CN102070218A - 天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法。采用40-300目甚至更细目数的粉末，直接投入湖泊富营养化水体中使用。天然沸石粉末具备吸附污染元素的能力和较大交换容量，在水体中直接吸附富营养化水体中的氮、磷、苯、砷和其它金属元素。其天然沸石粉末粒径越小越好，对污染物去除效果越好，交换容量也最大和容量利用率也最高。根据不同类型的湖泊采用不同粒径的粉末，发挥其比表面积越大效果越显著的特点。本发明为国内湖泊富营养化物理治理提供了一个省时省力节省治理成本的实用方法。也是值得国内湖泊治污企业选择的湖泊富营养化物理治理较容易实施和较短时间见效的方法。

Description

天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法

技术领域

本发明涉及一种天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法

背景技术

沸石为沸石族非金属矿物的总称，包括一系列合水的钙、钠以及钡、钾的钙硅酸盐矿物，沸石是一种天然廉价矿物，其结构是一种架状结构的铝硅酸盐晶体，内部含有许多孔穴和通道。沸石具有巨大的比表面积(400-800m²/g)，且沸石构架上的平衡阳离子与构架结合得不紧密，极易与水中的阳离子发生交换作用，因而沸石具有良好的吸附、交换性能。因成分不同和产地不同分为沸石Na[ALSi₂]·H₂O、钙沸石Ca[Al₂Si₃O₁₀]·H₂O、斜发沸石、菱沸石、钠沸石、辉沸石等几十个品种的矿物体，其含水量与外界温度及水蒸气的压力有关，加热时或经阳光照射以及干燥空气的风干作用时，其水份可徐徐逸出，但无论在任何温度和自然作用下，并不破坏其结晶晶体结构。一般呈浅色，玻璃光泽，硬度3-5.5，比重1.9-24cm³。其中天然斜发沸石对湖泊富营养水体中的氮磷有较强的选择性和吸附性，用天然沸特别是斜发沸石作为吸附材料对氨氮的去除率达50％以上。天然斜发沸石呈单晶斜体，浅绿色，吸铵值(NH4)1.86m mol/g，沸石含量85％。沸石用作“分子筛”，可以吸附过滤其它物质的分子。分子筛是泛指具有均一微孔而能选择性地吸附直径小于其孔径的分子的吸附剂，如沸石分子筛。有A型、X型、Y型等型号，孔径在

之间。

广泛应用于工业废水、生活用水等水质过滤，因此沸石强化过滤是一种有效、安全的提高水质的方法。

天然沸石对湖泊富营养水体中的氮、磷、苯、砷、铜、铅、镉、镍、钼等非金属元素和金属元素微粒和有机物等污染物有较好的去除效果。各科研机构和大专院校理工科学者及我们做过大量实验证明上述功能，鉴于各种实验的方法、各地水质、应用方法的差异性，其参数虽有一定差别，但天然沸石用于处理污水，特别是处理湖泊富营养化水体具有经济、安全环保等优点。

目前，我国水资源短缺，水资源污染日益严重，受污染的水源范围在日益扩大并呈上升趋势，湖泊富营养化是我国湖泊水质污染面临的主要问题，以武汉市为例：武汉市东湖各子湖及市区各湖泊呈富营养化状态，一些湖泊已接近甚至达到极富营养化，市郊湖泊多处于中富营养化状态。所以，我国自来水厂有时不得不使用微污染原水作为生活饮水用和其它用途的水源。传统的常规净水处理工艺难以有效去除原水中的有机物、氨氮等污染物。因此，微污染原水的处理技术已经成为一项重要而又迫切的研究课题。

水污染处理无外乎化学处理、物理处理、生物处理等处理方法。化学处理其成本高，残余化学元素多而用于工业生产，生物处理诸如人工湿地，其净化处理功效显著，但其存在着投资巨大、占地面积庞大，受地理地貌以及长江以北地区冬季和早春冰冻天气的影响不能运行，而且即使在南方冬季生物体死亡腐化后维护成本高等因素，影响和制约了人工湿地的推广运用。

物理治理克服了上述两种处理方法的缺点，其具备治理成本较低，易于施工，节约土地资源，而且见效快省时省力省投资，就中国国情而言，不受南北方地理条件制约，不受环境和气候条件的影响，特别是针对武汉和周边省份夏季湖泊水面温度较高，湖泊富营养化水体给蓝藻等藻体生物造成大量繁殖的条件，大量的藻类爆发给湖泊水体造成污染，透明度下降，严重影响工农业生产和人民生活用水，同时也严重影响湖泊内鱼类的生长发育和繁殖。

我国地域广大，非金属矿产丰富，自上世纪我国浙江省缙云地区首次发现大型天然沸石矿体，其蕴藏量高达数以十亿吨计，我国东北、新疆、河北、山东、河南、四川、云南等均有大中型矿矿体。

发明内容

本发明的目的旨在于提供一种天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法。

本发明所述的天然沸石粉末直接吸附，指从沸石矿矿体上开采下来的矿石，无论块状、颗粒状、粉末状的天然沸矿，无须进行使用前期的处理，例如：选矿、清洗、直接送到粉末加工设备中去，粉碎成40-300目甚至更细目数的粉末，直接投入湖泊富营养化水体中使用。

在湖泊富营养化水体中与工业污染水体相比，其污染物浓度均属于低浓度含量水体，而且湖泊湖容积小则数千万立方，多是上亿立方甚至上百万立方。以湖北省为例具有千湖之省美称，上亿立方的湖泊在湖北较多，对于上述的大中型湖泊治理去除水体中的低浓度氮磷等污染物至今国内还鲜见报道，本发明提供的发明方法成功地解决了大中湖容积湖泊治理富营养化水体的难题，用接近于砂石的价格原矿石，成本低廉，经粉碎设备粉碎成粉末，粉末的沸石粒度直径越小越好，其对污染物去除效果越好，交换容量也最大和容量利用率也最高。

温度是影响天然沸石粉末对污染物去除率的因素，温度升高的季节去除率增加，同时也是藻类爆发的高发时期，此时投放天然沸石粉末效果最好。温度降低的季节去除率虽有下降，但此时藻类处于低爆发期，冬季各种藻类微生物数量随着温度的降低而有所减少，但减少不多。此时投放天然沸石粉末效果虽不如夏季，但也有较好的效果。

天然沸石粉末投入湖泊富营养化水体中，粉末体入水后形成乳化团逐渐下沉，在下沉的过程中与悬浮于水中的氮磷元素和藻类微生物与有机物充分地吸附，其中颗粒直径较大的与氮磷和藻类等污染元素聚集成团，逐渐落入湖底，微小直径肉眼分辩不出的沸石微粉与水继续吸附，形成雾化状态，待其交换容量一定值时经过数日沉淀于湖底，这时落于湖底的沸石粉末由于投放量与湖容积的比例相对关系，形成了一个沸石粉末颗粒编织成的粉末颗粒网，将藻类、有机物、氮磷等非金属元素和金属元素固定于湖底，为湖底生物植物、鱼类提供所需养份和食物。同时颗粒直径较大的天然沸石颗粒剩余的交换容量继续在湖底积泥中继续与污染元素反应直至达到最大饱和值。

本发明方法采用物理化治理先行生物化后期自身修复相结合的良性行循方法，投入湖泊中的粉末由于湖容积巨大，数以千万和亿万吨计算，其粉末量也将于数十万吨计算，其中颗粒直径大的粉末50％以上沉淀于湖底变为积泥的组成部份。本发明方法在物理化治理前按湖容积在工程实行投放前，安排工程预算打捞出沸石粉末总量的50％以上的湖底积泥，做到大于或等于投放粉末的沉淀总量，最大限度维持积泥总量平衡或减少。剩余不足50％的微粒在浮游的过程中由水中植物吸附和鱼类吞食逐渐消失，因为粉末状天然沸石本身就是良好的饲料添加剂，在湖泊水域中有一定的含量比例，有利于鱼类的生长和发育，促进鱼业资源的发展。由于我们物理处理方法中所使用的天然沸石粉末无任何污染元素和有害物质，不会对湖泊水体造成任何二次污染以及给水生动植物造成影响，甚至在我们大剂量的试验中，小的蚤类的水生物能长时期维持旺盛的生命力，可以说是物理治理方法中百利而无一害的方法之一。据相关文献报道截至2006年由于湖泊生态系统的复杂性，到2006年底止，还没有一个湖泊能实现其预定的恢复目标。

本发明所采用的天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法中，天然沸石粉末品种众多达几十种，而且国内储量巨大，我国多数斜发沸石具有高硅铝富钙钾低钠的特征，CaO＞Na₂O，而国外CaO＜Na₂O或者CaO＜K₂O。矿石和粉末加工成本低廉品位高，实用性好于其他治理方法，实施工程费用总价低富有竞争性。治理效果见效时间极短，在湖泊总湖容量千分之几的配比下，藻类颗粒悬浮物不到叁小时开始沉淀，随着时间推移，一周内乳化液现象逐渐澄清，随着透明度明显增加，如果在没有新的污染源进入的前提下水质可保持治理后水质达标保持数年，如果有新的污染源不可避免的进入，测算新的污染源总量和藻类繁殖总量，每年以较低的费用投放适量维持水体的天然沸石粉末以保持其水质。

综上所述本发明为国内湖泊富营养化，物理治理提供了一个省时省力节省治理成本的实用方法。

具体实施方式

实例1：

高原悬湖，例如类似云南省通海县杞麓湖等高原湖泊无天然大水量补水系统和大水量外泄排水系统，仅靠年平均降雨量补充水源，湖泊面积数十平方公里，湖泊水容积超亿立方，湖水相对平静。这类湖泊特点污染水体置换困难，湖泊自身生态状态脆弱，自身修复能力因多年污染而减小，本发明采用小于等于200目的天然沸石粉末直接投放于湖水水体之中，采用流域入湖河道口和以湖泊周长邻湖居住人口集聚区沿湖重污染区域以200目以上粉末千分之四至六区域水体总量投放。对于湖心污染相对较轻的水域则采用200目以下粉末千分之零点五至千分之三区域总量投放。

实例2：

平原湖泊，例如类似富营养化程度比较严重的武汉市东湖及其子湖和太湖及巢湖等，有天然大水量补给系统(不考虑污染因素)和大水量外泄排水系统置换水体，湖泊面积近百或超百平方公里，湖泊水容积超十亿立方米，湖水相对流动，这类湖泊特点污染水体置换相对容易，湖泊自身失态状态虽脆弱但自身修复能力尚存。本发明采用80目以上120目以下的天然沸石粉末直接投放于湖水水体之中，其总量控制在千分之零点五以下。雨季排洪期大水量泄洪，这类直径相对大的颗粒可随水流外泄，减少湖底沉淀总量。

实例3：

深水湖泊，例如类似云南抚仙湖、阳宗海等湖水深而清晰，湖底沉积物尚没或较少形成积泥状，这类湖泊属典型控制型湖泊。生态系统结构极为简单和脆弱，换水周期长达百年以上，一旦发生富营养化将无法治愈。这类湖泊仅控制其不要朝水体营养化发展，对于这类深水型湖泊本发明采用40-70目天然沸石颗粒直径较大的天然粉末，其总量控制在万分之一以下，防止其发生富营养，控制污染元素。

实例4：

城市景观湖，例如类似武汉市中山公园、解放公园、昆明市区翠湖等，湖容面积小，湖泊水容积相对较小而且其景观作用较大和其养殖的景观鱼类是城市景观湖的亮点，既要有清晰的透明度又要保障鱼类的鲜活外观，而且要及时清除因人工大量投放鱼饲料而造成鱼类粪便污染，对于这类城市景观采用粗细结合取40-70目净化水体，200-300目为景观鱼清洗胃肠，促其正常生长和繁殖，其投放量粗细搭配其与湖容积千分之二为湖泊总量投放。

Claims (2)

1.一种天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法。其特征在于天然沸石粉末是指从沸石矿矿体上开采下来的矿石，无论块状、颗粒状、粉末状的天然沸石矿，无须进行选矿、清洗前期处理，直接粉碎成40-300目甚至更细目数的粉末。

2.一种天然沸石粉末直接吸附湖泊富营养化水体的物理治理方法。其特征在于使用的天然沸石粉末粒径越小越好，对污染物去除效果越好，交换容量也最大和容量利用率也最高，使其具备巨大的比表面积。