CN102633395B - 富营养化河流水质净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富营养化河流水质净化方法，它包括以下步骤：先将富营养化河流拦截成上、中、下游部分，接着将上游部分的水送入电解机中电解，然后再将电解后的水排入中游部分并在中游部分进行曝气处理，最后曝气处理后的水流入下游部分。本发明采用先电解后曝气处理的方法，可有效抑制水中藻类的生长和水体的厌氧反应，分解有机物，降低了水中的总氮、总磷和色度，除去了臭味，在较短的时间内改善河流水质、恢复水生态体系。本发明还公开了河水质净化装置，它包括橡胶坝、水泵、电解机以及曝气装置，本发明能直接安装于河流中并直接净化河水，不需要特意将河流引至预定的构筑物中处理，它几乎没有对环境进行改变，因此其对自然环境的影响较小。

Description

富营养化河流水质净化方法

技术领域

本发明涉及一种河流水的处理技术，特别是指一种能有效对富营养化河流进行处理的净化净化方法及其装置，属于环境保护领域。 

背景技术

河流系统是自然界重要的生态系统之一，具有输水、泄洪、景观、航运和养殖等多种功能。随着我国快速的工业化、城市化进程以及面源污染的加剧，河流污染已成为严重的环境问题。由于过量的耗氧有机物、氮、磷、有毒物质等污染物进入河流水体，破坏了河流的功能和水生态平衡，加剧了水资源的短缺，水域附近的居民身体健康亦受威胁。依据最近发布的《2010中国环境状况公报》，我国地表水污染严重。204条河流409个国控断面中，Ⅰ至Ⅲ类、Ⅳ至Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为59.9%、23.7%和16.4%。长江、珠江总体水质良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。湖泊(水库)富营养化问题依然突出，在监测营养状态的26个湖泊(水库)中，富营养化状态的占42.3%。 

水体富营养化是指在人类活动的影响下，为生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、水库、河流和海湾等缓流水体，引起藻类及其他水生生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，水质恶臭，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 

近年来，随着人类对环境资源的开发利用活动日益加剧，特别是人类进入20世纪以来工业化带来的“城市化”现象，集中在一些水源丰富的特定地区，大量含有氮、磷等营养物质的工业废水和生活污水排放到附近的湖泊、河流和水库，增加了这些水体的营养物质的负荷量。同时，由于农业生产提高农作物产量的需要，化肥和农药用量的逐年增加，大量未被农作物吸收的营养物质经过雨水冲刷和渗透，最终流失而被输送到水体中。此外，畜牧业中的牲畜粪便以及水产养殖业中投放的饵料也成为水体接纳氮、磷等营养物质的主要渠道。所有这些人为因素的影响，使得水体由贫营养向富营养发展。 

在富营养化水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量藻类。这些水藻在水面上形成一层绿色浮渣，大大降低了河流的透明度，而河流的色度增加水质也变得浑浊，从而使河流的感官性下降。同时，有部分藻类能够散发腥味异臭直接影响了人们的日常生活，而且也使水味难闻，降低了水质质量。某些藻类还能分泌、释放有毒性的物质，这些物质进入水体后，若被牲畜或者人饮入会引起消化道炎症，有害人畜的健康。此外，富营养化河流受污染的表现特征为—黑臭，主要是人为排入的大量营养物质在水体中富集造成的，大量的污染物沉积形成淤泥，水体中的污染物消耗了水体的溶解氧，大量好氧生物死亡，厌氧微生物种群则很活跃，最终使富营养化河流失去自净能力。富营养化河流的影响因素众多，治理难度较大，已成为影响生态环境的一大难题。 

目前净化富营养化河流水质的方法受到流量、污染物、生物相、基底、环境条件等多因素的影响制约，且净化工艺均有一定的适用范围，因此在实际的工程中需统筹考虑、合理配置以提高整体的净化效果，同发达国家相比，我国河流的净化修复起步较晚，主要侧重于水质改善，在此背景下通过原位生物修复技术为主体，结合曝气、岸边带修复、生物多样性回复等关联技术，但是上述方法的净化周期长且效果欠佳。 

发明内容

本发明提供了一种工艺成本低、对水质的适应性强、持续效果好的富营养化河流水质的净化方法及其净化装置，其目的在于克服现有技术存在的净化周期长、效果欠佳的缺陷，使得深度富营养化河流水质改善、水生态体系恢复，实现河流生态系统的健康可持续发展。 

本发明的技术方案如下： 

富营养化河流水质净化方法，它包括以下步骤：

（1）先将富营养化河流拦截成上、中、下游部分；

（2）接着将上游部分的水送入电解机中电解；

（3）将电解后的水排入中游部分并在中游部分进行曝气处理，最后使曝气处理后的水流入下游部分。

作为本发明的改进，所述电解机为纳米催化电解机，它的阳极采用表面覆盖有晶粒为10-35nm的金属氧化物涂层的钛基板阳极；它的阴极为钛阴极、铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、锌阴极、铜阴极、镍阴极、铅阴极或石墨阴极中的一种。 

作为本发明的进一步改进，所述阳极和阴极之间的工作电压为2～8V,电流密度为10～320mA/cm²。 

富营养化河流水质净化装置，它包括将富营养化河流拦截成上、中、下游部分的两个水坝，它还包括水泵、电解机、鼓风机和曝气管，所述水泵的一端连接于上游的水体部分，另一端连接于电解机，所述电解机中的水排入两水坝之间的中游部分，所述鼓风机与曝气管连接，曝气管埋设于中游部分的水中。 

作为本发明的改进，所述电解机为纳米催化电解机，它的阳极采用表面覆盖有晶粒为10-35nm的金属氧化物涂层的钛基板阳极；它的阴极为钛阴极、铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、锌阴极、铜阴极、镍阴极、铅阴极或石墨阴极中的一种。 

作为本发明的进一步改进，所述阳极和阴极之间的工作电压为2～8V,电流密度为10～320mA/cm²。 

作为本发明的改进，所述水坝为橡胶坝或混凝土坝。 

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于： 

1、电解产生的强氧化性物质（产生的游离基）能使富营养化河水中的大环化合物开环，长链化合物断链，氧化分解有机物，快速降低COD；

2、氧化分解水中的无机铵，氨氮的脱除率可达80～90%，并降低总氮指标，同时消除水中臭味；

3、大幅度降低富营养化河水的色度，电解产生的具有强氧化性的物质（如：氯[Cl]、羟基[OH]和氧[O]等强氧化性自由基）可以氧化分解水中发色基团、助色基团，降低色度，达到脱色的目的；

4、除臭，电解产生的具有强氧化性的物质（多种游离基如：氯[Cl]、羟基[OH]和氧[O]）氧化分解富营养化河水中的发臭基团，去除水中的恶臭；

5、除藻，电解过程中会产生大量具有强氧化性的物质（自由基），能快速氧化分解藻类细胞壁，破坏藻类的细胞结构，阻断藻类的DNA复制，抑制水中藻类生长；

6、电解后的出水进行曝气处理，可以增加水体中溶解氧量，使好氧微生物通过自身的新陈代谢把水中的有机污染物降解成简单的无机物，降低COD，起到水体自净的作用，此外还可以加强水体的流动性，从而达到理想的净化效果；

7、本发明的净化装置能直接安装于河流中并直接净化河水，不需要特意将河流引至预定的构筑物中处理，它几乎没有对环境进行改变，因此其对自然环境的影响较小；

8、采用纳米催化电解机具有如下突出效果，通过覆盖于阳极表层的纳米涂层的电催化作用，降低电解的过电位，从而使水在较低的电压条件下电解，产生初生态的氧、羟基、氯和初生态的氢，有效杀灭水中的细菌、藻类和浮游生物，快速降低水中的总氮、总磷、COD、色度、浊度、臭味等污染指数，净化水质。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。 

图2为实施例二的结构示意图。 

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。 

实施例一 

参照图1，富营养化河流水质净化装置，包括橡胶坝1、2，一个纳米催化电解机3，一个水泵4以及曝气装置5，纳米催化电解机3可放置在岸边或橡胶坝1上。橡胶坝1和橡胶坝2配合将富营养化河流堵截成上游部分6、中游部分7和下游部分8，水泵4通过管道将纳米催化电解机3和上游部分6串接在一起，纳米催化电解机3电解后的水再流入中游部分7，所述曝气装置5的曝气管51（通常为布水器）均匀分布于中游部分7内，经曝气处理后再将中游部分7中的水排入下游部分8。上述纳米催化电解机3的阳极采用表面覆盖有晶粒为10-35nm的金属氧化物涂层的钛基板阳极；它的阴极为钛阴极（当然，阴极也可由铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、锌阴极、铜阴极、镍阴极、铅阴极或石墨阴极替代），使用时，通常需要将阳极和阴极之间的工作电压控制在2～8V之间,电流密度控制在10～320mA/cm²之间。其具体操作过程如下：先用橡胶坝1和橡胶坝2将富营养化河流堵截成上、中、下游部分6、7、8，接着通过水泵4将上游部分6的河水抽入纳米催化电解机3中电解（当然，它也可通过其他工具将上游部分6的河水送入纳米催化电解机3中），待电解充分后再使净化后的水流入两橡胶坝1、2之间的中游部分5，经过曝气处理后，最终将曝气后的水排入下游部分8。上、下游部分6、8水质情况见表1和表2。

表1 上游部分的水质 

序号	项    目	测定值	序号	项    目	测定值
						1	臭和味	有异臭异味	6	叶绿素a（mg/L）	0.18
2	总磷（mg/L）	0.4	7	透明度（m）≤	2.5
						3	总氮（mg/L）	10.6	8	藻类（个/L）	4.2×108
4	浑浊度（NTU）	8	9	细菌总数（个/L）	1.9×107
						5	CODCr（mg/L）	43	10	色度（倍）	12

表2 下游部分的水质

序号	项    目	测定值	序号	项    目	测定值
						1	臭和味	无异臭异味	6	叶绿素a（mg/L）	0.002
2	总磷（mg/L）	0.1	7	透明度（m）≥	4
						3	总氮（mg/L）	0.18	8	藻类（个/L）	8.5×104
4	浑浊度（NTU）≤	3	9	细菌总数（个/L）≤	4.0×103
						5	CODCr（mg/L）	15	10	色度（倍）	3

对比表1和表2不难发现，下游部分8的河水水质有了较为明显的改善，不仅浑浊度显著降低，没有了臭味，而且总氮、总磷、COD、色度、藻类和细菌数量都有较大幅度的降低。

采用纳米催化电解机3具有如下突出效果，通过覆盖于阳极表层的纳米涂层的电催化作用，降低电解的过电位，从而使水在较低的电压条件下电解，产生初生态的氧、羟基、氯和初生态的氢，有效杀灭水中的细菌、藻类和浮游生物，快速降低水中的总氮、总磷、COD、色度、浊度、臭味等污染指数，净化水质。 

实施例二 

参照图2，本实施例与上述实施例一的方法相同，结构也基本相同，其主要区别在于，本实施例有两组对应的纳米催化电解机3’和水泵4’组成（当然，每个纳米催化电解机3’也可同时与多个水泵4’连接），本实施例的净化速率更高。另外，实际应用中，可根据富营养化河流的实际流量来确定纳米催化电解机3’的数量。

上述仅为发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。 

Claims (1)

1.富营养化河流水质净化方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）先将富营养化河流拦截成上、中、下游部分；

（2）接着将上游部分的水送入纳米催化电解机中电解，所述纳米催化电解机的阳极采用表面覆盖有晶粒为10-35nm的金属氧化物涂层的钛基板阳极，阴极为钛阴极、铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、锌阴极、铜阴极、镍阴极、铅阴极或石墨阴极中的一种，所述阳极和阴极之间的工作电压为2～8V,电流密度为10～320mA/cm²；

（3）将电解后的水排入中游部分并在中游部分进行曝气处理，最后使曝气处理后的水流入下游部分。