CN110228831A - 一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂，由下述重量份的原料配制而成：斜发沸石50‑60份、高岭石25‑30份、高CEC黏土矿物5‑10份、麦饭石5‑10份、硫酸铝20‑30份、硫酸钙10‑20份、几丁质1‑10份、柠檬酸10‑15份、膨润土20‑25份、硅藻土15‑20份、水泥5‑10份。以天然矿物质为主要成分，无需大规模施工设备，只需进行简单喷洒并搅拌促使水体修复剂与水体充分混合即可，便可以消解水体污染；本修复剂净化速度快和净化效果好，在净化污水的过程中，其生成物稳定，有毒有害物质不再返溶至水体当中；适用于水库、河流、天然湖泊、地下水中的水华、赤潮以及被污染物污染的水源。

Description

一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂

技术领域

本发明涉及一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂，属于污水治理技术领域。

背景技术

在人们生活水平不断提高、经济快速发展的今天，环境污染问题逐渐成为困扰人们身心健康的主要问题，而水体污染恰恰是最为重要的一个方面，因此《水十条》应运而生，对水环境质量提出了几条具体目标：到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，京津冀、长三角、珠三角等区域水生态环境状况有所好转。到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内。

目前，全国地表水水质状况令人担忧，造成水体污染的成因主要是两方面：

1.自然污染：是由于自然规律的变化和土壤中矿物质对水源的污染；

2.人为污染：是由于人类的生活、生产活动所造成的污染，一般所说的水污染是指人为污染。它包括工业废水污染、农业污染、生活污水污染以及城市生活垃圾带来的水污染。

①工业废水污染

工业废水包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水是水体主要污染源，它面广、量大、含污染物质多、组成复杂，有的毒性大，处理困难。如电力、矿山等部门的废水主要含无机污染物,而造纸、纺织、印染和食品等工业部门,在生产过程中常排出大量废水有机物含量很高，BOD₅常超过2000毫克/升，有的达30000毫克/升。即使同一生产工序,生产过程中水质也会有很大变化，如氧气顶吹转炉炼钢，同一炉钢的不同冶炼阶段，废水的pH值可在4～13之间,悬浮物可在250～25000毫克/升之间变化。而且这些废水中的有机质，在降解时消耗大量溶解氧，易引起水质发黑变臭等现象。随着采矿和工业活动的增加，重金属的生产和使用也有了很大的增加，导致了湖泊与河流产生严重重金属污染。因处理成本高、投资大，其中工业废水不加处理直接排放，或未达标排放，严重污染了水资源。

②农业污染

农业污染源是指由于农业生产而产生的水污染源。包括农药、化肥的施用、土壤流失和农业废弃物等。例如，化肥和农药的不合理使用，造成土壤污染，破坏土壤结构和土壤生态系统，进而破环自然界的生态平衡；降水形成的径流和渗流将土壤中的氮、磷、农药以及牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物带入水体，使水质恶化，造成水体富养化等。随着化肥施用量的快速增长，导致土壤板结、耕作质量差，肥料利用率低，土壤和肥料养分易流失，污染了地表水和地下水。农药对水体所造成的污染非常严重。我国农药总产量目前已超过40万吨，生产品种从1986年的5个已发展到200多个，每年农药使用量在23万吨左右，平均使用农药2.33kg/hm²,根据分析，一般只有10％～20％的农药附着在农作物上，而80％～90％则流失在土壤、水体、空气中，在灌溉水与降水等淋溶作用下污染水体。化肥对水体所造成的污染也很严重。据统计，我国年使用化肥4537万t，使用农药50～60万t。在农业生产过程中，使用农药与化肥的土地面积每年超过2.8亿hm²，由于地表径流将大量的污染物带入水体，这是农业污染水体的主要来源。并且由牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物排入水体，他们都可使水体的水质恶化，造成河流、水库、湖泊等水体污染。

③生活污水污染

生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等。城市每人每日排出的生活污水量为150—400L，其量与生活水平有密切关系。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。这些生活污水的总特点是有机物含量高，易造成腐败。此外，因在厌氧细菌条件下，易产生恶臭物质，如硫化氢、硫醇等。并且，这些生活污水中含合成洗涤剂量大时，对人体的伤害会非常大。家庭污水一般很浑浊，生化需氧量一般为3O0-700mg/L。生活用水量大、成分复杂，未经处理直接进入水体，严重造成了对水环境的污染。

④城市生活垃圾带来的水污染

城市生活垃圾主要是厨房垃圾、废塑料、废纸张、碎玻璃、金属制品等等。我国人口众多，居民的生活垃圾数量也很大。五亿多城镇人口按每天产生1kg计；十亿多农村人口按每天产生0.5kg计，每天共产生100万吨生活垃圾。由于人口不断增，生活垃圾正以每年10％的速度增加。生活垃圾利用率低，在堆置或填埋工程中，产生大量酸性、碱性，有毒物资工业、生活排放出来的含汞、铅、镉等废水，渗透到地表水或地下水造成水体黑臭，地下水浅层不能使用、水质恶化，全国60％的河流存在的氨氮、挥发酚、高锰酸盐污染，氟化物严重超标，水体丧失自净功能，影响水生物繁殖和水资源利用，导致生态环境恶化，威胁饮水和农产品安全。

针对上述污染因素，人们通常采用以下几种方式治理黑臭水体：

采用大型机械设备对黑臭水体进行底泥疏浚、原位覆盖和原位钝化。环保疏浚技术即将受污染的底泥从水体底部清理出来，是一种应用较为广泛、技术较成熟的技术，但治标不治本，且其工程量较大、疏浚过程中二次污染和疏浚底泥的合理化利用等问题都亟待解决。另外两种原位覆盖和钝化技术在国内基本处于研究阶段，仅有少量的工程实践。

采用微生物菌剂进行黑臭水体的治理，但受环境因素影响较大，治理周期长，效果不明显，而且易引起菌种入侵，给当地生态体系造成一定的风险。

采用构建人工湿地的方式进行黑臭水体的治理，但占地面积大，投资高，大部分的水体并不适用。

采用投加化学絮凝剂的方式进行黑臭水体的治理，但污染物并不能有效降解和转化，重金属不能螯合固化，造成治理效果一直反复，并不能取得良好的效果。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂由下述重量份的原料配制而成：斜发沸石50-60份、高岭石25-30份、高CEC黏土矿物5-10份、麦饭石5-10份、硫酸铝20-30份、硫酸钙10-20份、几丁质1-10份、柠檬酸10-15份、膨润土20-25份、硅藻土15-20份、水泥5-10份。

进一步优选，所述的高CEC黏土矿物为蒙脱石、伊利石、海泡石中的任意两种或三种的混合物。

进一步优选，所述的含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂由下述重量份的原料配制而成：斜发沸石50份、高岭石28份、高CEC黏土矿物8份、麦饭石8份、硫酸铝25份、硫酸钙10份、几丁质6份、柠檬酸12份、膨润土23份、硅藻土18份、水泥8份。

一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂的制备方法为：

步骤1：按组份准备原料：斜发沸石、高岭石、高CEC黏土矿物、麦饭石、硫酸铝、硫酸钙、几丁质、柠檬酸、膨润土、硅藻土、水泥；

步骤2：分别将步骤1中得到的原料斜发沸石、高岭石、高CEC黏土矿物、麦饭石进行粉碎，粉碎后300-400目过筛，得到相应的粉末，备用；

步骤3：取斜发沸石粉末50-60份、高岭石粉末25-30份、高CEC黏土矿物粉末5-10份、麦饭石粉末5-10份进行混合，并将混合的粉末在150℃条件下加热和二次粉碎，持续20-30min，待冷却后备用；

步骤4：将步骤3中搅拌均匀并冷却后的材料与硫酸铝20-30份、硫酸钙10-20份、几丁质1-10份、柠檬酸10-15份、膨润土20-25份、硅藻土15-20份、水泥5-10份，放入搅拌机中，搅拌均匀；

步骤5：将步骤4中制得的材料继续粉碎，粉碎后300-400目过筛，即可制得水体修复剂。

本含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂中斜发沸石是国内储量丰富的天然沸石。沸石结晶气孔发达，具有离子交换容量在200meq/100g以上的特性。这些斜发沸石在(Si,Al)O₄四面体中，Si⁴⁺部分以Al³⁺替换，使得负电荷(-)和正(+)电荷之间失去平衡，导致其在结构上变为负(-)状态。这样用正离子代替负电的转换状态，表面用正(+)的状态来交换。表面的“正离子”可以很容易地跟其他离子交换。

高CEC粘土矿物是粘土矿物中具有高温回收能力(CEC)的矿物，在蛭石(vermiculite),蒙脱石(montmorillonite)和伊利石(illite)中选择1中以上最为宜。这些粘土矿物也具有净菌作用，可防止藻类在沉淀的沉积物中重复繁殖。

麦饭石，具有有吸附性、溶解性、调节性、生物活性和矿化性，是一种对生物无毒、无害并具有一定生物活性的复合矿物或药用岩石，可有效吸附重金属，降低水体生物毒性。

几丁质又称甲壳素或壳聚糖，是从天然的虾壳、蟹壳中提取或以粮食为原料通过生物工程方法制得的，因而无毒、无味、安全，它是一种绿色环保的有机高分子絮凝剂，由于其含有羟基、羧基、氨基及其他活性基团，因而可吸附水中的固体颗粒、有机物和重金属等，达到净化自来水的目的，使原水中混浊度降低到国家生活饮用水标准3度以内，同样由于它的吸附作用，甲壳素和壳聚糖还可以吸附重金属离子和卤代烷，可以降低癌症和肝病的发病率。

柠檬酸是一种重要的有机酸，可与污水中重金属离子发生反应，形成碱性氧化物，具有较强的离子共价键，使得重金属得以螯合固化，不再释放到水体当中，大大降低微生物毒性。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明由斜发沸石、麦饭石、黏土矿物、高岭石、硫酸钙、硫酸铝、水泥、膨润土、硅藻土、几丁质及柠檬酸等等天然矿物混合而成，促使污染物降解并絮凝沉降，降低水体浊度，同时将重金属等污染物螯合固话，消除生物毒性，有效提升水质；

本发明以天然矿物质为主要成分，无需大规模施工设备，只需进行简单喷洒并搅拌促使水体修复剂与水体充分混合即可，便可以消解水体污染；

本发明修复剂环保无毒、净化速度快和净化效果好，在净化污水的过程中，其生成物稳定，有毒有害物质不再返溶至水体当中；

本发明修复剂适用于水库、河流、天然湖泊、地下水中的水华、赤潮以及被各种污染物污染的水源。

附图说明

图1为本发明实施例1中2杯水样加入水体修复剂对比图；

图2为本发明实施例2中坑塘治理前照片图；

图3为本发明实施例2中坑塘采用水体修复剂治理1周后照片图；

图4为本发明实施例2中坑塘采用水体修复剂治理3个月后照片图。

具体实施方式

实施例1：污染水体小试

本实施例中含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂包含以下重量份数配比：斜发沸石55份，高岭石30份，高CEC黏土矿物8份，麦饭石10份，硫酸铝25份，硫酸钙20份，几丁质5份，柠檬酸10份，膨润土25份，硅藻土20份，水泥10份。

取出2烧杯水样，左边不投加水体修复剂，右边投加水体修复剂，并在反应后检测水质数据。如附图1所示，由图1可知，右边投加水体修复剂的水体透亮，浊度降低。

水质指标如表1所示：

检测对象	pH	COD(mg/L)	NH3-H(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	SS(NTU)
							左	7.3	127	5.2	7.4	1.6	19
右	7.5	26	1.3	2.3	0.1	3

表1为2杯水样的水质指标示意表

如图1和表1可得，投加水体修复剂可以降低颜色，从而提高透明度，效果明显。与此同时，污染物的各种有机物也被分解，并降低了水质指标COD、NH3-H、TN、TP、SS等。

实施例2：黑臭水体治理

本实施例中含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂包含以下重量份数配比：斜发沸石50份，高岭石28份，高CEC黏土矿物8份，麦饭石8份，硫酸铝25份，硫酸钙10份，几丁质6份，柠檬酸12份，膨润土23份，硅藻土18份，水泥8份。

实验对象是位于河北省一处黑臭坑塘。该坑塘长期接纳污水，存量污染严重，黑臭问题突出。实验对象的有效蓄水量约为20000m³，投加量300ppm，共计60吨的水体修复剂。图1-坑塘治理前照片图；图2-坑塘治理1周后照片图；图3-坑塘治理3个月后照片图，如图1所示，在投加水体修复剂之前，水的能见度为0，水体呈黑色。水质改善之后，水体透亮，随着时间的推移，水质颜色也逐渐变淡。1周后，能见度达到2米左右，水变得清澈透明。在坑塘治理实验中，在投加水体修复剂3个月后(图3)与投加1周后(图2)相比，水体更加透亮，没有染色现象，可以清楚地看到底泥，说明水体能见度很高。考虑到自然因素，本发明含天然活性矿物质水体修复剂能起到很好的长期效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂，其特征在于：所述的水体修复剂由下述重量份的原料配制而成：斜发沸石50-60份、高岭石25-30份、高CEC黏土矿物5-10份、麦饭石5-10份、硫酸铝20-30份、硫酸钙10-20份、几丁质1-10份、柠檬酸10-15份、膨润土20-25份、硅藻土15-20份、水泥5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂，其特征在于：所述的高CEC黏土矿物为蒙脱石、伊利石、海泡石中的任意两种或三种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂，其特征在于：所述的含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂由下述重量份的原料配制而成：斜发沸石50份、高岭石28份、高CEC黏土矿物8份、麦饭石8份、硫酸铝25份、硫酸钙10份、几丁质6份、柠檬酸12份、膨润土23份、硅藻土18份、水泥8份。

4.一种含天然矿物质的用于黑臭水体治理的水体修复剂的制备方法，其特征在于：具体制备方法为：步骤1：按组份准备原料：斜发沸石、高岭石、高CEC黏土矿物、麦饭石、硫酸铝、硫酸钙、几丁质、柠檬酸、膨润土、硅藻土、水泥；

步骤2：分别将步骤1中得到的原料斜发沸石、高岭石、高CEC黏土矿物、麦饭石进行粉碎，粉碎后300-400目过筛，得到相应的粉末，备用；

步骤3：取斜发沸石粉末50-60份、高岭石粉末25-30份、高CEC黏土矿物粉末5-10份、麦饭石粉末5-10份进行混合，并将混合的粉末在150℃条件下加热和二次粉碎，持续20-30min，待冷却后备用；

步骤4：将步骤3中搅拌均匀并冷却后的材料与硫酸铝20-30份、硫酸钙10-20份、几丁质1-10份、柠檬酸10-15份、膨润土20-25份、硅藻土15-20份、水泥5-10份，放入搅拌机中，搅拌均匀；

步骤5：将步骤4中制得的材料继续粉碎，粉碎后300-400目过筛，即可制得水体修复剂。