CN108002679A - 一种黑臭水体沉积物的原位处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黑臭水体沉积物的原位处理方法,通过调查黑臭水体沉积物的性质,分析确定沉积物中的有机碳、总氮、总磷的分布和含量;根据需要处理的沉积物的不同深度和其中有机碳的含量,注入修复试剂;所述的修复试剂包含含铁试剂和双氧水,根据沉积物中有机碳的含量按1g有机碳投加1~6g双氧水和0.2~12gFe的投加量进行处理。本发明的黑臭水体沉积物的原位处理方法,能快速、高效地去除有机质,同时抑制磷的释放;从黑臭现象产生的根本原因出发,削减黑臭水体沉积物的有机质含量,同时控制沉积物营养盐的释放,从而达到消除黑臭水体的目的。所述的方法成本低廉,修复效果明显,使用范围广泛,无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种沉积物的处理方法,特别是涉及一种黑臭水体沉积物的处理方法,该方法可用于黑臭水体沉积物的原位处理。
背景技术
湖泊河流是全球生态环境的重要组成部分,为人类生存和发展提供水资源的保障。但随着经济的快速发展以及人口的增加,水环境污染已经成为全球重要的环境问题之一,而城市河流的污染则显得尤为明显。目前,我国80%以上的河流受到污染,许多城市河流出现了季节性或常年性的黑臭现象,城市河道黑臭现象越来越常见。
“黑臭”是指水体视觉上呈黑色或泛黑色,嗅觉上会散发出刺激人的嗅觉器官并引起人不愉快或厌恶的气味。水体黑臭是因为大量的污染物进入水体后,在微生物的作用下氧化分解消耗氧气,当水体的自然复氧速率小于补充污染物以及水生生物降解的耗氧速率,致使水体中的DO严重不足,导致黑臭现象的产生。
由于水体以及底泥中含有大量的有机物质,有机物在微生物的作用下发生矿化作用时充当的电子供体的作用,只有存在可利用电子受体的情况下矿化作用才能继续进行。河流底泥环境常见的电子受体有O2、SO4 2-、NO3 -、CO2、锰氧化物、铁氧化物等;且电子受体被利用也是有顺序的,有机物总是先利用释放能量最高的电子受体。当水体或底泥处于缺氧状态,其他的电子受体如SO4 2-、NO3 -、铁氧化物等将代替O2为微生物降解过程提供电子受体,过程中被还原为S2-、Fe2+、和NH4 +-N等。Fe2+和Mn2+会和S2-形成FeS、MnS等难溶性化合物,由于自身的重力作用,部分FeS,MnS沉降到底泥中,还有一部分以黑色固体颗粒的形式悬浮到水体中。在缺氧的环境下,发生厌氧微生物为主导的厌氧发酵降解污染物的方式,有机物中碳、氮、硫成分按照缺氧方式分解成H2S,NH3,CH4等含臭味的气体,因此会造成水体黑臭。因此,黑臭水体中底泥有机质的削减对从根本上消除黑臭现象至关重要。
对黑臭湖泊、河道等水体的处理首先要进行外源污染物的截留,当外源污染得到控制之后,底泥污染将成为影响水体质量的重要因素。污染物随水流进入湖泊河流水体后,与水体中的泥沙发生长期的絮凝、沉淀、溶解、氧化、还原等物理及化学反应而沉积到底泥中。积存于底泥中的污染物很不稳定,在适当的条件如水力冲刷、外界扰动等的情况下又会从底泥中释放出来,再次进入水体,使水体受到二次或者多次污染。因此黑臭水体底泥的处理是黑臭河道治理的关键。
目前常用的底泥黑臭的修复技术分为两大类:异位修复技术和原位修复技术。异位处理技术是将污染底泥挖掘出来运输到其它地方后再进行处理,主要有污染底泥疏浚技术。异位修复技术发展较早,很多时候见效快,但是要实施异位修复首先需将底泥从水体中疏浚出来,容易破坏河底生态系统;疏浚过程中底泥的再悬浮导致水体的二次污染严重;疏浚出的污染底泥如无妥善处理和处置,极易导致污染的扩散。
原位修复技术是将污染底泥留在原处,采取措施消除或阻止底泥污染物进入水体,即切断内污染源的污染途径。原位治理污染底泥的方法主要有物理修复、化学修复和生物修复三大类技术方法。物理修复包括底泥覆盖、曝气等方法。物理修复虽然短期见效快,但是工程量大,财力消耗大快,重要的是不能保持长久。生物修复方法是利用生物体,主要是微生物来降解底泥环境中的污染物进而消除或降低其毒性的方法,具有成本相对较低,对环境干扰小等优点,但由于微生物对有机物的降解需要适宜的环境条件,导致生物修复耗时长,见效慢。化学修复主要通过向底泥注入化学修复剂与污染物发生化学反应,从而使被污染物的易降解或毒性降低,底泥不需再处理。
化学修复技术常用的化学药剂主要包括Ca(NO3)2、CaO2、KMnO4和H2O2等。孙远军(西北建筑科技大学博士论文)等的研究表明,高锰酸钾、过氧化钙和硝酸钙都可以提高底泥的氧化还原电位,改善底泥的还原性环境,4种稳定剂都会降低酸挥发性硫化物的含量,对底泥的黑臭现象具有一定的改善作用,但对水体溶解氧水平的提升并不明显。过氧化钙和硝酸钙能够稳定地抑制底泥中磷的释放,可将孔隙水磷酸盐浓度分别降低至0.003、0.094mg/L。过氧化钙对有机碳的降解效果不明显;硝酸钙通过刺激底泥中异养微生物的活性,利用微生物的降解作用降低底泥中有机污染物的含量,但硝酸钙的投加会造成底泥向上浮水渗透硝酸盐氮。高锰酸钾和过氧化氢通过氧化的作用降低沉积物中有机碳的浓度,相比于高锰酸钾,H2O2去除有机质的效率较低;另外,高锰酸钾和过氧化氢控制底泥释磷的持续性较差,投加高锰酸钾后底泥孔隙水的正磷酸根含量比对照高出0.344mg/L。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑臭水体沉积物的原位处理方法,所述的方法能够克服现有的化学修复方法存在的缺陷,同时高效、快速地消除沉积物中的有机质、抑制磷的释放,消除黑臭现象产生的根本原因。所述方法适应范围广泛、不需调节污泥pH,兼顾沉积物中有机碳消除和稳定磷的作用,且对环境友好,成本较低。
本发明采用的技术方案是:
一种黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述的方法包括以下步骤:
首先,调查黑臭水体沉积物的性质,分析确定沉积物中的有机碳、总氮、总磷的分布和含量;根据需要处理的沉积物的不同深度和其中有机碳的含量,注入修复试剂;所述的修复试剂包含含铁试剂和双氧水,根据沉积物中有机碳的含量按1g有机碳投加1~6g双氧水和0.2~12gFe的投加量进行处理。
优选地,所述的修复试剂中Fe和双氧水的质量比为0.1~1∶1。
所述的含铁试剂为铁盐,包括亚铁盐或铁盐,优选为氯化亚铁、氯化铁、聚合氯化亚铁,聚合氯化铁等。
所述的方法可以对黑臭水体沉积物进行原位快速处理,24h小时后基本处理完成,优选处理时间为24~48小时。
本发明的黑臭水体沉积物的原位处理方法,从黑臭现象产生的根本原因出发,削减黑臭水体沉积物的有机质含量,同时控制沉积物营养盐的释放,特别是对对磷释放有明显的持续处理效果。从化学本质上来说本发明方法基于Fenton氧化法,相对于单纯加入H2O2,同时添加Fe2+,首先Fe2+催化H2O2产生氧化性更强的羟基自由基,这能够大大促进有机质的降解;其次,Fe2+的加入不仅仅是作为催化剂,Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,能够结合底泥中原有的磷酸根,以及有机磷氧化产生的磷酸根,从而抑制磷向水中的释放。
有益效果:本发明的黑臭水体沉积物的原位处理方法,可对黑臭水体沉积物进行原位快速处理,同时高效、快速地消除沉积物中的有机质、抑制磷的释放。与现有黑臭水体处理技术相比,本发明方法中采用的试剂,能快速提高沉积物中的氧化还原电位,快速、高效地去除有机质;同时抑制磷的释放。本发明从黑臭现象产生的根本原因出发,削减黑臭水体沉积物的有机质含量,同时控制沉积物营养盐的释放,从而达到消除黑臭水体的目的。所述的方法具有试剂成本低廉、绿色环保,修复效果明显,使用范围广泛,无二次污染等特点,具有推广使用的价值。
附图说明
图1实施例1处理前后黑臭水体沉积物中(a)AVS、(b)TOC和(c)PO4 3-浓度的对比;
图2实施例1、2处理前后黑臭水体沉积物中(a)AVS、(b)TOC和(c)PO4 3-浓度的对比;
图3实施例3处理前后黑臭水体沉积物中(a)AVS、(b)TOC和(c)PO4 3-浓度的对比;
图4实施例4处理前后黑臭水体沉积物中(a)AVS、(b)TOC和(c)PO4 3-浓度的对比;
图5实施例5处理过程中黑臭水体沉积物中(a)TOC和(b)PO4 3-浓度的变化;
图6实施例1、对比例1处理前后黑臭水体沉积物中(a)AVS、(b)TOC和(c)PO4 3-浓度的对比。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明,但是需要指出的是,本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制,而是由权利要求书来确定。
以下实施例中,底泥AVS、TOC、TN、TP等测定参考海洋监测规范第5部分:沉积物分析GB/T12673.5-2007。底泥中Fe3+/Fe2+测定参考海洋调查规范第8部分:海洋地质地球物理调查GB/T12673.8-2007。底泥NO3 --N,NH4 +-N等,先用水浸法提取,然后参考《水和废水监测分析(第四版)》中水质测量方法。
实施例1
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,检测其中AVS、TOC、TP、PO4 3-和TN等含量(见表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11cm,高60cm)中。
按照以下材料和规格添加修复试剂:加入80g的FeCl2.4H2O和82mL 30%的双氧水;进行2天处理。处理后,TOC从原来的42.01 g/kg干泥减少为32.66g/kg的干泥;AVS从0.055g/kg降至0.0026g/Kg;磷酸根从0.019g/kg减少为0.0012g/kg。
表1 黑臭河道沉积物性质
实施例2
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,其中AVS、TOC、TP、PO4 3-和TN等含量(见表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11cm,高60cm)中。按照以下材料和规格添加修复试剂:加入80g的FeCl2.4H2O,分三次加入30%的H2O2;在第0/2/5天分别加入27.7ml;进行7天处理,结果见表2。
表2
一般据文献报道,Fenton氧化法加入过氧化氢浓度太大时,过氧化氢会和羟基自由基反应,产生抑制作用。因此,为了减少H2O2的瞬时浓度,常采用总量一致,分多次加入的方式加入过氧化氢。实施例2表明,多次添加H2O2同样能够降低污泥中的TOC、PO4 3-和AVS,但和一次添加相比其处理效果并没有优势。
实施例3
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,检测其中TOC、AVS、TP、PO4 3-和TN等含量(同表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11cm,高60cm)中。按照以下材料和规格添加修复试剂:加入40g的FeCl2.4H2O和82mL 30%的双氧水;处理2天后,效果如下:TOC从原来的42.01 g/kg干泥减少为34.66g/kg的干泥;AVS从0.055g/kg降至0.0046g/Kg;磷酸根从0.019g/kg减少为0.011g/kg。
实施例4
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,检测其中TOC、TP、PO4 3-和TN等含量(同表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11cm,高60cm)中。按照以下材料和规格添加修复试剂:加入10g的FeCl2.4H2O和82mL 30%的双氧水;处理2天后,效果如下:TOC从原来的42g/kg干泥减少为37.66g/kg的干泥;AVS从0.055g/kg降至0.0049g/Kg;磷酸根从0.019g/kg减少为0.018g/kg。
实施例5
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,检测其中AVS、TOC、TP、PO4 3-和TN等含量(见表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11em,高60cm)中。按照以下材料和规格添加修复试剂:加入80g的FeCl2.4H2O和82mL 30%的双氧水;监测48小时TOC和PO43-的变化,见图5。处理前,以及处理4h,24h和48h时,TOC分别为42.01,35.26,32.82,32.66g/kg;PO4 3-分别为0.019,0.0016,0.0018,0.0012。可见本发明方法的速度很快;24h小时后反应基本结束。
对比例1
采集苏州东山镇黑臭河道沉积物,首先确定沉积物性质,其中AVS、TOC、TP、PO4 3-和TN等含量(同表1);将2L的黑臭底泥置于反应装置(内径11cm,高60cm)中。按照以下材料和规格添加修复试剂:加入82.31mL 30%的H2O2,进行2天处理。结果及与实施例1的对比见表3。
表3
相对于单纯加入H2O2,同时添加Fe2+,首先Fe2+催化H2O2产生氧化性更强的羟基自由基,这能够大大促进有机质的降解;其次,Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,能够结合底泥中本来的磷酸根,以及有机磷氧化产生的磷酸根,而抑制磷向水中的释放。而在单纯加入H2O2的体系中,间隙水中磷酸根的浓度是增大的。
对比例2
采用化学淋洗法处理河道污染底泥,处理TOC含量为3.91%的河道底泥,淋洗药剂H2O2浓度为750mM,FeSO4浓度为7.5mM,调节底泥和淋洗药剂的pH=3;底泥∶溶剂的固液比为1∶6,淋洗时间为4h。处理2L TOC含量为3.91%的河道底泥,需加入92.7ml 30%的H2O2和12.51g的硫酸亚铁,进行处理后,底泥的TOC的含量降低至1.69%;AVS浓度为25.87mg-S/kg。
化学淋洗法为异位处理方法,淋洗结束后,将固液分离,将得到体积为6倍污染底泥的废水+淋洗达标的底泥。底泥需要进行处置,而废水还需要进行进一步的处理。本发明方法简单易行,只需要将H2O2和含铁试剂注入底泥中,实现黑臭水体沉积物的原位处理。不需要调节底泥pH,也不需要额外的淋洗装置,不需要对处理后产生的底泥和污水进行进一步的处置。
Claims (5)
1.一种黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述的方法包括以下步骤:
首先,调查黑臭水体沉积物的性质,分析确定沉积物中的有机碳、总氮、总磷的分布和含量;根据需要处理的沉积物的不同深度和其中有机碳的含量,注入修复试剂;所述的修复试剂包含含铁试剂和双氧水,根据沉积物中有机碳的含量按1g有机碳投加1~6g双氧水和0.2~12gFe的投加量进行处理。
2.根据权利要求1所述的黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述的修复试剂中Fe和双氧水的质量比为0.1~1∶1。
3.根据权利要求1所述的黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述的含铁试剂为亚铁盐或铁盐。
4.根据权利要求1所述的黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述的含铁试剂为氯化亚铁、氯化铁、聚合氯化亚铁或聚合氯化铁。
5.根据权利要求1所述的黑臭水体沉积物的原位处理方法,其特征在于,所述方法的处理时间为24~48小时。
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