CN106045248A - 一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法 - Google Patents

一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，该方法的步骤如下：第一步：先将净水厂污泥用铁筛网过滤后干燥，再碾碎后过100目筛，得到处理后的净水厂污泥；第二步：在处理后的净水厂污泥中掺入过100目筛后的无水氯化钙粉末，用搅拌机混合均匀，得到混合材料；第三步：将混合材料灼烧，得到内源磷固化材料；第四步：将内源磷固化材料平铺在被修复的富营养化水体底泥表层；第五步：引入河蚬；第六步：10天后，在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，即完成强化固定富营养化水体底泥内源磷的步骤。本发明的方法可以改变底泥内部微环境，并形成厌氧—好氧交替存在的空间和状态，强化内源磷形态间的相互转化。

Description

一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法。
背景技术
磷是浮游植物生长的限制性因素，特别是藻类生长时，需要大量的磷。对于那些已经基本切断了外源磷的水体，底泥中内源磷向上覆水的供应则成为了主要来源。因此，如何控制内源磷释放一直备受关注。内源磷释放的控制方法主要有覆盖法和底泥疏浚。前者是采用某种材料将水体与底泥物理性隔绝；后者则是将水体底泥直接疏浚，即将水体的污染源直接去掉。前者主要是通过原位处理，抑制内源磷释放，其机理主要是释放的内源磷会被覆盖材料吸收；而后者则属于异位处理，将污染底泥清除。在实际应用中，两者各有利弊。相比于后者，覆盖法简单易行，更多为人们采用。但是在覆盖法中，覆盖材料多种多样。
覆盖材料主要分为物理性覆盖材料和化学性覆盖材料。两者对内源磷释放的控制机理完全不同。物理性覆盖材料主要是将底泥与上覆水隔绝，阻断内源磷进入上覆水的途径或者降低内源磷进入上覆水的量。应用的主要材料包括干净的沙子、石子、黄土、土工布等。这些覆盖材料对释放的磷吸附能力较弱，基本不会与磷发生化学反应。化学性覆盖材料则是利用覆盖材料与磷发生化学反应的性质，将释放的磷吸附并固定，抑制其释放。应用主要材料包括沸石、改性沸石、改性方解石、生石灰、氯化铁改性高岭土等。这些覆盖材料主要是利用多孔性对磷吸附，并与磷发生反应将其固定，抑制其向上覆水释放。因此，与化学性覆盖材料相比，物理性覆盖材料对磷释放的抑制作用较差。毫无疑问，化学性覆盖材料因其对磷的吸附容量巨大，控制内源磷释放的效果也更好。
目前，覆盖法仅是简单地将材料平铺在受污染底泥表面，但是其也存在较明显的缺陷，即覆盖材料通常粒径较为均一，而且经常是粒径极小，从而达到物理性隔绝的目的，但这也带来了风险，即底泥内部厌氧状态加剧，而厌氧则是导致内源磷释放的核心因素。这使得覆盖法在初期通常有效，但随后会迅速失效或者导致内源磷爆发性释放。
此外，现有的覆盖材料均是通过将释放的磷吸附而避免其进入上覆水，如果可以通过改变底泥内部的微环境来强化磷形态间的相互转化，如加快易释放态磷向难释放态磷转化，则可强化底泥对内源磷的持留能力。
因此，如果能将某种氧化性较强，且富含铁锰铝钙等金属离子掺入底泥中，促使易释放态磷向难释放态磷转化，又避免底泥与上覆水物理性隔绝而导致底泥内部厌氧状态加剧，这对于控制内源磷释放将更具优势。
发明内容
解决的技术问题：针对现有的覆盖方法导致底泥内部厌氧状态加剧以及无法强化内源磷形态转化的缺点，本发明提供一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，将制备得到的固化材料，利用河蚬活动时对底泥表面的破坏作用，将固化材料逐步转移到底泥深处，从而为有效地控制内源磷释放提供方法。
技术方案：一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，该方法的步骤如下：
第一步：先将净水厂污泥用1-2mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥2.5-4.5h，再碾碎后过100目筛，得到处理后的净水厂污泥；
第二步：在处理后的净水厂污泥中掺入过100目筛后的无水氯化钙粉末，再用搅拌机混合均匀，得到混合材料，其中，处理后的净水厂污泥与无水氯化钙粉末的重量比为（4-6）:1，搅拌机的搅拌速度为100 rpm，搅拌时间为10min；
第三步：将混合材料在550℃下灼烧2.5-4.5h，得到内源磷固化材料；
第四步：将内源磷固化材料平铺在被修复的富营养化水体底泥表层，厚度为1-3cm；
第五步：引入河蚬，投加量为150ind/m2，河蚬大小为2.5-3g/个；
第六步：10天后，在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，厚度为1-2cm，即完成强化固定富营养化水体底泥内源磷的步骤。
上述所述的第一步中先将净水厂污泥用1mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥3.5h。
上述所述的第二步中处理后的净水厂污泥与无水氯化钙粉末的重量比为5:1。
上述所述的第三步中将混合材料在550℃下灼烧2.5h，得到内源磷固化材料。
上述所述的第四步中将固化材料平铺在被修复底泥表层，厚度为2cm。
上述所述的第六步中在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，厚度为2cm。
有益效果：本发明提供的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，具有以下有益效果：
1.该方法过程中制备得到的内源磷固化材料具有对磷吸附能力强、吸附容量大的优点，同时，入水体的金属离子主要是自然界中常见的铁盐、铝盐和钙盐，不会对水体生态系统产生化学风险，与常见的多孔性覆盖材料相比，则避免了孔隙被堵塞而失效的缺点；
2. 该方法使用的材料来源广泛、制作简单易行，净水厂污泥的利用实现了废物的资源化利用，解决了净水厂污泥的去向问题；
3. 采用该方法不仅避免了底泥内部厌氧状态加剧，而且可以强化溶解氧的渗入，从而改变底泥内部微环境，并形成厌氧—好氧交替存在的空间和状态，强化内源磷形态间的相互转化。
具体实施方式
以下实施例中富营养化水体底泥可从被修复水体获得，净水厂污泥从苏州高新区自来水有限公司—高新区第二水厂获得。
实施例1
一种强化富营养化水体底泥内源磷固定的新方法，该方法的步骤如下：
（1）净水厂污泥处理
将自来水厂脱水后沉淀的污泥（Al2O3含量为28.2%）用1mm铁筛网筛除大颗粒物质，再置于烘箱中，在110℃干燥3.5h，然后碾碎，用100目筛网进行筛分，得到处理后的净水厂污泥，称取1kg处理后的净水厂污泥；
（2）内源磷固化材料的制备
将0.2kg过100目筛网的无水氯化钙粉末和1kg处理后的净水厂污泥置于1L烧杯中，再在转速为100rpm的搅拌机中搅拌混合10min，得到混合材料，然后将混合材料置于马弗炉中，在550℃下灼烧2.5h，灼烧后取出，置于干燥皿中晾至室温，即得内源磷固化材料；
（3）强化固定方法
将内源磷固化材料平铺在被修复的富营养化水体底泥表层，厚度为1-2cm，引入河蚬，投加量为150ind/m2，河蚬大小为2.5-3g/ind，10天后，在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，厚度为2cm，即完成强化固定富营养化水体底泥内源磷的步骤。
利用实施例1制备得到的内源磷固化材料进行磷吸附试验，具体步骤如下：
采用恒温振荡器作为试验装置。
分别在一系列100mL锥形瓶中加入0.5g内源磷固化材料和100mL磷酸二氢钾溶液，磷酸二氢钾溶液的初始浓度分别为0.0，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，8.00，10.00和15.00mg/L，在（25±1）℃条件下，恒温振荡24h，离心（3500rpm，20min），0.45μm过滤，测定磷酸盐浓度（平衡浓度），根据初始浓度与平衡浓度之差，计算水体内源磷固化材料对磷酸盐的吸附量。
结果表明，该水体内源磷固化材料对磷酸盐的最大吸附量高达13180mg/kg。
利用实施例1制备得到的内源磷固化材料做苏州科技大学江枫校区曙光河污染底泥的内源磷释放抑制试验，具体步骤如下：
该河段水体呈重度富营养化状态（溶解性磷酸盐含量0~0.58mg/L）。挖取未受扰动的污染底泥（底泥总磷含量1408mg/kg，有机质含量13%），送至实验室，将其平铺在3个实验装置（0.6m×0.6m×1.2m）底部，分别编号为ES1、ES2、ES3,铺设厚度为30cm。其中，ES1表层平铺固化材料，铺设厚度为4cm；ES2表层平铺固化材料，铺设厚度为2cm；投加河岘150ind/m2，河蚬大小为2.5-3g/ind；ES3为湿底泥，厚度34cm。然后，分别加入自来水，水深为50cm。10天后，在ES2底泥表面再次平铺固化材料2cm。3个实验装置均无盖，允许大气复氧。每天检测上覆水中溶解性磷酸盐含量，测定后，即通过虹吸方法将上覆水取出，并加入新鲜的自来水，以加快内源磷释放。
30天后，ES3释放量最大，共释放1620mg磷（以P计），ES2释放量最小，共释放260mg磷（以P计），ES1释放量中等，共释放300mg磷（以P计）；30天至60天，ES3释放量仍然最大，共释放1120mg磷（以P计），ES2释放量最小，共释放120mg磷（以P计），ES1释放量明显增加，共释放560mg磷（以P计）；60天至90天，ES3释放量仍然最大，共释放720mg磷（以P计），ES2释放量最小，共释放80mg磷（以P计），ES1释放量中等，共释放260mg磷（以P计）。
该试验说明，实施例1制备得到的内源磷固化材料，通过河岘促使固化材料掺入底泥的方法对内源磷释放控制效果良好，明显优于覆盖法。
实验结束后，分析ES1、ES2、ES3底泥中不同形态磷和生物有效磷含量，数据表明，ES1和ES3底泥中铁铝结合态磷含量明显降低，钙结合态磷含量基本保持不变，而ES2底泥中铁铝结合态磷略有降低，钙结合态磷含量明显增加。此外，ES1、ES2和ES3中铁氧化物含量游乐明显变化，分别从初始状态的10.15mg/g变为9.45mg/g、13.26 mg/g和3.23 mg/g。ES1、ES2和ES3中生物有效磷(AAP)含量分别从初始状态的360mg/kg变为340mg/kg、130 mg/kg和420mg/kg。
由内源磷形态的变化以及铁氧化物含量的变化说明了，底泥中掺入内源磷固化材料对内源磷释放抑制作用以及内源磷形态转化作用明显，而覆盖则效果一般。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
第一步：先将净水厂污泥用1-2mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥2.5-4.5h，再碾碎后过100目筛，得到处理后的净水厂污泥；
第二步：在处理后的净水厂污泥中掺入过100目筛后的无水氯化钙粉末，再用搅拌机混合均匀，得到混合材料，其中，处理后的净水厂污泥与无水氯化钙粉末的重量比为（4-6）:1，搅拌机的搅拌速度为100 rpm，搅拌时间为10min；
第三步：将混合材料在550℃下灼烧2.5-4.5h，得到内源磷固化材料；
第四步：将内源磷固化材料平铺在被修复的富营养化水体底泥表层，厚度为1-3cm；
第五步：引入河蚬，投加量为150ind/m2，河蚬大小为2.5-3g/个；
第六步：10天后，在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，厚度为1-2cm，即完成强化固定富营养化水体底泥内源磷的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于：所述第一步中先将净水厂污泥用1mm铁筛网过滤后，在110℃下干燥3.5h。
3.根据权利要求1所述的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于：所述第二步中处理后的净水厂污泥与无水氯化钙粉末的重量比为5:1。
4.根据权利要求1所述的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于：所述第三步中将混合材料在550℃下灼烧2.5h，得到内源磷固化材料。
5.根据权利要求1所述的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于：所述第四步中将固化材料平铺在被修复底泥表层，厚度为2cm。
6.根据权利要求1所述的一种强化固定富营养化水体底泥内源磷的方法，其特征在于：所述第六步中在被修复的富营养化水体底泥表层再次均匀铺设内源磷固化材料，厚度为2cm。
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