CN103553185A - 一种对水体进行原位处理的微电解处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对水体进行原位处理的微电解处理方法，该方法包括在水体中投放微电极，使得微电极能够对水中所含有的物质进行氧化还原微电解处理。本发明的方法能对水体进行原位处理，而不需要将水体进行强制流动和/循环，因而可以大幅降低能耗、节省设备工程投资。水体按本发明方法处理后，水体的COD、氨氮、亚硝酸盐等大幅度降低，而溶解氧增加，促使水体转变为“活水”。

Description

一种对水体进行原位处理的微电解处理方法

技术领域

本技术涉及水体的处理技术，更具体地讲，本发明涉及一种对水体进行原位处理的微电解处理技术。

背景技术

工业的发明造成了大部分水体被污染，从而丧失自身的再生、净化功能，这些水体包括河流、湖泊、湿地以及水体等。

目前，人们已经开发了许多对废水、特别是工业废水进行处理的技术。例如，中国专利01130846.X公开了一种间甲酚生产排放废水的处理方法，该方法包括先对间甲酚生产中排放的氧化废水预处理，之后再和间甲酚生产排放的另外两股废水混合后进行生化处理，其中预处理包括先将氧化废水进行酸化预处理，之后再进行氧化反应处理。由于该专利方法预先去除了废水中大量的难降解物质，因而可以提高后续生化处理的效率。

中国专利申请01126637.6则公开了一种有机污泥低氧消化-膜分离的处理工艺，其包括预处理、低氧消化池和膜分离，其中，有机污泥先经过分离后进入预处理，预处理过程中的上清液则回流到污水处理前端，经过预处理的污泥进入低氧消化和膜分离進行消化和分离处理，污泥消化产生的上清液通过膜分离装置直接排放。

中国专利01139618.0公开了一种利用含氧水回流方式的生物活性碳的废水处理方法，该方法主要是进流水在处理过程中被导入供氧槽进行曝气，再将供氧槽内的曝气后获得的氧气增浓水送至活性碳槽底部，向上流经膨化活性碳层，而含氧水流经活性碳层时，活性碳颗粒上的微生物将利用增加的氧气浓度而促进水中及吸附于活性碳内的污染物如COD、BOD、TKN等分解去除，因此活性碳槽的上澄液大部份被送至供氧槽进行曝气，小部份作为放流水排出，如此可借助控制供氧槽的供氧量及含氧水/进流水的回流比，来针对不同性质的废水作适当的处理。

上述的废水处理技术都需要对废水进行多步处理，而且废水需要从一个工艺步骤流至另一个工艺步骤，水必须是流动的或循环的。因而，这些方法不适合于大规模的水体、特别是静止水体的处理，例如江河、湖泊、湿地以及水体的处理，因为水的强制流动或循环需要消耗大量的能量。

当然，目前也开发了一些针对水体的处理技术，例如机械过滤、紫外线和臭氧杀菌、水体增氧、人工湿地、人工培育有益藻类或投放生物制剂等方法。但是，这些水体的净化技术也都存在一些技术缺陷，例如机械过滤、紫外线和臭氧杀菌等技术无法除掉溶解性有害物质氨氮、亚硝酸盐等，也无法提高水中溶解氧，而且水循环装置导致高成本、高能耗；化学试剂处理法则易对水体造成破坏性影响，伤害水体生物如鱼虾的生存；采用单一生物制剂处理法，效果有限且短暂，需不断投入制剂维持；采用生物膜法/活性污泥法，则对污染物组成复杂的养殖水处理效率不高；等等。

因此，有必要针对水体的特点，提供一种能克服上述缺点的、对水体进行原位处理的新型处理技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种能对水体进行原位处理、而不需要将水体强制流动和/循环的新型处理技术。

为了实现上述的发明目的，本发明提供了一种对水体进行原位处理的微电解处理方法，该方法包括在水体中投放微电极，使得微电极能够对水中所含有的物质进行氧化还原微电解处理。

根据本发明的微电解处理方法，在微电极的作用下，水中的有机污染物在微电极的界面产生一系列氧化还原反应，且形成自催化过程，水体中氨氮、COD、亚硝酸盐等大幅度降低，使得微电极周围的水的PH值呈弱碱性，溶解氧增加，并能有效地控制氧化还原电位，同时使碳氮比得以平衡，从而迅速促使水体成为益于微生物与水产健康繁殖的“活水”。即本发明的方法能够降低水体中氨氮、COD、亚硝酸盐等，增加溶解氧，而且可以使得微电极周围的水的PH值呈弱碱性。

与普通的废水处理不同的是，在本发明的微电解处理方法中，微电极在水体中对水进行原位微电解处理，而不需要将水分阶段、分步骤地进行处理，即不需要任何将水体进行强制流动和/或循环的装置，从而大大地节省了能耗，使得本发明的方法特别适合江河、湖泊、湿地等自然界中较大的水体，也因为节能而特别适用于水产养殖业。

优选地，在本发明的微电解处理方法中，微电极是放置在微电极容器中，水体中的水能够自由进出微电极容器，使得微电极容器中的微电极能够对水中所含有的物质进行氧化还原微电解处理。采用微电极容器，便于日后微电极的维护更换。

在本发明的微电解处理方法中，还可进一步包括将微电极容器固定在固定装置上的步骤，其中，该固定装置将微电极容器固定在水体之中。所采用的微电极容器可以为尼龙滤布袋、或者带有滤网的容器如铁筐、铁箱等，其中，滤布或滤网的目数为80～250目；固定装置可以为设置在水体中的木桩、竹桩、塑料制品或金属制品，例如一种简单的固定装置可以为：若干对交叉插入水底的杆状物，并在交叉处横设另外的杆状物（可参阅图1和图2）。

在本发明的微电解处理方法中，还可进一步包括在微电极容器的底部或周围设置曝气装置的步骤。所采用的曝气装置可以为设置有开孔的气管或微曝气管，例如其可通过鼓风设备在水体中产生汽泡，从而使得微电极能够充分进行微电解处理反应。

根据本发明的微电解处理方法，微电极（例如微电池粉）可直接投洒于水体中，或将其与底泥混合，采取静置浸泡循环的方式运行，无需曝气，同样可以起到水体修复再生的效果。优选地，微电极是放置在微电极容器，例如微电极包中，而微电极容器则可以直接设置在水体底部淤泥之上或之中。采用微电极容器的优点在于，便于日后微电极的维护更换。

在本发明的微电解处理方法中，所采用的微电极可以为用于碱性条件下微电解处理的碱性微电极、用于酸性条件下微电解处理的酸性微电极或者为碱性微电极和酸性微电极的混合使用。

本发明中，所谓碱性微电极是指优选适用于碱性和中性条件下进行微电解处理的微电极，而不是指微电极本身是碱性的。同样，所谓酸性微电极是指优选适用于酸性和中性条件下进行微电解处理的微电极，而不是指微电极本身是酸性的。

在本发明的微电解处理方法中，上述碱性微电极可以包括负载于多孔性载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料。例如，阳极材料可以为锌粉，阴极材料可以为二氧化锰；而且按重量份计，阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例可以为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。这种碱性微电极的制备可参阅中国专利申请201210452101.3（发明名称为：一种用于碱性条件下废水处理的微电极）。但本发明并不限于这种碱性微电极。

在本发明的微电解处理方法中，所采用的酸性微电极可以为铁碳微电极。例如，这种铁碳微电极可以为中国专利200910038783.1中所公开的用于废水处理的微电极，该微电极包括由陶粒、二氧化硅、二氧化钛、碳粉和铁粉,例如采用粒径为1-5mm的陶粒组分(A)、粒径为80-120目的二氧化硅组分(B)、粒径为80-200目的二氧化钛组分(C)、粒径为20-80目的碳粉组分(D)和粒径为20-120目的铁粉组分(E),并按组分比A∶B∶C∶D∶E为0.2～1.5∶0.1～1∶0～0.1∶1～1.5∶1～1.5，行程铁碳微电极。

对于湿地或沼泽这类水体，由于其面积大，水深分布不均匀，优选不采用固定装置，而是将微电极粉（负载有阳极材料和阴极材料的粉状物或颗粒物）和／或微电极包直接投放于水体中，并借助于船的划动，促进微电极发生微电解反应。

对于湖泊之类的水体，优选采用微电极容器和其固定装置，以便回收微电极和促进微电解反应；更优选在微电极容器的底部或周围设置曝气装置。

对于水产养殖水体，也优选采用微电极容器和其固定装置以及在微电极容器的底部或周围设置曝气装置。另外，还可进一步设置增氧装置，其中增氧装置可采用养殖业常用的增氧机或增氧水车。例如，可以在养殖水体的总进水池处安装微电极容器、其固定装置以及在微电极容器的底部或周围设置曝气装置，水被微电解处理后，再抽入各个养殖池中；也可以在每个养殖池中安装微电极容器、其固定装置以及在微电极容器的底部或周围设置曝气装置，每个养殖池的水被单独进行微电解处理。

本发明的对水体进行原位处理的微电解处理方法，既不同于传统的水体处理技术，也不同于普通的废水处理技术。水体采用本发明的微电解处理方法后，水体本身在没有循环排放的前提下，水体中氨氮、COD、亚硝酸盐大幅度降低，微电极周围的水的PH值升高至弱碱性，溶解氧增加，使水体净化修复变为“活水”，也益于水生物的生长，提高鱼、贝、虾类的成活率、生长速度。

本发明之水体的微电解处理技术的突出优点是：少设备、轻装置、微工程、低成本、高效率、长效果、无药残。

下面，结合附图和具体实施方式来进一步地说明本发明；但是可以理解，这些具体的实施方式只是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。本领域的普通技术人员完全可以在本发明的启示下，对本发明的具体实施方式进行改进，或对某些技术特征进行等同替换，但这些经过改进或替换后的技术方案，仍属于本发明的保护范围。

附图说明

图1为本发明微电解处理方法中所采用的一种固定装置和曝气装置的示意图；

图2为本发明微电解处理方法中所采用的另一种固定装置的示意图；

图3为水体中经本发明微电解处理方法处理后，COD、氨氮和亚硝酸盐随时间变化的示意图；

图4为水体中经本发明微电解处理方法处理后，溶解氧和PH值随时间变化的示意图。

具体实施方式

实施例1：龙凤湿地的微电解处理

1.1湿地背景

该湿地长久以来因受到石油化工污水、农业污水、城市生活污水的污染，目前整体水质状况日益恶化，水体发黑发绿，水面大量浮萍，富营养化已经非常严重；大部分水域丧失自净功能，局部地区已开始出现异味臭味。如不加以治理，不但湿地本身沦陷，对周边的生态环境也势必造成严重影响。

该湿地平均水深约1.2米，有芦苇的地方水深约0.5米，水面被一片片的芦苇隔断。在靠近岸边的地方取样，COD为112mg/L、氨氮为36.3mg/L。在经本发明方法处理之前，湿地水体中已超标的污染物主要为ＣＯＤ（超标4～6倍）、氨氮（超标1～5倍）、总Ｐ（超标1～3倍）、石油类（超标3～5倍）、挥发酚（超标4～22倍）、六价Ｃｒ（超标2～3倍）等。湿地水体已受到周边生活污水和工业废水的严重污染，水体个别指标已超过地表水Ⅴ类水体指标，主要表现为有机物过量引起水体发黑发臭，富营养化情况严重，水体周围空气中存在严重的气味。”

1.2试验规模：中试规模

处理规模水体水面面积约为1公顷（15亩）

1.3处理方法

在湿地中试地点采用小船将微电极包与微电极粉（均为中国专利申请201210452101.3中所公开的碱性微电极）均匀分布于水体中，投放的密度根据现场情况进行调整。其中，微电极粉可直接投洒于水体中，或将微电极粉与底泥混合，采取静置浸泡循环的方式运行，无需曝气，同样可以起到水体修复再生的效果。

1.4处理效果

经本发明方法处理之后，被处理的水体部分水质清澈无异味，无富营养化，快速解决藻类过度繁殖的问题，迅速恢复水体藻相生态平衡，长期保持水体景观美化。

实施例2：鱼塘的微电解处理

图1所示为本发明微电解处理方法中所采用的一种固定装置和曝气装置，其中，两对交叉的竹杆或木桩插入水底，并在交叉处横亘另一竹杆或木桩，该竹杆或木桩处于水体中，其下面则悬挂有装有微电极的容器（例如尼龙滤布袋），而在装有微电极的容器的底部或周围则设置有作为曝气装置的气盘（上面设置若干气孔）。当然，本领域的普通技术人员应当知道，插入水底的交叉的竹杆或木桩不限于两对，处横亘在交叉处的竹杆或木桩也不限于一根。

图2所示为本发明微电解处理方法中所采用的另一种固定装置，其中，将两根竹杆或木桩深深插入并固定于水体底部的淤泥中，并用铁丝将另一竹杆或木桩固定在这两根竹杆或木桩上，该竹杆或木桩处于水体中，其下面则悬挂有装有微电极的容器。

实施例2.1

一个排入猪粪的鱼塘面积约为1亩，平均水深1.5米，在一部普通的增氧机作用下，其水的COD为380mg/l，氨氮为8mg/l，亚硝酸盐为0.06mg/l，PH值为7.1，溶解氧为2.8mg/l。在该鱼塘中放入一个体积为0.6m*0.6m*0.8m（长*宽*高）的铁筐，铁筐内共有20个用120目尼龙滤布袋包好的中国专利200910038783.1中所公开的用于废水微电解处理的铁碳微电极。铁筐用木桩固定在水中，铁柜底部装有开孔的曝气管，铁柜全部浸没在水中，开动鼓风机进行曝气，同时开动增氧机，经过24hr连续曝气处理，水的COD为114mg/l，氨氮为3mg/l，亚硝酸盐为0.03mg/l，PH值为7.32，溶解氧为5.21mg/l。经过48hr连续曝气处理，水的COD降为36mg/l，氨氮为2mg/l，亚硝酸盐为0.03mg/l，PH值为7.42，溶解氧为6.13mg/l。

实施例2.2

在实施例2.1的鱼塘中，将铁筐内的微电极包换成20个用120目尼龙滤布袋包好的中国专利申请201210452101.3所公开的用于碱性条件下废水处理的碱性微电极。其余装置及安装方式不变，开动鼓风机进行曝气，同时开动增氧机，经过24hr连续曝气处理，水的COD降至106mg/l，氨氮为2.6mg/l，亚硝酸盐为0.02mg/l，PH值为7.48，溶解氧为5.36mg/l。经过48hr连续曝气处理，水体COD为28mg/l，氨氮为2mg/l，亚硝酸盐为0.008mg/l，PH值为7.50，溶解氧为6.23mg/l。

实施例2.3

在实施例2.1的鱼塘中，将铁筐内的微电极包换成10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利200910038783.1的铁碳微电极和10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利申请201210452101.3的碱性微电极。其余装置及安装方式不变，开动鼓风机进行曝气处理，同时开动增氧机，经过24hr连续曝气处理，水体COD降至88mg/l，氨氮为2.3mg/l，亚硝酸盐为0.018mg/l，PH值为7.40，溶解氧为5.60mg/l。经过48hr连续曝气处理，水体COD为23mg/l，氨氮为1.6mg/l，亚硝酸盐为0.006mg/l，PH值为7.40，溶解氧为6.50mg/l。

实施例2.4

一个抽入海水的虾池面积约为5亩,平均水深1.5米，在4台水车式增氧机的作用下，其水的COD为431.2mg/l，氨氮为6mg/l，亚硝酸盐为0.15mg/l，PH值为8.5mg/l，溶解氧为6.52mg/l。在该虾池对角处堆放10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利200910038783.1的铁碳微电极和10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利申请201210452101.3的碱性微电极，开动鼓风机进行曝气处理，同时开动增氧机，经过连续曝气处理，水的COD为115mg/l，氨氮为3mg/l，亚硝酸盐为0.04mg/l，PH值为7.05mg/l，溶解氧为7.75mg/l。

实施例2.5

在抽入受污染河涌水的鱼塘中，按实施例2.1的方式在铁筐内放置10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利200910038783.1的铁碳微电极和10袋用120目尼龙滤布包好的中国专利申请201210452101.3的碱性微电极，开动鼓风机进行曝气处理，同时开动增氧机，经过连续曝气处理，图3为水体中经本发明微电解系统处理后，COD、氨氮和亚硝酸盐随时间变化的示意图；图4为水体中经本发明微电解系统处理后，溶解氧和PH值随时间变化的示意图。从图3和图4中可以发现，水体在本发明微电解系统中微电极的作用下，其中的氨氮、COD、亚硝酸盐大幅度降低，PH值呈弱碱性，而溶解氧增加，表明处理后的水体变成了益于微生物与水产健康繁殖的“活水”。

实施例3：万宝湖（人工湖/景观水）的微电解处理

采用图2所示的固定装置，在荷花池内固定安装微电极容器（中国专利申请201210452101.3中所公开的碱性微电极），安装可根据现场情况进行调整，不影响处理效果。同时，在微电极容器的底部或周围设置气相管作为曝气装置，利用鼓风机产生气泡。

按本发明方法处理之后，该水体彻底除藻、清底、并恢复良好的水质状态，效果显著持久。

实施例4：微电解处理方法在宇顺公司试点情况

采用图1和图2所示的固定装置，在宇顺公司鳜鱼养殖基地的池塘中，设置微电极容器，其中，在微电极容器的底部或周围设置气相管作为曝气装置，并利用鼓风机产生气泡。这些池塘中采用水车式增氧机。经本发明的微电解处理方法处理后，这些高密度的水产养殖水体的水质得到了改善，效果明显，其主要作用表现在以下几个方面。

第一、改善水质，增加溶氧量，降低NH₃ ⁺，NO₂ ^—含量，提高亲鱼存活率。宇顺公司26号鱼塘作为之前的亲鱼培育塘，池塘水很肥，鲮鱼和白莲鱼浮头严重，需要24个小时不间断增氧，采用本发明微电解处理方法处理后（安装一个月），水质得到明显改善，水体可见度达到10公分以上，NH₃ ⁺，NO₂ ^—含量下降明显，鱼浮头现象得到极大改善，基本不存在浮头的现象，白天都不需要开增氧机，并且一个月后该鱼塘亲鱼产卵和孵化回塘死亡率最低。

第二、增强苗种的抗应激反应能力，并减少鳜鱼苗因为缺氧死亡率。2号鱼塘，5号鱼塘在未采用本发明的原位微电解处理方法之前，苗种死亡率很高，特别是鱼苗开眼时，有时候会出现整塘鱼苗全部死亡的情况，特别是下雨或者白桩雨（突然由晴天转为下雨）时，鱼苗死亡率更高。同时鳜鱼苗因夜间缺氧死亡率也较高，尤其是在鱼苗孵化时，鳜鱼苗可能在环道或者培育池出现一夜之间大量死亡的现象，本发明微电解处理方法处理后，鱼苗成活率大大提高。在高密度养殖条件下，通过在进出水口采用本发明的原位处理的微电解处理方法，并增加水车式增氧机后，鱼苗死亡情况得到极大改善，基本很少死亡，同时鳜鱼苗的存活率也大大提高，再没出现过夜间因为缺氧大规模死亡现象。

第三、提高鱼苗运输过程中的成活率，使大规模长途运输变得简单。利用本发明微电解处理方法处理过的池塘水在鱼苗运输过程中也效果明显，很少出现运输过程中鱼苗死亡，同时亲鱼回塘死亡率也大大减少。

第四、使鳜鱼的生态养殖进入更高的水平。目前，我们在鳜鱼养殖鱼塘采用本发明的原位微电解处理方法后，整个鱼塘水质得到极大改善，NH₃ ⁺，NO₂ ^—浓度大大降低，与未采用本发明处理方法的鳜鱼塘相比，NH₃ ⁺，NO₂ ^—浓度下降8倍以上，而且在整个鳜鱼养殖生产过程中，鳜鱼发病率也大大降低，生长速度也有一定的提高，真正做到了少用药甚至不用药的鳜鱼生态化养殖新模式。

通过在宇顺公司试点成功后，证明本发明对于水体原位处理的微电解处理方法能够造福于更多的水产养殖户，有利于水体修复保护与水产安全高产。

Claims (10)

1.一种对水体进行原位处理的微电解处理方法，该方法包括在水体中投放微电极，使得所述微电极能够对水中所含有的物质进行氧化还原微电解处理。

2.如权利要求1所述的微电解处理方法，其中，所述的微电极是放置在微电极容器中，水体中的水能够进出所述微电极容器，使得所述微电极容器中的微电极能够对水中所含有的物质进行氧化还原微电解处理。

3.如权利要求2所述的微电解处理方法，其中，所述的方法进一步包括将所述微电极容器固定在固定装置上的步骤，该固定装置将所述微电极容器固定在所述水体之中。

4.如权利要求2所述的微电解处理方法，其中，所述的微电极容器为尼龙滤布袋、或者带有滤网的容器，其中，滤布或滤网的目数为80～250目。

5.如权利要求2所述的微电解处理方法，其中，所述的方法进一步包括在所述微电极容器的底部或周围设置曝气装置的步骤。

6.如权利要求3所述的微电解处理方法，其中，所述的固定装置为设置在水体中的木桩或竹桩。

7.如权利要求5所述的微电解处理方法，其中，所述的曝气装置为设置有开孔的气管或微曝气管，其通过鼓风设备在所述水体中产生汽泡，使得所述微电极能够充分进行微电解处理反应。

8.如权利要求1-7之一所述的微电解处理方法，其中，所述的微电极为用于碱性条件下微电解处理的碱性微电极和/或用于酸性条件下微电解处理的酸性微电极。

9.如权利要求8所述的微电解处理方法，其中，所述的碱性微电极包括负载于多孔性载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料；优选地，所述的阳极材料为锌粉，所述的阴极材料为二氧化锰；进一步优选地，按重量份计，所述的阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。

10.如权利要求8所述的微电解处理方法，其中，所述的酸性微电极为铁碳微电极。

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