一种河流底泥基生物炭混凝土制备及实现河流硝酸盐加速去除的方法

1.本发明涉及一种河流底泥基生物炭混凝土制备及实现河流硝酸盐加速去除的方法，属于水质修复领域，特别是用于去除河流中过量的硝酸盐。


背景技术：

2.我国乡村中小型河流普遍存在来自农业、工业、生活的水污染，其中，农业氮肥的过度施用以及高氮素含量的工业废水、生活污水的直接排放，造成了水体中过量硝酸盐的累积，加大了地表水体富营养化风险，严重危害河流生态安全。目前用于去除河流硝酸盐的方法有物理、化学和生物三类。物理法效率较高，但硝酸盐并未完全去除，很可能引起二次污染；化学法反应快速，但不能将硝酸盐完全转化成无毒无害的氮气；生物法去除效率高，但反应器的体积庞大，处理周期缓慢。现有去除河流硝酸盐的方法及效能分析如表1所示。
3.表1现有去除河流硝酸盐的方法及效能分析
[0004][0005]
另外，对于乡村河流来说，由于交通运输不便，底泥清淤后随意堆放，定期进行底泥清淤是十分困难的。长此以往，底泥中沉积的大量污染物会游离进入水体，造成二次污染。此前，乡村河流常构筑混凝土护坡以减缓水流对河岸的冲刷，但却破坏了河流生态环境，导致水质大幅下降。
[0006]
为了解决乡村河流存在过量硝酸盐的累积、底泥淤积、混凝土护坡破坏生态环境
等问题，本发明提出一种河流底泥基生物炭混凝土来去除河流硝酸盐，且通过河水净化装置，实现河流硝酸盐的快速去除及提高边坡的稳定性。同时将底泥回收利用，避免二次污染，主要用于水质修复领域。本发明具有的主要优势包括(1)利用生物炭优异的生物相容性和电子转移能力，增加了反硝化微生物富集及反硝化微生物对电子的摄取，有利于硝酸盐的去除，(2)采用底泥作为制备生物炭的原料，合理利用废弃物资源，避免二次污染，(3)设置河水净化装置，通过外源供电子和延长生物炭对反硝化微生物的富集时间等途径，强化了硝酸盐的去除，并有效提高了边坡的稳定性。


技术实现要素：

[0007]
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种河流底泥基生物炭混凝土制备及实现河流硝酸盐加速去除的方法。该发明以碳和杂原子含量较高的疏浚底泥为原料，制备了用于微生物脱硝的天然杂原子掺杂底泥基生物炭(sbc)，发明了一种除氮净水添加剂，加入混凝土中使用，且辅助配套了河水净化装置，延长生物炭对反硝化微生物的富集时间，强化了硝酸盐的去除，并有效提高了边坡的稳定性。该混凝土可有效解决现有的普通混凝土破坏河流生态环境的问题，且可以合理利用河流中的污泥资源。
[0008]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0009]
本发明涉及一种河流底泥基生物炭混凝土制备及实现河流硝酸盐加速去除的方法，设置在流速缓慢且水深为2～3m的河流河床上。其特征在于，包括底泥基生物炭混凝土和河水净化装置。
[0010]
所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，由以下重量份的组分构成：水泥150～200份，粗骨料420～500份，细骨料310～380份，水50～80份，秸秆类有机肥30～50份，5
‰
海藻提取物3～5份和除氮净水添加剂1～2份。
[0011]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥，p.o42.5。
[0012]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的粗骨料为石灰岩碎石，连续级配，粒径为10mm。
[0013]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的细骨料为河砂，优选为ⅱ区中砂，细度模数为2.60。
[0014]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的秸秆类有机肥为玉米秸秆有机肥。
[0015]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的5
‰
海藻提取物为蓝藻所提取的天然活性物。
[0016]
优选地，所述的河流底泥基生物炭混凝土制备，其特征在于：所述的除氮净水添加剂包括底泥基生物炭、哈茨木霉菌和高吸水性树脂(sar)。
[0017]
优选地，所述的除氮净水添加剂，由以下重量份的组分构成：底泥基生物炭110份，哈茨木霉菌2份，高吸水性树脂(sar)4份。
[0018]
一种河流底泥基生物炭混凝土制备，包括如下步骤：
[0019]
步骤1、底泥基生物炭样本采集：从河流采集表面沉积物4cm的底泥样本。
[0020]
步骤2、碳化及研磨成粉：在20℃下干燥后，样品在具有纯氩气氛的高温炉中以2
℃/min的加热速率，在800℃下碳化2h；用研钵和杵将制备的生物炭样品磨成粉末。
[0021]
步骤3、调节ph值：用去离子水清洗这些粉末，直到达到中性ph值。
[0022]
步骤4、烘干得到底泥基生物炭：将生物炭样品在90℃的烘箱中干燥24h，即得到底泥基生物炭。
[0023]
步骤5、制备除氮净水添加剂基料：将底泥基生物炭110份、哈茨木霉菌粉末2份混合，得到除氮净水添加剂基料。
[0024]
步骤6、制备除氮净水添加剂：将制得的除氮净水添加剂作为培养基质，形成基质床，然后等待48h，待哈茨木霉菌在施入基料中大量繁殖后，在基质床上撒施高吸水性树脂(sar)4份，即得到除氮净水添加剂。
[0025]
步骤7、将所述除氮净水添加剂与p.o42.5水泥150份、玉米秸秆有机肥30份、5
‰
蓝藻提取物3份拌合，得到除氮净水胶凝材料。
[0026]
步骤8、将粒径为10mm的石灰岩碎石420份先与除氮净水胶凝材料及25份水拌和，使所述石灰岩碎石表面湿润，再将所述细度模数为2.60的河砂310份、剩余的25份水掺入，充分拌和均匀后，即得。
[0027]
所述的河水净化装置，其特征在于：包括土工格栅、m7.5砂浆锚杆、杂物阻挡格栅、储水沟槽、储水沟槽底孔、储水管道、输水管道、抽水泵、止逆阀、排水沟、溢流板、不锈钢链条、混凝土生态袋。
[0028]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的土工格栅为塑料土工格栅，双向拉伸，土工格栅尺寸根据所在边坡的大小进行选择，位于边坡表面。用于增强土坡，支撑边坡植草网垫，防止水土流失。
[0029]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的m7.5砂浆锚杆为抗压强度平均值为7.5mpa的砂浆锚杆，土工格栅与其数量比为1：2，位于土工格栅的四角。用于加固土工格栅，为后期不锈钢链条的连接提供支点。
[0030]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的杂物阻挡格栅为塑料材质，长条状，与储水沟槽同宽，位于储水沟槽上部。用于拦截坡面汇流中携带的垃圾，防止储水沟槽底孔堵塞。
[0031]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的储水沟槽为树脂u型沟槽，沟槽长度与人行道长度一致，宽度、深度根据当地雨量决定，位于人行道和边坡土层上部之间。用于储存多余雨水。
[0032]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的储水沟槽底孔为储水沟槽底部孔洞，孔径由当地雨量决定，位于储水沟槽下部，边坡土层上部。用于均匀下渗雨水。
[0033]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的储水管道为聚乙烯(pe)管，长度根据所在边坡确定，位于边坡右侧。用于储存河流中的污水。
[0034]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的输水管道为聚乙烯(pe)管，长度根据所在边坡确定，铺设于边坡土层内，右侧连接在抽水泵出水端。用于输送河流中的污水。
[0035]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的抽水泵为小型抽水泵，功率为550w。用于将河流中的污水抽入储水管道中。
[0036]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的止逆阀为pvc塑料材质，位于边
坡上格栅交界处。只可由下而上注水，阻止反方向流动。
[0037]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的排水沟为树脂u型排水沟，长度根据所在边坡确定，位于储水沟槽左侧。用于排出超过溢流板的雨水。
[0038]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的溢流板为不锈钢材质，位于储水沟槽和排水沟交界处，溢流板长度略高于储水沟槽。用于将雨水截挡在储水沟槽中，若雨量过大，则将超过溢流板的雨水导入排水沟中。
[0039]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的不锈钢链条为不锈钢材质，长度根据河床深度选取，m7.5砂浆锚杆与其数量比为2：1。用于连接m7.5砂浆锚杆和混凝土生态袋。
[0040]
优选地，所述的河水净化装置，其特征在于：所述的混凝土生态袋为土工生态袋，袋中装入底泥基生物炭混凝土，不锈钢链条与其数量比为1：1。混凝土生态袋中的生物炭具有多孔结构，可以增大微生物定殖面积；且能催化反硝化反应，促进电子转移。
[0041]
一种实现河流硝酸盐加速去除的方法，利用河水净化装置，包括如下步骤：
[0042]
步骤1、挖设储水沟槽：在人行道处挖设储水沟槽，位于人行道和边坡土层上部之间，储水沟槽下部开孔，孔洞位于边坡土层上部，储水沟槽上部采用杂物阻挡格栅。
[0043]
步骤2、埋置管道：储水管道埋置于边坡右侧，内部安装抽水泵，并设置止逆阀。输水管道铺设于边坡土层内，右侧连接在抽水泵出水端。
[0044]
步骤3、埋设排水沟：排水沟埋设于储水沟槽左侧，与储水沟槽交界处设置溢流板。
[0045]
步骤4、埋设基础：在施工完成的边坡坡面设置土工格栅，每格长1m宽1m，埋设m7.5砂浆锚杆，埋设深度0.5m。在打入砂浆锚杆时，注意预留5cm的深度，便于后期套入不锈钢链条。
[0046]
步骤5、连接设备：不锈钢链条与锚杆连接的金属环直径为3cm，与混凝土生态袋连接的金属环做活扣处理。
[0047]
步骤6、制备混凝土生态袋：将底泥基生物炭混凝土装入土工生态袋中，即得混凝土生态袋。混凝土生态袋扎口处用一金属环加固，便于封住混凝土生态袋及套入链条。
[0048]
步骤7、投放混凝土生态袋：链条根据河床深度，选用长2～3m。链条一端扣在砂浆锚杆上，另外一端扣在混凝土生态袋上，顺着河岸边的方向缓慢投放进入河床。
[0049]
步骤8、底泥基生物炭电子转移：混凝土生态袋中的生物炭表面官能团表现为电负性，直接提供电子，使河流中硝酸根离子发生还原反应，生成氮气；此外，水体中的有机物可以作为供电体，进一步补充硝酸盐还原所需的电子，从而达到加速河流中硝酸盐去除的目的。
[0050]
步骤8中，通过投放进入河流的混凝土生态袋13，设置反应体系内能供给的总电子数为e
总
，河流中硝态氮的去除率为cr，混凝土生态袋投放时间固定为5天，其中，e
总
、cr的具体计算公式如下：
[0051][0052][0053]
其中：η1表示河流cod的代谢效率，％；c
cod
表示河流中cod的浓度，mg/l；v
水样
表示所
取河流水样的体积，l；表示o2的相对摩尔质量，g/mol；b表示生物炭供电子能力edc，根据经验取0.018-0.035mmole-/g；η2表示混凝土中生物炭的掺入比例，％；n表示投入河流中混凝土生态袋的数量，袋；m
生态袋
表示单位混凝土生态袋的质量，g/袋；η3表示反硝化菌利用电子效率，％；a1表示河流中no
3-‑
n到n2的电子供给系数，取60％-92％；a2表示河流中no
3-‑
n到no
2-‑
n的电子供给系数，取3％-33％；a3表示河流中no
3-‑
n到n2o-n的电子供给系数，取5％-7％；mn表示氮原子的摩尔质量，取14g/mol；c0表示水样初始no
3-‑
n的浓度，mg/l。
[0054]
本发明具有如下有益效果：
[0055]
1.采用底泥制备生物炭，充分考虑了底泥碳含量高、自身含有微生物生长所需的营养物质等特点，探索了河道底泥新用途，有助于农村、城镇河道清淤及底泥资源再利用。
[0056]
2.采用生物炭作为制备混凝土的原料，利用生物炭优异的生物相容性和电子转移能力，增加了反硝化微生物富集及反硝化微生物对电子的摄取，有利于硝酸盐的去除，达到净化水质的效果。且富含有与粉煤灰、高炉渣等常用混凝土掺和料相似的矿物成分，不必再额外添加外加剂，提高经济效益。
[0057]
3.本发明设计的河水净化装置，通过外源供电子和延长生物炭对反硝化微生物的富集时间等途径，强化了硝酸盐的去除，并有效提高了边坡的稳定性。
[0058]
4.本发明在水泥中加入5
‰
海藻提取物，在生物炭中加入哈茨木霉菌、高吸水性树脂(sar)，使得所制备的河流底泥基生物炭混凝土，具有改善根系微环境，大量吸收水分而溶胀且能保持住水分不外流的特点，延长生物炭对反硝化微生物的富集时间，达到深度去除硝酸盐的效果。
附图说明
[0059]
图1为河水净化装置。
[0060]
其中有：
[0061]
1、土工格栅；2、m7.5砂浆锚杆；3、杂物阻挡格栅；4、储水沟槽；5、储水沟槽底孔；6、储水管道；7、输水管道；8、抽水泵；9、止逆阀；10、排水沟；11、溢流板；12、不锈钢链条；13、混凝土生态袋。
[0062]
图2为混凝土制备流程。
[0063]
图3为底泥基生物炭电子转移途径。
具体实施方式
[0064]
下面结合附图及具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0065]
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
[0066]
如图1所示，本发明公开了一种河水净化装置，通过延长生物炭对反硝化微生物的富集时间等途径，强化了硝酸盐的去除，并有效提高了边坡的稳定性。整个装置的铺设流程已在权利要求书中详细说明，这里不再赘述。河水净化装置的工况分为以下三类：当雨量充
足时，雨水通过上级坡面产流汇流，经杂物阻挡格栅将大块污物拦截，汇入储水沟槽之中。雨水经储水沟槽底孔，缓慢渗入边坡土层之中。此时由于雨量充足，并不需要启动抽水泵。当雨量较小或未降雨时，抽水泵将河水抽入蓄水管道，蓄水管道通过输水管道将水输送至边坡中，给坡面植物提供水分。当雨量过大时，超过储水沟槽的容量，多余的雨水通过溢流板流入排水沟中，经排水沟排入河流中。通过这三种工况，不仅可以有效利用雨水，而且利于增加保水性较差边坡的保水能力，提高边坡的稳定性。
[0067]
不锈钢链条的一端通过金属环扣在砂浆锚杆上，另外一端扣在装入底泥基生物炭混凝土的土工生态袋中，生态袋扎口处用一金属环加固，便于封住生态袋及套入链条，顺着河岸边的方向缓慢投放生态袋进入河床。
[0068]
生物炭作为制备底泥基生物炭混凝土的原料之一，用于强化去除河流中的硝酸盐。利用生物炭优异的生物相容性和电子转移能力，增加了反硝化微生物富集及反硝化微生物对电子的摄取，有利于硝酸盐的去除。生物炭表面官能团表现为电负性，直接提供电子，使河流中硝酸根离子发生还原反应，生成氮气；此外，水体中的有机物可以作为供电体，进一步补充硝酸盐还原所需的电子，从而达到加速河流中硝酸盐去除的目的。且富含有与粉煤灰、高炉渣等常用混凝土掺和料相似的矿物成分，不必再额外添加外加剂，提高经济效益。
[0069]
如图3所示，本发明的底泥基生物炭促进反硝化过程的电子转移有两种途径。
[0070]
途径1为反硝化酶作用：生物炭表面官能团表现为电负性，直接给各类反硝化酶催化硝酸盐还原过程提供电子。呼吸型硝酸盐还原酶(nar)广泛分布于具备硝酸盐呼吸功能尤其是反硝化功能的微生物中，电子转移至nar催化中心，催化硝酸盐到亚硝酸盐的还原反应；亚硝酸还原酶(nir)是一类能催化亚硝酸盐还原的酶，广泛存在于微生物体内，电子转移至nir催化中心，催化亚硝酸盐降解为一氧化氮，从而减少环境中亚硝态氮的积累，降低因亚硝酸盐累积而造成的对生物体的毒害作用；一氧化氮是一种有毒物质，也是反硝化作用过程中的一个中间产物。微生物体内存在一氧化氮还原酶(nor)，电子转移至nor催化中心，发生一氧化氮还原反应，生成氧化亚氮；而氧化亚氮是一个强大的温室气体(比二氧化碳的温室效应强烈310倍)，也是破坏臭氧层的主要物质。微生物体内存在一氧化氮合酶(nos)，电子转移至nos催化中心，发生氧化亚氮向氮气的还原反应，减少这种氧化亚氮的排放。
[0071]
途径2为微生物作用：生物炭有吸附功能，可以吸附大量有机物，这些有机物可以作为供电体，将电子供给附着于生物炭表面的反硝化微生物，促进其完成反硝化过程，将硝酸盐还原为氮气，从而达到去除河流中硝酸盐的目的。
[0072]
普通混凝土与底泥基生物炭混凝土的组成结构对比如表2所示。
[0073]
表2普通混凝土与底泥基生物炭混凝土的组成结构对比
[0074][0075]
注：底泥基生物炭包含在除氮净水添加剂中
[0076]
普通混凝土与底泥基生物炭混凝土的性能对比如表3所示。
[0077]
表3普通混凝土与底泥基生物炭混凝土的性能对比
[0078][0079]
实施例1：去除一般污染河流中的硝酸盐，no
3-‑
n浓度为2mg/l左右(以n计)
[0080]
采用河流底泥基生物炭混凝土及河水净化装置来去除河流中的硝酸盐，边坡坡面坡度为1：2。普通硅酸盐水泥选用p.o42.5，混凝土选用c20，厚度不小于40mm。
[0081]
制备底泥基生物炭混凝土：
[0082]
(1)从河流采集表面沉积物4cm的底泥样本。在20℃下干燥后，样品在具有纯氩气氛的高温炉中以2℃/min的加热速率，在600℃下碳化2h，用研钵和杵将制备的生物炭样品磨成粉末。用去离子水清洗这些粉末，直到达到中性ph值。将生物炭样品在90℃的烘箱中干燥24h，即得到底泥基生物炭。
[0083]
(2)将底泥基生物炭110份、哈茨木霉菌粉末2份混合，得到除氮净水添加剂基料。将制得的除氮净水添加剂作为培养基质，形成基质床，然后等待48h，待哈茨木霉菌在施入基料中大量繁殖后，在基质床上撒施高吸水性树脂(sar)4份，即得到除氮净水添加剂。将所述除氮净水添加剂与普通硅酸盐水泥150份、玉米秸秆有机肥30份、5
‰
蓝藻提取物3份拌合，得到除氮净水胶凝材料。
[0084]
(3)将粒径为10mm的石灰岩碎石420份先与除氮净水胶凝材料及25份水拌和，使所述石灰岩碎石表面湿润，再将所述细度模数为2.60的河砂310份、剩余的25份水掺入，充分拌和均匀后，即得到底泥基生物炭混凝土。
[0085]
底泥基生物炭混凝土的配料表如表4所示。
[0086]
表4实施例1底泥基生物炭混凝土配料
[0087][0088][0089]
应用河水净化装置，投放混凝土生态袋：
[0090]
设置在流速缓慢且水深为2m的河流河床上。
[0091]
(1)边坡长6m，高5m，m7.5砂浆锚杆的数量为60根，不锈钢链条12的数量为30条，混凝土生态袋13的数量为30袋，每袋混凝土生态袋质量为100g。
[0092]
(2)在人行道处挖设储水沟槽，位于人行道和边坡土层上部之间，长6m，宽2m，挖设深度0.3m。储水沟槽下部开孔，每个孔洞直径15cm，孔洞位于边坡土层上部。储水沟槽上部采用杂物阻挡格栅，做长条形状，与储水沟槽同宽，距离沟槽上侧、下侧各0.5m处挖6m长的透水孔槽。
[0093]
(3)储水管道埋置于边坡右侧，内部安装抽水泵，并设置止逆阀。输水管道铺设于边坡土层内，右侧连接在抽水泵出水端。排水沟埋设于储水沟槽左侧，与储水沟槽交界处设
置溢流板。
[0094]
(4)在施工完成的边坡坡面设置土工格栅，长1m宽1m，埋设m7.5砂浆锚杆，埋设深度0.5m，注意预留5cm的深度，便于后期套入不锈钢链条。不锈钢链条与锚杆连接的金属环直径为3cm，与混凝土生态袋连接的金属环做活扣处理。
[0095]
(5)将底泥基生物炭混凝土装入土工生态袋中，即得混凝土生态袋。将混凝土生态袋扎口处用一金属环加固，便于封住混凝土生态袋及套入链条。链条根据河床深度，选用长2m。链条一端扣在砂浆锚杆上，另外一端扣在混凝土生态袋上，顺着河岸边的方向缓慢投放进入河床。
[0096]
底泥基生物炭去除no
3-‑
n：
[0097]
(1)混凝土生态袋13中的生物炭表面官能团表现为电负性，直接提供电子，使河流中硝酸根离子发生还原反应，生成氮气；此外，水体中的有机物可以作为供电体，进一步补充硝酸盐还原所需的电子，从而达到加速河流中硝酸盐去除的目的。
[0098]
(2)计算e
总
、cr，混凝土生态袋投放时间固定为5天，河流cod为15mg/l(ⅱ类水)，具体计算如下：
[0099][0100][0101]
其中：η1表示河流cod的代谢效率为45％；c
cod
表示河流中cod的浓度为15mg/l；v
水样
表示所取河流水样的体积为1000l；表示o2的相对摩尔质量为32g/mol；b表示生物炭供电子能力edc为0.018mmole-/g；η2表示混凝土中生物炭的掺入比例为10％；n表示投入河流中混凝土生态袋的数量为30袋；m
生态袋
表示单位混凝土生态袋的质量为100g/袋；η3表示反硝化菌利用电子效率为70％；a1表示河流中no
3-‑
n到n2的电子供给系数为92％；a2表示河流中no
3-‑
n到no
2-‑
n的电子供给系数为3％；a3表示河流中no
3-‑
n到n2o-n的电子供给系数为5％；mn表示氮原子的摩尔质量为14g/mol；c0表示水样初始no
3-‑
n的浓度为2mg/l。
[0102]
则cr＝0.88＝88％。
[0103]
(3)经估算，底泥基生物炭混凝土可去除河流88％的硝态氮。
[0104]
实施例2：去除严重污染河流中的硝酸盐，no
3-‑
n浓度为5mg/l左右(以n计)
[0105]
在实施例1中，所处理水样来自于生化性较好的一般污染河流。当处理硝酸盐污染严重的河流时，水样可生化性显著降低，实施例1所设条件难以满足高效降解硝酸盐的要求。
[0106]
为了保证高污染的河流硝酸盐去除效果，本例采取以下措施：适当提高生物炭的热解温度，增加生物炭表面与脱氮相关的官能团数量；增大生物炭掺入底泥基生物炭混凝土的比例及增加混凝土生态袋的数量，提高可供给电子总量，增大微生物附着面积，进一步地提高硝酸盐的去除率。
[0107]
具体实施过程如例1所示，相较于例1，本例热解生物炭温度选用800℃，生物炭掺入量为20％，混凝土生态袋数量增加为50袋。
[0108]
计算e
总
、cr，混凝土生态袋投放时间固定为5天，河流cod为40mg/l(
ⅴ
类水)，具体计算如下：
[0109][0110][0111]
其中：η1表示河流cod的代谢效率为30％；c
cod
表示河流中cod的浓度为40mg/l；v
水样
表示所取河流水样的体积为1000l；表示o2的相对摩尔质量为32g/mol；b表示生物炭供电子能力edc为0.035mmole-/g；η2表示混凝土中生物炭的掺入比例为20％；n表示投入河流中混凝土生态袋的数量为50袋；m
生态袋
表示单位混凝土生态袋的质量为100g/袋；η3表示反硝化菌利用电子效率为60％；a1表示河流中no
3-‑
n到n2的电子供给系数为60％；a2表示河流中no
3-‑
n到no
2-‑
n的电子供给系数为33％；a3表示河流中no
3-‑
n到n2o-n的电子供给系数为7％；mn表示氮原子的摩尔质量为14g/mol；c0表示水样初始no
3-‑
n的浓度为5mg/l。
[0112]
则cr＝0.78＝78％。
[0113]
经估算，底泥基生物炭混凝土可去除严重污染河流中78％的硝态氮。
[0114]
实施例3：电极强化装置
[0115]
本发明提供一种底泥基生物炭电极强化装置，以外接电源的方式，代替有机物给反硝化微生物提供电子，使其完成反硝化过程，高效去除河流中的硝酸盐，并且制作工艺简单，方便运行。
[0116]
设置在流速缓慢且水深2m的河流河床上，在河床底部投放底泥基生物炭混凝土，铺满后，将不锈钢网铺设于混凝土之上，不锈钢网两端连接防水导电线，导电线一端与不锈钢网连接，另一端与底坡上设置的电箱连接，人工控制开关。打开开关后，电流给反硝化微生物提供电子，使其完成反硝化过程。混凝土生态袋中的生物炭表面官能团表现为电负性，直接提供电子，使河流中硝酸根离子发生还原反应，生成氮气；此外，水体中的有机物可以作为供电体，进一步补充硝酸盐还原所需的电子，从而达到加速河流中硝酸盐去除的目的。
[0117]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。