CN104961241A - 一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法 - Google Patents

Abstract

一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，涉及一种修复土壤污染的方法，其特征在于，所述方法包括土壤处理、细沙处理、赤泥处理、沸石处理、并固定化好氧/厌氧污泥的制备、磷去除基质、基质使用：将制备基质铺设于沟渠中并压实，压实度为80%-100%，根据稻田退水特征及磷污染浓度数据，基质厚度为沟渠中水高的15-30%，稻田退水在沟渠停留时间保持在48h以上，磷的去除率达到60.5-73.6%。本发明材料简单易得，处理方法简单，容易实现，且综合了物理法和生物法去除污染物的特点，实际应用效果良好。

Description

一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法

技术领域

    本发明涉及一种修复土壤污染的方法，特别是涉及一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法。

背景技术

稻田生产退水是一类重要的面源污染形式，大量未经充分利用氮肥、磷肥随退水流失到周边水体环境中，造成河流、湖泊甚至海洋的富营养化。稻田退水沟渠作为稻田的重要水利设施不仅具有汇水、持水、水流通道的作用，而且还担负着一定程度的水质净化及维持生物多样性的功能。一般情况下水稻生产过程中磷肥的利用率为10%～25%，平均为14%，大部分磷肥的去向一是被稻田土壤所固定，二是随着稻田退水流失到周边水系环境中。由于稻田生产特点，周边常伴随着天然或人工开挖的退水沟渠供退水的流走，但退水的水量和流速较大，一般的退水沟渠对磷的截留作用有限。

为强化沟渠对流失磷的有效阻控作用，多种方法被开发。一是生态工程学解决方法-生态拦截型沟渠，该方法在沟渠侧面和底部搭配种植对磷吸附能力强的半旱生植物和水生植物，拦截径流和泥沙减缓水速，促进流水携带颗粒物质的沉淀，实现水体和沟底中逸出磷元素的立体式吸收和拦截。二是合理改变沟渠结构，增加河床的比表面积，形成水体中不同流速和生境，提高水体对磷的自净能力。然而，生态拦截型沟渠和改变沟渠结构虽将磷暂时截留，但植物吸收有限，随着下次退水过程，磷素会继续进入水体，引起水体污染。

因此，为有效、快速阻控稻田退水磷素通过稻田周边沟渠进入水环境引发水体富营养，亟需开发一种利用沟渠高效去除磷方法，即开发一种强化稻田退水磷去除的基质配制方法并实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，该方法采用厌氧-好氧交替处理的活性污泥工艺，为基质提供了磷去除的微生物种群，形成局部微生物降解环境，利用于吸附磷的微生物降解，提高稻田退水中对磷的吸附效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，包括如下步骤：

1、土壤的处理：土壤为稻田退水沟渠沉积土壤/沉积泥，取0~20厘米深部分，剔除植物残根及石块，自然风干至含水率43-55wt%，松散至自然状态，过2-5毫米筛备用；

2、细沙的处理：取自过筛的河沙，粒径0.5~2毫米；

3、赤泥的处理：取自铝厂拜耳法生产的赤泥，主要成分为氧化铁、石英、氧化铝，容重为1.28~1.65吨/立方米，比表面积约为70~195平方米/克，研磨为60-100目。

4、沸石的处理：主要成分为斜发沸石。将斜发沸石与氯化铝和硫酸镁按质量配比8∶2∶1混匀于温度400℃-500℃下焙烧4-5小时，冷却即得改性沸石，研磨为60-100目，阳离子交换量（CEC）为125-179厘摩正电荷/千克。

5、固定化好氧/厌氧污泥制备：

将取自于生物脱氮除磷工艺的经厌氧-好氧交替处理的活性污泥静置沉降，脱氮除磷工艺包括序批式生物反应器（SBR）法、氧化沟法、周期循环活性污泥（CASS）法、厌氧/缺氧/好氧（A²O）法等。将上述沉降后的污泥于离心机下于3500-4000转/分钟下离心20-30分钟，浓缩污泥含水率约88-92%；将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠为1.5-3.5wt%的混合液，将混合液均匀滴入固定剂1.2-4wt%CaCl₂溶液中，固定化时间为4-40小时，得到海藻酸钙固定化污泥小球；将固定化污泥小球取出冷藏待用。固定化污泥小球使用前在厌氧生物反应器中预处理3-6小时。

6、磷去除基质的制备方法如下：将研磨到60-100目的赤泥和沸石按比例混合均匀，与固定化污泥颗粒充分混合；将上述材料与土壤、细沙按比例混合，即构成沟渠磷去除基质。

7、基质使用方法：将上述制备基质铺设于沟渠中并压实，压实度为80%-100%，根据稻田退水特征及磷污染浓度数据，基质厚度为沟渠中水高的15-30%，稻田退水在沟渠停留时间保持在48h以上，磷的去除率达到60.5-73.6%。

一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，其磷去除基质的土壤、细沙、赤泥、沸石、好氧污泥、厌氧污泥组份的质量百分比含量为：土壤65-75%、细沙5-10%、赤泥5-10%、改性沸石5-10%、固定化污泥5-10%。

本发明的优点与效果是：

1、本发明采用赤泥和沸石作为复合基质的重要组成部分，对磷具有较强的吸附能力，提高稻田退水中磷的吸附效率，抗冲击能力强；同时，磷在基质上的脱附能力弱，被吸附的磷不易脱附重新回到水体。

2、采用厌氧-好氧交替处理的活性污泥工艺中的驯化污泥制备固定化污泥，为基质提供了磷去除的微生物种群，在其它基质的共同作用下，可形成局部微生物降解环境，利用于吸附磷的微生物降解。

3、本发明材料简单易得，处理方法简单，容易实现，且综合了物理法和生物法去除污染物的特点，实际应用效果良好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

    实施例1

一种阻控稻田退水中磷污染沟渠基质的处理方法，包括如下步骤：

1、土壤的处理：土壤采自盘锦稻田退水支渠0~20厘米深沉积泥，剔除植物残根及石块，自然风干，风干过程中经常翻动，干燥至含水率48.5wt%，过2毫米筛备用；

2、细沙的处理：购于建材市场，过1毫米筛；

3、赤泥的处理：取自山东铝业公司赤泥堆放场，氧化铝含量7.85% ，氧化铁含量11.14%，容重为1.35吨/立方米，比表面积约为178平方米/克，研磨为80目。

4、沸石的处理：购于江苏宜兴。将斜发沸石与氯化铝和硫酸镁按质量配比8∶2∶1混匀于温度400℃下焙烧4小时，冷却即得改性沸石。研磨为60目，CEC为135厘摩正电荷每千克。

5、固定化好氧/厌氧污泥制备：将取自于实验室序批式生物反应器（SBR）的经厌氧-好氧交替处理的活性污泥于离心机下于4000转/分钟下离心20分钟，浓缩污泥含水率约90%；将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠为3wt%的混合液，将混合液均匀滴入固定剂3%CaCl₂溶液中，固定化时间为10小时，得到海藻酸钙固定化污泥小球；将固定化污泥小球取出冷藏待用。固定化污泥小球使用前在厌氧生物反应器中预处理5小时。

6、磷去除基质土壤、细沙、赤泥、沸石、好氧污泥、厌氧污泥组份的质量百分比含量为：土壤71%、细沙10%、赤泥7%、改性沸石8%、固定化污泥4%。

7、磷去除基质的制备方法如下：将研磨到80目的赤泥和改性沸石按比例混合均匀，与固定化污泥颗粒充分混合；将上述材料与土壤、细沙按比例混合，即构成沟渠磷去除基质。

8、基质使用方法：实验沟渠由有机玻璃制成，长2米，高40厘米，宽30厘米，将上述制备基质铺设于自制试验沟渠中压实度为100%，压实后基质高度10厘米。模拟稻田退水采用潜水泵泵入沟渠，流速为30立方厘米/秒，利用循环方式使退水在沟渠停留时间为72小时，水深30厘米；用葡萄糖、氯化铵、硝酸钾和磷酸二氢钾模拟稻田退水，其中磷浓度为2.15毫克/升，氨氮浓度为5.08毫克/升，COD浓度为124.7毫克/升。运行72小时后出水磷去除率65.2%。

实施例2

一种阻控稻田退水中磷污染沟渠基质的处理方法，包括如下步骤：

1、土壤的处理：土壤采自盘锦高升稻田退水支渠0~20厘米深土壤，剔除土壤中的植物残根及石块，运回实验室风干，在风干过程中经常翻动土壤，待风干至含水率46.2wt%，过3毫米筛备用；

2、细沙的处理：购于建材市场，过2毫米筛；

3、赤泥的处理：取自山东铝业公司赤泥堆放场，氧化铝含量7.85% ，氧化铁含量11.14%，容重为1.35吨/立方米，比表面积约为178平方米/克，研磨为100目。

4、沸石的处理：购于江苏宜兴。将斜发沸石与氯化铝和硫酸镁按质量配比8∶2∶1混匀于温度500℃下焙烧5小时，冷却即得改性沸石。研磨为100目，CEC为138厘摩正电荷每千克。

5、固定化好氧/厌氧污泥制备：

将取自于氧化沟的经厌氧-好氧交替处理的活性污泥于离心机下于3500转/分钟下离心30分钟，浓缩污泥含水率约92%；将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠为2.5wt%的混合液，将混合液均匀滴入固定剂3.5%CaCl₂溶液中，固定化时间为18小时，得到海藻酸钙固定化污泥小球；将固定化污泥小球取出冷藏待用。固定化污泥小球使用前在厌氧生物反应器中预处理4.5小时。

6、磷去除基质土壤、细沙、赤泥、沸石、好氧污泥、厌氧污泥组份的质量百分比含量为：土壤68%、细沙8%、赤泥10%、改性沸石8%、固定化污泥6%。

7、磷去除基质的制备方法如下：将研磨到100目的赤泥和改性沸石按比例混合均匀，与固定化污泥颗粒充分混合；将上述材料与土壤、细沙按比例混合，即构成沟渠磷去除基质。

8、基质使用方法：实验沟渠由有机玻璃制成，长2米，高40厘米，宽30厘米，将上述制备基质铺设于自制试验沟渠中压实度为90%，压实后基质高度11cm。模拟稻田退水采用潜水泵泵入模拟沟渠，流速为35立方米/秒，利用循环方式使退水在沟渠停留时间为60小时，水深35厘米；以添加葡萄糖、氯化铵、硝酸钾和磷酸二氢钾模拟稻田退水，其中磷浓度为3.41毫克/升，氨氮浓度为6.24毫克/升，COD浓度为105.4毫克/升。运行60小时后出水磷去除率67.2%

实施例3

一种阻控稻田退水中磷污染沟渠基质的处理方法，包括如下步骤：

1、土壤的处理：土壤为沈阳新民稻田退水沟渠沉积土壤，取0~20厘米深部分，自然风干，风干过程中剔除植物残根及石块，风干至含水率54wt%，松散至自然状态，过3毫米筛备用；

2、细沙的处理：取自过2筛的河沙备用；

3、赤泥的处理：取自中州铝厂，氧化铝含量12.85% ，氧化铁含量10.14%，容重为1.42吨/立方米，比表面积约为156平方米/克，研磨为100目。

4、沸石的处理：主要成分为斜发沸石。将斜发沸石与氯化铝和硫酸镁按质量配比8∶2∶1混匀于温度450℃下焙烧4.5h，冷却即得改性沸石。研磨为60目，CEC为156厘摩正电荷每千克。

5、固定化好氧/厌氧污泥制备：将取自于厌氧/缺氧/好氧（A²O）反应器工艺的经厌氧-好氧交替处理的活性污泥经离心机于3000转/分钟下离心25分钟，浓缩污泥含水率约92%；将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠为3.2wt%的混合液，将混合液均匀滴入固定剂2.8wt%CaCl₂溶液中，固定化时间为15h，得到海藻酸钙固定化污泥小球；将固定化污泥小球取出冷藏待用。固定化污泥小球使用前在厌氧生物反应器中预处理4.5小时。

6、磷去除基质土壤、细沙、赤泥、沸石、好氧污泥、厌氧污泥组份的质量百分比含量为：土壤74%、细沙5%、赤泥5%、改性沸石10%、固定化污泥6%。

7、磷去除基质的制备方法如下：将研磨到100目的赤泥和改性沸石按比例混合均匀，与固定化污泥颗粒充分混合；将上述材料与土壤、细沙按比例混合，即构成沟渠磷去除基质。

8、基质使用方法：实验沟渠由PVC材质制成，长3m，高30厘米，宽20厘米，将上述制备基质铺设于自制试验沟渠中压实度为100%，压实后基质高度6厘米。模拟稻田退水采用潜水泵泵入模拟沟渠，流速为15立方厘米/秒，利用循环方式使退水在沟渠停留时间为72小时，水深15厘米；以添加葡萄糖、氯化铵、硝酸钾和磷酸二氢钾模拟稻田退水，其中磷浓度为3.75毫克/升，氨氮浓度为5.52毫克/升，COD浓度为98.7毫克/升。运行72小时后出水磷去除率62.6%。

Claims (2)

1.一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）土壤处理：土壤为稻田退水沟渠沉积土壤/沉积泥，取0~20厘米深部分，剔除植物残根及石块，自然风干至含水率43-55wt%，松散至自然状态，过2-5毫米筛备用；

2）细沙处理：取自过筛的河沙，粒径0.5~2毫米；

3）赤泥处理：取自铝厂拜耳法生产的赤泥，主要成分为氧化铁、石英、氧化铝，容重为1.28~1.65吨/立方米，比表面积约为70~195平方米/克，研磨为60-100目；

4）沸石处理：主要成分为斜发沸石，将斜发沸石与氯化铝和硫酸镁按质量配比8∶2∶1混匀于温度400℃-500℃下焙烧4-5小时，冷却即得改性沸石，研磨为60-100目，阳离子交换量（CEC）为125-179厘摩正电荷/千克；

5）固定化好氧/厌氧污泥的制备：

将取自于生物脱氮除磷工艺的经厌氧-好氧交替处理的活性污泥静置沉降，脱氮除磷工艺包括序批式生物反应器（SBR）法、氧化沟法、周期循环活性污泥（CASS）法、厌氧/缺氧/好氧（A²O）法等，将上述沉降后的污泥于离心机下于3500-4000转/分钟下离心20-30分钟，浓缩污泥含水率约88-92%；将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠为1.5-3.5wt%的混合液，将混合液均匀滴入固定剂1.2-4wt%CaCl₂溶液中，固定化时间为4-40小时，得到海藻酸钙固定化污泥小球；将固定化污泥小球取出冷藏待用，固定化污泥小球使用前在厌氧生物反应器中预处理3-6小时；

6）磷去除基质：将研磨到60-100目的赤泥和沸石按比例混合均匀，与固定化污泥颗粒充分混合；将上述材料与土壤、细沙按比例混合，即构成沟渠磷去除基质；

7）基质使用：将上述制备基质铺设于沟渠中并压实，压实度为80%-100%，根据稻田退水特征及磷污染浓度数据，基质厚度为沟渠中水高的15-30%，稻田退水在沟渠停留时间保持在48h以上，磷的去除率达到60.5-73.6%。

2.根据权利要求1所述的一种阻控稻田退水时磷污染沟渠基质的方法，其特征在于，所述磷去除基质的土壤、细沙、赤泥、沸石、好氧污泥、厌氧污泥组份的质量百分比含量为：土壤65-75%、细沙5-10%、赤泥5-10%、改性沸石5-10%、固定化污泥5-10%。