一种城市黑臭河道底泥修复治理材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种城市黑臭河道底泥修复治理材料及其制备方法，可应用于城市黑臭河道底泥修复技术领域。该填料的制备原料为：CaO2、MgO2、凹凸棒粘土、EM菌干粉、纳米二氧化钛。将上述各种原材料分别进行特定步骤的预处理，然后按照特定比例均匀混合后，形成粉末状材料。将该修复材料在原位与城市黑臭河道底泥均匀混合，可对底泥中的氮、磷和有机质进行有效去除，消除恶臭，达到控制河道内源污染的效果。
【专利说明】
-种城市黑臭河道底泥修复治理材料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明设及城市黑臭河道治理技术领域，具体地，设及一种城市黑臭河道底泥修 复治理材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水体的污染来源可分为内源和外源，在治理污染水体过程中，除了对外源污染要 进行切断或控制，内源污染的影响同样不可忽略。污染物质进入水体后，通过沉淀、吸附等 途径最终会沉积于底泥中并逐渐积累。由于不断的富集积累，污染水体底泥中的氮憐、耗氧 有机物、难降解有机物等污染物浓度往往是上覆水中各污染物浓度的数量级倍数，底泥有 机物质在厌氧条件下会产生氨氮、硫化氨、挥发性有机物等物质会产生恶臭。所W污染水体 的底泥是污染物的"蓄积库"，在一定条件下会使水体污染加重，同时产生的恶臭也会对周 边人民的生活产生影响。
[0003] 目前根据控制方法原理的不同，污染水体底泥治理方法可分为物理法、化学法和 生物法。物理控制方法主要有疏竣法和覆盖法，优点是见效快，但工程量大，成本高，对底栖 生态系统具有破坏性，疏竣法还要考虑底泥安置场地问题。化学法原理是化学试剂与污染 物发生氧化、还原、沉淀、聚合等反应，使污染物从底泥中分离或转化为低污染或无污染状 态，但如果选择的化学试剂不当或用量不准确易造成二次污染。生物法是指生物利用底泥 中各污染物进行代谢活动，从而使污染物浓度降低或去除，与前两种方法相比具有成本低、 对原有生态影响小、基本不产生二次污染的优点，因此得到快速发展。董文艺等用过氧化巧 和硝酸巧制作复合悬浊液投加到底泥中W快速消除底泥中黑臭物质（申请号 201110310155.1)，但使用了硝酸巧会增加水体中总氮含量，并且投加复合悬浊液时需等到 退潮后，有一定使用局限性。蒋华W粉煤、燕麦杆、杉木等为原料制作基材载体投加到河道 中，然后再投加复合菌种对河道底泥进行修复（申请号201310388670.0)，实现废弃物资源 化利用，不会产生二次污染，但投加复合菌时是直接投入水中，水流的冲击和稀释作用会使 载体上的微生物减少，造成一定程度的浪费。杨扬等用活性多孔生态混凝±覆盖在底泥表 层，并在覆盖层上种植沉水植物，实现对底泥的原位持续修复（申请号201510211531. X)，但 其活性覆盖材料为沸石、火山石、活性碳等，对底泥中污染物的吸附主要为物理吸附，不能 将底泥中污染物彻底除去，另外成本也相对较高。针对现有技术的缺点，需要一种成本低、 无二次污染、处理效率高的方法来对黑臭河道底泥进行修复治理。
【发明内容】
[0004] 为达到控制黑臭河道底泥中氮憐及有机质的效果，本发明提供一种城市黑臭河道 底泥修复治理材料及其制备方法，该材料主要包括化化、Mg〇2、改性凹凸棒粘±、EM菌干粉和 改性纳米二氧化铁，材料重量组成成分为Ca化粉末40~45质量份数，Mg〇2粉末25~30质量份 数，改性凹凸棒粘±5~10质量份数，EM菌干粉20~25质量份数，改性纳米二氧化铁^5质量份 数。
[OOO引原料:Ca02粉末、Mg02粉末、凹凸棒粘上、EM菌干粉、纳米二氧化铁。
[0006] 使用方法:将底泥表层4cm抽出与修复材料混合均匀后再注入河道底部，用量为 Ik邑/m2。
[0007] 具体制作步骤： 1)化化粉末、Mg化粉末和天然凹凸棒粘±过200目筛网。
[000引2)将天然凹凸棒粘±进行800°C高溫改性处理。
[0009] 3)按照W下步骤对纳米二氧化铁进行预处理： (1)将纳米二氧化铁粒子在Imol/L的化OH溶液中浸泡7小时进行活化，然后水洗至抑为 7。
[0010] (2)将活化后的纳米二氧化铁与l-2mol/L的薦糖溶液充分混合，用混合液在180°C 进行水热反应2小时，然后先后用甲醇和蒸馈水分别洗涂=次后干燥处理。
[0011] (3)取将干燥后的粒子400mg与15ml氯仿、7ml丙酬、700iil超纯水进行混合揽拌5小 时，然后加入溶解2g正娃酸乙醋的无水乙醇20ml继续揽拌5小时，然后进行减压蒸馈、干燥、 研磨处理。
[0012] (4)对研磨后的粒子在800°C高溫下热处理6小时，再经研磨后得到改性纳米二氧 化铁。
[0013] 4)加无菌水少量使化化粉末和Mg化粉末混合均匀，维持含水率在30%~35%之间，得 到混合物a。
[0014] 5)加无菌水少量使改性凹凸棒粘±和改性纳米二氧化铁混合均匀，维持含水率在 30%~35%之间，得到混合物b。
[0015] 6)将混合物a与混合物b进行揽拌混合均匀后，于常溫下惊干，然后研磨过200目筛 网。
[0016] 7)将过筛网的粉末和菌干粉混合均匀后制成修复材料。材料重量组成成分为： 化化粉末40~45质量份数，Mg〇2粉末25~30质量份数，改性凹凸棒粘±5~10质量份数，EM菌干 粉20~25质量份数，改性纳米二氧化铁^5质量份数。
[0017] 进一步地，上述修复治理材料还含有沸石粉、活性炭。
[001引修复机理： (1)天然凹凸棒粘±经700°(： W上热处理后在底泥中会有一定的憐吸附功能，会使底泥 中憐形态发生变化;对有机质的去除也有一定的促进效果。
[0019] (2)二氧化铁本身便具有一定的水质净化效果；纳米二氧化铁经改性后表面径基 基团增多，活性增强，催化效率提高；改性过程使纳米二氧化铁粒子进行团聚，减小了粉尘 危害。
[0020] (3)化化和Mg化遇水分解会产生氧气和径基自由基，氧气有助于底泥有机质的降解 和氨氮的转化，径基自由基因具有强氧化性同样可W降解有机质，是一种柔和的芬顿氧化 过程，在改性纳米二氧化铁的催化作用下，有机质氧化的速率和效率会进一步提高;Ca〇2溶 于水后改性凹凸棒粘±表面活性巧含量增加，会争夺憐的吸附位点，使底泥中活性憐转化 与巧形成巧憐沉淀，在一定程度上减缓底泥向上覆水释放憐的过程。
[0021] (3化M菌干粉中各微生物会W底泥中有机质为碳源、底泥中的氮为氮源等进行代 谢，达到降低污染物含量，消除恶臭的目的;氧气的增加会促进耗氧菌的生长。
[002^ 优点： (I)所用原材料均为环境友好型材料，不会引起二次污染，成本低。
[0023] (2)在物理吸附和化学反应两种途径的综合作用下进行底泥修复，降解有机质，控 制向上覆水释放污染物的过程。
[0024] ( 3)经验证可实现长期有效修复，可持续一年。
[0025] (4)对沉水植物生长基本没有影响。进行实验观察材料对黑藻生长的影响，实验50 天后结果见表1。
[00%] 表1生长状况对比
【具体实施方式】
[0027]下面结合【具体实施方式】进一步说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特 别指明，下列实施例中的材料均通过商业渠道购买。
[00%]实施例1:实验室静态模拟实验 取黑臭河道中底泥放入IL烧杯中，高度4cm，按Ikg/m2加入修复材料并混匀，取河水经 0.45皿过滤后作为上覆水。材料制备过程同上述，成分重量配比:Ca〇2粉末40质量份数、Mg化 粉末3 0质量份数、改性凹凸棒粘± 10质量份数、EM菌干粉2 5质量份数(EM菌粉购于沧州华雨 生物科技有限公司）、改性纳米二氧化铁5质量份数。10天后取底泥进行检测。结果见表2。
[00巧]表2指标比较
实施例2:黑臭河道模拟实验 W有机玻璃为材料制作一长方体箱体作为模拟河道，箱体长Im,宽0.3m，高0.3m，挖取 适量黑臭河道底泥铺设到模拟河道底部，铺设厚度0.1 m，抽取黑臭河道河水作为上覆水排 入模拟河道中，保持水位0.2m，进水流量0.03mVd，模拟河道稳定运行后使用修复材料对底 泥进行修复处理。材料制备过程同上述，成分重量配比：Ca02粉末42质量份数、Mg02粉末25 质量份数、改性凹凸棒粘±6质量份数、EM菌干粉20质量份数、沸石粉5质量份数、改性纳米 二氧化铁2质量份数、活性炭1质量份数。20天后取样检测，结果见表3。
[0030]表3指标比较
实施例3:某河道全长1000m，水域面积3万，蓄水量2万，水源主要为雨水，有生活 污水排入，流速缓慢，属于典型城市黑臭河道。对此河道进行底泥修复，投加比为Ikg/m2,修 复材料成分重量配比：化化粉末45质量分数、Mg〇2粉末26质量分数、改性凹凸棒粘±5质量分 数、BI菌干粉23质量分数、改性纳米二氧化铁I质量分数。投加修复材料一个月后恶臭情况 明显改善，取底泥进行检测结果见表4。
[0031]表4指标比较
【主权项】
1. 一种城市黑臭河道底泥修复治理材料，其特征在于，该材料主要包括CaO2、Mg0 2、改性 凹凸棒粘土、EM菌干粉和改性纳米二氧化钛。2. 根据权利要求1所述的一种城市黑臭河道底泥修复治理材料，其特征在于，材料重量 组成成分为:CaO2粉末40~45质量份数，MgO 2粉末25~30质量份数，改性凹凸棒粘土 5~10质量 份数，EM菌干粉20~25质量份数，改性纳米二氧化钛1~5质量份数。3. 根据权利要求1所述的一种城市黑臭河道底泥修复治理材料，其特征在于，该材料还 包括沸石粉、活性炭。4. 权利要求1所述城市黑臭河道底泥修复治理材料的制备方法，其特征在于，具体制备 方法包括以下步骤： 1) 将CaO2粉末、MgO2粉末和天然凹凸棒粘土过200目筛网； 2) 对天然凹凸棒粘土进行800 °C高温改性处理获得改性凹凸棒粘土； 3) 对纳米二氧化钛进行改性处理获得改性纳米二氧化钛； 4) 加无菌水使CaO2粉末和MgO2粉末混合均匀，维持含水率在30%~35%之间，得到混合物 a； 5) 加无菌水使改性凹凸棒粘土和改性纳米二氧化钛混合均匀，维持含水率在30%~35% 之间，得到混合物b; 6) 将混合物a与混合物b进行搅拌混合均匀后，于常温下晾干，然后研磨过200目筛网； 7) 将过筛网的粉末和EM菌干粉混合均匀后制成修复材料。5. 根据权利要求4所述城市黑臭河道底泥修复治理材料的制备方法，其特征在于，步骤 3)对纳米二氧化钛进行改性方法如下： 1)将纳米二氧化钛粒子在lmol/L的NaOH溶液中浸泡7小时进行活化，然后水洗至pH为 7； 2 )将活化后的纳米二氧化钛与I -2mo 1/L的蔗糖溶液充分混合，用混合液在180 °C进行 水热反应2小时，然后先后用甲醇和蒸馏水分别洗涤三次后干燥处理； 3) 将干燥后的粒子400mg与15ml氯仿、7ml丙酮、700μ1超纯水进行混合搅拌5小时，然后 加入溶解2g正硅酸乙酯的无水乙醇20ml继续搅拌5小时，然后进行减压蒸馏、干燥、研磨处 理； 4) 对研磨后的粒子在800°C高温下热处理6小时，再经研磨后得到改性纳米二氧化钛。
【文档编号】C02F11/02GK105923961SQ201610320572
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】柯凡, 李文朝, 周峰, 潘继征, 何延召, 范帆
【申请人】中国科学院南京地理与湖泊研究所