专利名称：一种城市重污染水体泥－水界面氧化还原电位调控方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种城市重污染水体泥一水界面氧化还原电位调控方法。
背景技术：
城市内河水系是城市环境的一个重要组成部分，与一般水体相比，城市内河水系的水文及沉积过程都受到严重的人类影响。大量工业和生活污水的输入导致城市内河承载过量的污染负荷，沉积物也受到严重污染。沉积物与其上覆水之间存在平衡关系，重污染的沉积物存在非常高的氮、磷、重金属等污染物的释放风险。因此，如何抑制城市重污染河道沉积物中污染物的释放是城市水环境保护工作中亟待解决的一大难题。许多研究表明，沉积物对氮磷以及重金属等污染物的赋存以及释放，与沉积物表面的氧化还原电位(Eh)有很大的关系，沉积物中的氧化性增高，氮磷释放的能力下降。铁磷是沉积物释放磷的主要贡献形态，因此提高沉积物的氧化还原电位可以将沉积物中的铁离子维持在+3价态，也有利于铁离子对磷的固定，并防止磷的释放。由此可见提高沉积物表面的氧化还原电位是一种有效地控制磷释放的重要手段和方法。曝气法即对上覆水进行复氧，通过改变上覆水中的溶解氧和沉积物表面的氧化还原电位来实现对磷释放的控制。曝气法具有传统沉积物修复方法无法比拟的优势处理效率高，不加入新的污染物，对原位的生境改动较小，容易维持沉积物-上覆水这个微环境的系统平衡。但是其缺点也十分突出，那就是较高的能耗和运行成本；特别是曝气量控制不当使底泥再悬浮同样会造成对污染物释放的促进；一旦停止曝气无法保证和维持沉积物在曝气期间对污染物的固定能力。针对曝气法存在的一些缺点，对曝气装置进行改进。采用纳米微孔曝气管构成的曝气盘置于沉积物表面进行曝气，可以达到气泡停留时间长，充氧效率高，避免沉积物扰动。同时，通过对泥一水界面H1实时监测，并通过与可调节流量的罗茨变频鼓风机进行信号传递，对曝气量进行实时调节，实现精准曝气，以达到节约能耗的效果，并将成为一种更为优化的控制沉积物氮、磷及重金属释放的技术方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市重污染水体泥一水界面氧化还原电位调控方法。本发明提出的城市重污染水体泥一水界面氧化还原电位调控方法，采用精准微孔曝气法提高泥一水界面氧化还原电位。采用纳米微孔曝气管对泥一水界面进行曝气， 提高泥一水界面的溶解氧(DO)水平，进而提高表层沉积物的氧化还原电位。装置包括纳米微孔曝气管4、罗茨变频鼓风机1、氧化还原电位(Eh)自动监测仪3、可编程逻辑控制器2、 表层底泥采样管6和固定盘；具体步骤为
(1)选用纳米微孔曝气管，纳米微孔曝气管中含有微量抗菌剂，将纳米微孔曝气管缠绕于固定盘上，固定盘上相邻的纳米微孔曝气管间距为3-5cm ；用长橡胶管将纳米微孔曝气管与变频罗茨鼓风机连接；
(2)在上覆水与底泥表层之间安装氧化还原电位(Eh)自动测定仪，实时监测泥一水界面氧化还原电位的动态变化；
(3)通过可编程逻辑控制器，将氧化还原电位测定仪实时监测的数据信号传输到罗茨变频鼓风机，实时调节和控制罗茨鼓风机曝气量，实现精准曝气，并保持河道泥一水界面氧化还原电位(Eh)在-100 mV -30mV之间。由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点
1、本发明所采用的微孔曝气法，克服了传统曝气法由于气泡大、曝气量强、曝气点分布不均等所导致的对沉积物扰动大、充氧效率低等缺点。2、本发明将曝气盘固定在距沉积物表面3cm处，由于气泡小，气泡上升速度慢，在泥一水界面停留时间长。气泡冲击力小，对沉积物基本无扰动作用，有效避免了因沉积物扰动而造成的沉积物中污染物重新释放的问题。气泡缓慢均勻的上升，减小了曝气对上层水体的扰动，从而减小了对水生生物生境的影响。3、本发明将氧化还原测定自动仪与可调节流量的罗茨变频鼓风机通过可编程逻辑控制器相连，并进行信号及时传输与反馈，实现水体泥一水界面精准布氧。 4、本发明可根据实际过程中泥--水界面H1变化情况，通过信号反馈，对曝气量和曝气时间进行自动调节，可减少能耗，降低微孔曝气装置运行的成本。
图1为实施例1纳米微孔精准曝气对泥-水界面H1变化动态图。图2为调控装置示意图。图中标号1为变频罗茨鼓风机；2为可编程逻辑控制器；3为氧化还原电位测定仪；4为纳米微孔曝气管；5为沉积物；6为表层底泥采样管。
具体实施例方式下面结合实例作进一步详细说明 实施例1
本实施例的具体步骤如下
(1)选用外径为14mm、内径为9mm、壁厚2.5mm的纳米微孔曝气管，纳米微孔曝气管中含有微量的载银沸石作为抗菌剂，有效络合在橡塑基团内，不溶于水，防止细菌及藻类在管壁滋生，有效防止堵塞。微气泡在泥一水界面停留时间长，充氧效率高，对沉积物基本无扰动；将纳米微孔曝气管缠绕在直径为50cm的固定盘上，固定盘内相邻的纳米微孔曝气管间距为3-5cm ；用长橡胶管将纳米微孔曝气管与一台可调节流量的变频罗茨鼓风机连接；
(2)上覆水与底泥表层之间安装一台氧化还原电位(Eh)自动测定仪，实时监测泥一水界面氧化还原电位的动态变化；
(3)通过可编程逻辑控制器，将氧化还原电位测定仪实时监测的数据信号及时传输到可调节流量的罗茨变频鼓风机，实时调节和控制罗茨鼓风机曝气量，以实现精准曝气，降低运行能耗；泥一水界面氧化还原电位(Eh) —般控制在-100 mV^-30mV之间为宜。
实验中所采用的沉积物和上覆水取自巢湖市环城河，该河流属重污染河流，特别是底泥磷污染严重、释放风险大。模拟试验使用长宽高为700 mmX700 mmXIOOO mm的硬质有机玻璃水箱，从巢湖市环城河原位采集足量的河水和沉积物。沉积物和上覆水分别充分混勻，然后向各箱体中分别先装入30cm厚的沉积物，再将上覆水缓缓倒入箱体中，使水深达到60cm。使泥和水稳定10天后，测定泥一水界面的初始氧化还原电位。用将上文描述的纳米微孔曝气盘固定在距沉积物表面3cm处，并与可调节流量的罗茨变频鼓风机相连；同时，在泥一水界面安装氧化还原电位自动监测系统，并通过可编程逻辑控制器将信号传输至变频鼓风机，实时调节曝气流量。实验过程中，每隔3天记录1次泥一水界面的氧化还原电位H1值。沉积物氧化还原电位H1的变化情况如图1所示。由图1可看出，泥一水界面H1值由实验前-313.2 mV升至-25. 82 mV ；与对照相比，上覆水中正磷酸盐含量平均下降68. 8%，由此可见本发明可以显著提高重污染河道泥一水界面的氧化还原电位，并有效控制底泥中磷的释放。实施例2
实验中所采用的沉积物和上覆水取自上海某工业园区重污染河道，由于长期接纳含重金属废水，导致沉积物和水体中重金属污染严重。本实例中使用的模拟装置为1400 mmX700 mmXIOOO mm的有机玻璃水槽，只是将纳米微孔曝气圆盘改成回形方盘，相邻微孔管距离为2. 5 cm。其他装置及试验方法和实施例1相同。试验开始时，装置内泥一水界面氧化还原电位(Eh)为-289. 7 mV，经过对天后，泥一水界面Hi上升为-19. 23 mV，之后便维持在-52. 14 mV -19.78 mV之间波动。 与对照相比，上覆水中主要重金属含量下降48. 9% 75.2%，底泥中重金属形态以稳定结合态为主，大大降低了底泥中重金属向水体释放的风险。
权利要求
1. 一种城市重污染水体泥一水界面氧化还原电位调控方法，其特征在于具体步骤为(1)选用纳米微孔曝气管，纳米微孔曝气管中含有微量，将纳米微孔曝气管缠绕固定盘上，固定盘内相邻的纳米微孔曝气管间距为3-5cm ；用长橡胶管将纳米微孔曝气管与变频罗茨鼓风机连接；(2)在上覆水与底泥表层之间安装氧化还原电位自动测定仪，实时监测泥一水界面氧化还原电位的动态变化；(3)通过可编程逻辑控制器，将氧化还原电位测定仪实时监测的数据信号传输到罗茨变频鼓风机，实时调节和控制罗茨鼓风机曝气量，实现精准曝气，保持河道泥一水界面氧化还原电位控制在-100 mV -30mV之间。
全文摘要
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种城市重污染河道泥-水界面氧化还原电位调控方法。该方法采用纳米微孔曝气管构成的曝气盘置于沉积物表面，并通过罗茨变频鼓风机进行曝气，使沉积物表面长期处在较高的溶解氧水平下，从而提高泥-水界面氧化还原电位。安装氧化还原电位测定仪，自动监测泥-水界面氧化还原电位，并通过可编程逻辑控制器将信号传输至罗茨变频鼓风机，实时控制和调节曝气量，实现精准曝气。与传统曝气法相比较，该方法具有气泡停留时间长、充氧效率高、对表层沉积物干扰小和曝气能耗低等优点。本发明可用于城市重污染河道沉积物原位修复工作中，有效抑制沉积物中污染物的释放，减少河道底泥内源污染，同时对改善河道底泥生境也具有重要作用。
文档编号C02F7/00GK102557282SQ201210009358
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者刘琳, 张芬, 徐琛, 杨长明 申请人:同济大学