铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法。


背景技术：

2.近年来，随着国民经济日益增长和工业化进程的加速，使得城市生活污水和工业废水排放量不断增加，并且存在大量废水和污水未经处理排放于湖泊河道中，使得河道中的有机碳污染物、有机氮污染物以及含磷化合物不断增加，水体黑臭的成因正是由于大量有机污染物进入水体，加之黑臭河道多为河流的支浜或断头浜，水体流动性差，使得大量污染物积累成河道底泥，当河道底泥过多时，底泥中的大量的有机物经微生物氧化分解会消耗大量氧，造成河道水体处于缺氧状态，有机物在厌氧微生物的作用下经腐败、分解、发酵后转化为氨氮、腐殖质、硫化氢等物质，产生有异味的气体逸出水面进入大气环境中，对人类的呼吸系统、消化系统及循环系统产生不良影响，引发人类健康问题。大量研究表明，河道底泥增多是造成水体恶化的罪魁祸首，故而如何有效改善治理河道水体底泥是治理水体黑臭的关键，黑臭底泥修复技术可分为异位修复技术和原位修复技术，异位修复技术主要指的是将受污染底泥从水体中移出，转移到其他场所进行处理和处置，如清淤疏浚是目前最常用的异位修复技术，但清淤疏浚仅在短期能使河道中污染物含量降低，而且处理费用高昂，容易产生二次污染等问题；
3.原位修复技术是指在底泥修复过程中，不移动底泥，通过物理、化学、生物或联合手段使受污染底泥污染物浓度、毒性、迁移性降低，减少污染底泥对环境的影响，以达到修复的目的，包括原位曝气技术、原位生物修复技术、原位化学修复技术等，如原位曝气技术是人为地向水体中充入空气或氧气，改变水体缺氧状态，但也存在着能耗大，运行维护难度大、修复不彻底等缺点；如原位生物修复技术是利用微生物、植物新陈代谢作用对河道底泥中的污染物吸收转化，但有周期长且效果不如预期等问题；原位化学修复技术指的是通过向污染底泥中投放具有氧化还原作用、絮凝钝化作用或者吸附沉淀作用的化学药剂，以达到降解去除污染物或改变污染物的性质、降低污染物的毒性和迁移性的目的，但可能存在药剂浪费和二次污染问题；为此，我们提出铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是，利用铁基生物炭耦合过碳酸盐修复黑臭污染水体底泥问题，为黑臭底泥污染修复提供一个经济环保的解决思路。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法，包括以下步骤：
7.step1：首先对生物质原料进行清洗，然后将清洗后的生物质原料烘干至恒重备用，最后放于石英舟在管式炉中氮气氛围下煅烧，热解结束后冷却至室温取出研磨成粉末于干燥器备用；
8.step2：将适量的铁盐溶于50％的无水乙醇水溶液中，后加入step1的生物炭持续搅拌，再向混合溶液缓慢滴入新配置的kbh4溶液持续搅拌60min，用磁选分离出改性材料依次用去离子水和乙醇混合洗涤3遍，整个过程向溶液中持续通入n2除氧，最后将洗涤好的材料置于真空干燥箱干燥后研磨备用；
9.step3：将适量的铁基生物炭和过碳酸盐充分混合后同时投入黑臭水体，持续搅拌使得药剂与黑臭水体充分混合，静置5-7日后完成底泥修复。
10.优选地，所述step1中的生物质原料为稻草、秸秆、花生壳、甘蔗渣、木屑中的任意一种或几种。
11.优选地，所述step1中热解温度为500-800℃，热解前先通入n2再开启10℃/min的升温程序，热解时间为2h。
12.优选地，所述step2中投加的铁盐为feso
4.
7h2o、无水feso4、fecl
2.
7h2o、无水fecl2二价铁或三价铁盐。
13.优选地，所述step2中投加的fe、生物炭、kbh4的关系满足m
bc
:m
fe
:m
kbh4
＝1:1:2，真空干燥箱温度为60℃，烘干时间为6h，研磨的粒径过100目筛。
14.优选地，所述step2中的溶液包括kbh4或nabh4，优选kbh4。
15.优选地，所述step3中过碳酸盐的种类依次优选过碳酸钙、过碳酸钠、过碳酸钾和过碳酸镁。
16.优选地，所述step3中铁基生物炭和过碳酸盐的投加前的混合比例为1:1～3:1。
17.优选地，所述step3中铁基生物炭和过碳酸盐的混合投加量为5～10g/l。
18.本发明具有以下有益效果：
19.本发明铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法基于铁基生物炭耦合过碳酸盐的原位修复水体黑臭水体底泥的技术，具有不受气候条件影响，见效快，处理成本低，效果稳定等优点。
20.本发明铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法中过碳酸盐与底泥中的间隙水反应，在含铁生物炭的催化活化下，生成羟基自由基，可强化底泥中难降解污染物的去除。
21.本发明铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法中过碳酸钠于底泥中可轻易分解成大量分子氧，其释氧作用能有效促进底泥中微生物的活性，抑制厌氧释磷，促进氨氮去除，有效修复底泥中的黑臭问题。
22.本发明铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法中生物碳的多孔结构可以有效的吸附污染物，并为污染物的去除给活性物质和微生物提供丰富的位点，加快污染物的去除和改善黑臭问题。
23.本发明铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法中铁基生物炭溶于底泥中反应产生的铁氧化物对污染物兼具吸附和混凝作用，增强对黑臭底泥中有机污染物的修复效果。
24.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法的操作方法流程图。
具体实施方式
27.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它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例一：
29.请参阅图1所示：本发明为铁基生物炭耦合过碳酸盐联用去除河道中黑臭水体底泥的方法，包括以下步骤：
30.step1：首先对生物质原料进行清洗，然后将清洗后的生物质原料烘干至恒重备用，最后放于石英舟在管式炉中氮气氛围下煅烧，热解结束后冷却至室温取出研磨成粉末于干燥器备用；
31.step2：将适量的铁盐溶于50％的无水乙醇水溶液中，后加入step1的生物炭持续搅拌，再向混合溶液缓慢滴入新配置的kbh4溶液持续搅拌60min，用磁选分离出改性材料依次用去离子水和乙醇混合洗涤3遍，整个过程向溶液中持续通入n2除氧，最后将洗涤好的材料置于真空干燥箱干燥后研磨备用；
32.step3：将适量的铁基生物炭和过碳酸盐充分混合后同时投入黑臭水体，持续搅拌使得药剂与黑臭水体充分混合，静置5-7日后完成底泥修复。
33.其中，step1中的生物质原料为稻草、秸秆、花生壳、甘蔗渣、木屑中的任意一种或几种。
34.其中，step1中热解温度为500-800℃，热解前先通入n2再开启10℃/min的升温程序，热解时间为2h。
35.其中，step2中投加的铁盐为feso
4.
7h2o、无水feso4、fecl
2.
7h2o、无水fecl2二价铁或三价铁盐。
36.其中，step2中投加的fe、生物炭、kbh4的关系满足m
bc
:m
fe
:m
kbh4
＝1:1:2，真空干燥箱温度为60℃，烘干时间为6h，研磨的粒径过100目筛。
37.其中，step2中的溶液包括kbh4或nabh4，优选kbh4。
38.其中，step3中过碳酸盐的种类依次优选过碳酸钙、过碳酸钠、过碳酸钾和过碳酸镁。
39.其中，step3中铁基生物炭和过碳酸盐的投加前的混合比例为1:1～3:1。
40.其中，step3中铁基生物炭和过碳酸盐的混合投加量为5～10g/l。
41.实施例二：
42.一种铁基生物炭耦合过碳酸盐修复河道湖泊中黑臭污染水体底泥的方法：
43.①
、实验所用黑臭底泥取自某市某黑臭水体，取500ml于直径为12cm的1000ml烧杯中，底泥含水率为40.1％，ph＝6，cod＝98.9mg/l，tn＝1.82mg/g，tp＝1.61mg/g。
44.②
、选用玉米秸秆作为生物质原料，破碎洗净烘干后于温度为600℃管式炉中以10℃升温程序在n2氛围下煅烧两个小时再洗净烘干备用。
45.③
、将24.8g feso4 7h2o溶于50％的无水乙醇水溶液中，加入5g生物炭持续搅拌，再向混合溶液缓慢滴入由新配置的10g kbh4溶液持续搅拌60min，随后去除用乙醇去离子水洗涤数遍于600℃真空干燥箱烘干6h，后研磨过100目筛备用。
46.④
、将投加量为4g(8g/l)混合比例为1：2的铁基生物炭和过碳酸盐投入含黑臭底泥的烧杯中，持续搅拌让药剂与底泥充分混合后静置，15天后cod去除率达78％，tn去除率达91％，tp去除率达89％。
47.实施例三：
48.一种铁基生物炭耦合过碳酸盐修复河道湖泊中黑臭污染水体底泥的方法：
49.①
、实验所用黑臭底泥取自某市某黑臭水体，取500ml底泥于直径为12cm的1000ml烧杯中，底泥含水率为40.1％，ph＝6，cod＝98.9mg/l，tn＝1.82mg/g，tp＝1.61mg/g。
50.②
、选用稻草秸秆作为生物质原料，破碎洗净烘干后于温度为500℃管式炉中以10℃升温程序在n2氛围下热解两个小时再洗净烘干备用。
51.③
、将11.3g fecl2溶于50％的无水乙醇水溶液中，加入5g生物炭持续搅拌，再向混合溶液缓慢滴入由新配置的10g kbh4溶液持续搅拌60min，随后去除用乙醇去离子水洗涤数遍于60℃真空干燥箱烘干6h，后研磨过100目筛备用。
52.④
、将投加量为4g(8g/l)混合比例为1：1的铁基生物炭和过碳酸盐投入含黑臭底泥的烧杯中，持续搅拌让药剂与底泥充分混合后静置，15天后cod去除率达76％，tn去除率达90％，tp去除率达87％。
53.实施例四：
54.一种铁基生物炭耦合过碳酸盐修复河道湖泊中黑臭污染水体底泥的方法：
55.①
、实验所用黑臭底泥取自某市某黑臭水体，取500ml底泥于直径为12cm的1000ml烧杯中，底泥含水率为40.1％，ph＝6，cod＝98.9mg/l，tn＝1.82mg/g，tp＝1.61mg/g。
56.②
、选用甘蔗渣秸秆作为生物质原料，破碎洗净烘干后于温度为800℃管式炉中以10℃升温程序在n2氛围下热解两个小时再洗净烘干备用。
57.③
、将24.8g feso47h2o溶于50％的无水乙醇水溶液中，加入5g生物炭持续搅拌，再向混合溶液缓慢滴入由新配置的10g kbh4溶液持续搅拌60min，随后去除用乙醇去离子水洗涤数遍于60℃真空干燥箱烘干6h，后研磨过100目筛备用。
58.④
、将投加量为4g(8g/l)混合比例为1：3的铁基生物炭和过碳酸盐投入含黑臭底泥的烧杯中，持续搅拌让药剂与底泥充分混合后静置，15天后cod去除率达86％，tn去除率达95％，tp去除率达93％。
59.本方案中，相对于其他河道底泥修复技术，原位化学修复具有不受气候条件影响，见效快，处理成本低，效果稳定等优点。过碳酸盐俗称“固体形态的过氧化氢”，无毒、无害，易溶于水，易分解为水、氧和一水碳酸钠，且随温度的增高，其溶解度也会增加。铁基生物炭耦合过碳酸盐治理黑臭水体底泥的优越性表现于过碳酸盐在载铁生物炭的活化作用下可
生成自由基强化有机污染物的去除；过碳酸盐溶于水体中可以生成分子氧促进好氧微生物的活性，利用微生物新陈代谢作用而辅助修复黑臭水体底泥；铁基生物炭除了对过碳酸盐起催化活化作用外，还能为微生物和活性物质提供着陆位点，加快污染物去除。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。