一种原位去除沉积物中多环芳烃的方法与流程

本发明属于有机污染处理技术领域，本发明涉及一种河流水系沉积物中有机污染物的处理方法，特别是涉及一种原位去除河流水系沉积物中多环芳烃的方法。

背景技术：

多环芳烃化合物(pahs)是指含有2个以上苯环的碳氢化合物,是地表水中的滞留性污染物,由于其水溶解度低而辛醇-水系分配系数高,因而易于从水相中分配到沉积物和有机质中,因此，在地表水、河口、岸带生态环境、土壤等环境系统中普遍存在,种类达100多种，1979年美国环保署将16种pahs列入优先控制的有机污染物黑名单。我国由于社会经济的快速发展对能源需求持续增加，同时能源利用效率较低，造成pahs排放量不断上升，其通过废水排放、大气沉降等途径进入水体，但由于pahs具有强烈的疏水特性，易吸附于水体悬浮颗粒上，并沉积到底泥中而导致沉积物的污染，当环境条件改变时，沉积物中的pahs能够进入水体，成为水体污染的二次污染源。pahs可通过食物链发生生物累积而不断富集和放大,进而对水环境中的生物种群和群落,包括人体健康造成严重威胁,并导致生态系统最终发生衰变和退化的潜在危害,且pahs具有较强的生理和遗传毒性，具有较强的致癌性和致突变性，自然降解率低，具有难降解性，一旦进入环境，将对生态环境和人类健康构成持久威胁。

目前国内外对于pahs污染沉积物的修复技术主要包括物理、化学和生物修复技术。相对于物理、化学的沉积物修复技术，生物修复技术因为其投入少、无二次污染、治理效果持久而受到越来越多的青睐。根据处理场所划分，又可分为异位修复技术和原位修复技术两大类。目前主要是利用异位修复技术将采集的pahs污染的沉积物样品在实验室阶段进行分析研究，需要将江河湖泊河床上的沉积物挖出并运输到设备处才能进行处理，需要搬动沉积物并额外建设处理场地，不仅耗时、耗力、耗资，而且破坏河床生态，对生态环境造成极大的破坏，这就使得异位修复技术主要停留在实验室阶段，很难推广应用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中去除河流水系沉积物中pahs污染存在的问题，本发明公开了一种原位去除河流水系沉积物中多环芳烃的方法，通过物理、化学、生物三位一体的相结合的方式，在原位、不改变河流水系自然生态环境的基础上去除河流水系沉积物中的pahs，同时提高了河流中水生生物和水生植物的活性，净化水系；可以在不需要搬动沉积物、不额外建设处理场地、基本不破坏水体沉积物自然环境条件下，在原地实现污染物的减量和消除，操作简单、且运行成本低。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种原位去除河流水系沉积物中多环芳烃的方法，是通过如下步骤实现的：

（1）在含有pahs的河流水系沉积物中放入超声吸附组合设备，对沉积物中小分子的pahs进行降解吸附；超声会使沉积物中的pahs迁移进入水体，并会对沉积物和水中的低分子量的pahs有一定的降解作用；

（2）在经过步骤（1）处理后的区域内放养底栖动物来激活沉积物中微生物的活性，进而促进沉积物中微生物和底栖动物对phas进行降解和/或吸收；

（3）在经过步骤（2）处理后的区域内种植沉水植物狐尾藻和/或浅水种植黑麦草；添加水生植物一方面可以通过增加水中溶解氧、为底栖动物及水生动物提供更多栖息环境，促进沉积物中微生物和底栖动物的活性，提高其对pahs的降解，另一方面，水生植物在生长过程中也会吸收部分pahs。

作为一种优选实施方式，所述超声吸附组合装置是由作用于上游沉积物的超声波装置和位于其下游沉积物表面的至少一组吸附装置组成的，所述吸附装置沿水流方向间隔分布。

作为一种优选实施方式，所述超声波装置包括插于上游沉积物中的至少一组超声波片、用于固定超声波片的钢板、电源以及电源连接线。

优选地，所述超声波装置是由四个平行且等距离分布的超声波片、与超声波片顶面焊接固定的钢板、与超声波片底面焊接的三棱柱、电源、以及将超声波片与电源连通的电源连接线组成的，为了使超声波片更好的插入沉积物中，将所述三棱柱的一个棱边设计为齿状结构，并使齿状棱边与和超声波片底面相接触的面相对。

作为一种优选实施方式，所述状超声波装置以100-200w的频率对流域中的沉积物超声处理80-150min。

作为一种优选实施方式，所述吸附装置是由两个铁丝网和固定在两铁丝网之间的若干吸附滚筒组成的，所述吸附滚筒内装有吸附材料，所述吸附滚筒交错分布，保证通过的水流没有遗漏；并在所述吸附滚筒的侧壁上均布有不允许吸附材料通过的孔结构。较佳地，所述吸附材料为改性活性炭。

作为一种优选实施方式，所述改性活性炭是通过先将十二烷基三甲溴化铵和十二烷基磺酸钠溶解成表面活性剂溶液，再加入圆柱形活性炭搅拌、过滤、烘干后，再在105℃活化得到的；其中，圆柱形活性炭、阳离子表面活性剂十二烷基三甲溴化铵和阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠的质量比为(4-6):1:1。为了增加活性炭对pahs的吸附能力，加入阳离子表面活性剂十二烷基三甲溴化铵和阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠，进而变相的降低pahs的沉积物-水分配系数，使沉积物中的pahs更多的迁移到水中。

作为一种优选实施方式，在所述吸附滚筒的上底面和下底面上分别设有用于与铁丝网固定的锁扣，最好将上底面和下底面设计成无孔结构。

作为一种优选实施方式，步骤（2）中的底栖动物为水蚯蚓，通过水蚯蚓生存过程中激活沉积物中微生物的活性，从而促进pahs的降解，另外水蚯蚓在生存过程中也会吸收部分pahs，进一步减少沉积物和水中的pahs。

超声波仪器的频率、处理时间、超声波片的片数、超声波片的表面积大小、底栖动物种类及投放量、狐尾藻投放量、黑麦草投放量等参数可以根据沉积物受污染程度及水文地质条件作适当调整。

本发明通过超声降解、添加水生植物和底栖动物的方式降解去除河流水系沉积物中和释放到水中的pahs；采用超声方式将自然水体沉积物中的pahs迁移到水中，通过吸附除水中的pahs；通过物理化学方法和生物方法相结合的复合方法，原位去除沉积物中的pahs，达到治理沉积物中pahs污染问题的同时保护了流域原生态环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为超声吸附组合装置的结构示意图。

图2为吸附装置的结构示意图。

图3为图2中吸附装置上/下表面铁丝网的结构示意图。

图4为图2吸附装置中吸附滚筒的结构示意图。

图5为图4吸附滚筒上/下底面的结构示意图。

图6为图2中超声波装置的结构示意图。

图7为图6中超声波片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，首先，在含有pahs的a流域沉积物中放入超声吸附组合设备，所述超声吸附组合装置是由作用于上游沉积物的超声波装置和分别位于其下游10米沉积物表面的吸附装置组成的，所述吸附装置的组数为超声装置组数的两倍；所述超声波装置是由四个平行且等距离分布的超声波片、与超声波片顶面焊接固定的钢板、与超声波片底面焊接的三棱柱、电源、以及将超声波片与电源连通的电源连接线组成的，所述三棱柱的一个棱边为齿状结构，并与和超声波片底面相接触的面相对，且每个超声波片以150w的频率对流域中的沉积物超声处理120min；所述吸附装置（100cm×50cm×50cm）是由两个铁丝网和固定在两铁丝网之间的若干吸附滚筒（直径10cm，高50cm）组成的，所述吸附滚筒交错分布，以保证通过的水流没有遗漏，所述吸附滚筒内装有改性活性炭，并在所述吸附滚筒的侧壁上均布有略小于改性活性炭粒径的孔结构，以防止改性活性炭通过的孔结构泄露到水体中；所述吸附滚筒的上底面和下底面为无孔结构，且分别设有用于与铁丝网固定的锁扣无孔结构。其次，在经过上述处理后的区域内放养底栖动物为水蚯蚓来刺激沉积物中微生物的活性，从而促进pahs的降解，另外水蚯蚓在生存过程中也会吸收部分pahs，进一步减少沉积物和水中的pahs；然后，在放养有水蚯蚓的区域内种植沉水植物狐尾藻和浅水种植黑麦草；添加水生植物一方面可以通过增加水中溶解氧、为底栖动物及水生动物提供更多栖息环境，促进沉积物中微生物和底栖动物的活性，提高其对pahs的降解，另一方面，水生植物在生长过程中也会吸收部分pahs。

改性活性炭是通过先将十二烷基三甲溴化铵和十二烷基磺酸钠溶解成表面活性剂溶液，再加入圆柱形活性炭搅拌60min、过滤、烘干后，再在105℃活化得到的；其中，圆柱形活性炭、阳离子表面活性剂十二烷基三甲溴化铵和阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠的质量比为(4-6):1:1，表面活性剂溶液中十二烷基三甲溴化铵和十二烷基磺酸钠的浓度为5g/l。

其中，a流域宽度5m，沉积物层的厚度1m，沉积物中16种pahs(萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并（a）蒽、䓛、苯并（b）荧蒽、苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g,h,i]苝)的量为21.2mg·kg^-1，投放水蚯蚓2000个/m²，沉水植物狐尾藻的投放量为50株/m²，黑麦草种植50株/m²。

为了更好地说明本发明技术方案的效果，选择与a流域宽度和沉积物层状态无差别的b、c和d流域作对比实验，b流域作空白对照，不对沉积物作任何处理；在c流域仅超声降解和吸附两个因素处理；在d流域仅添加水蚯蚓和种植狐尾藻、黑麦草；a-d流域经过相应处理半年后的效果如表1所示：

表1：a-d流域经过相应处理半年后的效果

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以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。