CN103819065B - 一种利用废弃混凝土粉末修复污染底泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废弃混凝土修复污染底泥的方法，其步骤：a）采用破碎机将废弃混凝土粉碎；b）采用玻璃缸为实验装置，设置对照组，玻璃缸进行遮光处理；c）在玻璃缸中均匀的铺上底泥；d）在底泥表面铺上混凝土粉末，对照组中不加混凝土粉末；e）根据水和底泥比例加入实验用富营养化湖水，采用虹吸法将实验用水加入玻璃缸，并标注刻度；f）实验前期取水样测定总磷、总氮、化学需氧量、溶氧、pH值和水温理化指标；g）实验结束后，将泥样在阴凉通风处风干，分析底泥的理化性质。材料廉价易得、工艺简单、操作方便、无二次污染、适用范围广，应用于富营养化水体磷负荷的削减及污染底泥的修复，为废弃建筑垃圾资源化利用提供了新途径。
Description
技术领域
本发明属于水环境治理领域，更具体涉及一种利用废弃混凝土粉末修复污染底泥的方法，它适用于富营养化水体磷负荷的削减及污染底泥的修复。
背景技术
水体富营养化是一个全球性的问题，而高营养盐负荷是水体富营养化的重要成因之一。而磷是导致富营养化的主要限制因子之一，水体中磷的来源可分为外源磷和内源磷。当外源磷得到有效控制的情况下，内源磷成为水体磷负荷的主要来源。底泥是湖泊水体重要的内源污染来源，底泥磷释放是内源磷的主要组成。底泥物理化学性质以及环境因子是导致底泥磷释放的影响因素。例如底泥颗粒物的粒径、有机质和氧化物含量以及底泥中磷的形态等，以及溶解氧、温度、pH值和水体扰动等环境因子的改变。因此，底泥磷释放的控制对水体富营养化治理是至关重要的。
目前，底泥污染控制技术主要包括异位处理技术和原位处理技术等两大类。异位处理技术是将污染底泥挖出来运输到其他地方后再进行处理，以防止污染水体。异位处理技术主要有底泥疏浚、异位淋洗等（洪祖喜, 何品晶. 受污染底泥异地处理处置技术[J].上海环境科学, 2002, 4 (21): 233-236.）。原位处理技术是在原地利用物理、化学或生物方法减少受污染底泥的容积，减少污染物含量或降低污染物的溶解度、毒性或迁移性，并阻止污染物释放到水体中（洪祖喜, 何品晶, 邵立明. 水体受污染底泥原地处理技术[J]. 环境保护, 2002, 10: 15-17.）。目前，国内外广泛应用的原位处理技术主要有钝化、覆盖、生物修复、氧化、引水等（Roelofs J.G.M., Brouwer E., Bobbink R. Restoration of aquatic macrophyte vegetation in acidified and eutrophicated shallow soft water wetlands in the Netherlands [J]. Hydrobiologia, 2002, 478(15): 171-180.）。
底泥原位钝化技术是一项重要的湖泊内源污染控制技术，它主要通过向水/沉积物系统中施加所优选的钝化药剂，经沉淀、吸附等理化作用，降低水中的磷浓度，同时使底泥中污染物惰性化，在污染底泥的表层形成隔离层，增加底泥对磷的束缚能力，从而有效削减污染底泥中的磷向上覆水体释放（张锡辉. 水环境修复工程学原理与应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002）。与其他的底泥污染控制技术相比，底泥原位钝化技术具有生态、经济有效等特点（胡小贞, 金相灿, 梁丽丽, 等. 不同改良条件下硫酸铝对滇池污染底泥磷的钝化效果[J]．环境科学学报, 2008, 28(1): 44-49.）。钝化剂的选择对底泥污染控制的效果至关重要，常用的钝化剂有铝盐、铁盐和钙盐（Wauer G., Gonsiorczyk T., Kretschmer K., Casper P., Koschel R.Sediment treatment with a nitrate-storing compound to reduce phosphorus release [J]. Water Research, 2005, 39: 494-500.）。目前，对于经济有效的新型钝化剂的探索也受到广泛关注。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种利用废弃混凝土粉末修复污染底泥的方法，且具有廉价易得，使用操作简单，修复效果好，能同时实现底泥修复和垃圾处置的双赢。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种利用废弃混凝土修复污染底泥的方法，其步骤是：
1）采用破碎机将废弃混凝土粉碎磨细后过90-110目筛；
2） 采用12个规模一致的玻璃缸（20cm×15cm×28cm）为实验装置，3个为一平行，分为4组，其中设置一个对照组，3个实验组，所有玻璃缸四面都进行遮光处理；
3） 在玻璃缸中均匀的铺上厚度为4-6cm的底泥（养鱼池塘底泥）；
4） 在底泥表面均匀的铺上混凝土粉末，对照组中不加混凝土粉末，3个实验组加入混凝土粉末的用量分别为4-6g，9-11g，11-16g；
5） 根据水和底泥为3:1的比例加入实验用富营养化湖水。为了防止在加水过程中造成底泥悬浮，则采用虹吸法（常规方法）将实验用水沿壁缓慢（加水的时间没有限制）的加入玻璃缸，并标注刻度；
6） 实验前期每3天取水样测定总磷（TP）、总氮（TN）、化学需氧量（COD）、溶氧（DO）、pH值和水温（T）等理化指标。实验后期每5天测定一次，每次取水样体积为75－85mL，取样后用实验用水补充至刻度线；
7） 实验结束后，将每个缸中的水倒掉，对照组中取表层底泥，实验组中去掉混凝土粉末后取表层底泥，将泥样在阴凉通风处风干（大约1个月），风干后的样品用研钵研磨至全部通过90－110目筛，分析实验结束后底泥的理化性质。
8)混凝土粉末能吸附底泥中的磷，从而减少底泥中磷向上覆水中释放，当底泥（干重）总磷含量为2.1g时，所需混凝土粉末的最佳用量为10g，即混凝土粉末与底泥总磷含量的最佳比例约为5:1。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明将废弃的混凝土磨成粉末作为钝化剂用于对上覆水中污染物的控制以及污染底泥的修复。混凝土粉末对上覆水中总磷浓度有削减作用，同时能吸附底泥中的磷，减少磷向上覆水中释放。
混凝土粉末能吸附底泥中的磷，从而减少底泥中磷向上覆水中释放，当底泥（干重）总磷含量为2.1g时，所需混凝土粉末的最佳用量为10g，即混凝土粉末与底泥总磷含量的最佳比例约为5:1。
本发明材料廉价易得、工艺简单、操作方便、无二次污染、适用范围广，可以应用于富营养化水体磷负荷的削减及污染底泥的修复，同时为废弃建筑垃圾资源化利用提供了新途径。
附图说明
图1为一种上覆水中TP变化情况的曲线示意图。
图2为一种上覆水中TN变化情况的曲线示意图。
图3为一种上覆水中COD变化情况的曲线示意图。
图4为一种上覆水中pH和温度变化情况的曲线示意图。
图5为一种上覆水中DO和温度变化情况的曲线示意图。
图6为一种混凝土粉末对底泥TN影响的示意图。
图7为一种混凝土粉末对底泥TP影响的示意图。
图8为一种混凝土粉末对底泥各形态磷影响的示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种利用废弃混凝土粉末修复污染底泥的方法，其步骤是：
采用12个规模一致的玻璃缸为实验装置，3个为一平行，分为4组，其中设置一个对照组，3个实验组。将底泥均匀的平铺在12个玻璃缸底部，对照组不加入混凝土粉末，其他3个实验组分别加入4或5或6g，9或10或11g，14或15或16g用量的混凝土粉末，根据水泥比为3:1的比例加入实验用水。为了防止在加水过程中造成底泥悬浮，则采用虹吸法将实验用水沿壁缓慢的加入玻璃缸，并标注刻度。为了更接近实际情况，将玻璃缸四周遮光，以模拟湖泊的光照条件。
实验前期每3天取水样测定TP、TN、COD、溶氧（DO）、pH值和水温等理化指标。实验后期每5天测定一次，每次取水样体积为75-85mL，取样后用实验用水补充至刻度线。
由图1可知，随着时间的变化，上覆水中TP浓度逐渐发生改变。在实验前21天，各处理组中TP波动明显。之后TP浓度开始下降，最后趋于稳定，TP浓度维持在0.05mg/L左右。从对照组和实验组之间的比较可知，除了开始的波动状态外，对照组的TP浓度明显高于实验组。在三组实验组中，混凝土用量为9或10或11g 和14或15或16g 时在21天之后一直处于较低水平，而且一直很稳定，中间出现波动，但幅度不大。
由图2可知，上覆水中TN浓度随着时间的变化呈现出先迅速上升再下降，然后保持稳定的趋势。实验组的变化趋势与对照组的基本一致，而且四组实验之间TN浓度没有显著性差异。
由图3可知，上覆水中COD浓度随着时间的延长一直处于波动的状态，而且变化过程没有明显规律。四组处理组之间随时间的变化趋势一致，这表明虽然混凝土对COD没有去除作用，但是对COD的变化没有影响，不会增加水体中COD浓度。
由图4和图5可知，随着时间的变化温度逐渐下降，四组处理组水体的pH值在前35天一直在变化，之后处于稳定状态。比较对照组和实验组，发现混凝土用量过大会使水体呈碱性。而混凝土用量为4或5或6g和9或10或11g时水体的pH值最后与对照组水平一致，维持在7.7左右。水体DO变化一直很紊乱，实验组和对照组的变化趋势一致。当温度高于30℃时，水体DO浓度很低，说明溶氧浓度与温度有关。
实施例2：
与实施例1不同的是：
在实验结束后，将每个缸中的水倒掉，对照组中取表层底泥，实验组中去掉混凝土粉末后取表层底泥。将泥样在阴凉通风处风干，风干后的样品用研钵研磨至全部通过90-110目筛，分析实验结束后底泥的含水率、有机质（OM）、pH值、TN、TP和各形态磷等理化指标，其中各形态磷包括NH4Cl-P、BD-P、HCl-P、Al-P、Org-P和Res-P，NH4Cl-P为弱吸附形态的磷，BD-P为铁结合形态磷，HCl-P为钙结合态磷，Org-P为有机磷，Res-P为难溶的有机磷以及惰性的无机磷，通过计算可得。
由表1（一种初始底泥主要理化性质的示意表）和表2（一种实验结束后底泥主要理化性质的示意表）可知，处理组之间底泥有机质含量有少量变化，随着混凝土粉末用量增加，底泥有机质含量减少。处理组之间底泥pH值差异不大，混凝土的使用使底泥pH值增加幅度很小，最多只增加了0.28，各个实验组底泥的pH值都维持在中性水平，说明在本实验条件下混凝土对底泥pH值没有明显影响。
表1一种初始底泥主要理化性质的示意表
表2一种实验结束后底泥主要理化性质的示意表
由图6可知，除混凝土用量为9或10或11g外，对照组与实验组底泥TN没有明显区别，且实验组之间底泥TN没有明显差异，表明混凝土对污染底泥进行修复时对底泥中的TN没有明显的修复效果。
由图7可知，实验组底泥TP含量高于对照组，混凝土用量为9或10或11g和14或15或16g时与对照组存在明显的区别。实验组之间底泥TP含量随混凝土用量增加而升高，用量为14或15或16g时与4或5或6g有明显差异。与初始底泥TP浓度1422.87mg/kg DW相比，四个处理组的底泥TP含量都有减少，说明存在底泥磷向上覆水释放的现象，但是混凝土粉末的使用显著抑制了底泥向上覆水释放的速度。
由图8可知，NH4Cl-P在实验组之间没有明显差异，只有混凝土用量为9或10或11g时与对照组存在差异；Fe-P含量随着混凝土用量增加而减少，用量为9或10或11g和14或15或16g明显区别于对照组；Al-P含量随着混凝土用量的增加而呈现上升的趋势，但混凝土用量为4或5或6g和9或10或11g时与对照组无显著差异，只有14或15或16g时明显区别于对照组；Org-P含量在四组处理组之间没有显著差异；Ca-P含量随着混凝土用量的增加而增加，混凝土用量为14或15或16g 时明显高于对照组，但实验组之间没有明显差异；四组处理组底泥Res-P含量没有明显区别。
Claims (1)
1.一种利用废弃混凝土修复污染底泥的方法，其步骤是：
a）采用破碎机将废弃混凝土粉碎磨细后过90-110 目筛；
b）采用12 个规模一致的玻璃缸为实验装置，3 个为一平行，分为4 组，其中设置一个对照组，3 个实验组，所有玻璃缸四面都进行遮光处理；
c）在玻璃缸中均匀的铺上厚度为4-6cm 的底泥；
d）在底泥表面均匀的铺上混凝土粉末，对照组中不加混凝土粉末，3 个实验组加入混凝土粉末的用量分别为4-6g，9-11g，11-16g ；
e）根据水和底泥为3:1 的比例加入实验用富营养化湖水，在加水过程中造成底泥悬浮，采用虹吸法将实验用水加入玻璃缸，并标注刻度；
f）实验前期每3 天取水样测定总磷、总氮、化学需氧量、溶氧、pH 值和水温理化指标，实验后期每5 天测定一次，每次取水样体积为75 － 85mL，取样后用实验用水补充至刻度线；
g）实验结束后，将每个缸中的水倒掉，对照组中取表层底泥，实验组中去掉混凝土粉末后取表层底泥，将泥样在阴凉通风处风干，风干后的样品用研钵研磨至全部通过90 － 110目筛，分析实验结束后底泥的理化性质；底泥干重总磷含量为2.1g 时，所需混凝土粉末的最佳用量为10g，即混凝土粉末与底泥总磷含量的最佳比例为5:1。
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Application publication date: 20140528 Assignee: HANGZHOU WENYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD. Assignor: Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2016420000021 Denomination of invention: Method for restoring polluted bottom mud by using waste concrete powder Granted publication date: 20150715 License type: Exclusive License Record date: 20160725 |
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Change date: 20170927 Contract record no.: 2016420000021 Assignee after: Zhejiang environmental protection Polytron Technologies Inc Assignee before: HANGZHOU WENYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD. |
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