CN113003687B - 一种黑臭水体的资源化生态治理方法 - Google Patents

一种黑臭水体的资源化生态治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种黑臭水体的资源化生态治理方法，制备絮凝剂的原料易得，制备方法简单，通过分批次使用絮凝剂A和絮凝剂B，分别实现对黑臭水体中有机污染物、氮、磷、重金属及硫化物的有效去除，去除效果显著。并且，本发明通过复合微生物菌剂对二次絮凝所产生的沉降淤泥进行无害化处理，在治理黑臭水体的同时也治理了沉降淤泥。通过实际应用本发明黑臭水体的资源化生态治理方法，处理后的水体和淤泥在收集后即能够实现资源化利用，具有显著的经济价值。

Description

一种黑臭水体的资源化生态治理方法
技术领域
本发明属于河道污水生态化处理技术领域，具体涉及一种黑臭水体的资源化生态治理方法。
背景技术
随着现代社会工业化、城市化的不断发展，工业废水以及生活用水的排放使得河道水体普遍遭受有机污染成为富营养水体，微生物在该水体中消耗氧气大量繁殖，使得水体发黑发臭，形成黑臭水体。黑臭水体的性质主要表现为强还原性，污染物严重污染水体，并且伴随着恶臭产生，已经不适合水生生物生存，水生植被退化甚至是灭绝，只有少量耐污种类如浮游植物、浮游动物、底栖动物等的存在。水体的黑臭不仅导致河流生态系统遭到破坏，而且严重影响人们的生产生活，所以黑臭水体治理成为我国目前城市河道污染问题中急需解决的问题。
目前，针对黑臭水体的治理方法按照作用原理分为物理、化学、生物等方法。常见的物理方法包括沉淀法、过滤法、吸附法等；化学方法包括凝聚法、中和法、氧化还原法、离子交换法等；生物法包括好氧生物处理、厌氧生物处理、光合细菌法等，现有技术常将上述方法综合使用以达到更好的处理效果。中国发明专利CN201710099529.7公开了一种黑臭河道水体综合治理的方法，通过在受城市污染严重的黑臭河道中采用“微孔曝气+微生物强化降解+复合浮法湿地捕捉提取”的技术方法，综合改善黑臭河道的水体污染问题，其主要利用微孔曝气技术增加水体中的DO值，并向水体中引入有益微生物等促进水环境中的食物链循环，通过设计橡胶坝、跌水景观的方法改善黑臭河道水动力条件，并通过采用人工湿地、生态浮岛技术手段进一步强化水质净化效果，最后逐步向水体中引入高级水生动物，达到净化水质的目的。该方案虽然综合利用了物理法、生物法对黑臭水体进行综合治理，但需要使用的设备、设施较多，且原位修复存在水流状态无法控制、微生物难以在河道中定殖等一系列问题，实际应用性不足。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种黑臭水体的资源化生态治理方法。
本发明所采用的黑臭水体的资源化生态治理方法，包括以下步骤：
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照一定的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至40～50℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气 30～45 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应60～120 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，调节溶液pH至6.0，用紫外线照射20～30min，过滤后转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，搅拌均匀后在室温下静置发酵10～15 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用。
优选地，步骤（1）中所述聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠的质量比为（15～20）:（6～10）:（2～4）。
优选地，步骤（1）中所述紫外线的波长为290 nm。
优选地，步骤（1）中所述真空干燥为在30℃下真空干燥8～10 h。
优选地，步骤（1）中所述聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得。
优选地，步骤（3）中所述复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌组成。更为优选地，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成。
优选地，步骤（4）中所述资源化利用包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
本发明的黑臭水体的资源化生态治理方法部分作用机制如下：
本发明利用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠制备得到絮凝剂A，形成了紧密的结晶体，拥有极好的吸附和絮凝能力，可以对水中的有机污染物、氮、磷、重金属离子等实现有效去除。本发明在制备絮凝剂A的同时，额外加入聚苯乙烯胶体晶，在酸性环境下经紫外线处理后制备得到絮凝剂B，在有机污染物、氮、磷、重金属等已被絮凝剂A吸附、絮凝的前提条件下，能够充分发挥其相对于硫化物拥有较高电位差和较大比表面积的优势，充分吸附水体中的硫化物，对水体实现二次净化。
本发明的黑臭水体的资源化生态治理方法具有如下有益效果：
本发明提供的黑臭水体的资源化生态治理方法，制备絮凝剂的原料易得，制备方法简单，通过分批次使用絮凝剂A和絮凝剂B，分别实现对黑臭水体中有机污染物、氮、磷、重金属及硫化物的有效去除，去除效果显著。并且，本发明通过复合微生物菌剂对二次絮凝所产生的沉降淤泥进行无害化处理，在治理黑臭水体的同时也治理了沉降淤泥。通过实际应用本发明黑臭水体的资源化生态治理方法，处理后的水体和淤泥在收集后即能够实现资源化利用，带来了显著的经济价值。
具体实施方式
本发明所采用的黑臭水体的资源化生态治理方法，包括以下步骤：
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照一定的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至40～50℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气 30～45 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应60～120 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，调节溶液pH至6.0，用紫外线照射20～30min，过滤后转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，搅拌均匀后在室温下静置发酵10～15 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用。
优选地，步骤（1）中所述聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠的质量比为（15～20）:（6～10）:（2～4）。
在一个较佳的实施例中，步骤（1）中所述紫外线的波长为290 nm。
在一个较佳的实施例中，步骤（1）中所述真空干燥为在30℃下真空干燥8～10 h。
在一个较佳的实施例中，步骤（1）中所述聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得。
在一个较佳的实施例中，步骤（3）中所述复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌组成。
在一个更佳的实施例中，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成。
在一个较佳的实施例中，步骤（4）中所述资源化利用包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
下面结合具体实施例对本发明进一步阐述。
实施例1
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照15:6:2的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至40～50℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气 30 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应60 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥8 h得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，该聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得，调节溶液pH至6.0，用290 nm紫外线照射20 min，过滤后转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥8 h得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成，搅拌均匀后在室温下静置发酵10 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用，包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
实施例2
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照18:8:3）的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至45℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气40 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应90 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥9 h得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，该聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得，调节溶液pH至6.0，用290 nm紫外线照射25 min，过滤后转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥9 h得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成，搅拌均匀后在室温下静置发酵12 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用，包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
实施例3
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照20:10:4的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至50℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气 45 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应120 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥10 h得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，该聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得，调节溶液pH至6.0，用290 nm紫外线照射30 min，过滤后转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥10 h得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成，搅拌均匀后在室温下静置发酵15 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用，包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
实施例4
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照15:10:2的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至40℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气45 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应60 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥8～10 h得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，该聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得，调节溶液pH至6.0，用290 nm紫外线照射20 min，过滤后转移至真空干燥器中，30℃下真空干燥10 h得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成，搅拌均匀后在室温下静置发酵10 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用，包括将水体用于灌溉、清洁等，将淤泥用于填埋、建材、栽培等。
试验例
采用本发明实施例1的方法对2020年8月在辽河新民市方家岗子河段所采集的黑臭水体样本进行处理，处理完成后：（1）根据《水质溶解氧的测定碘量法》GB/T 7489-1987测定水体中的溶解氧含量；（2）根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中所规定的水污染物监测分析方法、污泥特性及污染物监测分析方法分别测定水体中的COD、总氮、总磷、硫化物、重金属（总砷、总汞）含量及淤泥中重金属（总砷、总汞）含量；（3）根据文献“李力,王小静,刘季花,2015.沉积物中酸可挥发性硫化物的分析方法研究.海洋与湖沼,46(1):96-101”中所介绍方法测定淤泥中AVS（酸可挥发性硫化物）含量。同时保留未经处理的黑臭水体、淤泥原始样本作为空白对照，在同等条件下按照上述相同检测分析方法进行相应指标的测定。
试验例的试验结果如下表1、表2所示：
表1水体环境指标测定结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2淤泥环境指标测定结果
总砷（mg/kg干淤泥） 总汞（mg/kg干淤泥） AVS（mgS/kg干泥）
实施例1 15 0.27 166
实施例2 12 0.34 173
实施例3 11 0.37 181
实施例4 16 0.28 169
空白对照 710 3.95 735
由表1和表2中测试结果可知，本发明提供的黑臭水体的资源化生态治理方法能提高黑臭水体中溶解氧含量并显著降低其有机污染物、氮、磷、硫化物、重金属含量，并且能够显著降低淤泥中的重金属及酸可挥发性硫化物含量。
虽然在实施例中已经通过一般性说明、具体实施方式及试验对本发明作出了详尽的描述，但在不偏离本发明核心的基础上，仍可以作出的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）絮凝剂的制备：将聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠按照一定的质量比加入水中混合均匀，然后将混合溶液转移至反应容器中加热至40～50℃，在维持加热温度不变的条件下持续通入氮气 30～45 min，然后将反应容器转入恒温箱保温反应60～120 min，待保温反应完成后，将一半体积的溶液转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂A，向剩余溶液中加入溶液质量3%的聚苯乙烯胶体晶，调节溶液pH至6.0，用紫外线照射20～30min，过滤后转移至真空干燥器中，真空干燥处理得到絮凝剂B；
（2）黑臭水体二次絮凝处理：将待处理的黑臭水体转移至絮凝反应池中，按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂A，经过机械搅拌使絮凝剂A在黑臭水体中分散均匀，维持搅拌，待充分接触30 min后收集沉降淤泥，再向经絮凝处理的黑臭水体中按照黑臭水体质量的5%投放絮凝剂B，经过机械搅拌使絮凝剂B在黑臭水体中分散均匀，维持搅拌，待充分接触30 min后再次收集沉降淤泥；
（3）淤泥无害化处理：将两次收集的沉降淤泥转移至淤泥池中，按照淤泥质量的12%向其中加入粉碎植物秸秆，再按照淤泥质量的3%向其中加入复合微生物菌剂，搅拌均匀后在室温下静置发酵10～15 d；
（4）资源化利用：将处理后的水体和淤泥收集，进行资源化利用。
2.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（1）中所述聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、腐殖酸钠的质量比为（15～20）:（6～10）:（2～4）。
3.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（1）中所述紫外线的波长为290 nm。
4.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（1）中所述真空干燥为在30℃下真空干燥8～10 h。
5.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（1）中所述聚苯乙烯胶体晶由聚苯乙烯乳液在室温下干燥制得。
6.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（3）中所述复合微生物菌剂由巨大芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌按照1:1:1:1:1的质量比组成。
7.根据权利要求1所述的黑臭水体的资源化生态治理方法，其特征在于，步骤（4）中所述资源化利用包括将水体用于灌溉、清洁，将淤泥用于填埋、建材、栽培。
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