磁性颗粒在富营养化水体及底泥磷的原位治理中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁性颗粒在富营养化水体及底泥磷的原位治理中的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来我国湖泊水库的富营养化现象非常严重，一个原因是：水体中的氮磷被微 生物摄取后，一部分会随着微生物的死亡而沉积到底泥中；而随着污水排放治理力度的不 断加大进入水体的外源性氮磷的量在不断减少，尽管如此，含外源性氮磷的沉积物释放到 水中的氮磷成为水体富营养化持续的另一个主要原因。因此控制沉积物中磷的释放是根治 水体富营养化的必不可少的一环。
[0003] 目前国内外针对富营养化问题研宄较为热点的领域，一个是对湖泊的研宄主要包 括水体和底泥间的氮磷交换沉积物的有效厚度，底泥氮磷释放和沉积的关系等的研宄；营 养状态与湖中水生生物之间的关系如富营养化如何减少湖泊中动、植物多样性，增加藻类 和水生植物生物量，水生植物在底泥与湖水间的氮磷交换中的作用等；治理湖泊富营养化 的生物技术（降氮除磷）研宄；而氮、磷等营养盐与藻类生长的机理还需进一步深入研宄。 另一个是流域方面的研宄包括氮、磷营养盐的来源（外源）作物对氮隣的吸收量和因水土 流失引起的损失量，氮和磷在迀移过程中的滞留、转化规律。此外关于富营养化控制模型的 研宄仍然是富营养化研宄领域中的前沿，同时，应用于湖泊富营养化研宄中的还有遥感和 GIS技术。目前这些先进的技术主要用来监测和计算氮磷营养负荷。其中富营养化控制模 型的建立一直以来都是研宄的热点。
[0004] 现有技术中，针对水体富营养化问题，有如下几种除磷方案： 1、原位覆盖 原位覆盖是将一层清洁物质覆盖到污染的沉积物表面从而有效地限制其对上覆水体 的影响。覆盖材料可以是清洁沉积物、沙、砾石、薄膜中间还可以混有单层或多种土工材 料。原位覆盖可以将污染沉积物与底栖生物物理性地分开防止沉积物迀移或再悬浮；同时 降低污染物向水中的扩散通量。目前覆盖法已经在河道、近海、河口等地有成功使用如日本 Kihama湖、美国Eagle港、挪威Eitrheim湾等，国内则尚未见这种方法的应用报道。其不 足是降低了水深，对底栖生态系统具有破坏性，在浮泥较多的水域不太适用，而寻找便宜清 洁的沙土来源也不容易。
[0005] 2、絮凝沉降和钝化 主要方法是将铝、铁盐或能与溶解态磷反应的矿物注入沉积物中，使其与活性磷反应， 从而降低磷的活性。比如投放铁盐、铝盐、石灰等到水体中会形成一层新的活性层覆盖在污 染沉积物表面，这些化学物质很容易与沉积物中释放出来的磷形成沉淀，从而阻止了磷向 水体中的扩散。国外的一些模拟实验和应用也证实了此法的有效性。这种方法的最大缺陷 是对水生生态系统存在潜在的威胁；石灰可以增大水中氨的毒性而铁和铝盐则可以破坏鱼 鳃的正常功能。
[0006] 3、吸附法 利用某些多孔或大比表面积的固体物质对水中的磷酸根离子的亲和力来实现污水除 磷的目的，吸附剂多用富含Al、Fe、Ca元素的粘土矿物。目前国内外的研宄多集中于废水中 的磷去除。
[0007] 4、生物法除磷 此法多用于水体除磷，甚少用于底泥除磷。生物法除磷是基于噬磷菌在好氧及厌氧条 件下，摄取及释放磷的原理，通过好氧-厌氧的交替运行来实现除磷。虽然生物法除磷工艺 具有这样的优点：可同时完成对有机物的去除，较低的运行费用；但是生物法除磷工艺运 行稳定性一般较差，运行操作严格，受废水的温度、酸碱度等影响大，对废水中有机物浓度 (BOD)依赖性很强。目前国内外应用生物法去除底泥里的磷素的研宄几乎没有。多用于废 水中的氮磷去除。
[0008] 5、底泥疏浚 虽然底泥疏浚可以短期改善水质，目前国内外应用也较多。然而对于疏浚还有很大争 议，疏浚残留下的沉积物残体很容易发生扩散，再次污染表层沉积物，同时疏浚消除了沉 积物间隙水自深层向表层的活性磷浓度梯度，以及不同层沉积物胶体在释放磷的能力之 间的差异，在疏浚后可能会产生爆发性的磷释放。
[0009] 除去水中磷元素的方法中主要分为三种：化学沉淀法、生物法、吸附法。化学沉淀 法最先广泛的应用于解决富营养问题。化学沉淀法还能应用于一些含高浓度磷酸盐的工业 废水中。同时化学沉淀还有可能产生高品质的磷酸盐沉淀物如鸟粪石。但是沉淀法导致化 学药品的高耗费及存在着磷回收困难的问题。生物处理法现在广泛的应用于富含磷的食品 及市政污水的处理，而在底泥除磷领域几乎没有相关的应用。部分研宄中提到利用聚磷菌 及植物消化磷酸盐从而除磷。而这种方法存在着基建投入太大、处理速度太慢、不利于高浓 度磷酸盐的去除也无益于底泥中的磷去除，同时存在操作复杂等缺点。
[0010] 吸附法能克服存在于化学沉淀法及生物处理法中的那些缺点。吸附法除磷所用的 吸附剂分为两类：粘土矿物与非粘土矿物。
[0011] 现有的研宄多局限于对水中磷去除的研宄而在底泥方面的研宄甚少。虽然国内外 对磷控的富营养化问题的研宄有很多，但真正能够应用到实践中的技术方法不多。而在底 泥磷释放方面的研宄也多注重在机理方面的研宄，除了原位用矿物质覆盖锁磷技术外，关 于底泥除磷技术的研宄几乎是空白。
[0012] 而且，现有底泥除磷方法往往只能将底泥原位固定而无法实现其从环境中去除在 环境条件变化的条件下(氧化还原电位、PH值变化等）存在再释放的可能性；另一方面磷作 为一种资源性物质现有方法也难以实现其回收。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于提供磁性颗粒在富营养化水体及底泥磷的原位治理中的应用。
[0014] 本发明所采取的技术方案是： 磁性颗粒在富营养化水体及底泥磷的原位治理中的应用。
[0015] 所述的磁性颗粒选自铁粉、四氧化三铁。
[0016] 所述的磁性颗粒为纳米级颗粒、微米级颗粒、毫米级颗粒中的至少一种。
[0017] 在原位治理完成后，通过外加磁场回收磁性颗粒。
[0018] 所述的外加磁场的来源为磁铁或电磁铁。
[0019] 所述的富营养化水体为富营养化河流水体或富营养化湖库水体。
[0020] 磁性颗粒原位富集固化与磁性分离联合治理富营养化水体及底泥磷的方法，步骤 为： 1) 投加药剂：在富营养化水体中投加磁性颗粒； 2) 原位富集及原位固化：投入磁性颗粒到水体中设定时间后，磁性颗粒对底泥及水体 中的磷素进行富集及原位固化； 3) 磁性颗粒的回收：利用外加磁场作用于底泥表面，使得磁性颗粒得以回收。
[0021] 所述的富营养化水体中，水体溶解磷浓度< lg/m3,底泥表层O-IOcm干泥总磷浓度 < 2g/kg,可溶态磷浓度< 0· lg/kg，pH为6-8,水深为5-20m。
[0022] 磁性颗粒的投加量为：每平米水面投加50_2500g。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明将磁性颗粒物应用于富营养化水体及底泥磷