体中氮的含量；

3、本发明技术方案可以有效澄清水体，废水中携带大量固体悬浮体流入水体中，与水体中的已有颗粒形成悬浊液和胶体溶液，这些颗粒附着在水体中的蓝藻、绿藻等藻类上，使水体色泽、能见度大幅下降，并使水质浑浊恶化。经过本发明方法处理后，悬浊液和胶体溶液在电解质溶液和絮凝剂的作用下凝聚为大颗粒并被吸附而沉淀析出，使水体迅速清澈；

4、本发明技术方案可以有效解除水体中的重金属污染。根据化学上溶度积规则，在水体PH＝11的条件下，大部份重金属(Pb、Cd、Hg、Mn、Zn、Cu)从其盐溶液中以难溶的M(OH)₂沉淀析出；

5、本发明技术方案可以有效减轻受污染水体的臭味。污水中的致臭物质主要由氨气(NH₃)、硫化氢(H₂S)、硫醇、挥发性脂肪酸等组成。加入污染物处理剂后形成的Ca(OH)₂溶液能够与硫化氢、脂肪酸等发生化学反应，NH₃在碱性条件下被析出，絮凝和沉淀作用也将散发臭味的悬浮藻类和腐殖质等有机物、有机质清除，显著减少水体中的致臭物质的含量，从而减轻水体的臭味；

6、本发明技术方案可以及时从水体中清除死亡的藻类和沉淀析出的污染物质，避免水体被二次污染，可以较长时间保持治理效果，方法简单且易于操作；

7、本发明所使用的所有化学药品无毒无害，来源广，用量少，成本低廉，而且施用的化学药品经化学反应后大部份又成为沉淀物被清除出水体，因此对水体无二次污染；

8、应用本发明提供的水处理箱体，可在自然水域的水体中大规模直接连续施工，不需要使用其他专用大型设施，对生活在水体中的大部分生物进行有效保护，降低了治理成本并节省了时间；

9、水体污染物质的再利用。清除出来的污染物主要是钙、磷以及死亡的藻类等富营养物质，可作为农业肥料被再次利用。

10、使用本发明所述技术方案，经治理后的水体水质可达到国家中水标准以上，且大幅提高水体能见度，有效地改善水体环境和景观效果。

综上所述，本发明技术方案可以综合治理富营养化水中的藻类、磷、氮、重金属等污染，有效减轻水体臭味、澄清水体，并可再次利用清除出的富含钙、磷以及死亡的藻类等富营养物质的污染物作为农业肥料。并且本发明技术方案成本较低、操作简单，经治理后的水质达到国家中水水质标准以上，大幅提高水体能见度，有效地改善了水体环境和景观效果。

附图说明

图1为本发明所述富营养化水处理方法的主要流程图；

图2为本发明所述隔离带处理营养水处理的箱体。

具体实施方式

本发明提供一种简单易操作且成本较低，无二次污染的富营养化水综合处理方法，可以治理蓝藻、绿藻等藻类过度繁殖的富营养化水体，显著减少水体中的氮、磷等富营养物质和重金属物质，清除蓝藻、绿藻等藻类，明显减轻臭味，澄清水质，恢复水体的自净能力和生态功能。经治理后的水质达到国家中水水质标准以上，大幅提高水体能见度，有效地改善了水体环境和景观效果。

本发明针对富营养化水中的蓝藻、绿藻等藻类的过度繁殖和氮、磷、重金属污染，以及水体污浊臭味明显等，以熟石灰(Ca(OH)₂)或生石灰(CaO)与氯化钙(CaCl₂)组合为污染物处理剂；以碳酸氢钠(NaHCO₃)、碳酸钠(Na₂CO₃)、二氧化碳(CO₂)、草酸(H₂C₂O₄)中的任一种为除硬中和剂；以聚合氯化铝([Al₂(OH)_nCl_6-n]_m)、明矾(KAl(SO₄)₂·12H₂O)、三氯化铁(FeCl₃)中的任一种为絮凝剂。根据水体的受污染程度，每立方米污水的污染物处理剂、除硬中和剂和絮凝剂施用量总计在60g～350g。其配方组份的重量百分比为污染物处理剂50％～85％，除硬中和剂5％～40％，絮凝剂5％～35％。

如图1所示，本发明所述富营养化水处理方法具体包括如下步骤：

步骤S101、向待处理的富营养化水体中投放污染物处理剂，所述污染物处理剂包括熟石灰(Ca(OH)₂)或生石灰(CaO)，并包括氯化钙(CaCl₂)，投放氯化钙(CaCl₂)的目的在于增加水体中的钙离子Ca²⁺含量，以沉淀投放熟石灰(Ca(OH)₂)或生石灰(CaO)后水体中存在的富余的磷酸盐；

步骤S102、将水体PH值调节至大于等于10小于等于12，并对水体进行搅拌和氨透出处理；

先采样部分水体，例如5L，根据将样本PH值调节至大于等于10小于等于12所使用的污染物处理剂的剂量，估算出将整个待处理水体PH值调节至大于等于10小于等于12所需要的污染物处理剂投入量。

步骤S103、待水体静置0.5～3小时后先清除已经产生的沉淀物。

污染物处理剂溶于水后形成Ca(OH)₂溶液，Ca(OH)₂与水体中的CO₂发生化学反应生成难溶于水的碳酸钙沉淀，化学反应方程式为：

CO₂+Ca(OH)₂＝CaCO₃↓+H₂O

在发生化学反应的过程中，可以迅速清除水体中的二氧化碳(CO₂)，同时生成的部分沉淀物碳酸钙(CaCO₃)附着在藻类表面，阻塞了藻类进行呼吸作用的通道，使蓝藻、绿藻、细菌等生物无法进行光合作用和呼吸作用迅速失去活力，进入休克状态并逐渐死亡，进而沉淀，达到清除藻类的目的。对于沉淀的藻类可以先行清除，也可以在最后一起清除，清除方法为利用抽水装置抽取即可。

如污水中无重金属污染或重金属污染很小，则先行清除的沉淀物可以直接再利用。但是如果污水中重金属污染严重，则影响沉淀物的再利用。

磷是藻类繁殖的最主要的限制物质，水体中的磷酸盐在碱性环境下与Ca²⁺发生一系列的沉淀反应生成磷酸钙(Ca₃(PO₄)₂)沉淀，将水体中的磷酸盐以沉淀形式除去，而且在清除藻类的同时也除去了大部份的有机磷，从而达到降低水体中的磷的含量的目的，进而限制水体中藻类的过量繁殖。试验证明，在PH＝11条件下，磷的去除率在80％以上。

化学反应方程式为：

Ca(OH)₂＝Ca²⁺+2OH^-

3Ca²⁺+2PO₄ ^3-＝Ca₃(PO₄)₂↓

3Ca²⁺+2OH^-+2HPO₄ ^2-＝Ca₃(PO₄)₂↓+2H₂O

3Ca²⁺+4OH^-+2H₂PO₄ ^-＝Ca₃(PO₄)₂↓+4H₂O

将水体的PH值保持在10～12，进一步采用氨透出工艺除去污水中的氨氮。

氨透出工艺是将水体的PH值控制在10.8～11.5的范围，通入大量的空气(使用热鼓风机通入热空气更佳)，使水反复形成水滴，汽水接触，使氨气透出。其化学反应方程式为：

NH₄ ⁺+OH^-＝NH₃↑+H₂O。

在PH值为10～12的碱性环境和搅伴析出工艺条件下，氮以氨气透出，试验证明，氨氮的去除率达80％以上，从而达到降低水体中氮的含量。

步骤S104、再向水体中投放除硬中和剂将水体PH值调节到目标PH值，同时清除水体中过量的Ca²⁺；

除硬中和剂为碳酸氢钠NaHCO₃、碳酸钠Na₂CO₃、二氧化碳CO₂或草酸H₂C₂O₄，目标PH值大于等于6.5小于等于8.5，符合生活饮用水标准中PH值的范围，在此范围内利于水体中的生物生长。

步骤S105、最后向水体中加入絮凝剂沉淀水体中的悬浮物及胶体聚合物；

絮凝剂为聚合氯化铝[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m、明矾(KAl(SO₄)₂·12H₂O)或三氯化铁(FeCl₃)；

上述使用的所有化学药品无毒无害，来源广，用量少，成本低廉，而且施用的化学药品经化学反应后大部份又成为沉淀物被清除出水体，因此对水体无二次污染。

步骤S106、待水体澄清后清除产生的沉淀物。

清除的具体方法一般采用动力抽水装置抽取箱底沉淀物。

由于未经净化的废水携带大量固体悬浮体流入水体中，与水体中的已有颗粒形成悬浊液和胶体溶液，这些颗粒附着在水体中的蓝藻、绿藻等藻类上，使水体色泽、能见度大幅下降，并使水质浑浊恶化。经过步骤S105的处理后，悬浊液和胶体溶液在电解质溶液和絮凝剂的作用下凝聚为大颗粒并被吸附而沉淀析出，使水迅速清澈。

通过上述处理过程同时解除了水体中的重金属污染，根据化学上溶度积规则，在水体PH＝11的条件下，大部份重金属(Pb、Cd、Hg、Mn、Zn、Cu)从其盐溶液中以难溶的M(OH)₂沉淀析出，从而解除了水体中的重金属污染。

通过上述处理过程可以减轻水体的臭味，污水中的致臭物质主要由氨气(NH₃)、硫化氢(H₂S)、硫醇、挥发性脂肪酸等组成。加入污染物处理剂后形成的Ca(OH)₂溶液能够与硫化氢、脂肪酸等发生化学反应，NH₃在碱性条件下被析出，絮凝和沉淀作用也将散发臭味的悬浮藻类和腐殖质等有机物、有机质清除，显著减少水体中的致臭物质的含量，从而减轻水体的臭味。

通过上述过程可以及时从水体中清除死亡的藻类和沉淀析出的污染物质，防止了二次污染，而且方法简单，且易于操作。沉淀下来的污染物如不清除，将是水体被二次污染的污染源，这样将难以解除水体的富营养状态和污染物，只能达到暂时治理的效果。一段时间后，水体将又恢复至原状况。如待沉淀下来的污染物沉入水底底泥，清除的经济成本和难度将大大增加。而且清除出来的污染物主要是钙、磷以及死亡的藻类等富营养物质，可作为农业肥料被再次利用。

本发明所述处理方法可以方便用于治理处于任何水域的富营养化水，如果是封闭的小型水域，在不用考虑对其它生物的影响时，可以直接进行处理。如果水域较大，也可以通过每次抽取部分水体的方式循环处理。在湖泊等自然环境中，利用具有隔离作用的可移动水处理箱，对大片水域分隔处理，尽量减少对水体中的生物的影响。

如图2所示，本发明提供一种完成上述隔离功能的可移动水处理箱体200，箱体200包括如下结构：矩形或方形底面201，四个侧面202、203、204和205，两个网状隔离网206和207，其中：

侧面202和侧面203，分别垂直连接在箱底201的两个平行边上，箱底201、侧面202和侧面203可以为挡水密封板或隔水布，结构体各面连接处缝合或用隔水拉链接合，形成一个槽体，该槽体的大小根据每一次需要处理的水量确定。

另外两个侧面204和侧面205分别作为活动门连接在槽体两端，活动门材料也为挡水密封板或隔水布。当移动箱体时，打开两个活动门方便移动，在进行水处理前，关闭两个活动门，使箱体内形成相对封闭的水域。活动门的具体结构类型很多，例如单开门、双开门等，开合方式可以采用拉链式结构，例如使用一定长度的机械臂固定连接拉链端进行操作。

图2以单开门结构为例进行说明，以侧面206为例，侧面206的三个边中，一边与侧面202的一个边固定连接，一边和箱体200底面201的一个边通过拉链活动连接，另一边与侧面203的一个边通过拉链活动连接，在箱体200移动前，拉开拉链，侧面206打开，在箱体200到达指定位置后，拉上拉链，则侧面206闭合，形成活动门体结构。也可以在侧面206和侧面202、侧面206和侧面203的连接中采用拉链结构，同样形成活动门结构。

两个网状隔离网206和207分别连接的槽体两端，隔离水生物进入箱体中，可以避免处理过程中将对水生物的影响。死亡的藻类和沉淀析出的污染物质沉淀到底面201上，一方面避免水体被二次污染，可以较长时间保持治理效果，另一方面通过控制箱体200的深度，方便了沉淀物的抽取，减小了抽取所需要的动力，进一步节约了水处理成本。

箱体漂浮在水上，活动门的开合方向和箱体200在水中移动的方向一致或垂直于201，可以利用任何水上动力装置拖动箱体200移动。如果箱体面积较大，还可以通过在箱体内水域设置底部带有搅拌装置的小船，用于分散投放污染物处理剂、除硬中和剂和絮凝剂并在投放过程中进行搅拌和抽取沉淀物。

下面以具体实施例进一步说明本发明技术方案：

实施案例一

水样取自养鱼池塘，4L，呈黄绿色，内含有许多蓝藻、绿藻以及腐殖质和泥尘胶体，有臭味，浊液状，能见度很低。PH试纸测试值为7，试纸上附有藻类物质。

实验期间气温：29℃～30℃

配方：

污染物处理剂：熟石灰(Ca(OH)₂)           1.1g

除硬中和剂：碳酸氢钠(NaHCO₃)            0.3g

絮凝剂：聚合氯化铝([Al₂(OH)_nCl_6-n]_m)    0.3g

实施案例二

水样取自公园景观湖泊，水样5L，为淡黄绿色浊液，内含有许多蓝藻、绿藻、腐殖质、泥尘等。PH试纸测试值为6，有腥臭味。

实验期间气温：25℃

配方：

污染物处理剂：熟石灰(Ca(OH)₂)            1.0g

除硬中和剂：碳酸氢钠(NaHCO₃)             0.3g

絮凝剂：三氯化铁(FeCl₃)                  0.3g

实施案例三

在一条被严重污染的小河中区隔出一6m×2m×1.8m水体，约21.6m³。水体受农业污水污染，颜色呈黄绿色，浊液，能见度小于20cm，水体中蓝藻、绿藻过度繁殖，并有许多稻草腐烂的腐殖质及泥尘颗粒，PH＝6。

实验期间气温：30℃～33℃

配方：

污染物处理剂：熟石灰(Ca(OH)₂)           4.8Kg

除硬中和剂：碳酸氢钠(NaHCO₃)            0.44Kg

絮凝剂：聚合氯化铝([Al₂(OH)_nCl_6-n]_m)    0.93Kg

上述处理后，均可以有效去除藻类、磷、氮、重金属等污染，有效减轻水体臭味、澄清水体，操作简便且低成本地清除其中沉淀析出的污染物，并利用清除出的富含钙、磷以及死亡的藻类等富营养物质的污染物作为农业肥料。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种富营养化水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、向待处理的富营养化水体中投放污染物处理剂，所述污染物处理剂包括熟石灰Ca(OH)₂或生石灰CaO；

B、向水体中投放除硬中和剂将水体PH值调节到目标PH值，并向水体中加入絮凝剂沉淀水体中的悬浮物及胶体聚合物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A和B之间还包括如下步骤：

将水体PH值调节至大于等于10小于等于12；

对水体进行搅拌和氨透出处理；

待水体静置0.5～3小时后先清除已经产生的沉淀物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤A之前还包括：对待处理的富营养化水体进行隔离；

所述步骤B之后还包括：清除产生的沉淀物。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述污染物处理剂还包括氯化钙CaCl₂。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述除硬中和剂为碳酸氢钠NaHCO₃、碳酸钠Na₂CO₃、二氧化碳CO₂或草酸H₂C₂O₄；

所述絮凝剂为聚合氯化铝[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m、明矾KAl(SO₄)₂·l2H₂O或三氯化铁FeCl₃；

所述目标PH值大于等于6.5小于等于8.5。

6.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，

所述除硬中和剂为碳酸氢钠NaHCO₃、碳酸钠Na₂CO₃、二氧化碳CO₂或草酸H₂C₂O₄；

所述絮凝剂为聚合氯化铝[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m、明矾KAl(SO₄)₂·l₂H₂O或三氯化铁FeCl₃；

所述目标PH值大于等于6.5小于等于8.5。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述待处理的富营养化水体的污染程度，在每立方米待处理的富营养化水体中使用的所述污染物处理剂、硬中和剂和絮凝剂的总量为60克～350克。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述待处理的富营养化水体的污染程度，在每立方米待处理的富营养化水体中使用的所述污染物处理剂、硬中和剂和絮凝剂的总量为60克～350克。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述待处理的富营养化水体的污染程度，在每立方米待处理的富营养化水体中使用的所述污染物处理剂、硬中和剂和絮凝剂的总量为60克～350克。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述总量中：

所述污染物处理剂的重量百分比为50％～85％；

所述除硬中和剂的重量百分比为5％～40％；

所述絮凝剂的重量百分比为5％～35％。

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