CN108083380A - 一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，方法如下：将炉灰渣粉碎，过筛；将自来水、炉灰渣与氧化钙混匀，常温条件下搅拌2‑3小时，得混合料；将混合料在70‑80℃的条件下干燥，自然冷却至室温；将烘干的混合料于450℃高温煅烧2h，冷却至室温，得改性炉灰渣；将改性炉灰渣装入土工布袋中，用一根绳子将袋子与一个浮球连接，将装有改性炉灰渣的袋子和浮球一同投入湖中，进行吸附。通过本发明，既能有效的降低湖泊中的氮磷含量，又能够利用固体废弃物炉灰渣吸附氮磷，成为粘性土壤改良剂回收施用到农田，从而达到废炉灰渣及氮磷的再次回收综合利用，不会形成二次污染的目的。

Description

一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的净化方法

技术领域

本发明涉及富营养化水体的一种净化方法，特别涉及一种适合城市景观水—浅水湖泊的水质净化方法。通过使用本发明技术，既能有效的降低湖泊中的氮磷含量，又能够利用固体废弃物炉灰渣吸附氮磷，吸附后的材料成为粘性土壤改良剂回收施用到农田，从而达到废炉灰渣及氮磷的再次回收综合利用，不会形成二次污染的目的，为城市景观富营养化水体治理提供一种新的环保型治污技术。

背景技术

城市景观水湖泊具有水域较为封闭、水深较浅、水流滞缓、水系不能循环、水体更新周期长、生态系统简单和自净能力差等特点，因此受人类活动影响较大，加之补给水源水质较差，致使多数城市景观水氮磷超标、污染严重。

沈阳市内所有的湖泊，如北陵公园、南湖公园等地的湖泊(景观水)富营养化严重，由于氮、磷超标，现状多为劣五类。可见水体污染防治任务相当艰巨。

就传统的治理富营养化水体的技术而言，可大致分为物理治理、化学治理以及生物治理。

物理治理措施主要有底泥疏浚、水体深层曝气、注水稀释以及在底泥表面敷设塑料等。对于已经发生了富营养化的湖泊，底泥释放磷是重要的内源性污染源，目前最直接和有效的方法是底泥疏浚，我国的滇池就采用这一方法，但成本很高。深层曝气，要定期或不定期地采取人工湖底深层曝气来补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷的释放，并改善水质。此外，在有条件的地方，用含氮、磷浓度低的水注入湖泊，可起到稀释营养物质浓度的作用，提高水体透明度有一定作用，但营养物绝对量并未减少，不能从根本上解决问题。在底泥表面敷设塑料需要将湖水先抽出干净，在底泥表面铺上塑料，可以有效抑制底泥中的氮磷释放。但这些措施对于湖泊来讲，具有工程量较大、技术难度大、周围环境影响较大、费用较高、动力消耗大且持久性差等诸多缺点。

化学治理措施主要是通过投加化学药剂直接沉淀氮和磷来达到治理水体富营养化的目的。投加化学药剂能够将水体中的氮和磷两种元素沉淀，但是主要问题是这种方法会使得化学药剂最终沉入湖底被底泥包裹而失效，从而对湖泊造成二次污染，而且容易污染地下水。国家相关的法律法规明确规定不允许采用这类方法治理城市景观水。

生物-生态性措施是利用水生生物的生命活动，对水中氮磷营养物及其他污染物进行迁移、转化、降解和代谢，从而使水体得到净化的方法。主要通过放养控藻型生物、构建人工湿地、恢复高等水生陆生植物等重建水生生态环境，使水体恢复其应有的功能。但是，放养控菌型生物需要周期长、对水深度、温度、pH及越冬都需要严格的条件，而且最为关键的是微生物死亡后最终沉入底泥中，还会从底泥中解析到水体中；水生生物在吸收氮磷后生长非常迅速，大大提高了打捞水生植物向外运输的费用，耗费了巨大的人力和财力，而且打捞来的植物后续处理也是一项难题。

炉灰渣来源于以煤炭为燃料的火力发电厂和集中供热锅炉，在我国，还有一些在农村非集中供暖所产生。炉灰渣可用作建筑材料，但目前的现状是供应量远远大于需求量，致使被直接抛弃，不仅占用土地面积，浪费土地资源，增添了综合处理的费用，而且随其扩散、累积，会污染空气，造成巨大的浪费和对环境的污染。炉灰渣表面粗糙，形状不规则，有松散多孔的结构，炉灰渣空隙表面有很强的吸附能力，并以物理吸附为主。基于固体废物“资源化”的大力倡导，本发明充分利用炉灰渣优良的吸附特性，将其运用于治理水体富营养化颗粒物质的制作过程，而且可以在饱和吸附湖水中的氮磷之后从湖水中取出作为粘性土壤的改良剂。本技术取得了创新性的成果，既减轻了炉灰渣对环境的压力，又治理了水体富营养化，可谓是一举两得，很好的做到了固体废物的“资源化”利用。

发明内容

本发明提供一种利用固体废物炉灰渣经过加工处理并通过一定的技术措施吸附湖泊水体中的氮磷，从而达到治理水体富营养化的方法。

本发明采用的技术方案如下：一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，方法如下：

1、材料的制备

1.1)炉灰渣的处理：将炉灰渣粉碎，过筛；

1.2)材料的混合：将自来水、粉碎过筛的炉灰渣与氧化钙混匀，常温条件下搅拌2-3小时，得混合料；

1.3)烘干：将混合料在70-80℃的条件下干燥，自然冷却至室温；

1.4)改性：将烘干的混合料于450℃高温煅烧2h，冷却至室温，得改性炉灰渣；

2、净化方法

2.1)土工布袋的准备：将土工布缝制成长方形袋状，并将长方形袋等距离缝制成若干小袋；

2.2)装料：将改性炉灰渣装入土工布袋中；

2.3)安装浮标：用一根绳子将土工布袋与一个浮球连接；

2.4)投放：将装有改性炉灰渣的土工布袋和浮球一同投入湖中，进行吸附。

上述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，步骤1.1)，将炉灰渣粉碎，过筛，得粒径为0.074-0.500mm的炉灰渣。

上述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，步骤1.2)，按质量比，自来水∶炉灰渣∶氧化钙＝60∶12∶1。

上述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，步骤2.4)，将装有改性炉灰渣的土工布袋投入湖水中，投入深度为：当湖水深度≤1.5米时，袋子在水中的位置为距离水面1/3的位置；当湖水深度＞1.5时袋子要处于水深约1/2的位置。

上述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，步骤2.4)，改性炉灰渣的投加量计算公式为：

⑴氮净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(N₁-N₂)/600

N₁为水体净化前氮含量(mg/L)；N₂达标氮含量(mg/L)

⑵磷净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(P₁-P₂)/50

P₁为水体净化前磷含量(mg/L)；P₂达标磷含量(mg/L)。

本发明的有益效果是：

1、本发明，将湖水中超标的氮磷吸附出来后回收作为改良剂施用到粘土中，既增加了肥料又能改良土壤质地，不会形成二次污染，是环保型治污模式。

2、本发明，同传统的清淤、换水等治理模式比，治理过程简单、工程量小、费用低廉。

3、本发明，采用固体废物炉灰渣对湖水氮磷吸附，达到了以废治废的目的，很好的做到了固体废物的“资源化”利用。

4、本发明，净化速度快，将改性炉灰渣放到水中，只需要5-6天便达到净化效果。

5、本发明，氮磷在湖水与底泥中相互迁移转化，在湖水富营养化治理方面，底泥内源释放是治理的难点，采用本发明技术降低了湖水中的氮磷含量，促使底泥中的氮磷向湖水中释放，通过多次对湖水氮磷吸附，能够大幅度降低底泥中的氮磷含量。

6、国家大力提倡生物-生态性措施治理富营养化水体，与传统的采用微生物、水生动物治理富营养化水体相比，本发明技术的优点是通过炉灰渣吸附作用带走水中氮磷，能够使水中的营养物质的绝对量减少，达到从根本上解决水体氮磷超标问题。

具体实施方式

一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，方法如下：

1、材料的制备

1.1炉灰渣的处理

将炉灰渣粉碎，然后进行过筛，保留粒径在0.074-0.500mm范围内的炉灰渣备用。将过筛后粒径大于0.5mm的炉灰渣重新进行粉碎。过筛的目的是因为炉灰渣吸附能力与空隙总比表面积呈正相关。粒径变小时，空隙表面积不变，但暴露于颗粒之外的外表面积增大，从而使总吸附面积增大，同时也使得吸附位增多，从而使得吸附量增大。实践结果表明：粒径在0.074-0.500mm范围内时，随着粒径的变小吸附量增大，但粒径小于0.074mm时，炉灰渣的空隙表面积部分被破坏，总比表面积反而变小，相应的吸附量也减少。考虑到工程实践中粒径越小，粉碎成本越高，因此确定粒径范围为0.074-0.500mm。

1.2材料的混合

将自来水、过筛后的炉灰渣与工业氧化钙按质量比60：12∶1的比例混匀，具体步骤是先将一份氧化钙加入到60份的水中，搅拌待完全混匀后加入12份炉灰渣，常温条件下搅拌 2小时。搅拌的目的是为了使氧化钙与炉灰渣混匀。

1.3烘干

将炉灰渣、氧化钙及水的混合物在70-80℃的条件下持续一段时间直至混合物干燥，然后自然冷却至室温。

1.4改性

将上述烘干的混合物于450℃高温煅烧2h，冷却至室温后备用。氧化钙与炉灰渣混合煅烧即是对炉灰渣进行改性，不但可以有效地去除物质中的水分和有机物，而且由于炉灰渣含有大量不规则的孔，这些孔可分为开放性空穴和封闭性空穴，通过改性尽可能使所有的孔均改造成开放性空穴，同时增大物质的比表面积和孔径，从而提高了水中磷酸根及氨氮的吸附能力。另外含有钙离子的材料能够和水中的多种含磷化合物反应，三个钙离子能够固定两个磷酸根离子形成Ca₃(PO₄)₂，从而形成难溶的固体物质而被吸附。

2、净化方法

2.1土工布袋的准备

将质量为200g/m²、厚度约3mm的土工布缝制成长方形袋状，每个土工布袋规格0.6× 0.5m，将土工布袋长边(0.6m)等距离分成三份，沿着与短边(0.5m)平行方向在两条等分线上分别进行缝线，这样就将每个土工布袋分隔成三个等容积的小袋。缝制布袋的针码不得小于20针/10cm，而且土工布袋每条外边的缝线要有两条以上。土工布是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，特点是强度高、透水性好及透气性好，能够使水自由透过而又阻止水中颗粒物的通过，同时又能够阻止改性炉灰渣的渗出。针码大小及缝线条数是为了防止改性炉灰渣从缝隙中露出。

2.2装料

将改性炉灰渣装入土工布袋中，每个土工布袋装入量为1kg，即每个小袋中装入量约为 1/3kg，然后缝住袋口。如果不将土工布袋分隔成小袋，炉灰渣装入土工布袋放到水中就会聚集到袋子的一端，将土工布袋分隔成三个等容积的小袋盛装改性炉灰渣的目的是为了使其在袋子中分布更加均匀，增大炉灰渣与布袋接触的外表面积，这样有利于入水后炉灰渣与湖水有较大的接触面积，从而能够提高对氮磷的吸收速度，缩短土工布袋置于水中的时间。

2.3安装浮标

用一根绳子将土工布袋与一个直径25-30cm的浮球连接，绳子与土工布袋的连接点为袋子一条长边的中点。使用浮球的目的是当土工布袋投到湖水中，浮球的浮力能够拽住袋子浮于水中，防止沉到水底。利用绳子的长度控制土工布袋浮于水中的位置。

2.4投放深度

将装有改性炉灰渣的土工布袋投入湖水中。城市景观湖泊为浅水湖，平均水深在1.5m。土工布袋浮于水中的深度要求：当湖水深度≤1.5米时，土工布袋在水中的位置为距离水面1/3的位置；当湖水深度＞1.5时，土工布袋要处于水深约1/2的位置。

2.5投放量

投放土工布袋的数量要根据水体氮磷含量现状及欲达到的氮磷含量标准确定。根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》GB3838-2002，Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类地表水总氮标准限值分别为1、1.5、2mg/L，Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类地表水(湖库)总磷标准限值分别为0.05；0.1；0.2mg/L。每公斤改性炉灰渣氮的吸附量为600-700mg，同时对磷的吸附量为50-60mg。将氮含量由Ⅴ类水提标到Ⅳ类水，每公斤改性炉灰渣可以净化1200kg-1400kg水；将磷含量由Ⅴ类水提标到Ⅳ类水，每公斤改性炉灰渣可以净化500kg-600kg水。投加量计算公式如下：

⑴对氮净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(N₁-N₂)/600

N₁为水体净化前氮含量(mg/L)；N₂达标氮含量(mg/L)

⑵对磷净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(P₁-P₂)/50

P₁为水体净化前磷含量(mg/L)；P₂达标磷含量(mg/L)

改性炉灰渣在水中同时吸附氮磷，由于单位质量的改性材料对氮磷的吸附量不同，加之不同湖泊氮磷含量不同，因此根据上述两个公式计算出的投放量也不同，选择投放量大的进行投放。

2.6净化时间

装有改性炉灰渣的袋子在湖水中吸附时间5-6天，此时吸附量达到饱和状态即可取出。

沈阳北陵公园的人工湖补给水源为北运河，北运河是沈阳的两大运河之一，贯穿沈阳西北部，全长27.7公里，由于历史原因一些沿线的部分居民小区没有铺设污水管网，居民生活污水被直接排放到北运河，导致河水污染，污染的北运河水补充北陵公园的湖泊中，造成湖水富营养化、氮磷含量超标。

2017年6月14日至6月20日，将上述方法应用在沈阳北陵公园的一个7000多平方米的人工湖上进行了富营养化水体治理，治理前湖水氮含量为3.8mg/L，磷含量为0.22 mg/L，根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》GB3838-2002规定，Ⅳ类、Ⅴ类地表水总氮标准限值分别为1.5、2mg/L，Ⅳ类、Ⅴ类地表水(湖库)总磷标准限值分别为0.1、 0.2mg/L，可见治理前该湖水质没有达到Ⅴ类水标准，均为劣Ⅴ类。通过一轮治理后，湖水总氮含量为1.8mg/L，总磷含量为0.08mg/L。治理后氮含量达到国家Ⅴ类水质标准，磷含量达到国家Ⅳ类水质标准。

Claims (5)

1.一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，方法如下：

(一)材料的制备

1.1)炉灰渣的处理：将炉灰渣粉碎，过筛；

1.2)材料的混合：将自来水、粉碎过筛的炉灰渣与氧化钙混匀，常温条件下搅拌2-3小时，得混合料；

1.3)烘干：将混合料在70-80℃的条件下干燥，自然冷却至室温；

1.4)改性：将烘干的混合料于450℃高温煅烧2h，冷却至室温，得改性炉灰渣；

(二)净化方法

2.1)土工布袋的准备：将土工布缝制成长方形袋状，并将长方形袋等距离缝制成若干小袋；

2.2)装料：将改性炉灰渣装入土工布袋中；

2.3)安装浮标：用一根绳子将土工布袋与一个浮球连接；

2.4)投放：将装有改性炉灰渣的土工布袋和浮球一同投入湖中，进行吸附。

2.根据权利要求1所述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，步骤1.1)，将炉灰渣粉碎，过筛，得粒径为0.074-0.500mm的炉灰渣。

3.根据权利要求1所述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，步骤1.2)，按质量比，自来水∶炉灰渣∶氧化钙＝60∶12∶1。

4.根据权利要求1所述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，步骤2.4)，将装有改性炉灰渣的土工布袋投入湖水中，投入深度为：当湖水深度≤1.5米时，袋子在水中的位置为距离水面1/3的位置；当湖水深度＞1.5时袋子要处于水深约1/2的位置。

5.根据权利要求1所述的一种针对城市景观水湖泊富营养化水体的治理方法，其特征在于，步骤2.4)，改性炉灰渣的投加量计算公式为：

⑴氮净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(N₁-N₂)/600

N₁为水体净化前氮含量(mg/L)；N₂达标氮含量(mg/L)

⑵磷净化投放量的计算公式：

改性炉灰渣的投放量(kg)＝湖水质量(kg)×(P₁-P₂)/50

P₁为水体净化前磷含量(mg/L)；P₂达标磷含量(mg/L)。