CN100534607C - 处理湖泊富营养化的帽封材料及其制备方法 - Google Patents

处理湖泊富营养化的帽封材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于就地处理湖泊富营养化的帽封材料及其制备方法。更具体地说，是去除富营养化湖泊中的可溶性磷酸盐等营养盐的帽封材料及其制备方法。属环境保护处理技术领域。本发明的帽封材料，其组成及重量百分比如下：①天然碳酸盐岩石或钙工业副产物为65～70%；②稀土尾矿铈盐或镧盐或其稀土氧化物为10～15%；③无机胶凝材料水泥、石灰、或石膏，或有机高分子粘结剂为15～25%。将上述原料经在20℃下搅拌混合、洗涤、过滤、干燥，最终制得颗粒状帽封材料。该帽封材料能吸附水体中大量可溶性磷酸盐等营养盐而形成难溶化合物，并沉到底泥表层。该帽封材料能自形成一层阻隔吸附层，阻止水体污染底泥的磷酸盐向上层水体的释放。

Description

处理湖泊富营养化的帽封材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于就地处理湖泊富营养化的帽封材料及其制备方法。更具体地说，是去除富营养化湖泊中的可溶性磷酸盐等营养盐的帽封材料及其制备方法。属环境保护处理技术领域。
背景技术
中国湖泊污染的主要特征是水体富营养化，尤其是城市湖泊，由于人为活动的干扰，富营养化进程十分迅速。造成水体富营养化的根本原因是水体中的可溶性磷酸盐等营养盐超标，超过了湖泊的自净能力。湖泊沉积物(又称作底泥)是湖泊可溶性磷酸盐等营养盐的重要蓄积库，在入湖的可溶性磷酸盐等营养盐负荷减少或完全截污后，底泥中的可溶性磷酸盐等营养盐会逐步释放出来，成为湖泊富营养化内源的主导因子。
国外在消除内源污染方面做了很多探索：向湖中投加化学药剂加速磷的惰性化，从而减少内源磷的释放率。使用的化学药剂包括：铝盐、明矾、氧化钙等。已知化学药剂的不足之处是吸附量均偏低，仅能部分去除水体中的可溶性磷酸盐等营养盐，因此，人工合成开发高性能的去除富营养盐的帽封材料越来越受到重视。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种既有去除水体中大量的可溶性磷酸盐等营养盐，又能阻隔底泥中可溶性磷酸盐等营养盐释放的帽封材料。
本发明一种用于就地处理湖泊富营养化的帽封材料，其特征在于该帽封材料原料的组成及其重量百分比含量如下：
①天然碳酸盐岩石为65～70％；
②稀土尾矿铈盐、稀土尾矿镧盐、稀土氧化物或氯化镧为10～15％；
③无机胶凝材料水泥、石灰、石膏或有机高分子粘结剂为15～25％。
上述的一种处理湖泊富营养化的帽封材料的制备方法为：按上述规定原料配方称取原料，先将原料②制备成一定浓度的水溶液，随后加入碱性物质调节pH值至7～11，形成碱性溶液；然后加入上述原料①的磨细粉料，在20℃温度下恒温搅拌30～60分钟，经反应后生成一种沉淀物，将该沉淀物经去离子水洗涤，然后过滤、干燥；干燥后加入原料③胶凝材料，并进行均匀混合，最终制得帽封材料。
上述采用的原料中，所述的原料①天然碳酸盐为方解石或白云石；所述的原料③胶凝材料为水泥。
本发明帽封材料的作用机理如下所述：
原料天然的碳酸盐岩石或含钙工业副产物对湖泊可溶性磷酸盐等营养盐具有物理化学吸附和共沉淀作用，通过非均相成核能量的减少而在其表面形成难溶的钙磷化合物；铈盐、镧盐或稀土氧化物对可溶性磷酸盐等营养盐具有特性吸附作用。溶解后的铈盐、镧盐或其稀土氧化物，在其表面存在的表面羟基，通过表面羟基与可溶性磷酸盐等营养盐的离子交换作用，形成大量难溶的螯合物。用天然的碳酸盐岩石或含钙工业副产物负载铈盐、镧盐或其稀土氧化物可增强其对可溶性磷酸盐等营养盐的特性吸附作用。在帽封材料沉降过程中，无机胶凝材料或高分子粘结剂可保证帽封材料到达底泥表面之前不散开，使其中化学稳定剂发挥效用而不受外界影响，同时对磷元素也具有高效吸附性。
本发明的帽封材料的优点和特点如下：
(1)本发明中所用的原料天然碳酸盐岩石或含钙工业副产物除了自身具有吸附磷元素的作用，同时也是作为铈盐、镧盐或其稀土氧化物的载体作用，而稀土盐是去除和抑制磷元素迁移的关键材料。
(2)解决了以往帽封材料的结构单一性、效用单一性问题，以及由此带来的帽封材料用量过大的问题。
(3)本发明的帽封材料不仅高效去除水体中的可溶磷，而且可长时间有效抑制底泥中磷的释放。
(4)本发明的帽封材料的使用，不影响不破坏水生生态系统，不影响湖泊自然地理条件、水深、以及船只通行。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中的帽封材料制备过程和步骤如下所述：
原料①采用方解石(上海联合利华公司产品)，将其粉碎至粒径过200目筛的粒料，其重量百分配比为78％；
原料②采用氯化镧(上海跃龙化工厂产品)，其重量百分配比为10％；
原料①采用方解石(上海联合利华公司产品)，将其粉碎至粒径过200目筛的粒料，其重量百分配比为78％；
原料②采用氯化镧(上海跃龙化工厂产品)，其重量百分配比为10％；
原料③采用水泥作为保护胶结剂，其重量百分配比为12％。取上述氯化镧制备成浓度为1mol/L的水溶液，随后加入浓度为2mol/L的NH4Cl溶液，调节pH值至9.0，然后再加入上述方解石粉料，在20℃下恒温搅拌30分钟，经反应后生成一种沉淀物，将该沉淀物经去离子水洗涤，然后过滤、干燥；干燥后加入胶结材料水泥，并进行均匀混合，最终制得帽封材料。
对上述实施例所制得的帽封材料作吸附试验：
在25℃、初始pH值为6的可溶性磷酸盐溶液，其初始磷浓度为50mg/L的条件下，进行吸附试验。当吸附达到平衡时的磷浓度为14mg/L时，测得帽封材料平衡磷吸附量为48.89mgP/g帽封材料(即平均每克帽封材料吸附48.89mgP)。作为参照对比组，200目的斜发沸石在同样条件下，其吸附量为4.34mgP/g沸石(即平均每克沸石吸附4.34mgP)。前者的磷吸附量为后者的10倍以上。
帽封材料在实际处理操作时，可通过远载工具或专用输送管道将颗粒帽封材料投加到需要处理的水体，并沉降到底泥的表面。

Claims (2)

1.一种用于就地处理湖泊富营养化的帽封材料，其特征在于该帽封材料的原料的组成及其重量百分比含量如下：
①天然碳酸盐岩石为65～70％；
②稀土尾矿铈盐、稀土尾矿镧盐、稀土氧化物或氯化镧为10～15％；
③无机胶凝材料水泥、石灰、石膏或有机高分子粘结剂为15～25％；
具体制备方法为：按上述规定原料配方称取原料，先将原料②制备成一定浓度的水溶液，随后加入碱性物质调节pH值至7～11，形成碱性溶液；然后加入上述原料①的磨细粉料，在20℃下恒温搅拌30～60分钟，经反应后生成一种沉淀物，将该沉淀物经去离子水洗涤，然后过滤、干燥；干燥后加入原料③胶凝材料，并进行均匀混合，最终制得帽封材料。
2.如权利要求1所述的一种处理湖泊富营养化的帽封材料的制备方法，其特征在于所述的原料①天然碳酸盐岩石为方解石或白云石；所述的原料③胶凝材料为水泥。
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