CN111559801A - 用于修复黑臭水体的自释氧填料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于修复黑臭水体的自释氧填料及其制备方法与应用，具有配方合理、成本低廉、环境友好、占用土地较少等特点。本发明对河道底泥进行了资源化处理和利用，可以在提高水体溶解氧、削弱底泥内源污染的同时去除水中的氮、磷。同时本发明可以使得水体pH逐渐改善，从而进一步改善水环境质量，降低水体富营养化发生风险，促进水体生态系统恢复。

Description

用于修复黑臭水体的自释氧填料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及黑臭水体的处理，特别是一种用于修复黑臭水体的自释氧填料及其制备方法与应用。

背景技术

城市向水体排放的污染物水平超过了水体的自净能力，其中大量有机污染物导致水体耗氧速率增大，引发水体缺氧并发生厌氧反应，产生了致黑致臭物质，并最终造成水体黑臭的现象。目前通过各种治理措施黑臭水体已得到了初步整治，但还存在复发现象。黑臭水体的存在已严重影响城市景观建设和水环境安全，降低了人民群众对生态环境的幸福感。

目前主要通过以下几个方面对黑臭水体进行治理：

一、增加水体内溶解氧。由于水体内有机污染物大量增加，好氧微生物在分解有机物过程中大量耗氧，使得水体耗氧速率大于复氧速率，造成水体缺氧；厌氧环境下厌氧微生物分解有机物，产生致黑致臭物质，最终导致水体黑臭。目前主要通过人工曝气充氧和水生植物光合作用等方式来实现水体复氧。

二、消除内源底泥污染。污染物通过沉降或颗粒物吸附作用进入水体底泥，当水体水质变化为酸性、还原条件时，污染物和氨氮将从底泥中释放出来造成水体的污染。目前主要通过底泥疏浚和原位覆盖等方式来实现内源底泥治理。

三、改善水体流动性和防治热污染。流动性差的水体复氧能力衰退，往往导致生态功能丧失，并形成适宜蓝绿藻快速繁殖的水体动力条件。水温的升高也会加快水中微生物和藻类分解有机物和氨氮的速率，加速水中溶解氧的消耗，加剧水体黑臭。目前主要通过河道水系连通、水体内循环和生态补水等方式来增加水体流动性和热污染防治。

公开号为CN108483623A的发明专利申请公开了一种改善水体底部环境的氧缓释材料及其制备方法和制备装置。其包括多孔介质和包裹层，其特征在于，还包括多孔介质的孔隙中的氧气，包裹层裹覆在多孔介质的表面，使氧气密封在多孔介质的孔隙中。以多孔介质孔隙作为氧气载体、纯氧作为氧气源，使得该氧缓释材料再投入水体不会有强氧化性和碱性物质产生，有利于微生物和植物的生长繁殖；同时，其采用的包裹层能够使氧气缓慢释放，投放水体底部的溶解氧能够在数天内保持一定的水平，为植物和微生物持续提供好氧环境。

公开号为CN102336467A的发明专利申请公开了用于地下水原位好氧生物修复的释氧材料及其制备方法，属于释氧材料技术领域。成份配比为：食用级过氧化钙11～14重量份，钠基膨润土10重量份，磷酸二氢钾1～3重量份，硫酸铵2～6重量份，河砂15重量份，其余为混凝剂，上述物质总重量为70重量份。制备方法：称取过氧化钙、钠基膨润土、磷酸二氢钾和硫酸铵，使其充分混合、分散均匀；加入水泥和河砂，混合均匀后加水，水的加入量占总质量的30％，制作成块状物质，在自然条件下风干即可。释氧材料总释氧量大、释氧速率平缓、有效延长了释氧时间、提高了释氧填料的更换周期。水中pH值和N、P等营养物质达到好氧微生物生长的要求。

由上述可见，在现有的黑臭水体的治理过程中，充氧过程通过鼓风曝气、机械曝气和纯氧曝气等方式，这些方式往往需要投入大量设备并损耗很多的能源，且在短时间停止曝气后水体迅速回到亏氧状态。一般的释氧剂复氧措施存在释氧速率过快，而直接向底泥中投加的缓释氧剂在实际运行过程中会出现河道底泥中的沉积物增加、水体黑臭现象易反复、不利于生态系统恢复等问题。

因此新型黑臭水体修复技术的研发迫在眉睫。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于修复黑臭水体的自释氧填料及其制备方法与应用，具有配方合理、成本低、环境友好、占地少、无动力运行等特点。

本发明对河道底泥进行了资源化处理和利用，可以在提高水体溶解氧、削弱底泥内源污染的同时去除水中的氮、磷。同时本发明可以使得水体pH逐渐改善，并进一步改善水环境质量，降低水体富营养化发生风险，有利于恢复水生态系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

用于修复黑臭水体的自释氧填料，所述自释氧填料由河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石均匀混合制成，其中各组分成分配比为：在每100kg河道底泥的基础质量中，添加过氧化钙缓释氧剂颗粒15～20kg、活性炭5～10kg、海藻酸钠1～5kg、碳酸钙1～5kg、沸石15～20kg。

作为上述技术方案的改进，所述河道底泥取自污染河道，并通过污泥脱水设备进行脱水处理。

作为上述技术方案的改进，所述河道底泥的含水率低于70％。

作为上述技术方案的改进，所述自释氧填料的含水率为30％～50％。

本发明同时提供了一种用于修复黑臭水体的自释氧填料的制备方法，本制备方法用于制备上述任一项所述的自释氧填料，其包括以下步骤：

步骤一，从污染河道中取出河道底泥，使用污泥脱水设备对其进行脱水处理；

步骤二，将经过步骤一处理的河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石均匀混合制成自释氧填料；

其中，过氧化钙释氧剂颗粒可以有效控制过氧化钙在水中的释氧速度，保证长期释氧的要求，并避免由于过量曝气产生的生物气溶胶对河道周边卫生健康带来威胁；活性炭为吸附剂吸附河道底泥中的臭味；碳酸钙为河道底泥硝化微生物的生长提供碱度；海藻酸钠为河道底泥微生物的附着材料；沸石具有配重作用；

步骤三，所述自释氧填料制成后应静置使含水率降低至30％～50％，以保证其具有足够的密度，可在自然状态下进行风干。

作为上述技术方案的改进，步骤一中，从污染河道中取出河道底泥时应避免水体扰动，并将抽取的河道底泥通过污泥脱水设备进行脱水处理，使得其含水率低于70％。

作为上述技术方案的改进，步骤二中，所述自释氧填料的各组分采用旋转搅拌的方式混合均匀，为防止过氧化钙释氧剂颗粒与河道底泥中残留的水分过多反应，应最后加入过氧化钙释氧剂颗粒。

本发明同时提供了一种上述任一项所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用。

作为上述技术方案的改进，将所述自释氧填料装入柔性生态袋中，制成一种自释氧柔性生态袋。

所制成的自释氧柔性生态袋，易于运输，并方便于生态护岸的建设，且在不遇水状态下，自释氧填料不会发生释氧反应，可有效保证将其安置于黑臭河道后才开始进行释氧反应。过氧化钙释氧剂颗粒在释氧过程中，产生的钙离子与磷酸盐形成沉淀，可抑制柔性生态袋中河道底泥内磷的释放，并提高自释氧填料环境的pH，稳定河道底泥中的重金属，并为河道底泥中的硝化微生物提供适宜的生存环境，使其硝化活性增加并得到富集。

作为上述技术方案的改进，所述柔性生态袋由聚酰胺、聚丙烯或聚酯纤维或玻璃纤维制成，具有透水不透土的特性，以保证自释氧填料不泄露，并具有稳固堤岸的作用。

作为上述技术方案的改进，所述柔性生态袋的大小为400mm×600mm。

作为上述技术方案的改进，将所述自释氧柔性生态袋层叠铺设于河岸，用于生态护岸处理黑臭水体，所述自释氧柔性生态袋的铺设区由河床底部延伸至常水位线，并在河床底部设置抛石护脚对自释氧柔性生态袋进行固定。

本发明带来的有益效果有：

1、本发明通过生态护岸建设对难以处置的黑臭水体底泥进行资源化处理利用，节约底泥处理工程的占地面积和工程施工，并有效防止了处理底泥过程中对环境造成的二次污染。

2、生态护岸的建设可与城市绿化景观建设相结合，在生态护岸保证河道行洪能力、净化水体功能的同时形成河岸带景观的效果。

3、本发明的自释氧填料对黑臭水体具有复氧和除磷作用，可在生态护岸中稳定释氧300天以上，解决曝气复氧的占河道空间和能耗问题，并且运行和维护方便，其可通过定期更换自释氧柔性生态袋，减少了投资和运行费用。

4、本发明的过氧化钙释氧剂颗粒及自释氧填料的制备方法简单，且制备过程为无水过程，减少过氧化钙在制备过程中的损耗。

5、本发明的自释氧填料可通过配比改变水体pH，更加有效的抑制水体黑臭现象反复，可促进水体生态自净过程。

6、本发明的自释氧填料在处理底泥的同时可以将其净化，并增强其中氮循环相关菌群的活性，为水体生态自净提供有力的微生物生存环境保障。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

过氧化钙释氧剂颗粒的制备方法：

步骤1，称取一定量的聚乳酸颗粒，并以质量比计算加入二氯甲烷中，搅拌溶解，待完全溶于二氯甲烷中停止搅拌；

步骤2，在溶液中加入过氧化钙粉末，搅拌均匀，使溶液成为均匀的悬浊液；

步骤3，将溶液静置于通风橱中，待二氯甲烷挥发至溶液呈现胶状半固体时，挤塑成小球颗粒；

步骤4，将小球颗粒置于通风橱中，待二氯甲烷彻底挥发，获得过氧化钙释氧剂颗粒。

在本实施例步骤1中，聚乳酸颗粒与二氯甲烷的质量比应小于等于2。

在本实施例步骤2中，聚乳酸颗粒与过氧化钙的质量比为1:1。

将步骤4所得的过氧化钙释氧剂颗粒均匀置于无氧清水玻璃容器底部。该玻璃容器有效容积为5L，内径为16cm，高30cm，玻璃容器内置在线溶解氧监测探头和在线pH监测探头，每5分钟自动记录一次溶解氧和pH数据。

在60d的连续监测过程中，该容器内无氧清水中的过氧化钙释氧剂颗粒可以稳定释氧，并在无氧纯水中维持2～4mg/L的溶解氧浓度，维持时间大于60d。

本实施例制备而成的过氧化钙释氧剂颗粒，可以有效控制过氧化钙在水中的释氧速度，保证长期释氧的要求，并避免大量曝气产生生物气溶胶对水体卫生健康带来威胁。通过聚乳酸中和过氧化钙水解所产生的pH变化，让水体pH在合理范围内恢复弱碱性，对水体无二次污染的风险，聚乳酸为廉价可生物降解材料。

实施例2

用于修复黑臭水体的自释氧填料，该自释氧填料由河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒(由实施例1制备)、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石通过均匀混合制成。

各组分成分配比为：在每100kg的河道底泥中，添加过氧化钙缓释氧剂颗粒15kg、活性炭5kg、海藻酸钠1kg、碳酸钙1kg、沸石15kg。

其中，河道底泥取自污染河道，并通过污泥脱水设备进行脱水处理，河道底泥的含水率为60％。

该自释氧填料的各组分本身不会发生反应，使用旋转搅拌的方式混合均匀，为防止过氧化钙与河道底泥中残留的水分过多反应，应最后加入过氧化钙缓释氧颗粒。

自释氧填料制作完成后应静置一段时间将含水率进一步降低至40％左右，保证其具有足够的密度，使其可在自然状态下进行风干。

实施例3

用于修复黑臭水体的自释氧填料，该自释氧填料由河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒(由实施例1制备)、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石通过均匀混合制成。

各组分成分配比为：在每100kg的河道底泥中，添加过氧化钙缓释氧剂颗粒20kg、活性炭10kg、海藻酸钠5kg、碳酸钙5kg、沸石20kg。

其中，河道底泥取自污染河道，并通过压滤机进行脱水处理，河道底泥的含水率为65％。

自释氧填料制作完成后应静置一段时间将含水率进一步降低至45％左右，保证其具有足够的密度，使其可在自然状态下进行风干。

实施例4

用于修复黑臭水体的自释氧填料，该自释氧填料由河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒(由实施例1制备)、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石通过均匀混合制成。

各组分成分配比为：在每100kg的河道底泥中，添加过氧化钙缓释氧剂颗粒18kg、活性炭8kg、海藻酸钠3kg、碳酸钙3kg、沸石18kg。

其中，河道底泥取自污染河道，并通过污泥脱水设备进行脱水处理，河道底泥的含水率为70％。

自释氧填料制作完成后应静置一段时间将含水率进一步降低至45％左右，保证其具有足够的密度，使其可在自然状态下进行风干。

实施例5

一种用于修复黑臭水体的自释氧填料的制备方法，本制备方法用于制备实施例2～4任一所述的自释氧填料，其包括以下步骤：

步骤一，从污染河道中取出河道底泥，从污染河道中取出河道底泥时应避免水体扰动，并将抽取的河道底泥通过污泥脱水设备进行脱水处理，使得其含水率低于70％。

步骤二，按各组分成分配比，将经过步骤一处理的河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石均匀混合制成自释氧填料；各组分采用旋转搅拌的方式混合均匀，为防止过氧化钙释氧剂颗粒与河道底泥中残留的水分过多反应，应最后加入过氧化钙释氧剂颗粒。

步骤三，自释氧填料制成后应静置一段时间，使含水率降低至30％～50％，以保证其具有足够的密度，可在自然状态下进行风干。

其中，过氧化钙释氧剂颗粒可以有效控制过氧化钙在水中的释氧速度，保证长期释氧的要求，并避免大量曝气产生生物气溶胶对水体卫生健康带来威胁，活性炭为臭味吸附剂吸附河道底泥中的臭味，碳酸钙为河道底泥硝化微生物的生长提供碱度，海藻酸钠为河道底泥微生物的附着材料，沸石具有配重作用。

实施例6

实施例2～4任一所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用。

将所述的自释氧填料装入柔性生态袋中，制成一种自释氧柔性生态袋。

所制成的自释氧柔性生态袋，易于运输，并方便于生态护岸的建设，且在不遇水状态下，自释氧填料不会发生释氧反应可有效保证将其安置于黑臭河道后才开始进行释氧反应。

通过实验研究发现，过氧化钙释氧剂颗粒在释氧过程中，产生的钙离子与磷酸盐形成沉淀，可抑制柔性生态袋中河道底泥内磷的释放，并提高自释氧填料环境的pH，稳定河道底泥中的重金属，并为河道底泥中的硝化微生物提供适宜的生存环境，使其硝化活性增加并得到富集。

优选的，柔性生态袋由聚酰胺、聚丙烯或聚酯纤维或玻璃纤维制成，具有透水不透土的特性，以保证自释氧填料不泄露，并具有稳固堤岸的作用。

柔性生态袋的大小为400mm×600mm。

实施例7

实施例2～4任一所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用。

本实施例同时为实施例6所述的自释氧柔性生态袋在修复黑臭水体中的应用。

具体的，将自释氧柔性生态袋应用于生态护岸的建造中，实施方法如下：

在河岸开挖一定深度的基槽进行夯实，并在河床底部设置抛石护脚，将自释氧柔性生态袋从最低点开始沿河道斜坡表面层层错位堆叠，最底层自释氧柔性生态袋宜用砂浆、粘合剂或铆钉等材料进行固定，每层自释氧柔性生态袋之间宜用土壤回填夯实，自释氧柔性生态袋间可用联结扣进行连结。自释氧柔性生态袋的铺设区由河床底部延伸至常水位线。

优选的，联结扣长度为220mm～260mm，由玻璃纤维制成，双面均有钉锥，用于连结同层及上下层之间的自释氧柔性生态袋。

优选的，自释氧柔性生态袋表面可以喷涂种植土，并播撒草籽，以实现护岸的绿化。

自释氧柔性生态袋建造的生态护岸在有效保证河道的行洪能力的同时，可长期对水体进行复氧和净化，其成本低廉、环境友好，对河道底泥进行了处理利用，操作及施工简便，能有效吸附和净化黑臭水体中的氮、磷和有机污染物，同时还可以对黑臭水体进行复氧，无需额外能耗，有效防止黑臭水体的复发。

试验例

将实施例6所得的自释氧柔性生态袋置于有机玻璃制成的反应器中。

该有机玻璃反应器内装有模拟黑臭水体，以间歇进出水的方式运行，水力停留时间为1d。每天取反应器的出水对其氮、磷、pH、COD等指标进行检测。

在60d的连续监测过程中，该反应器内的氮、磷去除率及有机物去除率均达到90％，pH维持在7.0～8.0之间，通过高通量测试可以发现填料中的脱氮相关微生物丰度有所增加。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于修复黑臭水体的自释氧填料，其特征在于：所述自释氧填料由河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石均匀混合制成，其中各组分成分配比为：在每100kg河道底泥的基础质量中，添加过氧化钙缓释氧剂颗粒15～20kg、活性炭5～10kg、海藻酸钠1～5kg、碳酸钙1～5kg、沸石15～20kg。

2.根据权利要求1所述的自释氧填料，其特征在于：所述河道底泥取自污染河道，并通过污泥脱水设备进行脱水处理。

3.根据权利要求1或2所述的自释氧填料，其特征在于：所述河道底泥的含水率低于70％。

4.根据权利要求1所述的自释氧填料，其特征在于：所述自释氧填料的含水率为30％～50％。

5.用于修复黑臭水体的自释氧填料的制备方法，其特征在于：本制备方法用于制备权利要求1～4任一项所述的自释氧填料，其包括以下步骤：

步骤一，从污染河道中取出河道底泥，使用污泥脱水设备对其进行脱水处理；

步骤二，将经过步骤一处理的河道底泥与过氧化钙释氧剂颗粒、活性炭、海藻酸钠、碳酸钙、沸石均匀混合制成自释氧填料；

步骤三，所述自释氧填料制成后应静置使含水率降低至30％～50％，以保证其具有足够的密度，可在自然状态下进行风干。

6.根据权利要求5所述的自释氧填料的制备方法，其特征在于：步骤一中，从污染河道中取出河道底泥时应避免水体扰动，并将抽取的河道底泥通过污泥脱水设备进行脱水处理，使得其含水率低于70％。

7.根据权利要求5所述的自释氧填料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述自释氧填料的各组分采用旋转搅拌的方式混合均匀，为防止过氧化钙释氧剂颗粒与河道底泥中残留的水分过多反应，应最后加入过氧化钙释氧剂颗粒。

8.权利要求1～7任一项所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用。

9.根据权利要求8所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用，其特征在于：

将所述自释氧填料装入柔性生态袋中，制成一种自释氧柔性生态袋。

10.根据权利要求9所述的自释氧填料在修复黑臭水体中的应用，其特征在于：将所述自释氧柔性生态袋层叠铺设于河岸，用于生态护岸处理黑臭水体，所述自释氧柔性生态袋的铺设区由河床底部延伸至常水位线，并在河床底部设置抛石护脚对自释氧柔性生态袋进行固定。