CN108793433B - 一种高浊度水质应急处理技术 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水环境治理领域，涉及一种高浊度水质应急处理技术，特别是一种使用改性粘土矿物材料和微生物协同作用，与水体中悬浮颗粒物以及氮磷等污染物发生吸附、絮凝、分解，快速降低浊度，净化水质，达到提高水体透明度的功效，该应急处理技术治理工艺简单，起效快，效果好，成本低廉，可广泛用于黑臭河道治理初期，引水入河后长时间高浊度的应急处置，也可以用于黑臭河道治理后雨水期，河水混浊、污染物增加时应急处置。

Description

一种高浊度水质应急处理技术
技术领域
本发明属于水环境治理领域，涉及一种高浊度水质应急处理技术，利用改性矿物材料和微生物协同作用，可快速、低成本降低河道水体浊度，净化水质。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化进程加速，我国城市区域内的河流段河水污染问题愈来愈严重，其河水水质污染状况加剧，河流环境恶化，河流生态平衡已逐渐失去，形成了大面积的黑臭水体，对环境也造成严重的不良影响。同时，城市污染河流的水污染加剧状况直接影响着河流周围的城市环境、城市社会经济的发展。因此，城市河流治理，尤其是城市河流内水污染治理刻不容缓。随着“水十条”的公布，国家政策的重视以及公民环保意识的提高，对黑臭水体的治理已上升到国家层面。
国内外研究表明，目前对黑臭水体治理的物理方法主要有人工曝气、底泥疏浚、物理化学法或生物法处理，其中在人工曝气技术的研究中采用了微气泡或低强度曝气法；底泥疏浚的技术主要是将河道底泥挖出进行固定化处理；物理化学法主要采用化学强化混凝、Fenton试剂氧化等；生物法主要包括生物膜法、微生物强化技术和曝气生物滤池。
当前，虽然针对黑臭河道治理的技术方案很多，有些也比较成熟，但是对于河道治理以后出现的河水混浊的问题，相关新材料和新技术研究的比较少，尤其是针对河道治理以后，引水入河初期，会出现长期一段时间河水混浊，河底光照不充分，不利于水体生物生长和生态系统的构建；其次是雨水期，雨水携带河（湖）岸泥沙入河导致河水混浊，依靠自然沉降，周期较长，容易造成水体生态系统的破坏。目前大多简单投加絮凝剂，降低浊度，这样一是作用效果单一，只针对悬浮颗粒物；二是投加量大，成本高且对环境的负荷大；三是沉降速度慢，需要较长的一个过程；四是不能为微生物提供载体。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高浊度水质应急处理技术，特别是一种使用改性粘土矿物材料和微生物协同作用，与水体中悬浮颗粒物以及氮磷等污染物发生吸附、絮凝、分解，快速降低浊度，净化水质，达到提高水体透明度的功效。该技术可广泛用于黑臭河道治理初期，引水入河后长时间高浊度的应急处置，也可以用于黑臭河道治理后雨水期，河水混浊、污染物增加时应急处置。该应急处理技术治理工艺简单，起效快，效果好，成本低廉。
具体的，本发明提供了一种高浊度水质应急处理方法，采用如下步骤：
步骤一：向水体中投加改性矿物材料，曝气搅拌；
步骤二：向水体中投加微生物菌，曝气搅拌；
步骤三：自然沉降，水质变澄清。
优选的，步骤一改性矿物材料由粘土矿粉先后经热活化、酸处理、絮凝剂改性后再与吸附材料复合而成。
更优选的，所述改性矿物材料的制备工艺包括如下步骤：
步骤a：粘土矿粉加热处理得到热活化粘土矿粉；
步骤b：上述热活化粘土矿粉浸渍在酸溶液中处理，过滤、水洗至中性，再干燥得到氢离子改性粘土矿粉；
步骤c：搅拌下，向氢离子改性粘土矿粉中喷洒絮凝剂水溶液，混合均匀，再干燥得到混合材；
步骤d：混合材与吸附材复合得到改性矿物材料。
优选的，步骤一改性矿物材料添加量为水量质量百分比的0.5‰-1‰，以粉末方式或者加水制成泥浆方式喷洒添加改性矿物材料。
优选的，步骤二中微生物菌是光合菌、硝化菌、乳酸菌中的一种或多种。
更优选的，步骤二中微生物菌添加量为水量质量百分比的0.1‰-0.5‰，以干粉方式或者加水制成溶液方式喷洒添加。
优选的，步骤三中自然沉降，直至水质变澄清，更优选的，自然沉降时间为1-6小时。
更进一步的，步骤a：
所述粘土矿粉选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、高岭土和蒙脱土中的一种或多种。
粒径在100-200目。
粘土矿粉热活化在惰性气体保护下进行，温度为200-300℃，处理时间为2-6小时。
更进一步的，步骤b：
所述酸选自硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或多种。
酸溶液浓度为0.1-1M。
粘土矿粉100重量份，酸为1-10重量份。
浸渍温度为10-40℃，浸渍时间为1-4小时，干燥温度为100-300℃。
更进一步的，步骤c：
所述絮凝剂选自聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酸钠中的一种或多种。
絮凝剂质量百分比浓度为10-50%。
氢离子改性粘土矿粉100重量份，絮凝剂5-20重量份。
步骤三干燥温度为100-300℃。
更进一步的，步骤d：
所述吸附材选自沸石粉、白云石、海泡石、活性碳中的一种或多种。
混合材100重量份，吸附材10-50重量份。
本发明还涉及上述所述的高浊度水质应急处理方法在黑臭河道治理初期，引水入河后长时间高浊度的应急处置；黑臭河道治理后雨水期，河水混浊或污染物增加时应急处置的应用。
具体的，本发明高浊度水质应急处理技术原理图如图1所示，该技术首先向污染水体中喷撒改性粘土矿物材料，通过曝气等搅拌方式，使材料与水体混合均匀，通过改性粘土矿物吸附、絮凝悬浮颗粒物以及氮磷等污染物，形成较大的多孔絮凝体；再向水体喷洒含微生物菌剂溶液，通过曝气等方式搅动，使菌剂与水体混合均匀，微生物被吸附到多孔絮凝体表面，加快悬浮颗粒物的沉降，同时微生物可以代谢固定在多孔絮凝体上的氮磷等污染物，起到长期净化水质的功效。
本发明的有益效果：
1、本发明技术将改性矿物材料与微生物有机结合，快速降低水质浊度，去除污染物，净化水质；
2、改性矿物材料多孔结果，比表面积大，有较强的吸附和絮凝功效，可快速吸附水体中悬浮颗粒物、氮磷、有机质和重金属等污染物；
3、微生物可吸附在改性矿物絮凝体表面，加快沉降，通过自身代谢，分解污染物，净化水质；
4、本发明技术施工工艺简单，无需大规模施工设备，施工成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明高浊度水质应急处理技术原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
改性矿物材料A：粒径 150-200目，自制：制备工艺：首先称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹凸棒土；其次称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理2小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；然后称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20%的PAC水溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；最后将混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明改性矿物材料A；
改性矿物材料B：粒径150-200目，自制，制备工艺：首先称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热300℃，保温热处理2小时，得到热活化凹凸棒土；其次称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；然后称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为10%的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；最后将混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明改性矿物材料B；
改性矿物材料C：粒径150-200目，自制，制备工艺：首先称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热300℃，保温热处理2小时，得到热活化凹凸棒土；其次称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；然后称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为10%的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；最后混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明降浊材C。
微生物菌：硝化菌、乳酸菌
实施例1
高浊度污水取自南京某河道治理后雨水期河水，河水水质参数如下表1。
表1原水水质参数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料A 0.05g，曝气搅拌1min，再加入硝化菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
实施例2
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料A 0.1g，曝气搅拌1min，再加入乳酸菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
实施例3
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料B 0.05g，曝气搅拌1min，再加入硝化菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
实施例4
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料B 0.1g，曝气搅拌1min，再加入乳酸菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
实施例5
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料C 0.05g，曝气搅拌1min，再加入硝化菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
实施例6
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料C 0.1g，曝气搅拌1min，再加入乳酸菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4中。
比较例1
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入改性矿物材料C 0.1g，曝气搅拌1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4种。
比较例2
取河水1L于2000ml烧杯中，搅拌下加入乳酸菌溶液2克（20%含量），继续曝气1min，自然沉降，记录完全沉降时间，记录在表2中；再分别于1天和30天后取上清液测试水质中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表3和表4种。
表2完全沉降时间
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 比较例1 比较例2
时间（min） 15 10 13 8 7 5 25 --
表3处理1天后水质参数
浊度（NTU） 总氮（mg/L） 总磷（mg/L） 铜（mg/L） 镉（mg/L） COD（mg/L）
实施例1 0.00 0.75 0.02 0.10 0.000 18
实施例2 0.00 0.60 0.00 0.05 0.000 20
实施例3 0.00 0.70 0.02 0.10 0.000 18
实施例4 0.00 0.50 0.00 0.05 0.000 15
实施例5 0.00 0.60 0.00 0.02 0.000 20
实施例6 0.00 0.40 0.00 0.05 0.000 16
比较例1 0.50 0.85 0.03 0.3 0.004 22
比较例2 12.5 4.35 0.28 1.8 0.008 32
表4 处理30天后水质参数
浊度（NTU） 总氮（mg/L） 总磷（mg/L） 铜（mg/L） 镉（mg/L） COD（mg/L）
实施例1 0.00 0.65 0.00 0.1 0.000 15
实施例2 0.00 0.55 0.00 0.05 0.000 18
实施例3 0.00 0.60 0.00 0.10 0.000 15
实施例4 0.00 0.40 0.00 0.05 0.000 12
实施例5 0.00 0.50 0.00 0.02 0.000 18
实施例6 0.00 0.30 0.00 0.05 0.000 15
比较例1 0.20 1.00 0.04 0.5 0.005 22
比较例2 2.5 2.1 0.20 1.0 0.005 25
从试验结果看：本发明制备的一种高浊度水质应急处理技术通过使用改性粘土矿物材料和微生物协同作用，与水体中悬浮颗粒物以及氮磷等污染物发生吸附、絮凝、分解，快速降低浊度，净化水质，达到提高水体透明度的功效，而且随着放置时间延长，COD、总氮、总磷、铜和镉浓度持续降低。而非本发明的比较例不论是浊度降低效果，还是其他污染物去除效果均不如本发明专利保护技术的要求，而且无微生物菌剂处理的水质随着放置时间延长，总氮、总磷、铜和镉浓度有反弹趋势。

Claims (3)

1.一种高浊度水质应急处理方法，采用如下步骤：
步骤一：向水体中投加改性矿物材料，曝气搅拌；
步骤二：向水体中投加微生物菌，曝气搅拌；
步骤三：自然沉降，水质变澄清；
步骤一改性矿物材料添加量为水量质量百分比的0.5‰-1‰，以粉末方式或者加水制成泥浆方式喷洒添加改性矿物材料；
步骤二中微生物菌是光合菌、硝化菌、乳酸菌中的一种或多种；
步骤二中微生物菌添加量为水量质量百分比的0.1‰-0.5‰，以干粉方式或者加水制成溶液方式喷洒添加；
其特征在于步骤一改性矿物材料由粘土矿粉先后经热活化、酸处理、絮凝剂改性后再与吸附材复合而成；步骤一所述改性矿物材料的制备工艺包括如下步骤：
步骤a：粘土矿粉加热处理得到热活化粘土矿粉；
步骤b：上述热活化粘土矿粉浸渍在酸溶液中处理，过滤、水洗至中性，再干燥得到氢离子改性粘土矿粉；
步骤c：搅拌下，向氢离子改性粘土矿粉中喷洒絮凝剂水溶液，混合均匀，再干燥得到混合材；
步骤d：混合材与吸附材复合得到改性矿物材料；
步骤a所述粘土矿粉选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、高岭土中的一种或多种，粒径在100-200目；粘土矿粉热活化在惰性气体保护下进行，温度为200-300℃，处理时间为2-6小时；
步骤b所述酸选自硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或多种；酸溶液浓度为0.1-1M，粘土矿粉100重量份，酸为1-10重量份，浸渍温度为10-40℃，浸渍时间为1-4小时，干燥温度为100-300℃；
步骤c所述絮凝剂选自聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酸钠中的一种或多种，絮凝剂质量百分比浓度为10-50%，氢离子改性粘土矿粉100重量份，絮凝剂5-20重量份，干燥温度为100-300℃；
步骤d所述吸附材选自沸石粉、白云石、海泡石、活性碳中的一种或多种，混合材100重量份，吸附材10-50重量份。
2.如权利要求1所述的高浊度水质应急处理方法在黑臭河道治理初期，引水入河后长时间高浊度的应急处置中的应用。
3.如权利要求1所述的高浊度水质应急处理方法在黑臭河道治理后雨水期，河水混浊或污染物增加时应急处置中的应用。
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