CN1490258A - 一种抑制水体内部污染物释放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境治理技术范围的可应用于受污染湖泊、水库和河流水体修复的一种抑制水体内部污染物释放的方法。该方法是采用微曝气方式在底泥与水体的交界面位置形成活性区的水层提供微量的空气，即是将固定或者移动的管状微孔曝气装置，呈平行状或者放射状放置在底泥与水体交界面附近，直接投加微小浓度的过氧化氢和投加过氧化钙的方式。直接抑制引起底泥污染物释放的厌氧微生物，氧化引起水嗅味和色度的还原性有机物和无机物，沉淀钝化磷元素，避免水体质量恶化，提高水环境质量。由于这种技术简单和直接，易于操作，且成本比较低廉，因而是实际可行的控制底部污染物释放的高效低耗技术，具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于环境治理技术范围，特别涉及可应用于受污染湖泊、水库和河流水体修复的一种抑制水体内部污染物释放的方法。
背景技术
中国的水环境污染非常严重，我国75％以上的湖泊、80％以上的河流都已经受到不同程度的污染。根据调查，外部污染物进入湖泊、水库和河流以后，一部分直接溶解于水体中，引起水质下降；另一部分，主要是颗粒态的有机物和不溶解性的无机盐等则沉淀至水底，形成底泥层，例如80％左右的磷是通过粘土颗粒进入水体底泥。底泥中的污染物在一定条件下能够加速释放出来，所以底泥污染又称为内源污染，其释放是造成水体污染负荷较高的原因之一，例如，南京玄武湖和杭州西湖的底泥污染负荷达到了43％以上。对于外部污染源已经得到有效控制的湖泊、水库或者河流，水体内部底泥污染负荷所占的比例就非常高，甚至达到80％以上，成为影响水环境质量的首要因素。究其原因，底泥污染物的释放是通过底泥与水体交界面的厌氧层(又称为活性区)进行的，颗粒态有机物转化为酸性有机物，导致水体发黑发臭，氨氮浓度上升5倍左右，而磷和铁锰离子的浓度会升高10倍左右。氮和磷浓度急剧上升引起藻类大幅度增长，形成水华，进一步恶化水质。因此，控制底泥与水体交界面处的活性区就成为控制水环境质量的一个关键。
目前，世界上普遍采用曝气的方式向水体底部供氧。采用曝气充氧方法来提高水体的溶解氧含量，进而对受污染的水环境进行修复。但是，由于这种技术是向整个水体进行曝气，而河流、湖泊和水库的水体面积一般非常大，使得曝气设备消耗机械动力非常大，建造和运行的成本非常高；对于面积较大、水体条件复杂的河流、湖泊和水库，其实际操作很难实现。另外，这种曝气技术容易搅动底泥，尤其是对于浅层湖泊和河流，引致底泥泛起，水体非常浑浊。因此，开发简便易行、成本低廉的底部水体供氧技术具有非常重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制水体内部污染物释放的方法，其特征在于：该方法是在底泥与水体的交界面位置，采用微曝气方式，向形成活性区的水层提供微量的空气，保持该层水体处于好氧状态，避免进入厌氧状态，避免厌氧微生物的急剧繁殖，从而避免污染物的释放；所述采用微曝气方式就是直接投加微小浓度的空气、过氧化氢和投加过氧化钙的方式。具体作法为：
1).将固定或者移动的管状微孔曝气装置，呈平行状或者放射状放置在底泥与水体交界面附近，根据底泥和水体的呼吸速率，确定向活性区曝气的强度，即必须保持底泥与水体交界面附近的溶解氧的浓度始终大于2mg/L，使水体和底泥界面始终处于好氧状态，抑制底泥污染物的厌氧转化及其向水体的释放过程；
2).投加过氧化氢，将过氧化氢溶液配制为0.5-2％重量比浓度，通过固定或者移动投加装置将过氧化氢溶液投加在底泥与水体交界面附近，使得过氧化氢的浓度范围为10mg/L至100mg/L，并使溶解氧浓度达到2mg/L以上；
3).投加过氧化钙，将过氧化钙配制成为3-6.5％重量比浓度的悬浮液，通过固定或者移动投加装置将过氧化钙投加在底泥与水体交界面附近，浓度范围为15mg/L至150mg/L，使得溶解氧浓度达到2mg/L以上。
本发明的有益效果是由于本方法仅仅是向形成活性区的一个薄层水体进行曝气，所以曝气量就比向整个水体曝气的传统技术大大节省，大大节约成本，而且也更加直接和有效。利用过氧化氢和过氧化钙，分别与还原性物质反应和磷反应，抑制不同类型底泥中氮、磷等物质的释放。向缺氧水体投加的过氧化氢，能在水中自行分解，产生氧气，提高水体的溶解氧含量；向缺氧水体投加的过氧化钙，与水缓慢反应，能够与溶解态的磷反应，生成不溶性的磷酸钙而沉淀下来，控制导致水体富营养化和藻类疯长的关键元素—磷，是控制水环境富营养化和改善水环境质量的关键。并产生氧气和氢氧化钙，提高底部水体的溶解氧含量和pH值。
具体实施方式
本发明是一种抑制水体内部污染物释放的方法。该方法是在底泥与水体的交界面位置，采用微曝气方式，向形成活性区的水层提供微量的空气，保持该层水体处于好氧状态，避免进入厌氧状态，避免厌氧微生物的急剧繁殖，从而避免污染物的释放；实际上，底泥污染物的释放是由一层活性区控制的，而活性区的厚度约为几厘米至几米的范围。在活性区开始形成的阶段，活性区厚度比较小，而在活性区形成并扩散以后，其厚度就逐渐增大。在活性区的形成阶段，采用微量曝气和组合投加过氧化氢或者过氧化钙的方法，能够有效的消除活性区，从而抑制底泥污染物的释放，避免形成水华，避免水质恶化，保护水环境。所采用微曝气方式就是直接投加微小浓度的空气、过氧化氢和投加过氧化钙的方式。具体作法为：将固定或者移动的管状微孔曝气装置，呈平行状或者放射状放置在底泥与水体交界面附近，根据底泥和水体的呼吸速率，确定向活性区曝气的强度，即必须保持底泥与水体交界面附近的溶解氧的浓度始终大于2mg/L，使水体和底泥界面始终处于好氧状态，抑制底泥污染物的厌氧转化及其向水体的释放过程。
投加过氧化氢，将过氧化氢溶液配制为0.5-2％重量比浓度，通过固定或者移动投加装置将过氧化氢溶液投加在底泥与水体交界面附近，使得过氧化氢的浓度范围为10mg/L至100mg/L，使得溶解氧浓度达到2mg/L以上；直接投加微小浓度的过氧化氢就能够快速抑制和杀死厌氧微生物，而不影响有益的好氧微生物。而且过氧化氢具有比较强的氧化性，标准氧化还原电位仅次于臭氧，高于高锰酸钾和二氧化氯，能够直接氧化水体产生嗅味和色度的还原性有机污染物和无机物。
投加过氧化钙，将过氧化钙配制成为3-6.5％重量比浓度的悬浮液，通过固定或者移动投加装置将过氧化钙投加在底泥与水体交界面附近，浓度范围为15mg/L至150mg/L，使得溶解氧浓度达到2mg/L以上。投加过氧化钙除了与过氧化氢同样的性能以外，还能够与溶解态的磷反应，生成不溶性的磷酸钙而沉淀下来，控制导致水体富营养化和藻类疯长的关键元素。是控制水环境的富营养化和改善水环境质量的关键。
下面举具体实施例对本发明予以说明。
本发明分别对深圳市西沥水库和清华大学近春湖的底泥和水体进行了实验。其中，深圳西沥水库底泥中铁锰含量较高，属于氧化还原敏感型底泥；北京近春湖底泥中铁锰含量较低，有机质含量较高，属于非氧化还原敏感型底泥。两个地点底泥具体数据见表1所示。
表1 深圳西沥水库和北京近春湖底泥性质的比较
| 采样地点 深圳西沥水库 北京近春湖 |
| pH 6.92 7.12 |
| 含水率(％) 62.14 77.25 |
| 有机质(％) 12.44 23.10 |
| 总磷(mg/g) 1.49 6.85 |
| 总氮(mg/g) 4.34 13.40 |
| 总铁(mg/g) 42.95 16.27 |
| 总锰(mg/g) 2.07 0.18 |
实验1：对于深圳西沥水库和北京近春湖的底泥和水进行供氧实验，结果见表2所示。在没有采取措施的情况下，溶解氧浓度低于0.002mg/L，氧化还原电位分别为104mV和-97mV。通过微曝气，投加过氧化氢和过氧化钙，溶解氧浓度大幅度上升，氧化还原电位也相继上升，使底泥和水体处于好氧状态。
表2 pH、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)的比较
| 采样 环境 厌氧地点 参数 实验 | 试验条件 |
| 曝气 投加H2O2 投加CaO2 | |
| 西沥 pH 6.87水库 DO(mg/L) ＜0.02Eh(mV) 104 | 7.16 7.09 10.26＞7.5 ＞3.0 ＞6.0457 506 347 |
| pH 6.54近春湖DO(mg/L) ＜0.02Eh(mV) -97 | 6.89 6.95 9.77＞7.0 ＞4.5 ＞5.6432 538 379 |
实验2：对于深圳西沥水库底泥实验，进行微曝气，运行时间10天，氨氮浓度由0.497mg/L降低至0.16mg/L，去除率为67.8％。加入H2O2、CaO2，试验10天，过氧化氢投加量为15mg/L，过氧化钙投加量为35mg/L。
实验3：对深圳西沥水库底泥磷的释放进行实验，采用微曝气、投加过氧化氢和过氧化钙，实验10天，结果磷的浓度由115.3μg/L分别降低至38.0μg/L，77.8μg/L，8.0μg/L。微曝气、投加H2O2和投加CaO2三种方式对水中磷的去除效率分别为67.01％，32.50％和93.02％，其中投加CaO2对磷的去除效果最明显。
实验4：对于北京近春湖底泥进行实验，投加过氧化钙，实验10天，结果，水样中溶解性磷的浓度由1020μg/L降低至140μg/L，去除率达到了86.3％，因此投加过氧化钙对北京近春湖底泥磷的释放具有非常好的抑制效果。
实验5：对于铁锰离子的去除，微曝气、投加过氧化氢和过氧化钙可以分别使深圳西沥水库铁离子由0.9842mg/L降低至0.0078mg/L，使锰离子浓度由5.75mg/L降低至0.017mg/L，去除率分别为99.2％和99.7％；对北京近春湖铁离子浓度由0.081mg/L降低0.002mg/L，使锰离子浓度由0.008mg/L降低至0，去除率分别为97.5％和100％。
Claims (3)
1.一种抑制水体内部污染物释放的方法，其特征在于：该方法是采用微曝气方式在底泥与水体的交界面位置，向形成活性区的水层提供微量的空气，保持该层水体处于好氧状态，避免进入厌氧状态，所述采用微曝气方式就是直接投加微小浓度的空气、过氧化氢和投加过氧化钙的方式；具体作法为：将固定或者移动的管状微孔曝气装置，呈平行状或者放射状放置在底泥与水体交界面附近，根据底泥和水体的呼吸速率，确定向活性区曝气的强度，即必须保持底泥与水体交界面附近的溶解氧的浓度始终大于2mg/L。
2.根据权利要求1所述抑制水体内部污染物释放的方法，其特征在于：所述投加过氧化氢是将过氧化氢溶液配制为0.5-2％重量比浓度，通过固定或者移动投加装置将过氧化氢溶液投加在底泥与水体交界面附近，使得过氧化氢的浓度范围为10mg/L至100mg/L，使得溶解氧浓度达到2mg/L以上。
3.根据权利要求1所述抑制水体内部污染物释放的方法，其特征在于：所述投加过氧化钙是将过氧化钙配制成为3-6.5％重量比浓度的悬浮液，通过固定或者移动投加装置将过氧化钙投加在底泥与水体交界面附近，浓度范围为15mg/L至150mg/L，使得溶解氧浓度达到2mg/L以上。
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