一种基于铁碳微电池原理原位处理黑臭水体底泥的方法与流程

1.本发明涉及处理黑臭水体底泥技术领域，更具体的说是一种基于铁碳微电池原理原位处理黑臭水体底泥的方法。


背景技术：

2.黑臭水体是由于水体中的有机污染物超过其环境自净能力，导致水体发黑并产生臭味的极端体现。水动力条件差、大量铁锰金属物质的蓄积以及有机污染物的厌氧分解是造成黑臭水体的主要诱因。由于黑臭水体其自净能力基本丧失，水中鱼类和浮游生物难以存活、水生植物严重退化或消失，造成食物链断裂和水体生态环境失衡，进而破坏周边生态环境和极大降低居民日常生活质量，因此迫切需要进行治理。近年来，随着国家对环保的高度重视，黑臭水体的治理技术目前主要分为物理治理、化学治理、生物治理三大种类。其中，物理治理主要以控源截污、底泥疏浚为主；化学治理主要有强化絮凝、药剂杀藻、活性碳等；生物治理主要有微生物强化净化、水生植物净化等。
3.污染底泥作为黑臭水体的内源性污染源，其修复治理技术目前主要分为原位修复和异位修复两大类，其中异位修复技术因其工程施工量大、易对河湖生态造成负面影响而难以推广。因此，原位修复技术是污染底泥治理修复较为理想的选择。
4.目前，不同专家学者和技术人员从不同角度研发了黑臭水体及污染底泥原位修复方法，例如：中国专利cn201911201651.6a公开了一种河道生态修复工艺，其主要包括以下操作步骤，(1)污泥开挖；(2)淤泥冲刷；(3)泥水混合物凝聚剂调理；(4)调理淤泥重新排放至河道。中国专利cn102874976a公开了一种黑臭水体和底泥营养盐的净化方法，其主要步骤包括，(1)表层底泥和上覆水体曝气；(2)曝气后水体沉降；(3)重复步骤(1)和(2)，直至水体中氨氮等污染物浓度降至预定值、水体透明。中国专利cn105502867a公开了一种用微电解材料处理黑臭水体底泥的方法，其主要步骤包括，(1)投加微电解材料并与底泥混合；(2)注入或投洒氧化剂到已有微电解材料的底泥中。中国专利cn101417840a公开了一种黑臭河涌污染治理方法，其主要步骤包括，(1)河道分段曝气增氧；(2)投加复合微生物菌剂；(3)底泥生物修复；(4)设置生物巢系统。
5.以往这些原位治理黑臭水体污染底泥的方法一般工期较长、处理效率较低、能源消耗大，或难以从根本上消除污染物，导致治理效果不佳。因此，如何提供一种省时省力且治理效果优良的黑臭水体底泥的处理方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种基于铁碳微电池原理原位处理黑臭水体底泥的方法，此方法通过剧烈搅拌黑臭水体底泥使之呈“沸腾”状态的同时，同步投加铁碳微电池基材和氧化催化剂就可以处理黑臭水体底泥，无需消耗大量能源，可应用于静止或流速不大的黑臭水体底泥的处理。
7.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明提供的一种基于铁碳微电池原理原位处理黑臭水体底泥的方法，其包括如下步骤：
9.搅拌黑臭水体底泥，使之呈“沸腾”状态，并同步投加铁碳微电池基材和氧化催化剂，使底泥、铁碳微电池基材和氧化催化剂三者充分混合。
10.作为优选，所述铁碳微电池基材的投加量为单位底泥重量的1～10％。
11.作为优选，所述铁碳微电池基材由铁屑和焦炭组成，铁屑的粒径为10～100目，焦炭的粒径≥10目，铁屑和焦炭重量比为1:3～3:1；进一步优选的铁屑粒径20～60目，焦炭粒径20目以上，铁屑和焦炭重量比为1:3。
12.作为优选，所述氧化催化剂为高锰酸盐、过硫酸盐、臭氧或过氧化氢水溶液中的一种，且氧化催化剂的投加量为单位体积底泥重量的1～8％；进一步优选氧化催化剂为过氧化氢溶液，投加量为单位体积底泥重量的5％。
13.作为优选，所述高锰酸盐、过硫酸盐的质量分数不低于10％。
14.作为优选，所述臭氧的质量分数不低于1％。
15.作为优选，所述过氧化氢的质量分数不低于3％。
16.作为优选，所述搅拌底泥呈“沸腾”状态的设备叶面的线速率≥5m/s。
17.本发明的工作原理是：铁屑、焦碳微粒与污染底泥搅拌混合后形成无数个铁碳微电池，其中铁屑作为阳极、焦碳作物阴极，两种物质在发生氧化还原反应过程中产生较大的电位差，生成初生态的二价铁离子和原子氢具有较高的化学活性，可使污泥中难降解的高分子有机物断链、开环；同时，随着氧化催化剂的同步投加，快速将污泥中腐殖酸氧化分解、破坏污染物的发色基团。另外，污染底泥的高速搅拌过程可将大量的空气带入底泥中，增强了铁碳的曝气反应并消耗产生的氢离子，同时改善底泥的厌氧状态，进一步改善污泥底泥的催化氧化环境。通过上述过程，从而在短时间内消除水体的黑臭并实现底泥的稳定化。
18.在上述过程中，铁碳微电池反应生成的氢氧化(亚)铁又是良好的胶体絮凝剂，不仅可以吸附凝聚水体中悬浮物还可以吸附去除重金属离子，使黑臭水体和底泥中的重金属离子发生钝化，从而实现黑臭水体及其底泥中重金属污染的同步治理。
19.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.1、处理黑臭水体污染底泥速度快、效果稳定持久。该方法中无数铁屑焦碳形成的微原电池产生大量的高活性二价铁离子和原子氢使底泥中难降解大分子有机物分解成小分子物质；同时，伴随着机械的高速搅拌和氧化剂的同步投加，进一步提高了黑臭水体和底泥中污染物质与高活性氧化基团的接触反应速率，从而使污染物得以快速氧化去除。另外，该方法在实施过程中产生的氢氧化(亚)铁胶体絮凝剂又可吸附去除水体和底泥中的氮磷物质，并使重金属离子发生钝化，从而使处理后的水体和底泥环境处于长期稳定状态。
21.2、以废治废，经济效益好。该方法中所使用的铁屑来自工业生产过程中产生的废铁，原料来源广、容易获得、价格实惠；所使用的焦碳可由农业生产中木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等废物加工而成。因此，该方法中所使用的原料均来自于工农业生产加工中的废料、生产加工成本低，可为工程实施节省大量的成本，经济效益良好。
22.3、施工便捷、效率高，可降低大量能源消耗。该方法的实施只需在底泥搅拌过程中将铁屑、焦碳和氧化剂同步投加，即可一次性完成黑臭水体和污染底泥的同步治理，无需分步实施和多种机械反复作业，简化了施工流程、提高了实施效率，并极大降低了工程施工中
的能源消耗。
23.4、原料组合搭配简便、便于运输保存，极大提高了该方法使用的便利性和可推广性。该方法中所使用的铁屑、焦碳颗粒均为固体，可实现规模化生产封装；采用固态或液态氧化催化剂也可实现固体封装，从而可实现原料的长距离运输、保存，然后根据现场情况进行灵活调配施用，进而提高了该方法使用的灵活性和便利性，有利于推广和应用。
具体实施方式
24.下面将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做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。
25.实施例1
26.本实施例的黑臭水体选至某垃圾填埋场旁边的阴沟，阴沟宽约0.5米，长约120米，黑臭底泥厚度近30cm，黑臭底泥的浓度约为1.05g/cm3，因垃圾渗滤液的常年汇集导致阴沟内水体发黑发臭、蚊蝇大量滋生，阴沟内水体codcr高达30000mg/l、bod5仅为2500mg/l，nh4‑
n高达7000mg/l，b/c约0.08，可生化性极差。切断垃圾渗滤液汇入源头后，按照本发明同步投加铁屑50kg、焦炭150kg、质量分数为30％的过氧化氢945kg，并快速搅拌，1小时后黑臭消失、水质变为清澈、黑臭底泥转变为灰白色，治理6个月后，水质和底泥状态稳定。
27.实施例2
28.本实施例选取某市公园内一封闭性湖塘、无外源性水源汇入，面积约500m2，湖塘常年积水深度约1.5m，黑臭底泥厚度约为25cm，黑臭底泥的浓度约为1.08g/cm3，由于常年枯枝落叶落入和游人往湖塘内投放饵料致使水体成墨绿色、湖塘内鱼类基本绝迹，底泥发黑粘稠。根据本发明方法，利用机械对湖塘底泥进行快速搅拌使之呈“沸腾”状态，同时投加配比为2:3的铁碳微电池基材3000kg、过硫酸钠2500kg，施工完成静止6小时后，湖塘水体墨绿色消失、水体清澈透明，黑臭粘稠底泥转变为黄褐色松散粘土颗粒。水体中氨氮由原来21mg/l下降为3mg/l，磷含量由原来12mg/l下降为2mg/l，溶解氧从0.32mg/l上升至5.1mg/l，ph值由5.2上升至8.1。项目实施至今近14月，湖塘水体和底泥未出现任何恶化迹象。
29.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
30.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。