CN112047421A - 一种天然水体控磷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然水体控磷方法，通过人工直接抛撒或机械投放的方式向天然水体中加入控磷剂，用机械搅拌或气流搅拌将控磷剂与水混合。所用控磷剂为碳酸钙粉末或碳酸钙粉末与絮凝剂聚合氯化铝的混合物，碳酸钙粉末粒径为小于35μm。控磷剂与水混合，其中超细的碳酸钙粉末可吸附水体中大部分的磷，迅速降低水体中磷含量；絮凝剂聚合氯化铝的加入可进一步吸附悬浮的颗粒态磷；碳酸钙粉末和聚合氯化铝的协同作用，将水体中总磷含量降至较低水平。本发明操作步骤简单，原料组成简单、来源广、成本低，控磷效果好；可应用于天然水体深度控磷、人工湿地水质净化、污水处理厂尾水深度净化、水厂提标改造。

Description

一种天然水体控磷方法
技术领域
本发明涉及水体环境治理技术领域，具体为一种天然水体控磷方法。
背景技术
水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物的种群、种类数量发生变化，破坏了水体的生态平衡。水体富营养化导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏，普遍的富营养化造成多种用水功能的严重损害，甚至完全丧失。
目前，水体除磷的方法主要为生物除磷和化学除磷。生物除磷是利用活性污泥聚磷菌厌氧放磷、好氧吸磷，并以磷酸盐形式贮存在细胞内，通过含磷污泥从系统中排出。城市生活污水生物除磷往往不能达到排放标准，有时需要化学辅助除磷，生物除磷处在能除磷难达标的尴尬境地。化学除磷法主要通过以下三种途径实现，①采用磷酸铵镁和磷酸钙矿物回收，其方法主要应用于对工业废水和城市生活污水，但无法对天然水体中的磷进行去除。②通过投加MgCl2等化学试剂来完成的，其缺点是要求在pH＞9的环境中进行处理，而pH＞9不利于自然界水体的微生物生存。
③通过投加NaOH，Ca(OH)2等化学试剂来完成的，不仅成本高，同时运行环境苛刻，不利于天然水体中磷的规模化处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然水体控磷方法，达到高效、经济、操作简单控磷方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种天然水体控磷方法，向天然水体中投放控磷剂，控磷剂与水混合吸附水体中的磷。
优选的，控磷剂为碳酸钙粉末。
优选的，控磷剂为碳酸钙粉末和聚合氯化铝的混合物。
优选的，碳酸钙粉末的粒径为5-35μm。通过多次试验经验，确定碳酸钙粉末的最佳粒径范围是5-35μm；当碳酸钙粉末粒径大于35μm时，控磷效果不理想；当碳酸钙粉末粒径小于5μm时，控磷效果并无提高，同时还造成了碳酸钙的成本浪费。
碳酸钙粉末粒径越小，其分子比表面越大，与其他分子结合的活性点位越多，且结合牢固；其次，粒径越小的碳酸钙微粒在水中解离出钙离子的量越多，在水体碱性条件下与磷酸根形成羟基磷酸钙的效果就更好。因此粒径较小的碳酸钙粉末易于吸附小分子、介质或与其作用而将其从水中去除。本发明技术方案，利用碳酸钙粉末的这一特性，碳酸钙粉末投入水体中可快速、高效地削减水体中的磷酸盐，吸附率可达到70％左右；碳酸钙粉末可去除绝大多数磷酸盐，但无法去除水体中悬浮的颗粒态磷，本发明方案中提出投入絮凝剂聚合氯化铝粉末，聚合氯化铝与水混合会水解形多核聚羟阳离子，多核聚羟阳离子与磷酸氢根、磷酸二氢根结合发生配位反应；形成了结构更复杂的大分子配合物，使多核聚羟阳离子聚集程度加大，具有较强吸附性；在水混合下降过程网捕悬浮的颗粒态磷，形成更大絮体，沉降至水底。碳酸钙粉末和絮凝剂聚合氯化铝协同，可以将水体中的总磷控制在较低水平。
优选的，碳酸钙粉末与聚合氯化铝的质量比为10:1；优选的，控磷剂施用量为0.2kg/m3，施用量大于0.2kg/m3时，控磷效果无增加，且造成成本浪费；施用量小于0.2kg/m3时，控磷效果不理想。
控磷剂的投放方式为人工直接抛撒或机械投放，控磷剂投放后，用机械搅拌或气流搅拌，将碳酸钙粉末与水体充分混合，碳酸钙粉末可全方位、大面积捕捉水体中的磷并吸附降磷，可避免碳酸钙粉末聚集影响其控磷效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将控磷剂直接投放到水体中，控磷剂中的碳酸钙粉末具有较小粒径，与水混合后直接吸附水中大部分磷酸盐；再加入絮凝剂聚合氯化铝进一步吸附悬浮的颗粒态磷；碳酸钙粉末与聚合氯化铝协同作用，将水体中磷含量控制在较低的水平。本发明操作步骤简单、原材料来源广、成本低、控磷效果优异；可应用于天然水体深度控磷、人工湿地水质净化、污水处理厂尾水深度净化、水厂提标改造。
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
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取该湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表1。取粒径35μm的碳酸钙粉末作为控磷剂；向东湖心、西湖心、长沟三处原水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见表1；
Figure BDA0002672247220000041
表1
由表1可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率高达70％，总磷平均去除率达到了51％，控磷效果良好。
实施例2
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取该湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表2。取粒径20μm的碳酸钙粉末作为控磷剂；向东湖心、西湖心、长沟三处水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见
表2；
Figure BDA0002672247220000051
表2
由表2可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率达到了82％，总磷去除率达到了60％，控磷效果良好。
实施例3
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取某湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表3。取粒径5μm的碳酸钙粉末作为控磷剂；向东湖心、西湖心、长沟处原水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见表3；
Figure BDA0002672247220000052
Figure BDA0002672247220000061
表3
由表3可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率达到了86％，总磷去除率达到了62％，控磷效果优异。
实施例4
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取该湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表4。取粒径35μm的碳酸钙粉末和聚合氯化铝混合物作为控磷剂，碳酸钙粉末与聚合氯化铝的质量比为10:1；向东湖心、西湖心、长沟三处原水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见
表4；
Figure BDA0002672247220000062
表4
由表4可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率达到了81.7％，总磷去除率达到了67％，控磷效果优异。
实施例5
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取该湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表5。取粒径20μm的碳酸钙粉末和聚合氯化铝混合物作为控磷剂，碳酸钙粉末与聚合氯化铝的质量比为10:1；向东湖心、西湖心、长沟三处原水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见
表5；
Figure BDA0002672247220000071
表5
由表5可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率达到了87％，总磷去除率达到了70％，控磷效果优异。
实施例6
发明人于2020年3月在南京某湖进行了原水除磷实验，实验前，选取该湖东湖心、西湖心、长沟三段水域进行水体取样，采用全自动水质检测仪检测处理前水体中磷酸盐和总磷含量，检测数据见表6。取粒径5μm的碳酸钙粉末和聚合氯化铝混合物作为控磷剂，碳酸钙粉末与聚合氯化铝的质量比为10:1；向东湖心、西湖心、长沟三处原水投放0.2kg/m3控磷剂，与水体混合，3天后分别取样，采用全自动水质检测仪检测处理后的水体含磷酸盐和总磷含量，检测数据见表6；
Figure BDA0002672247220000081
表6
由表6可知，东湖心、西湖心、长沟三处原水经控磷剂处理后，磷酸盐和总磷含量均大幅度降低；磷酸盐去除率达到了87％，总磷去除率达到了80％，控磷效果优异。
对比例1
取粒径70μm的碳酸钙粉末作为控磷剂；其余试验步骤与实施例1相同，检测数据见表7；
Figure BDA0002672247220000082
表7
由表7可知，磷酸盐去除率为50.7％，总磷平均去除率达到了34.1％，磷酸盐去除率和总磷去除率均小于实施例1。
对比例2
取粒径0.5μm的碳酸钙粉末作为控磷剂；其余试验步骤与实施例3相同，检测数据见表8；
Figure BDA0002672247220000091
表8
由表8可知，磷酸盐去除率达到了86.05％，总磷去除率达到了61.76％，与实施例3中去除率基本相同。
对比例3
控磷剂仅投放0.15kg/m3,其余试验步骤与实施例3相同，检测数据见表9；
Figure BDA0002672247220000092
表9
由表9可知，磷酸盐去除率达到了63.2％，总磷去除率达到了46.5％，磷酸盐和总磷的去除率低于实施例3。
对比例4
控磷剂仅投放0.3kg/m3Kg,其余试验步骤与实施例3相同，检测数据见表10；
Figure BDA0002672247220000093
Figure BDA0002672247220000101
表10
由表10可知，磷酸盐去除率达到了85.5％，总磷去除率达到了62.2％，与实施例3中去除率基本相同。
综合分析
1.由表1-6可知，控磷剂处理后水体中磷酸盐和总磷含量均大幅度降低，取得较好的控磷效果；实施例1-3中碳酸钙粉末粒径递减而对应的磷去除率递增，说明碳酸钙粉末粒径越小，控磷效果越好；由表1和表4、表2和表5、表3和表6对比可知，碳酸钙粉末和聚合氯化铝的控磷效果要优于碳酸粉末。
2.表7与表1、表8与表2对比可知，碳酸钙粉末粒径大于35μm时，除磷效果不理想；当碳酸钙粉末粒径小于5μm时，除磷效果与粒径为5μm时除磷效果基本相同，但无形中增加了加工成本；故碳酸钙粉末粒径为5-35μm为最佳方案。
3.表9、表10分别与表3对比可知，控磷剂施用量大于0.2kg/m3时，控磷效果与0.2kg/m3控磷效果基本相同，但其用量增多，带来成本的浪费；当控磷剂施用量小于0.2kg/m3时，控磷效果明显降低。故控磷剂的最佳施用量为0.2kg/m3。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种天然水体控磷方法，其特征在于；向天然水体中投放控磷剂，控磷剂与水混合吸附控磷。
2.根据权利要求1所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；所述控磷剂为碳酸钙粉末。
3.根据权利要求1所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；所述控磷剂为碳酸钙粉末和聚合氯化铝的混合物。
4.根据权利要求2-3中任意一项所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；所述碳酸钙粉末的粒径为5-35μm。
5.根据权利要求3所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；所述碳酸钙粉末与聚合氯化铝的质量比为10:1。
6.根据权利要求1所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；所述控磷剂施用量为0.2kg/m3。
7.根据权利要求1所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；碳酸钙粉末的投放方式为人工直接抛撒或机械投放。
8.根据权利要求1所述的一种天然水体控磷方法，其特征在于；采用机械搅拌或气流搅拌，将碳酸钙粉末与水混合均匀。
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