專利名稱：一種黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著城市化進程的加速和社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，污水和廢水排放量迅速增加，加之城市內(nèi)河多水動力不足、納污能力低，極易發(fā)生黑臭，導(dǎo)致河流 生態(tài)系統(tǒng)遭受毀滅性破壞。碳源有機物污染使水體嚴(yán)重缺氧，黑臭、甚至使水生生物滅絕，而氮、磷等營養(yǎng)鹽物質(zhì)致使閉鎖的城市內(nèi)河水域富營養(yǎng)化，其結(jié)果惡化了城市內(nèi)河水環(huán)境，危害了整個城市的生活環(huán)境。河道底泥尤其是表層底泥作為排入河道的各類污染物主要的儲存庫，累積了大量的污染物質(zhì)。而在一定條件下，富集于底泥中的部分營養(yǎng)鹽會再次向上覆水釋放，使上覆水營養(yǎng)鹽物質(zhì)含量增加，底泥成為上覆水營養(yǎng)鹽的二次污染源。隨著“雨污分流”等制度的實施，城市河道的外源污染將逐漸得到控制底泥內(nèi)源污染成為河道污染物質(zhì)的主要來源。顯然，實現(xiàn)上覆水和底泥污染的同步凈化是從根本上解決河道污染問題的重要途徑之
O從技術(shù)原理上看，黑臭河道營養(yǎng)鹽的原位治理大致可以分為物理法、化學(xué)法和生物法。無論何種技術(shù)手段，其指導(dǎo)思想基本包括兩個方面，一是原位削減，二是原位固化。對于磷的控制有化學(xué)法，即投加化學(xué)藥劑通過絮凝、固定、鈍化，加速磷向底泥中轉(zhuǎn)移，并通過鈍化層將其固定在底泥中；或者通過物理、化學(xué)或生物方法改變泥水界面化學(xué)組成或者環(huán)境因子，主要是通過改善泥水界面溶解氧條件，增強固定磷的能力，抑制底泥磷的釋放。對于氨氮的控制大致也是相似的方法，一是通過添加化學(xué)試劑在吸附水體中氨氮同時，將表層底泥中的氨氮轉(zhuǎn)化成難溶化合物固定于表層底泥；二是間接改變泥水界面氧化還原條件，也可直接投加微生物制劑促進硝化過程進行，進而通過反硝化作用將氮去除。上述方法存在一定的缺陷在同步凈化水體和表層底泥的氮磷污染方面效果不佳；化學(xué)藥劑使用量較大，而且不容易和表層底泥混合削弱了化學(xué)藥劑的使用效果，增加了使用成本；對表層泥水界面的氧化還原條件改善不足，不能形成中長期效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種實施方便、凈化效果好且成本低的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法。根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，包括以下步驟a)對所述黑臭水體的表層底泥和上覆水體進行曝氣處理以對水體中的磷進行吸附固定；b)將進行曝氣處理后的水體進行沉降處理；c)將經(jīng)過沉降處理的水體重復(fù)進行步驟a)和步驟b)處理，至水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度時，將水體靜置處理，完成水體凈化。根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，無需投加化學(xué)藥劑，只需在傳統(tǒng)曝氣基礎(chǔ)上改變曝氣器的位置，直接向表層底泥充氧曝氣，在實現(xiàn)水體復(fù)氧的同時，有效改善黑臭河道泥水界面的氧化還原條件，形成一定厚度的氧化層，經(jīng)過該方法處理后，可以提高黑臭水體透明度，降低臭度，可以同步降低水體和底泥中氨氮含量，在降低水體磷酸鹽含量促進內(nèi)源磷固化，抑制內(nèi)源磷釋放。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣處理裝置為曝氣器，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度小于5cm。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度為2 cm。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣器的空氣流量為I 2L/min，曝氣時間為6 12h。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述上覆水體CODra小于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I I. 5L/min,曝氣時間為6 8h ;所述上覆水體CODra大于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I. 5 2L/min，曝氣時間為8 12h。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述沉降處理方法為自然沉降。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述預(yù)定濃度為O. 5mg/L。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣時段為夜間。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法的流程圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。下面結(jié)合圖I描述根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法。具體地，如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法包括以下步驟a)對所述黑臭水體的表層底泥和上覆水體進行曝氣處理以對水體 中的磷進行吸附固定；b)將進行曝氣處理后的水體進行沉降處理；c)將經(jīng)過沉降處理的水體重復(fù)進行步驟a)和步驟b)處理，至水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度時，將水體靜置處理，完成水體凈化。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，無需投加化學(xué)藥齊U，只需在傳統(tǒng)曝氣基礎(chǔ)上改變曝氣器的位置，直接向表層底泥充氧曝氣，在實現(xiàn)水體復(fù)氧的同時，有效改善黑臭河道泥水界面的氧化還原條件，形成一定厚度的氧化層，經(jīng)過該方法處理后，可以提高黑臭水體透明度，降低臭度，可以同步降低水體和底泥中氨氮含量，在降低水體磷酸鹽含量促進內(nèi)源磷固化，抑制內(nèi)源磷釋放。關(guān)于所述曝氣裝置的選擇沒有特殊限制，例如可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員常用的曝氣器。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度小于5cm。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度為2cm。由此，通過改變曝氣器的位置，直接向表層底泥充氧曝氣，可以改善水體溶解氧條件，同時在曝氣擾動下表層底泥中含有的耗氧物質(zhì)進入水體后獲得氧的幾率增大，氧化充分，減少表層底泥的需氧量；水體和表層底泥的耗氧物質(zhì)減少，水體黑臭程度將得到改善；由于曝氣位置在表層底泥內(nèi)部，加之表層底泥經(jīng)過懸浮沉降，溶解氧向底泥-水系統(tǒng)融入量顯著增加，泥水界面溶氧條件和氧化還原環(huán)境將顯著改善，對氮磷的凈化起到積極作用。在曝氣作用下硝化作用得以啟動并進行，降低水體氨氮負荷；懸浮于水體中的顆粒物質(zhì)為硝化細菌等微生物提供了繁殖場所，利于水體硝化作用進行；表層底泥和間隙水中氨氮含量在硝化作用下減少，內(nèi)源氮釋放減少；在間歇曝氣的作用下，在底泥形成了好氧-缺氧交替出現(xiàn)的環(huán)境，利于同步硝化-反硝化的進行，進而削減底泥氮素負荷。底泥懸浮增加了水中無機顆粒物質(zhì)含量，促使水體中的磷被顆粒物質(zhì)吸附并固定于沉降后的底泥中，降低水中磷酸鹽含量；表層底泥的氧化條件改善，促進內(nèi)源磷向難釋放態(tài)磷轉(zhuǎn)化，有效抑制內(nèi)源磷釋放?？紤]到節(jié)能和景觀效果要求，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，曝氣強度為每個曝氣器的空氣流量在l_2L/min，每天曝氣時間在6_12h。具體地，曝氣參數(shù)的確定主要根據(jù)上覆水體的CODra決定。當(dāng)所述上覆水體CODra小于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I I. 5L/min，曝氣時間為6 8h ;所述上覆水體CODra大于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I. 5 2L/min，曝氣時間為8 12h。由此，既可以達到節(jié)能的效果，又可以不影響景觀。進一步考慮到景觀需要，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述曝氣的時間段可以選擇在夜間。關(guān)于所述沉降方法，需要理解的是，由于沉降之前采用了對水體進行曝氣的操作，在沉降過程中無需再添加任何化學(xué)試劑，對曝氣后的水體進行自然沉降即可。由此，不僅可以達到凈化效果，而且降低了凈化成本。由于整個曝氣周期時間以上覆水體中氨氮濃度來確定，只有當(dāng)上覆水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度時才能達到凈化效果。因此，在沉降過后，根據(jù)測定的上覆水體中氨氮濃度確定是否需要進一步進行曝氣處理。當(dāng)上覆 水體中氨氮濃度高于預(yù)定濃度時，進一步進行曝氣處理，再進行自然沉降，直至上覆水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度后，將上覆水體進行靜置處理，完成凈化。

關(guān)于水體中氨氮的預(yù)定濃度，可以根據(jù)實際需要進行合理調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述預(yù)定濃度為O. 5mg/Lo下面結(jié)合具體實施例描述根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法。實施例I以圓形有機玻璃容器(d = 10cm, h = 60cm)為采樣和實驗裝置，原位采集某城市黑臭河道原位底泥(15cm)和上覆水(30cm，約2. 5L)作為實驗材料。將微孔曝氣頭(氣泡尺寸為I 3mm)安置在PVC支架上，插于底泥頂部下方2cm處。靜置數(shù)天后，用曝氣機進行曝氣，上覆水CODra濃度平均為91. 87mg/L，曝氣參數(shù)為IL/min，6h/d，第16天停止曝氣，后靜置3周觀測，實驗在第37天結(jié)束。16天后，與實驗前比較上覆水NH4+-N、P04--P分別減少了 99. 43%和99. 81 %，其中，P04_-P在曝氣I天后的去除率就達到99. 12% ;靜置3周后NH4+-N和P04__P的最終去除率分別為為92. 61%和99. 69%，水體惡臭程度得到緩解；其他水質(zhì)指標(biāo)見表I。實驗結(jié)束后表層底泥形成約5cm厚的黃褐色氧化層，F(xiàn)e2+去除率為92. 54%，表層底泥還原環(huán)境得到顯著改善；表層底泥總氮和吸附態(tài)氨氮的去除率分別為10. 24%和72. 36%。表I實驗前后上覆水水質(zhì)主要指標(biāo)平均濃度變化(mg/L)
上覆水TNNH4+-NTPPO4 ^PCODcr ~DO濁度 NTU
處理前22.65 19.332731175991.87θΤθ22/7
停止曝氣后 12.47 07Τ 0Λ20.003 43.28Γ0318.48
去除率％44.94 99.4394.8199.8152.8918.59
靜置 3 周后 4/72 Τ37θΤ30.00545.76178316.45
最終去除率 ％ 79. 16 92.9194.3799.6950. 1927.53實施例2以PVC桶(d上=50cm，d底=45cm，h = 70cm)為實驗裝置，加入底泥100L (典型黑臭河道)，約15cm高，然后虹吸注入上覆水360L (與底泥同時采集)約50cm高。以桶底中心為圓心，分別載以半徑IOcm和20cm的同心圓上布設(shè)曝氣裝置，內(nèi)圈每1/4圓弧處布設(shè)一個曝氣頭，外圈每1/8圓弧處布設(shè)一個曝氣頭，加上圓心I個，共布設(shè)微孔曝氣頭(氣泡尺寸為I 3_) 13個，通過PVC支架安置，插于底泥頂部下方2cm處。靜置數(shù)天后，用曝氣機進行曝氣，上覆水CODra濃度平均為128. 27mg/L，故曝氣參數(shù)為2L/min，12h/d，第18天停止曝氣，后靜置3周觀測，實驗在第39天結(jié)束。實驗結(jié)束后，上覆水TN和NH:-N分別減少了 52. 37 %和72. 74 % ;TP和Ρ04__Ρ93. 24%和95. 63%，水體惡臭程度得到緩解。實驗結(jié)束后表層底泥形成約6cm厚的黃褐色氧化層，F(xiàn)e2+去除率為97. 54% ;表層底泥總氮和吸附態(tài)氨氮的去除率分別為8. 24%和62. 36%。根據(jù)上述實施例可以看出，根據(jù)本發(fā)明實施例的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，無需投加化學(xué)藥劑，只需在傳統(tǒng)曝氣基礎(chǔ)上改變曝氣器的位置，直接向表層底泥充氧曝氣，在實現(xiàn)水體復(fù)氧的同時，有效改善黑臭河道泥水界面的氧化還原條件，形成一定厚度的氧化層，經(jīng)過該方法處理后，可以提高黑臭水體透明度，降 低臭度，可以同步降低水體和底泥中氨氮含量，不僅凈化成本低，而且凈化效果好，適合推廣使用。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，包括以下步驟 a)對所述黑臭水體的表層底泥和上覆水體進行曝氣處理，同步降低水體和表層底泥氨氮含量，同時對水體中的磷進行吸附固定； b)將進行曝氣處理后的水體進行沉降處理； c)將經(jīng)過沉降處理的水體重復(fù)進行步驟a)和步驟b)處理，至水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度時，將水體靜置處理，完成水體凈化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述曝氣處理裝置為曝氣器，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度小于5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述曝氣器的曝氣頭插入表層底泥的深度為2cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述曝氣器的空氣流量為I 2L/min，曝氣時間為6 12h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述上覆水體CODra小于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I I. 5L/min,曝氣時間為6 8h ;所述上覆水體C0D。,大于100mg/L時，所述曝氣器的空氣流量為I. 5 2L/min，曝氣時間為8 12h。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述沉降處理方法為自然沉降。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述預(yù)定濃度為O. 5mg/Lo
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，其特征在于，所述曝氣時段為夜間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種黑臭水體和底泥營養(yǎng)鹽的凈化方法，包括以下步驟a)對所述黑臭水體的表層底泥和上覆水體進行曝氣處理同步降低水體和表層底泥氨氮含量，同時對水體中的磷進行吸附固定；b)將進行曝氣處理后的水體進行沉降處理；c)將經(jīng)過沉降處理的水體重復(fù)進行步驟a)和步驟b)處理，至水體中氨氮濃度低于預(yù)定濃度時，將水體靜置處理，完成水體凈化。根據(jù)本發(fā)明的凈化方法，無需投加化學(xué)藥劑，只需在傳統(tǒng)曝氣基礎(chǔ)上改變曝氣器的位置，直接向表層底泥充氧曝氣，在實現(xiàn)水體復(fù)氧的同時，有效改善黑臭河道泥水界面的氧化還原條件，形成一定厚度的氧化層，可同步降低水體和表層底泥氨氮含量，同時實現(xiàn)對水體中磷的吸附固定，經(jīng)過該方法處理后，可以提高黑臭水體透明度，降低臭度。
文檔編號C02F9/14GK102874976SQ20121029938
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者劉波, 王文林, 盛明, 王國祥, 李振國 申請人:南通大學(xué), 環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所