申请日2019.12.30
公开(公告)日2020.04.10
IPC分类号C02F11/02; B01D53/02; B01D53/81; B01D53/40
摘要
本发明公开了一种粉末活性炭联合过氧化钙原位修复河道底泥的方法，属于环境科学与工程技术领域。本发明的复合材料，由活性炭粉末和过氧化钙粉末组成，其中，过氧化钙粉末和活性炭粉末的比例为1.5‑2.5：1。本发明的复合材料对于上覆水中总磷的去除率达到80%以上，COD去除率达到60%以上，氨氮去除率达到58%以上;对于底泥中总磷的去除率达到78%以上，COD的去除率达到51%，氨氮去除率达到49%以上。此外，本发明的复合材料不需要加入交联剂，只需要将活性炭粉末与过氧化钙粉末按照一定的比例通过研磨的设置即可以制备得到复合材料，制备工艺简单。
权利要求书
1.一种复合材料，其特征在于，由活性炭粉末和过氧化钙粉末组成，其中，过氧化钙粉末和活性炭粉末的比例为(1.5-2.5)：1。
2.一种权利要求1所述的复合材料的制备方法。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将预处理好的活性炭和过氧化钙粉末按照一定的质量比放入研钵内研磨，使其充分混合均匀;其中过氧化钙粉末和活性炭粉末的比例为(1.5-2.5)：1。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将预处理好的活性炭和过氧化钙粉末按照质量比为1:2放入研钵内研磨，使其充分混合均匀;其中活性炭的粒径为20目，过氧化钙的粒径为120目，最终制备得到的复合材料粒径为200目。
5.一种采用权利要求1的复合材料修复河道底泥的方法。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：按照0.15kg复合材料/m2河道污泥的用量，将复合材料铺洒在河道污泥表面进行河道污泥修复。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的具体修复河道底泥的方法为：
将7.35g过氧化钙复合材料加入150mL去离子水润湿，充分搅拌均匀后，均匀平铺在0.049m2面积底泥表面，通过蠕动泵缓慢，速率为5L/h，加入原黑臭河道上覆水，通过活性炭吸附和过氧化钙释放氧气，恢复水体自净效能实现修复黑臭河道底泥的目的。
8.权利要求1所述的复合材料在净化水体中的应用。
9.一种包含权利要求1所述的复合材料的净水剂。
10.一种包含权利要求1所述的复合材料的底泥修复剂。
说明书
一种粉末活性炭联合过氧化钙原位修复河道底泥的方法
技术领域
本发明涉及一种粉末活性炭联合过氧化钙原位修复河道底泥的方法，属于环境科学与工程技术领域。
背景技术
河道底泥是水生态系统的重要组成部分，也是氮、磷、有机物、金属、有毒物质等物质的主要存储层。在过去的40年中，中国工业，农业和其他来源的大量污水排放和固体废物倾倒导致河流底泥迅速恶化。这些有毒和营养丰富的物质部分扩散到水中，导致城市河流或湖泊变黑变臭，其余则沉积在底泥中形成内源污染，继续对水体水质构成威胁。
目前，国内外针对河道底泥处理技术主要分为原位处理和异位处理技术两种。由于异位处理工程量大、复杂，若疏浚不当，会导致大量污染物重新进入水体，而且底泥的快速处理和二次利用较为困难，近年来，原位修复技术因操作简单、投资小，不易造成二次污染受到了广泛关注。
原位修复技术按原理主要分为物理、化学和生物修复。物理修复技术主要有掩蔽和曝气，但是掩蔽会增加沉积物的深度，使得水体容量减小，而单一曝气在处理效果上难以达到要求，因此曝气技术通常与其他技术联用。化学修复技术是对底泥修复最有效的方法，利用化学试剂与污染物质发生氧化、还原、沉淀和聚合反应，但如何选择合适的化学试剂以及合适的用量非常重要，否则容易造成二次污染。生物修复技术有种植水生植物，投加微生物菌剂，但各自的应用均有明显的局限性，其中种植水生植物周期长，若不定时收割，水生植物会腐败分解重新污染水体，而微生物菌剂受不可控环境因素的影响较大。
活性炭具有孔隙率高、比表面积大等特点，可以吸附大部分污染物，也可以作为微生物生长的载体;过氧化钙一方面可以作为底泥锁磷材料防止底泥中的营养盐向上覆水释放，另一方面可以缓慢释放氧气，可用作增氧剂，通过改善底泥厌氧环境，进而改善微生物群落结构。
目前，通常将活性炭、过氧化钙和交联剂混合或者将金属铁、镍负载在硅藻土、水滑石上再加上过氧化钙和交联剂制成球状或者片状，来增强其缓释性和形成类芬顿(公开号：CN 108328677 A、CN 106396317 B、CN 106495421 A)，但是这样不仅操作复杂，而且增加成本，同时引入的金属离子(铁、镍)可能会造成二次污染。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种粉末活性炭联合过氧化钙原位修复河道底泥的方法。本发明采用简单的研磨技术将活性炭和过氧化钙粉末混合，使得形成的复合材料具备活性炭的载体功能和过氧化钙的化学特征，激活和提升河道底泥中微生物活性，强化污染物的降解和水生态环境的改良。而且不需要加入额外助剂，只需要将活性炭和过氧化钙按比例混合均匀，操作简单，不会引入新的金属离子，而且效果好。
本发明的第一个目的是提供一种复合材料，由活性炭粉末和过氧化钙粉末组成，其中，过氧化钙粉末和活性炭粉末的比例为(1.5-2.5)：1。
本发明的第二个目的是提供一种本发明所述的复合材料的制备方法，具体如下：将预处理好的活性炭和过氧化钙粉末按照一定的质量比放入研钵内研磨，使其充分混合均匀;其中过氧化钙粉末和活性炭粉末的比例为(1.5-2.5)：1。
在一种实施方式中，所述的预处理方式为：将活性炭使用0.5-1.5mol/L的盐酸浸泡1.5-2.5h后，用去离子水反复冲洗至pH为7-8，再用0.5-1.5mol/L氢氧化钠浸泡1.5-2.5h后，用去离子水反复冲洗至pH为7-8，去除杂质(金属离子和灰分)后，100-120℃烘箱烘干20-40min。
在一种实施方式中，所述的活性炭购自国药集团化学试剂有限公司，活性炭的粒径为15-40目。
在一种实施方式中，所述的过氧化钙的粒径为100-140目。
在一种实施方式中，所述的过氧化钙购自湖北鑫润德化工有限公司。
在一种实施方式中，所述的研磨具体为：研磨时间10min。
在一种实施方式中，所述的复合材料的粒径为180-220目。
本发明的第三个目的是提供一种采用本发明的复合材料修复河道底泥的方法。
在一种实施方式中，所述的方法为：按照0.15kg复合材料/m2河道污泥的用量，将所述修复河道污泥的复合材料铺洒在河道污泥表面进行河道污泥修复。
在一种实施方式中，所述的复合材料的添加量为0.15kg·复合材料/(m2沉积物)。
在一种实施方式中，所述的具体修复河道底泥的方法为：
将7.35g过氧化钙复合材料加入150mL去离子水润湿，充分搅拌均匀后，均匀平铺在0.049m2面积底泥表面，通过蠕动泵缓慢，速率为5L/h，加入原黑臭河道上覆水，可以通过活性炭吸附和过氧化钙释放氧气，恢复水体自净效能实现修复黑臭河道底泥的目的。
本发明的第四个目的是本发明所述的复合材料在净化水体中的应用。
本发明的第五个目的是一种包含本发明所述的复合材料的净水剂。
本发明的第六个目的是一种包含本发明所述的复合材料的底泥修复剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用CaO2+H2O→Ca(OH)2↓+1/2O2↑;CaO2+2H2O→Ca(OH)2↓+H2O2，来改善底泥表面氧化还原电位和底泥的厌氧环境，抑制底泥释放硫化氢、甲烷等气体，控制底泥上浮的动力来源，而复合材料中的活性炭会吸附已经释放的硫化氢、甲烷等气体和其他污染物质后，附着在沉积物表面。CaO2反应生成的Ca(OH)2是碱性物质，也会中和酸性臭味气体，防止底泥的酸化。
(2)本发明的利用复合材料缓慢释放氧气的特征，底泥与水界面厌氧环境的改善，可以抑制厌氧微生物的生长，促进好氧、兼氧微生物的生长，而吸附饱和的活性炭携带着大量的营养物质，有利于好氧、兼氧微生物附着在其生长繁殖，从而达到修复底泥的目的。
(3)本发明的复合材料对于上覆水中总磷的去除率达到80%以上，COD去除率达到60%以上，氨氮去除率达到58%以上。
(4)本发明的复合材料对于底泥中总磷的去除率达到78%以上，COD的去除率达到51%，氨氮去除率达到49%以上。
(5)本发明的复合材料不需要加入交联剂，只需要将活性炭粉末与过氧化钙粉末按照一定的比例通过研磨的设置即可以制备得到复合材料，制备工艺简单。（发明人缪恒锋;李雨平;阮文权）
