CN113501636A - 一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂及制备与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，本发明公开了一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂及制备与使用方法。所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂通过铁粉、活性炭粉末和二氧化锰粉末烧结所得的混合料经过粉碎之后，与酶制剂干粉混合制备而成。本发明所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂处理效率高、效果好，可快速实现黑臭水体污染泥水同治、氧化分解污染有机物，并同步脱氮除磷、钝化重金属等功效，迅速改善受污染湖泊、河道、沟渠的底泥环境，消除水体内源污染，对黑臭水体底泥修复剂的发展具有重要意义。

Description

一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂及制备与使用方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂及制备与使用方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化和工业化进程的加快，水体污染加剧，河流、湖泊等水体经常出现季节性或终年黑臭现象。底泥作为水体生态系统的重要组成部分，对污染物的吸附去除、提高水环境容量和自净能力有一定的促进作用；同时，底泥中污染物的沉积、迁移、转化也对水生生物特别是底栖生物产生重要影响，也是造成水体产生二次污染的重要内源性污染源。因此，为了根治黑臭水体污染，对底泥进行治理可以达到“釜底抽薪”的效果，可使水体环境在短时间内建立生态平衡、恢复健康。目前，污染底泥修复技术主要有疏浚、掩蔽等物理修复技术和生物修复技术。

中国发明专利CN102849917A申请公布了一种湖泊河道疏浚淤泥的方法，通过絮凝剂与滤袋脱水的结合清理河道淤泥，再将淤泥进行脱水加以利用。中国实用新型专利CN203891091U申请公布了一种底泥疏浚系统，通过优化避免了取泥过程中泥沙扩散引起的二次污染。中国发明专利CN101787720A申请公布了一种生态清淤方法和设备，使得清淤更彻底，同时避免了二次污染。虽然疏浚技术见效快，但工程量大、投入大，且有的方法很难避免二次污染。

中国发明专利CN101817628A申请公布了一种植生型生态毯修复方法，利用植生型生态毯隔离被污染的底泥，避免污染物向水体中的扩散。中国发明专利CN101200315B申请公布了一种底泥掩蔽方法，利用红土和辅助材料既可以去除水体中的氮、磷等营养盐，还会在底泥形成膜层达到掩蔽的目的。中国发明专利CN102775030A申请公布了一种重污染河道底泥的掩蔽剂，利用去除有机物、微生物等的再生净水污泥作为掩蔽剂。虽然掩蔽和生物修复技术投入小，但治理速度慢，且治理的底泥很难达标。

中国发明专利CN105712599A申请公布了一种底泥修复剂，利用无机金属盐、活性炭、贝壳粉、硅藻土和生物活性剂制成的，虽然其制备工艺简单、成本低，但存在修复周期长等缺陷。中国发明专利CN106517705B申请公布了一种河道底泥修复剂，利用过氧化钙、铁改性膨润土和二氧化锰制备而成，该技术方案存在制备工艺复杂，且该修复剂只能铺洒于底泥表面，功能单一，应用范围窄。中国发明专利CN101224940A申请公布了一种河道底泥修复方法，利用生物促进液建立河涌好氧生态系统，该方法存在实施步骤繁琐、修复周期长等不足。

由于黑臭水体及底泥中污染物成分复杂、氮磷营养物质含量丰富，且大部分还伴随着重金属污染，单纯的物理、化学或生物修复方法难以实现污染物的全面去除。因此，研发低成本、见效快，具有难降解高分子有机污染物快速氧化分解，并同步脱氮除磷和重金属离子钝化等多功能底泥修复剂，对于有效消除黑臭水体污染、构建健康安全的水体生态系统具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，该修复剂利用特定的组分制备，并通过各组分之间的协同作用，具有适用性能强、经济性能好、功能性多样、效能时间长等优点，是一种适宜推广应用的原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，由包含如下重量份数的原料制备而成：

作为优选，所述酶制剂干粉为氧化酶制剂干粉。

作为优选，所述氧化酶为尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶中的一种或多种。

作为优选，所述铁粉粒度在100目以上；所述活性炭粉末粒度在100目以上；所述二氧化锰粉末粒度在100目以上；所述酶制剂干粉粒度在200目以下。

作为优选，所述铁粉的纯度不低于90％；活性炭粉末碘吸附值不低于800mg/g；二氧化锰粉末的纯度不低于85％；酶制剂干粉纯度不低于60％。

具体地说，本发明所述原位高效处理黑臭水体底泥修复剂的工作原理为：

铁粉、活性炭粉末和二氧化锰粉末在高温烧结后可形成多孔铁碳镶嵌结构，铁骨架和碳链相互交叉融合，构成比表面积大的铁碳原电池基材。在微酸性污泥环境中，形成无数铁碳原电池反应并在二氧化锰的催化作用下，产生大量的二价铁离子和原子H。其反应原理如下：

阳极：Fe－2e^－→Fe²⁺

阴极：2H⁺+2e^－→2[H]

反应产生的Fe²⁺和[H]是高化学活性物质，可使废水中诸多有机物的结构和特性发生改变，产生断链、开环作用，提高污染物的可生化性。

同时，在氧化酶制剂的作用下，水体和污泥中的有机物底物被氧化并产生过氧化氢，生成的过氧化氢又与铁碳原电池产生的二价铁离子反应，形成芬顿(Fenton)反应，由此产生大量的羟基自由基，由此使修复剂氧化功能进一步增强。其反应原理如下：

RH₂+O₂→R+H₂O₂

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+(OH)^－+OH·

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+O₂+2H⁺

O₂+Fe²⁺→Fe³⁺+O₂ ^－

另外，反应过程中产生的Fe²⁺和Fe³⁺又可生成Fe(OH)₂和Fe(OH)₃，Fe(OH)₂和Fe(OH)₃同时又是优良的絮凝剂，可以吸附凝聚水体中原有的悬浮物并吸附除去重金属离子，使毒性和氧化性较强的金属离子或化合物还原为毒性较小的还原态并沉积于铁表面，从而降低了黑臭水体中污染物的毒性和重金属离子的迁移性，实现了同步脱氮除磷、重金属离子稳定化等多重功能。

本发明还提供了所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备方法，包括如下步骤：

称取铁粉、活性炭粉末、二氧化锰粉末，将上述三种粉末在室温下充分混合，然后在惰性气体保护下进行烧结，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

作为优选，所述粉末的混合设备采用高能球磨机。

作为优选，所述烧结温度为900～1050℃，烧结时间为2～4h。

作为优选，所述惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种。

本发明还提供了所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂的使用方法，具体使用步骤为：将修复剂调配成浓度为20～150g/L的修复剂悬浊液，在搅拌黑臭水体底泥的同时注入修复剂悬浊液，并进行混合。

作为优选，所述修复剂悬浊液的施用量为每立方米底泥5～30L的修复剂悬浊液。

作为优选，所述修复剂悬浊液的注入设备采用高压蠕动泵。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

1、适用性能强。本发明所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂可根据底泥、水体的污染程度、污染原因、生态状态和整治阶段目标，灵活调配修复剂各组分的比例和投加量，有针对性地制定适用的技术方案及组合方案，具有极强的适用性。

2、经济性能好。本发明所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂所需铁粉、活性炭粉末均可由工业、农业生产中产生的废弃料加工而成，原料来源广、价格低廉；且实施过程中一次性采用机械化施工作业，施工流程和工艺简单。因此，具有良好的经济性能。

3、功能性多样。本发明所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂在实现高效降解水体和底泥中污染物，达到泥水同治的同时，又可以有效去除氮磷污染、稳定化重金属离子。具有有机物氧化分解、脱氮除磷、重金属离子钝化等多重功能。

4、效能时间长。本发明所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂由于含有活性氧化酶制剂，施用过程中随着对泥、水和修复剂的混合搅拌，在有效改善水体和底泥厌氧状态的同时，恢复水体和底泥的健康微生物环境，使得治理效果得以长期保持。

具体实施方式

本发明提供了一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，由包含如下重量份数的原料制备而成：

在本发明中，所述酶制剂干粉优选为氧化酶制剂干粉。

在本发明中，所述氧化酶优选为尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶中的一种或多种。

在本发明中，所述铁粉粒度优选为100目以上；所述活性炭粉末粒度优选为100目以上；所述二氧化锰粉末粒度优选为100目以上；所述酶制剂干粉粒度优选为200目以下。

在本发明中，所述铁粉的纯度优选为不低于90％，更优选为99.9％；活性炭粉末碘吸附值优选为不低于800mg/g，更优选为大于980mg/g；二氧化锰粉末的纯度优选为不低于85％，更优选为不低于99.9％；酶制剂干粉纯度优选为不低于60％，更优选为大于75％。

本发明还提供了所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备方法，包括如下步骤：

称取铁粉、活性炭粉末、二氧化锰粉末，将上述三种粉末在室温下充分混合，然后在惰性气体保护下进行烧结，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

在本发明中，所述粉末的混合设备优选为高能球磨机。

在本发明中，所述烧结温度优选为900～1050℃，更优选为980℃；所述烧结时间优选为2～4h，更优选为2.5h。

在本发明中，所述惰性气体优选为氦气、氩气和氮气中的一种。

本发明还提供了所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂的使用方法，具体使用步骤为：将修复剂调配成浓度为20～150g/L的修复剂悬浊液，在搅拌黑臭水体底泥的同时注入修复剂悬浊液，并进行混合。

在本发明中，所述修复剂悬浊液的施用量优选为每立方米底泥5～30L的修复剂悬浊液。

在本发明中，所述修复剂悬浊液的注入设备优选为高压蠕动泵。

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

原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备：

取35份粒度为150目、纯度为99.9％的铁粉、10份粒度为120目、碘吸附值为990mg/g的活性炭粉末和5份粒度为120目、纯度为99.9％的二氧化锰粉末加入高能球磨机中，在室温下进行充分混合，然后在氩气保护下，在980℃下烧结2.5h，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与2份尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶组成的氧化酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

实施例2

原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备：

将50份粒度为120目、纯度为98％的铁粉、15份粒度为140目、碘吸附值为1000mg/g的活性炭和7份粒度为120目、纯度为99.9％的二氧化锰粉末加入高能球磨机中，在室温下进行充分混合，然后在氩气保护下，在910℃下烧结4h，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与5份D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶组成的氧化酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

实施例3

原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备：

将80份粒度为150目、纯度为99.9％的铁粉、15份粒度为120目、碘吸附值为990mg/g的活性炭和10份粒度为140目、纯度为99.9％的二氧化锰粉末加入高能球磨机中，在室温下进行充分混合，然后在氩气保护下，在1050℃下烧结2h，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与10份尿酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶组成的氧化酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

实施例4

本实施例的黑臭水体底泥取至某市雁滩公园内的景观湖，用抓泥斗小心抓取湖底30cm厚度的底泥，放入底面积0.09m²、高1.5m的有机玻璃容器内，并保持底泥30cm厚度不变，然后再缓慢注入景观湖的原水至水深0.9m。用搅拌器快速搅拌容器内部底泥并同步注射浓度为50g/L的由实施例1制备的修复剂悬浊液270ml，持续搅拌2min；同时设置一组情况完全相同但不投加修复剂的对照组。观察两者的水质和底泥变化情况。结果如表1所示。

表1修复剂用于某市雁滩公园景观湖黑臭水体及底泥效果对比

实施例5

本实施例的黑臭水体选取某市小西湖公园内一处污染湖塘，距离市政马路约50m，由于湖塘地势低洼和该处马路集污口排水不畅，遇到强降雨时路面积水汇入该湖塘，且湖塘内易拉罐、生活垃圾大量漂浮；湖塘水体呈深黑色、水深约0.8m，底泥黑臭、厚度约50cm。为检验本修复剂效果，采用围堰法用不锈钢板围出面积2m²的区域，并将围堰内水体中的垃圾打捞干净。然后用电动搅拌机对围堰内部的底泥进行搅拌，并同步在水体底部投加浓度为100g/L的由实施例3制备的修复剂悬浊液12.9L，持续搅拌5min；同时设置一组情况完全相同但不投加修复剂的对照组。观测围堰内外水体水质和底泥变化情况。结果如表2所示。

表2修复剂用于治理某市小西湖公园一处湖塘黑臭水体及底泥效果对比

进一步地，由表1和表2可知，本发明所制备的原位处理黑臭水体底泥的修复剂可快速实现黑臭水体污染泥水同治，处理1天后原水的COD降低了70mg/L，BOD₅降低了33mg/L，TN降低了2.3mg/L，TP降低了1.3mg/L。水质得到了明显的改善，浊度大范围的降低。而且经过15天的处理底泥颜色发生了明显的改变，底泥中的重金属去除率高达93％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，其特征在于，由包含如下重量份数的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，其特征在于，所述酶制剂干粉为氧化酶制剂干粉。

3.根据权利要求2所述的一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，其特征在于，所述氧化酶为尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羟基酸氧化酶中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，其特征在于，所述的铁粉粒度在100目以上；所述活性炭粉末粒度在100目以上；所述二氧化锰粉末粒度在100目以上；所述酶制剂干粉粒度在200目以下。

5.根据权利要求1所述的一种原位处理黑臭水体底泥的修复剂，其特征在于，所述铁粉的纯度不低于90％；所述活性炭粉末碘吸附值不低于800mg/g；所述二氧化锰粉末的纯度不低于85％；所述酶制剂干粉纯度不低于60％。

6.如权利要求1～5任一项所述原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

称取铁粉、活性炭粉末、二氧化锰粉末，将上述三种粉末在室温下充分混合，然后在惰性气体保护下进行烧结，再将烧结后的混合料粉碎成20～200目的粉末，最后将冷却后的混合料与酶制剂干粉混合，即得原位处理黑臭水体底泥的修复剂。

7.根据权利要求6所述的原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为900～1050℃，烧结时间为2～4h。

8.根据权利要求6所述的原位处理黑臭水体底泥的修复剂的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种。

9.如权利要求1～5任一项所述的原位处理黑臭水体底泥的修复剂的使用方法，其特征在于，将修复剂调配成浓度为20～150g/L的修复剂悬浊液，在搅拌黑臭水体底泥的同时注入修复剂悬浊液，并进行混合。

10.根据权利要求9所述的原位处理黑臭水体底泥的修复剂的使用方法，其特征在于，所述修复剂悬浊液的施用量为每立方米底泥5～30L的修复剂悬浊液。