CN101412547A

CN101412547A - 用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料及应用

Info

Publication number: CN101412547A
Application number: CNA2008102346009A
Authority: CN
Inventors: 陈天虎; 金鑫; 孙玉兵; 潘敏
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: CN101412547B

Abstract

用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料及应用，其特征是复合材料是以天然石膏、硬石膏或以石膏为主要成分的工业废渣与褐铁矿矿石、或硫酸烧渣、或赤铁矿矿石、或含铁按重量百分比高于20％的材料为原料，经配料、混合得混合料，混合料按摩尔比S∶Fe为20∶1～1∶3；混合料粉磨成过10－200目的粉体即为所得；将粉体按照50－1000g/m²的投加量，投加到被处理水体中。本发明针对湖泊、河流、景观水体内源污染严重的问题提供了一种钝化、固定底泥中磷的材料和方法，从而阻止底泥中磷向水体的释放，消除内源污染。

Description

用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料及应用

技术领域

本发明涉及一种用来消除河流、景观水体、湖泊内源污染的矿物复合材料、其制备及应用方法，更具体地说是涉及一种用矿物材料固定磷、抑制甲烷产生、减少温室气体排放的技术方法。

背景技术

富营养化主要发生在湖泊、水库、海湾、平原河沟和沟渠、城市河流、城市景观水体等自净能力较差水域。有关单位的研究结果表明，我国一些城市湖泊、水库都已达到中等营养化及重富营养化水平，城市、城郊湖泊以及景观水体存在严重的富营养化。富营养化污染已成为目前世界各国所共同面临的重大环境问题。

富营养化湖泊水体中过量的磷一方面来自工业废水、城镇生活污水和农业面源污染；另一方面还有内源磷的作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加水体溶解磷的含量。内源磷的释放是湖泊、河流、景观水体富营养化的根源，如何固定水体和底泥中的磷，如何阻止底泥中内源磷的释放是水环境保护迫切需要解决的技术难题。

湖泊、河流、景观水体的底泥来源多种多样，组成复杂，磷的赋存有多种形式。例如，湖泊的底泥是河流带入以及湖内衍生的无机和有机颗粒在水动力条件比较弱的环境中沉淀物。湖泊、河流、景观水体底泥主要组分是粘土矿物，含有大量的生物残体和排泄物，富含有机物和氮磷营养元素。湖泊、河流、景观水体底泥中磷有如下几种赋存状态：粘土矿物吸附态磷、铁锰氧化物吸附态磷、碳酸盐结合态磷、磷酸盐结合态磷、有机结合态磷、植物和微生物组织细胞内磷。由于微生物代谢耗氧作用，湖泊、河流、景观水体底泥一般处于缺氧、厌氧环境。底泥在微生物的作用下，发生如下释放过程：生物体中不溶性有机磷转变为无机正磷酸盐溶解释放到孔隙水中；微生物活动改变底泥微环境的pH，促使不稳定磷酸盐矿物的溶解；微生物对铁的还原作用促使吸附在铁氧化物表面的磷酸根释放到水中；生物代谢有机物与粘土矿物表面的作用促使粘土矿物表面吸附的磷释放出来。另外，底泥中微生物代谢产生甲烷、二氧化碳、硫化氢等气体，尤其是甲烷气在水中的溶解度很低，气体的释放和向上层水体的迁移，一方面促进了底泥孔隙液中的磷与上层水的混和，另一方面随气泡夹带底泥固体颗粒进入上层水体，甚至达到水体表面，在表面形成浮渣层，这些过程都加速底泥中磷的释放。

常用的废水除磷的方法有生物法，化学法和吸附法。生物法除磷出水磷酸盐磷浓度一般在0.5mg/L以上，大大高于地面水体磷浓度标准。化学法除磷需要与生物处理结合，否则形成的磷酸盐沉淀很难从水中沉淀分离出来。吸附法除磷是利用吸附剂提供的大比表面积，通过磷在吸附剂表面的吸附、离子交换或表面沉淀过程，实现磷酸盐从废水中的分离。吸附法除磷工艺简单，运行可靠，可以作为生物法除磷的必要补充，也可以作为单独的除磷手段。但目前所用的工业吸附剂对磷的吸附选择性低、吸附容量小，导致处理成本高。

目前，为消除湖泊、河流、景观水体内源污染主要有两种方法，一是底泥清淤，其二是利用水生生物，如挺水生物、生物浮床等，吸收湖泊、河流、景观水体内源污染营养物。底泥清淤是有效的方法，其缺点是底泥清淤工程量大，投资过大。利用水生生物吸收湖泊、河流、景观水体内源污染营养物的缺点是需要对水生生物进行收获才能把营养物质从湖泊、河流、景观水体系统转移出来，水生生物含水量高，捞取或收获水生生物劳动量大，成本高。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料及应用。针对湖泊、河流、景观水体内源污染严重的问题，旨在提供一种钝化、固定底泥中磷的材料和技术方法，从而阻止底泥中磷向水体的释放，消除内源污染。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料的特点所述复合材料是以天然石膏、硬石膏或以石膏为主要成分的工业废渣与褐铁矿矿石、或硫酸烧渣、或赤铁矿矿石、或含铁高于20％的材料为原料，经配料、混合得混合料，所述混合料按摩尔比S:Fe为20:1～1:3；所述混合料粉磨成过10-200目的粉体即为所得。

本发明材料的特点也在于：

在所述混合料中按重量百分比加入5％-20％的Mg(OH)₂、MgO或菱苦土，再经粉磨成过10-200目的粉体即为所得。

在所述混合料中按重量百分比加入5％-20％的Mg(OH)₂、MgO或菱苦土，并且按重量百分比加入1-5％的萤石，再经粉磨成为过10-200目的粉体即为所得。

本发明矿物复合材料用来消除湖泊内源污染的方法的特点是将所述粉体按照50-1000g/m²的投加量，投加到被处理水体中。

本发明矿物复合材料用来消除湖泊内源污染的方法的特点也在于首先将所述粉体用水按重量百分比为1—50％调配成浆料，以所述浆料按照相当于固体投加量50-1000g/m²的投加量，投加到水体中。

作用机理：

本发明矿物复合材料对水体中溶解磷有一定的吸附作用，对水中的悬浮态胶体颗粒、微生物具有一定吸附、强化沉降作用，从而促进水体中的磷向底泥中迁移并钝化。

本发明矿物复合材料中主要成份之一石膏或硬石膏或其他以石膏为主要成分的废渣，其功能主要是向底泥中供给硫酸根作为电子的受体，促进和强化底泥中硫酸盐还原菌的活性，在底泥中硫酸盐还原菌的作用，消耗和降解底泥中的有机物，并使底泥的氧化还原电位稳定处于硫酸盐还原阶段，抑制甲烷菌的活性，阻止了温室气体甲烷的产生，固定生物代谢产生的无机碳为不溶性碳酸盐，从而减少甲烷菌、二氧化碳等温室气体的排放量。

本发明矿物复合材料中主要成份之一褐铁矿矿石、或硫酸烧渣、或赤铁矿矿石，其功能主要是在作为电子受体的同时向底泥中供给铁离子，固定硫酸盐还原菌产生的硫离子，防止硫化氢气体的释放、溢出影响环境以及对硫酸盐还原菌活性的抑制，促进和强化底泥中硫酸盐还原菌的活性。

本发明矿物复合材料中硫酸盐在底泥中硫酸盐还原菌还原作用下，消耗和降解底泥中的有机物，并使底泥的氧化还原电位稳定处于硫酸盐还原阶段，抑制甲烷菌的活性，阻止了温室气体甲烷的产生，从而减少甲烷菌的排放量。

本发明矿物复合材料中由于硫酸盐和铁氧化物对底泥中氧化还原电位的缓冲作用，使底泥的氧化还原电位稳定处于硫酸盐还原阶段，抑制甲烷菌的活性，阻止了温室气体甲烷的产生，同时避免了因底泥甲烷气体排出导致的底泥上浮和水体表面出现浮渣层现象，改善了湖泊、河流、景观水体的环境质量。

S^2-+Fe²⁺————FeS↓(3)

Ca+PO₄ ^3-+OH————Ca₅(PO₄)₄OH

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明是一种原位生物修复技术，通过矿物复合材料的投加，在底泥中微生物作用下，钝化、固定底泥中磷，以阻止底泥中磷向上覆水体的释放，消除内源污染，可以控制水体中磷浓度在0.1mg/L一下，从而阻止水体富营养化发生。

2、本发明矿物复合材料对水体中溶解磷有一定的吸附作用，并对水中的悬浮态胶体颗粒、微生物具有一定吸附、强化沉降作用，从而促进水体中的磷向底泥中迁移并钝化。

3、本发明矿物复合材料中主要成份之一石膏或硬石膏或其他以石膏为主要成分的废渣，其功能主要是向底泥中供给硫酸根作为电子的受体，促进和强化底泥中硫酸盐还原菌的活性，在底泥中硫酸盐还原菌的作用，消耗和降解底泥中的有机物，并使底泥的氧化还原电位稳定处于硫酸盐还原阶段，抑制甲烷菌的活性，阻止了温室气体甲烷的产生，固定生物代谢产生的无机碳为不溶性碳酸盐，从而有效减少甲烷菌、二氧化碳等温室气体的排放量。

4、本发明矿物复合材料褐铁矿矿石、硫酸烧渣或赤铁矿矿石的功能主要是在作为电子受体的同时向底泥中供给铁离子，可以有效固定硫酸盐还原菌产生的硫离子，防止硫化氢气体的释放、溢出影响环境以及对硫酸盐还原菌活性的抑制，促进和强化底泥中硫酸盐还原菌的活性。

5、该矿物复合材料的生产成本低于每吨200元，按照最大加量1000g/m²计算，内源污染控制的材料成本仅0.2元/m²，治理成本远低于底泥清淤、投加铁盐、铝盐等治理方法(以上都是技术效果，请补充在成本、使用方法等方面的效果)。

6、该复合材料属于颗粒状，可以直接均匀撒入水体，依靠颗粒的重力沉入水体，并进入底泥一定的深度，使用方法十分简便。

具体实施方式

实施例1：

把天然石膏或硬石膏与硫铁矿烧渣按照10:1比例混合，破碎成小于10目的粉体即成为用于水体内源污染控制的矿物复合材料，适用于水体底泥中磷含量大于1g/kg、游离铁氧化物含量按重量百分比大于2％的情况。使用时把该粉体按照500g/m²的量均匀撒入水中，由于该粉体颗粒较粗，石膏或硬石膏颗粒可以沉入底泥的不同深度，由于硫酸盐还原菌的还原溶解作用，石膏或硬石膏在底泥中缓慢溶解释放硫酸根，导致有机物矿化和Ca-P化合物形成，从而固定底泥中的磷，防止内源磷向上覆水体释放。模拟实验柱实验检测结果显示，可以控制上覆水体磷含量满足地面水体III类标准。

把天然石膏与褐铁矿矿石按照S:Fe摩尔比为2:1～1:3的比例配料、混合，粉磨成为过200目的粉体。

把制备的粉体按照100g/m²的投加量，投加到水体中。

实施例2：

将来源于钛白粉生产企业排放的石膏废物的富含铁的石膏废渣破碎成小于10目的粉体，把该粉体按照500g/m²的量均匀撒入水中。该类富含铁的石膏适合于底泥中游离铁氧化物含量低的情况，石膏中铁氧化物的作用是固定硫酸盐还原菌代谢产生的硫离子。富含铁的石膏废渣散入水体并沉入底泥导致有机物矿化和Ca-P化合物形成，从而固定底泥中的磷，防止内源磷向上覆水体释放。模拟实验柱实验检测结果显示，可以控制上覆水体磷含量满足地面水体III类标准。

实施例3：

把天然石膏或硬石膏与针铁矿按照5:1比例配料，然后再向混合物中按重量百分比加入10％的菱苦土，破碎成小于10目的粉体。本实施例矿物材料配比适合于底泥中有机质含量低、磷含量小于1g/kg、游离铁氧化物含量按重量百分比小于1％的情况。把该粉体按照500g/m²的量均匀撒入水中，复合矿物粉体颗粒沉入底泥的不同深度，硫酸盐还原菌的还原溶解作用，石膏或硬石膏在底泥中缓慢溶解释放硫酸根，导致有机物矿化和Ca-P化合物形成，由于菱苦土的存在，提高底泥孔隙液的pH值，促进Ca-P化合物向稳定的羟基磷灰石转化，从而固定底泥中的磷，防止内源磷向上覆水体释放。模拟实验柱实验检测结果显示，可以控制上覆水体磷含量满足地面水体III类标准。

Claims

1、用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料，其特征是所述复合材料是以天然石膏、硬石膏或以石膏为主要成分的工业废渣与褐铁矿矿石、或硫酸烧渣、或赤铁矿矿石、或含铁按重量百分比高于20％的材料为原料，经配料、混合得混合料，所述混合料按摩尔比S:Fe为20:1～1:3；所述混合料粉磨成过10-200目的粉体即为所得。

2、根据权利要求1所述的用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料，其特征是在所述混合料中按重量百分比加入5％-20％的Mg(OH)₂、MgO或菱苦土，再经粉磨成过10-200目的粉体即为所得。

3、根据权利要求1所述的用来消除湖泊内源污染的矿物复合材料，其特征是在所述混合料中按重量百分比加入5％-20％的Mg(OH)₂、MgO或菱苦土，并且按重量百分比加入1-5％的萤石，再经粉磨成为过10-200目的粉体即为所得。

4、权利要求1所述矿物复合材料用来消除湖泊内源污染的方法，其特征是将所述粉体按照50-1000g/m²的投加量，投加到被处理水体中。

5、权利要求1所述矿物复合材料用来消除湖泊内源污染的方法，其特征是首先将所述粉体用水按重量百分比为1—50％调配成浆料，以所述浆料按照相当于固体投加量50-1000g/m²的投加量，投加到水体中。