专利名称：一种用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法
技术领域：
本发明涉及水环境污染治理领域，具体涉及一种用于原位治理富营养水体底泥磷 释放的方法。
背景技术：
大量研 究表明，磷是水体富营养化的限制性因子，如何有效地降低水体中磷的含 量是富营养化水体治理的关键之一。水体中的磷按照来源可以分为外源磷和内源磷。外源 磷包括径流、大气沉降、工业和生活污水排放等多种活动输入的磷素；内源磷指水体内部的 磷素，主要来自于水体底泥和水生动植物死亡后的残体。由于富营养水体底泥中磷的含量 较大，因此，底泥往往被称为“磷库”，是内源磷控制的关键。对于底泥中的磷等内源磷，目前主要采用化学沉淀法、生物法、物理吸附法等技 术。生物法主要是利用聚磷菌吸收磷，通过排泥的方法去除水中的磷，该方法对底栖生物环 境影响小，效果好，但是该方法存在聚磷菌生长受底泥环境影响较大、不易接种等缺点。化 学沉淀法主要是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，使磷得到固定，该方法受氧 化还原条件影响较大，富营养化水体溶解氧含量通常较低，尤其底泥表层界面往往是厌氧 环境，不利于化学沉淀反应的发生。物理吸附法是利用某些多孔或大比表面的固体物质对 水中磷酸根的吸附亲和力，来实现除磷过程，该方法容易受底栖生物扰动影响，底栖生物活 动较强的底泥界面，传统的物理吸附法无法有效地控制因生物扰动导致的底泥释放。目前， 急需一种效果持久、操作方便的底泥释放控制技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种操作便利、成本低廉、效果显著且持久的 原位湖泊底泥磷素释放的控制方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，所述的方法为使臭氧和氯化 钙溶液作用于富营养水体底泥_上覆水界面，氯化钙在臭氧形成的强氧化条件下与底泥表 面的磷快速反应，从而降低上覆水中磷含量并在底泥表面形成物理覆盖层，进一步抑制底 泥磷释放，从而实现对富营养水体底泥磷释放的原位治理。本发明上述技术方案的作用原理为进行臭氧曝气形成强氧化条件，臭氧能促使 氯化钙与底泥中的各种形态磷高效、快速结合，降低上覆水总磷含量；并且未反应完全的氯 化钙可以和反应后形成的沉淀产物在湖泊底泥表面形成一层物理覆盖层，既可以隔离泥水 界面，发挥物理抑磷的作用，又能够持续与湖泊底泥中释放的磷反应；此外，臭氧曝气亦可 抑制底栖生物扰动作用，进而抑制底泥磷因为生物扰动而导致的释放。本发明中，需使臭氧和氯化钙溶液需作用于底泥-上覆水界面，可通过多种方式 实现，如通过臭氧发生器提供臭氧并在在底泥_上覆水界面曝气导入，使用加药泵向底 泥_上覆水界面注射氯化钙溶液，只要使得臭氧和氯化钙溶液的作用位置在底泥_上覆水界面即可。在作用过程中，可以是先进行臭氧曝气，然后再注射氯化钙溶液；也可以是臭氧 曝气和注射氯化钙溶液同时进行。本发明优选先对底泥_上覆水界面进行臭氧曝气，曝气 完毕后马上向底泥-上覆水界面注射氯化钙溶液。本发明具体推荐使用一种曝气加药一体 机，包括一可移动的框架，所述框架上安装有空气曝气单元、臭氧发生单元、加药泵、药液储 存罐，所述臭氧发生单元的臭氧逸出管路与空气曝气单元的空气逸出管路串接后与复合曝 气头连接，所述药液储存罐通过吸液管连通加药泵，所述加药泵的药液溢出管路连接至复 合曝气头，所述复合曝气头的表面设有药液逸出孔。进一步，所述臭氧逸出管路、空气逸出管路、药液溢出管路均配置有流量计和阀 门。进一步，所述框架为带有滚轮的不锈钢架体，其上设有推手和气液管挂钩。进一步，所述药液储存罐为圆柱形中空有机玻璃管。进一步，所述复合曝气头为不锈钢构件。进一步，所述臭氧发生单元是小流量型臭氧发生器，所述空气曝气单元是曝气泵。本发明中，上述曝气加药一体机的使用方法首先将该曝气加药一体机移动到需 要实施治理的区域，根据水深，将复合曝气头沉至底泥表层，通过开启臭氧发生单元和空气 曝气单元使臭氧从复合曝气头逸出作用于在底泥-上覆水界面，根据需要调节气体流量; 把专用的氯化钙溶液加入到药液储存罐中，通过开启加药泵使氯化钙溶液从复合曝气头逸 出作用于底泥_上覆水界面，根据需要调节药液流量，进行充分反应。本领域技术人员可以 根据需要控制臭氧发生单元和空气曝气单元以及加药泵的开关以控制臭氧和氯化钙溶液 的加入。反应完毕后可以根据需要将复合曝气头移动至需要治理的地方。只要保证足够的 氯化钙溶液供应，可以实现该曝气加药一体机的连续工作。本发明所述的曝气加药一体机 的好处在于把曝气机与加药机整合为一体机，便于现场治理，即实施底泥原位修复。进一步，根据一般富营养湖泊的水质状况，本发明推荐所述臭氧在底泥-上覆水 界面的加入量为1440 7200g/m2底泥。本领域技术人员可以根据底泥面积以及曝气机的 性能参数设定合适的曝气量和曝气时间。更进一步，本发明优选臭氧曝气量为12 20g/ min m2，臭氧曝气时间为2 6小时。进一步，根据一般富营养湖泊的水质状况，本发明推荐所述氯化钙在富营养湖泊 中的施用量为1. 5 5g/m2底泥。进一步推荐加药泵中氯化钙溶液的浓度为30 50g/L， 氯化钙溶液在富营养化湖泊中的施用量为50 100mL/m2底泥，氯化钙溶液的注入速度为 5 40mL/mino与现有技术相比，本发明方法操作便利、成本低廉、效果显著且持久，可广泛应用 于湖泊、池塘等相对流动性小的水体，提供了一种湖泊底泥原位修复的新途径。
图1是本发明实施例使用的曝气加药一体机的结构示意图；图2是本发明实施例1两个实验组的处理效果图；图3是本发明实施例2两个实验组的处理效果图；图4是本发明实施例3两个实验组的处理效果图。具体实施例方式下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明的保护范围不 限于此参照图1，曝气加药一体机，包括一可移动的框架1，所述框架1上安装有空气曝气 单元3、臭氧发生单元2、加药泵4、药液储存罐5，所述臭氧发生单元2的臭氧逸出管路21 与空气曝气单元3的空气逸出管路31串接后与复合曝气头6连接，所述药液储存罐5通过 吸液管7连通加药泵4，所述加药泵4的药液溢出管路41连接至复合曝气头6，所述复合曝 气头6的表面设有药液逸出孔61。所述臭氧逸出管路21、空气逸出管路31、药液溢出管路41均配置有流量计7和阀 门8。所述框架1为带有滚轮13的不锈钢架体，其上设有推手11和气液管挂钩12。所述药液储存罐5为圆柱形中空有机玻璃管。所述复合曝气头6为不锈钢构件。
所述臭氧发生单元2是小流量型臭氧发生器，所述空气曝气单元3是曝气泵。使用方法富营养化水体底泥磷素释放控制原位治理实施过程中，首先将该曝气 加药一体机移动到需要实施治理的区域，把复合曝气头6从挂钩12中取下，根据水深，将复 合曝气头6沉至底泥表层，开启臭氧发生单元2和空气曝气单元3进行曝气，根据需要调节 气体流量；曝气完毕后把专用的氯化钙溶液加入到药液储存罐5中，开启加药泵4注射氯化 钙溶液，根据需要调节药液流量，进行充分反应。实施例1 以杭州西湖底泥为处理对象，以臭氧与氯化钙溶液复合曝气和无处理组进行比较 实验。在高120cm，直径80cm的不透明且封底的PVC管中加入取自西湖的底泥，装泥高 度为30cm，上覆水高度为50cm，构建模拟的湖泊底泥-上覆水系统。采用一种曝气加药一 体机，复合曝气头的曝气位置是底泥-上覆水界面，先通过臭氧发生器提供臭氧进行臭氧 曝气，臭氧曝气量为9g/min，曝气时间为6小时，然后通过加药泵提供氯化钙溶液，加药泵 中氯化钙的溶液的浓度为50g/L，施用量为lOOmL/m2底泥，氯化钙溶液的注入速度为5mL/
mirio检测方法磷酸盐采用国家环境保护总局编著的《水和废水监测分析方法》中规定 的钼锑抗分光光度法测定。两个实验组的处理效果如图2所示。图2结果表明，臭氧曝气和氯化钙复合处理组，底泥_上覆水界面总磷含量在反应 的最初6天均高于无任何处理对照组，随着反应的持续进行，反应6天后底泥-上覆水界面 总磷的含量明显低于无任何处理对照组，主要原因在于臭氧曝气导致反应最初6天底泥表 层总磷的大量释放，在氯化钙的作用下，反应6天后释放的磷逐渐被氯化钙固定，总磷含量 低于对照组。因此，本方法长期效果较好，底泥_上覆水界面总磷的含量均小于《地表水环 境质量标准GB3838-2002》中III类水0. 2mg/L的标准值，可满足治理要求。本发明的处理 效果非常明显。实施例2
以绍兴鉴湖底泥为处理对象，以臭氧与氯化钙溶液复合曝气和无处理组进行比较实验。在高120cm，直径80cm的不透明且封底的PVC管中加入取自鉴湖的底泥，装泥高度 为30cm，上覆水高度为50cm，构建模拟的湖泊底泥-上覆水系统。采用一种曝气加药一体 机，复合曝气头的曝气位置是底泥-上覆水界面，先通过臭氧发生器提供臭氧进行臭氧曝 气，臭氧曝气量为lOg/min，曝气时间为4小时，然后通过加药泵提供氯化钙溶液，加药泵中 氯化钙的溶液的浓度为50g/L，施用量为80mL/m2底泥，氯化钙溶液的注入速度为5mL/min。 检测方法磷酸盐采用国家环境保护总局编著的《水和废水监测分析方法》中规定的钼锑抗 分光光度法测定。无任何处理对照组与实验组的处理效果如图3所示。图3结果表明，实施例2实验组中底泥_上覆水界面总磷的含量明显低于无任何 处理对照组，本发明的处理效果非常明显。实施例3 以绍兴鉴湖底泥为处理对象，以臭氧与氯化钙溶液复合曝气和无处理组进行比较 实验。在高120cm，直径80cm的不透明且封底的PVC管中加入取自鉴湖的底泥，装泥高度为 30cm,上覆水高度为50cm，构建模拟的湖泊底泥-上覆水系统。采用一种曝气加药一体机， 复合曝气头的曝气位置是底泥-上覆水界面，先通过臭氧发生器提供臭氧进行臭氧曝气， 臭氧曝气量为5g/min，曝气时间为2小时，然后通过加药泵提供氯化钙溶液，加药泵中氯化 钙的溶液的浓度为50g/L，施用量为60mL/m2底泥，氯化钙溶液的注入速度为5mL/min。检 测方法磷酸盐采用国家环境保护总局编著的《水和废水监测分析方法》中规定的钼锑抗分 光光度法测定。无任何处理对照组与实验组的处理效果如图4所示。图4结果表明，实施例4实验组中底泥_上覆水界面总磷的含量低于无任何处理 对照组，本发明的处理效果显著。
权利要求
一种用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，其特征在于所述的方法为使臭氧和氯化钙溶液作用于富营养水体底泥-上覆水界面，氯化钙在臭氧形成的强氧化条件下与底泥表面的磷快速反应，从而降低上覆水中磷含量并在底泥表面形成物理覆盖层，进一步抑制底泥磷释放，从而实现对富营养水体底泥磷释放的原位治理。
2.根据权利要求1所述的用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，其特征在于所 述臭氧在底泥_上覆水界面的加入量为1440 7200g/m2底泥，所述氯化钙在底泥-上覆 水界面的施用量为1. 5 5g/m2底泥。
3.根据权利要求2所述的用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，其特征在于臭 氧曝气量为12 20g/min m2，臭氧曝气时间为2 6小时。
4.根据权利要求2所述的用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，其特征在于加 药泵中氯化钙溶液的浓度为30 50g/L，氯化钙溶液在底泥-上覆水界面的注入量为50 100mL/m2底泥，氯化钙溶液的注入速度为5 40mL/min。
5.根据权利要求1 4之一所述的用于原位治理富营养化水体底泥磷释放的方法，其 特征在于先对底泥_上覆水界面进行臭氧曝气，曝气完毕后马上向底泥_上覆水界面注射 氯化钙溶液。
全文摘要
本发明公开了一种用于原位治理富营养水体底泥磷释放的方法，所述的方法为使臭氧和氯化钙溶液作用于富营养水体底泥-上覆水界面，氯化钙在臭氧形成的强氧化条件下与湖泊底泥表层界面的磷快速反应，从而降低上覆水中磷含量并在湖泊底泥表面形成物理覆盖层，进一步抑制底泥磷释放，从而实现对富营养湖泊底泥磷释放的原位治理。与现有技术相比，本发明方法操作便利、成本低廉、效果显著且持久，可广泛应用于湖泊、池塘等相对流动性小的水体，提供了一种富营养化水体底泥原位修复的新途径。
文档编号C02F11/08GK101870547SQ20101016878
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者夏晗婷, 张杭君, 曹静, 胡赐明, 贾秀英 申请人:杭州师范大学