CN101306847A - 自气浮法天然水体应急修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自气浮法天然水体应急修复方法，其以附着有部分交联絮凝剂的无纺布或疏松的高透水性布袋作为气体捕捉材料，将作为发气剂的金属镁粉复合于气体捕捉材料中，三者共同形成自气浮单元，将此自气浮单元和水处理剂共同投入水中进行水处理。本发明方法中自气浮单元的作用是起自气浮兼外加水处理剂载体，自气浮单元能吸附悬浮物，仅仅通过撒播自气浮单元而无需添加设备就可以自水表到底泥全面修复各种复杂水体，处理后漂浮在水面的自气浮复合材料方便捕捞。且加水处理剂处理生成的悬浮物以及部分被污染底泥能被捕捉并自行气浮到水面上，同时水处理剂能顺利到达水体的各个部位，这使得各种水体如海洋，湖泊，河流一旦发生突发污染均可以迅速处理。

Description

自气浮法天然水体应急修复方法

技术领域

本发明涉及一种天然水体修复方法，特别是一种天然水体应急修复方法。

背景技术

天然水体常见的污染主要有如下两类：1.属于悬浮物污染的藻类污染，有机悬浮物污染，无机矿物粉体污染；2.属于溶解物污染的重金属污染，有毒非金属溶解物污染，氮磷等营养物质污染。目前天然水体污染主要的治理方法有常规修复法和应急修复法两类。

常规修复法主要有1.疏挖底泥、机械捞除、引水冲淤等物理方法，例如2002年开始实行的美国哈德逊河PCB(多氯联苯)70公里的河段清淤；2.曝气复氧，调整水体PH值等常规化学方法，例如2003年北京温榆河二道沟河水修复；3.采取植物繁殖吸收水中氮磷重金属污染的生物方法，2008年常州白荡浜河段采用的植物浮岛修复。常规修复法优点在于长期效果好，但对紧急污染事件效果甚微。由于单纯物理法主要能处理底泥污染，单纯化学法虽能全深度处理但费用较贵且易造成二次污染(例如深层水曝气时造成水体悬浮物增加)，生物法处理成本低，效果好但处理速度相当缓慢，目前业界通常采取物理化学生物三类方法并行来加强水体修复效果。

应急修复技术主要是针对危害大的突发性污染事件处理而言的，要求能快速净化水体，是目前水污染修复的一个重要研究方向。目前传统的有吸附法——2006年8月松花江蛟河市二甲基苯胺污染事件采取活性炭拦截坝吸附处理，2007年南京玄武湖蓝藻污染事件采取有机絮凝剂改性高岭土吸附沉淀处理；沉淀法——投入絮凝剂絮凝沉淀有机悬浮物，投入沉淀剂迅速沉淀水中重金属离子，如常规投入石灰来沉淀铅污染水体；这两种方法的主要缺点是污染物沉入水底造成二次污染或吸附剂流失严重，有时还会造成污染积累，如投入铜离子杀藻会造成水体铜污染积累，实质上是“治标不治本”。目前较新且效果较好的方法有螯合法和电絮凝法两种——用如DTCR螯合树脂，黄原酸交联淀粉等吸附重金属离子，可使用袋装吸附剂避免其流失；2006年深圳沙湾采用电絮凝技术修复河流中各种污染物，絮凝体部分上浮部分沉淀到电絮凝装置下方的收集袋中。这两种方法的优势在于消除了二次污染，但目前由于受到装置连线或电线的限制，尚难以用于深层水体和复杂水文状况水体修复。现另有在研技术如纳米铁修复技术同样因磁捕捉器难以用于复杂水文状况水体而存在难以捕捞沉淀的问题。

综上所述，应急修复技术中目前共性难题是1.修复后沉淀物或吸附物的高效回收，2.从表层水到底泥能全方位修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种自气浮法天然水体应急修复方法，其可对水体进行从表层水到底泥的全方位修复，且修复后沉淀物或吸附物可高效回收。

本发明的技术方案是这样的：自气浮法天然水体应急修复方法，通过如下方案实现：以无纺布或疏松的高透水性布袋作为气体捕捉材料，且此气体捕捉材料上附着有作为悬浮体/沉淀物捕捉剂的部分交联絮凝剂，将作为发气剂的金属镁粉复合于上述气体捕捉材料中，三者共同形成自气浮单元；将上述自气浮单元和水处理剂投入水中，自气浮单元缓慢沉入水底，随着金属镁与水反应生成氢气，氢气气泡为无纺布或疏松的高透水性布袋捕捉，到一定时间后自气浮单元缓慢上浮至水面，可以方便收集；在一沉一浮的过程中，自气浮单元实现捕捉从水体表层到底泥的各种悬浮物，同时上述水处理剂与水中溶解的污染物反应或将水中溶解的污染物吸附，反应或吸附生成的悬浮体或沉淀物被自气浮单元捕捉。

上述水处理剂先与上述自气浮单元结合，再将负载有水处理剂的自气浮单元投入水中。

上述水处理剂先投入水中吸附水中的污染物后形成悬浮体或沉淀物，然后再投入上述自气浮单元捕捉此悬浮体或沉淀物。

上述气体捕捉材料的重量为上述自气浮单元总重量的10％-60％。

上述金属镁粉的粒度为10-200目。

上述金属镁粉的重量为上述自气浮单元总重量的0.1％-10％。

上述部分交联絮凝剂的重量为上述自气浮单元总重量的1％-50％。

上述部分交联絮凝剂为能被Al³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、硼酸中的一种或Al³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、硼酸中的一种的衍生物部分交联的聚丙烯酰铵、天然高分子絮凝剂、二氰胺-甲醛聚合物中的一种或多种的混合物或其改性物。

上述水处理剂为各种常见吸附剂或絮凝剂。

上述吸附剂为活性炭、氧化镁、沸石、改性黏土矿物、各种离子交换树脂中的一种。

上述絮凝剂为铁盐、铝盐、钛盐中的一种或其衍生物。

采用上述方案后，本发明方法中自气浮单元的作用是起自气浮兼外加水处理剂载体，自气浮单元能吸附悬浮物，仅仅通过撒播自气浮单元而无需添加设备就可以自水表到底泥全面修复各种复杂水体，处理后漂浮在水面的自气浮复合材料方便捕捞。且加水处理剂处理生成的悬浮物以及部分被污染底泥能被捕捉并自行气浮到水面上，同时水处理剂能顺利到达水体的各个部位，这使得各种水体如海洋，湖泊，河流一旦发生突发污染均可以迅速处理。且本发明方法是依靠自气浮单元与水反应生成气体的方式达到气浮目的，不需要使用很长的输水软管通到水底，这使得复杂水文状况水体的应急修复得以实现。

具体实施方式

本发明的主要发明点在于：利用金属镁粉的发气性能，将作为发气剂的金属镁粉包夹于作为气体捕捉材料的无纺布或高透水性布袋内，且在气体捕捉材料上附着有作为悬浮体/沉淀物捕捉剂的部分交联絮凝剂，共同形成自气浮单元。结合自气浮单元和水处理剂，对水体进行从表层水到底泥的全方位修复，且修复后沉淀物或吸附物被自气浮单元带至水面，方便回收。

本发明中金属镁粉的主要作用是发气，兼有调节水体PH值和处理部分重金属的功能，其粒度和用量依照要处理的水体深度，流速，污染物数量，反应速度等多方面而定。

实施例1：蓝藻污染水体应急修复

植物长纤维/丙烯酸酯喷胶复合成的无纺布10克为气体捕捉材料，浸渍1％铝盐溶液至充分润湿后干燥，再浸渍2％聚丙烯酰胺溶液至充分润湿并保持1-10分钟后取出快速干燥，聚丙烯酰胺被铝盐部分交联在无纺布上，未交联部分可在水体中架桥捕捉悬浮物，100目金属镁粉0.1克作为发气剂包夹于上述干燥后的无纺布中，形成自气浮单元。

使用时将作为水处理剂的2克工业轻烧氧化镁粉末和50ml水混合(此处，工业轻烧氧化镁粉末和水的不同用量对于本发明的效果没有什么差异，工业轻烧氧化镁少了仅仅是浪费自气浮单元而已，工业轻烧氧化镁多了则自气浮单元重一些，上浮速度慢一点)，将上述自气浮单元放入，此时活性氧化镁被自气浮单元中的部分交联絮凝剂捕捉，再将负载有活性氧化镁的自气浮单元投入蓝藻污染水体，此时自气浮单元开始迅速絮凝大量蓝藻并缓慢沉入水底，经过约30分钟后自行浮上水面，从而将整个水体纵深的蓝藻连同部分表层底泥捕捉气浮到水面以便捕捞，同时部分氨氮和磷酸根离子也被该自气浮单元负载的活性氧化镁所捕捉。实验室试验结果表明，在2L蓝藻污染水体中投入活性氧化镁5克，该气浮单元1个，处理后色度可减小83％。该工艺去除蓝藻效果明显优于改性高岭土吸附法，且没有二次污染。

实施例2：有机-重金属复合污染黑色水体应急修复

黄原酸化处理后的植物长纤维/聚乙烯醇缩丁醛喷胶复合成的无纺布20克为气体捕捉材料，浸渍1％硼砂溶液至充分润湿，干燥后再浸渍3％淀粉-丙烯酰胺共聚物溶液至充分润湿并保持1-10分钟后取出，快速干燥，淀粉-丙烯酰胺共聚物被硼砂部分交联在无纺布上，未交联部分可在水体中架桥捕捉悬浮物，10目金属镁粉0.1克为发气剂包夹于上述干燥后的无纺布中，形成自气浮单元。

在含铬，并存在大量有机悬浮物的电镀污染水体(采样自泉州安海某乡镇皮革厂排污口附近沟中，测得总铬16ppm，COD835)中先后三次重复投入氯化铁溶液和氢氧化镁悬浊液(分三次投入是避免水体PH变化过于剧烈)，对有机物和重金属离子进行初步吸附，形成悬浮体。其中，氯化铁溶液和氢氧化镁悬浊液的浓度和用量要根据污染的情况而定，本实施例中氯化铁浓度为0.5％，用量为污染水体体积的1％，氢氧化镁的用量为污染水体重量的0.1％。然后再往污染水体中投入上述自气浮单元，此时自气浮单元开始迅速捕捉悬浮体和残余游离重金属离子并缓慢沉入水底，12小时后自行浮出水面，从而将整个水体纵深的悬浮体、重金属离子和浅层底泥一起捕捉气浮到水面便于捕捞，达到净化目的。实验室试验结果表明，该自气浮单元可气浮捕捉其重量1-3.5倍的悬浮体和底泥(捕捉量取决于絮凝剂负载量和交联程度)，同时发现絮凝剂和黄原酸化植物长纤维上富集了超过水体浓度数百倍的铬离子。

实施例3：模拟铅离子/悬浮物/苯胺复合污染水体应急修复

在一高透水性布袋上用不溶于水的胶黏附上大量黄原酸化处理后的植物长纤维线，充分干燥后浸渍2％硼砂溶液使其处于湿润状态，待干燥后再浸渍3.5％淀粉-丙烯酰胺共聚物溶液至充分润湿并保持1-30分钟后取出，继续干燥备用。该备用材料外观似绒球，淀粉-丙烯酰胺共聚物被硼砂部分交联在植物长纤维线上，未交联部分可在水体中架桥捕捉悬浮物，直观上看纤维线在水中表面呈粘稠状。该构造为自气浮单元的变种，工作原理仍为自气浮应急修复工艺。

使用时在10克上述制作的自气浮单元中加入0.1克50目金属镁粉为发气剂，10克活性炭为负重物兼铅离子吸附剂，共同形成自气浮单元。将自气浮单元投入污染水体中，3小时后自行浮出水面，自气浮单元上出现大量絮凝物。实验室试验结果表明，该自气浮单元对悬浮物捕捉效果优于实施例2，对如苯酚，苯胺等污染物质处理能力也明显优于单纯活性炭吸附(原因在于底泥同时被捕捉)。由于该结构便于尽可能黏附更多的纤维材料，导致负载的部分交联絮凝剂数量可以增加，显示出的优势在于1.自气浮单元保存方便，可以商品化运作；2.使用时可自行调整气浮时间；3.纤维材料在水体中状似绒球，可以卷扫更大体积的水体和底泥。该实施例为自气浮应急修复工艺的一个良好的引申，已具备商业运作价值。

Claims (10)

1、自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：通过如下方案实现：以无纺布或疏松的高透水性布袋作为气体捕捉材料，且此气体捕捉材料上附着有作为悬浮体/沉淀物捕捉剂的部分交联絮凝剂，将作为发气剂的金属镁粉复合于上述气体捕捉材料中，三者共同形成自气浮单元；将上述自气浮单元和水处理剂投入水中，自气浮单元缓慢沉入水底，随着金属镁与水反应生成氢气，氢气气泡为无纺布或疏松的高透水性布袋捕捉，到一定时间后自气浮单元缓慢上浮至水面，可以方便收集；在一沉一浮的过程中，自气浮单元实现捕捉从水体表层到底泥的各种悬浮物，同时上述水处理剂与水中溶解的污染物反应或将水中溶解的污染物吸附，反应或吸附生成的悬浮体或沉淀物被自气浮单元捕捉。

2、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述水处理剂先与上述自气浮单元结合，再将负载有水处理剂的自气浮单元投入水中。

3、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述水处理剂先投入水中吸附水中的污染物后形成悬浮体或沉淀物，然后再投入上述自气浮单元捕捉此悬浮体或沉淀物。

4、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述气体捕捉材料的重量为上述自气浮单元总重量的10％-60％。

5、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述金属镁粉的粒度为10-200目。

6、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述金属镁粉的重量为上述自气浮单元总重量的0.1％-10％。

7、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述部分交联絮凝剂的重量为上述自气浮单元总重量的1％-50％。

8、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述部分交联絮凝剂为能被Al³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、硼酸中的一种或Al³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、硼酸中的一种的衍生物部分交联的聚丙烯酰铵、天然高分子絮凝剂、二氰胺-甲醛聚合物中的一种或多种的混合物或其改性物。

9、根据权利要求1所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述水处理剂为各种常见吸附剂或絮凝剂。

10、根据权利要求9所述的自气浮法天然水体应急修复方法，其特征在于：上述吸附剂为活性炭、氧化镁、沸石、改性黏土矿物、各种离子交换树脂中的一种；上述絮凝剂为铁盐、铝盐、钛盐中的一种或其衍生物。