申请日2019.03.08
公开(公告)日2019.06.14
IPC分类号C02F11/04; C02F11/02; C02F11/00; C02F1/42; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明公开了用于黑臭水体污染底泥修复的化学‑微生物‑生态原位组合方法，包括：先将硝酸盐和反硝化细菌注入底泥中，固体活性材料投加到底泥‑上覆水体界面上方，阴离子交换树脂浮体系统和包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统悬挂于上覆水体中，待硝酸盐和反硝化细菌通过其反硝化作用去除底泥中耗氧性污染物后移除阴离子交换树脂浮体系统，再将挺水植物和沉水植物种植于底泥中并定期收割，稳固固体活性材料并原位吸收氮磷至修复结束，在反硝化作用产生氮气的扰动下固体活性材料进入底泥中钝化底泥中磷、控制底泥中氮磷释放，修复彻底且效果高、成本低，解决现有技术中污染底泥修复不彻底、成本高，易于造成二次污染的问题。
权利要求书
1.用于黑臭水体污染底泥修复的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将硝酸盐和反硝化细菌注入底泥中，固体活性材料投入底泥-上覆水体界面上方;所述硝酸盐和反硝化细菌通过其反硝化作用去除底泥中耗氧性污染物，在上述反硝化作用产生氮气的扰动下，所述固体活性材料进入底泥中并钝化底泥中磷，控制底泥中氮磷释放;
(2)将若干个阴离子交换树脂浮体系统和包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统投入并悬挂于上覆水体中，所述阴离子交换树脂浮体系统原位去除上覆水体中硝酸盐，所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统原位去除上覆水体中氨氮和磷;
(3)待步骤(1)中所述硝酸盐和所述反硝化细菌去除底泥中耗氧性污染物后，移除上覆水体中所述阴离子交换树脂浮体系统，第一修复阶段结束;
(4)将挺水植物和沉水植物种植于底泥中并定期收割，稳固进入底泥中所述固体活性材料的同时原位吸收氮磷，并保持步骤(2)中所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统悬挂于上覆水体中至第二修复阶段结束。
2.根据权利要求1所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(1)中，
所述硝酸盐的总投加量为200～2000g/m2;
所述反硝化细菌的投加量为20～200g/m2;
所述固体活性材料由沸石、碳酸钙和铁基活性材料组成，所述沸石的投加量为0.2～10kg/m2，所述碳酸钙的投加量为0.2～10kg/m2，所述铁基活性材料的投加量为0.2～2kg/m2。
3.根据权利要求2所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沸石为粒径10～200目的天然沸石或人造沸石;所述碳酸钙为粒径100～300目的方解石或石灰石;
所述铁基活性材料的制备过程为：将浓度为0.1～2mol/L的溶解性三价铁盐溶液与天然矿物按固液比为0.05～1g/mL混合，调节pH值至8～11，固液分离后收集固态，烘干即得;其中，
所述溶解性三价铁盐溶液为氯化铁溶液或硫酸铁溶液;
所述天然矿物选自天然沸石、膨润土或方解石中至少一种。
4.根据权利要求1所述的化学-微生物-生态-原位组合方法，其特征在于，步骤(2)中，
所述阴离子交换树脂浮体系统的投入密度为1～10个/m2;
所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统的投入密度为1～10个/m2。
5.根据权利要求1或4所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(2)中，所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统为由土工布或尼龙布包覆沸石和铁基活性材料而成的圆柱体或近似圆柱体，长为0.2～1m，直径为1～5cm;
所述的包裹阴离子交换树脂的浮体系统为由土工布或尼龙布包覆阴离子交换树脂而成的圆柱体或近似圆柱体，长为0.2～1m，直径为1～5cm。
6.根据权利要求1或4或5所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(2)中，所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统中，所述沸石为粒径10～200目的天然沸石或人造沸石;
所述铁基活性材料的制备过程为：将浓度为0.1～2mol/L的溶解性三价铁盐溶液与天然矿物按固液比为0.05～1g/mL混合，调节pH值至8～11，固液分离后收集固态即得;其中，所述溶解性三价铁盐溶液为氯化铁溶液或硫酸铁溶液;所述天然矿物选自天然沸石、膨润土或方解石中至少一种。
7.根据权利要求1所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(4)中，所述挺水植物的种植密度为10～100株/m2;所述沉水植物的种植密度为50～600株/m2。
8.根据权利要求1或7所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，步骤(4)中，所述挺水植物包括雨久花、黄花鸢尾、泽泻、香蒲、芦苇、水葱和野慈姑中至少一种;所述沉水植物包括苦草、黑藻、狐尾藻、菹草、金鱼藻和竹叶眼子菜中至少一种。
9.根据权利要求1所述的化学-微生物-生态原位组合方法，其特征在于，所述第一修复阶段的持续时间为15～60天，所述第二修复阶段的持续时间为15～360天。
说明书
用于黑臭水体污染底泥修复的化学-微生物-生态原位组合方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及用于黑臭水体污染底泥修复的化学-微生物-生态原位组合方法。
背景技术
目前，黑臭水体中污染物来自外部输入(如污水排放、地表径流等)和内部释放(如底泥中磷释放)，为修复黑臭水体，首先对外源污染物进行截污治污，当外源污染物输入被有效控制之后控制内源污染物。底泥污染物释放控制包括原位控制和异位控制;其中，异位控制主要采用环保疏浚将污染底泥移除，以降低底泥中污染物的释放通量和生态风险，并对疏浚后的污染底泥进行安全处理，其可短期降低底泥污染物含量，但后续底泥处置费用较高，不利于水生生态系统和生物资源的恢复。原位控制主要包括原位覆盖、硝酸盐注射、基于反硝化细菌的微生物、生态修复和地球化学工程等控制技术，不需要额外处理处置场地，修复费用也较低，但是采用单一原位修复技术很难达到黑臭水体污染底泥原位修复的目的，只有将它们合理搭配进行优化组合、克服各自缺陷，才能有效地实现对黑臭水体污染底泥的原位修复。
申请号201610169400.4的中国专利公开了一种用于地表水体黑臭底泥修复的原位组合方法，将硝酸盐注入、锆改性沸石添加、沸石/锆改性沸石混合物覆盖、土工布包裹专用吸附剂材料覆盖组合，实现对黑臭底泥的修复、对底泥氨氮和总磷的释放控制，能有效控制硝酸盐向上覆水体的泄露，但仍存在以下缺陷：
(1)该方法需要将土工布包裹专用吸附剂材料投加到底泥上方，投加不方便、从底泥上方取出来也不方便，将覆盖层从底泥-水界面上方取回通常需要用到大型机械设备，成本高、推广难。(2)覆盖层I被覆盖层II覆盖，由于覆盖层II采用土工布材料进行很好保护，导致反硝化过程中产生的氮气难以对覆盖层I中覆盖材料进行扰动，硝酸盐修复底泥后覆盖层I仍无损地位于底泥上方，对底泥中底栖动物产生负面作用。(3)修复底泥后覆盖层II从底泥上方取回导致覆盖层I受水流冲刷而流失，降低覆盖层I控制底泥中污染物释放效率。(4)该方法仅仅是将硝酸盐添加到底泥中，而底泥通常处于缺氧状态，缺乏反硝化细菌，初期底泥修复效率低。(5)污染底泥的修复过程中，底泥污染物仍可能穿过覆盖层泄露到上覆水体中，上覆水体仍需二次净化，工艺复杂、成本高。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供用于黑臭水体污染底泥修复的化学-微生物-生态原位组合方法，解决现有技术中污染底泥修复不彻底、成本高，易于造成二次污染的问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
用于黑臭水体污染底泥修复的化学-微生物-生态原位组合方法，具体地，包括以下步骤：
(1)先将硝酸盐和反硝化细菌注入底泥中，再将固体活性材料投加到底泥-上覆水体界面上方，所述硝酸盐和反硝化细菌通过其反硝化作用去除底泥中耗氧性污染物，且在上述反硝化作用产生氮气的扰动下所述固体活性材料进入底泥中钝化底泥中磷，控制底泥中氮磷释放;
(2)将若干个阴离子交换树脂浮体系统和包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统投入并悬挂于上覆水体中，所述阴离子交换树脂浮体系统原位去除泄露至上覆水体中的硝酸盐，所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统原位去除泄露至上覆水体中的氨氮和磷;
(3)待步骤(1)中所述硝酸盐和所述反硝化细菌将底泥中耗氧性污染物去除后，移除上覆水体中所述阴离子交换树脂浮体系统，第一修复阶段结束;
(4)将挺水植物和沉水植物种植于底泥中并定期收割，稳固进入底泥中所述固体活性材料的同时原位吸收氮磷，保持步骤(2)中所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统悬挂于上覆水体中至第二修复阶段结束。
进一步，步骤(1)中，所述硝酸盐的总投加量为200～2000g/m2，所述反硝化细菌的投加量为20～200g/m2;所述固体活性材料由沸石、碳酸钙和铁基活性材料组成，所述沸石的投加量为0.2～10kg/m2，所述碳酸钙的投加量为0.2～10kg/m2，所述铁基活性材料的投加量为0.2～2kg/m2。
更进一步，步骤(1)中，所述沸石为粒径10～200目的天然沸石或人造沸石;所述碳酸钙为粒径100～300目的方解石或石灰石;所述铁基活性材料的制备过程为：将浓度为0.1～2mol/L的溶解性三价铁盐溶液与天然矿物按固液比为0.05～1g/mL混合，调节pH值至8～11，固液分离后收集固态即得;其中，
所述溶解性三价铁盐溶液为氯化铁溶液或硫酸铁溶液;
所述天然矿物选自天然沸石、膨润土或方解石中至少一种。
进一步，步骤(2)中，所述阴离子交换树脂浮体系统的投入密度为1～10个/m2;所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统的投入密度为1～10个/m2。
进一步，步骤(2)中，所述的包裹阴离子交换树脂的浮体系统为由土工布或尼龙布包覆阴离子交换树脂而成的圆柱体或近似圆柱体，长为0.2～1m，直径为1～5cm;所述包裹沸石和铁基活性材料的浮体系统为由土工布包覆沸石和铁基活性材料而成的圆柱体或近似圆柱体，长为0.2～1m，直径为1～5cm;其中，
所述沸石为粒径10～200目的天然沸石或人造沸石;
所述铁基活性材料的制备过程为：将浓度为0.1～2mol/L的溶解性三价铁盐溶液与天然矿物按固液比为0.05～1g/mL混合，调节pH值至8～11，固液分离后收集固态即得;其中，
所述溶解性三价铁盐溶液为氯化铁溶液或硫酸铁溶液;
所述天然矿物选自天然沸石、膨润土或方解石中至少一种。
进一步，步骤(4)中，所述挺水植物的种植密度为10～100株/m2;所述沉水植物的种植密度为50～600株/m2。
更进一步，步骤(4)中，所述挺水植物包括雨久花、黄花鸢尾、泽泻、香蒲、芦苇、水葱和野慈姑中至少一种;所述沉水植物包括苦草、黑藻、狐尾藻、菹草、金鱼藻和竹叶眼子菜中至少一种。
进一步，第一修复阶段的持续时间为15～60天，第二修复阶段的持续时间为15～360天。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)与现有硝酸盐和反硝化细菌组合修复技术相比，本发明不仅控制底泥氮磷释放效率高，而且可以防止注入底泥中硝酸盐被泄露到上覆水中。
(2)本发明将阴离子交换树脂悬挂于上覆水中，投加和移除方便，而且通过硝酸盐和反硝化细菌反硝化作用产生氮气的扰动所述固体活性材料进入底泥中钝化底泥中磷，控制底泥中氮磷释放，提高修复效率。
(3)底泥经化学吸附和反硝化作用的化学-生物组合处理更适合种植沉水植物和挺水植物，存活率高，有利于高效去除底泥中污染物进行生态修复。且挺水植物和沉水植物可以稳固进入底泥中所述固体活性材料，原位钝化吸收氮磷的持续时间长，提高原料利用率。（发明人詹艳慧;林建伟;吴俊麟;辛慧敏;常明玥;赵钰颖;王艳;张志斌;俞阳;吴小龙;柏晓云;王凤君）
