申请日2019.08.20
公开(公告)日2019.12.24
IPC分类号C02F11/00
摘要
本发明涉及一种用于黑臭水体修复的缓释材料及修复方法。组分A按质量分数100%计，四水合硝酸钙50%、水泥20%、底泥30%。组分B按质量分数100%计，工业级过氧化钙50%，水泥20%，底泥30%。将组分A和组分B制备为粒状材料。本发明制备的缓释材料的缓释氧和硝酸钙效果好，制备方便，作用效果周期长，可有效控制河道水体黑臭。根据底泥污染程度计算所需组分A及组分B的含量，再将组分A均匀注入到底泥中，待修复7～14天后再将组分B均匀注入到底泥中。本发明不仅科学、经济有效的解决了水体黑臭问题，同时还利用待修复河道的底泥作为制备缓释材料的原材料，实现了底泥的资源化利用。
权利要求书
1.一种用于黑臭水体修复的缓释材料;其特征是包括组分A和组分B;
组分A的成份为：四水合硝酸钙、底泥和水泥;按质量分数100%计，含量分别为四水合硝酸钙50%、水泥20%、底泥30%;
组分B的主要成份为：工业级过氧化钙、底泥、水泥;按质量分数100%计，工业级过氧化钙50%，水泥20%，底泥30%;
黑臭水体修复过程中所需Ca(NO3)2·4H2O质量，按照式(1)计算：
mn=23.6(CSn1/n2+CFen3/n4) (1)
式中：mn为所需四水合硝酸钙质量，g·kg-1;Cs为底泥中硫化物含量，g·kg-1;CFe为底泥中铁离子含量，g·kg-1;n1为S2-被氧化为SO42-的化合价变化;n2为S的摩尔质量，g·mol-1;n3为Fe2+被氧化为Fe3+的化合价变化;n4为Fe的摩尔质量，g·mol-1;
黑臭水体修复过程中所需CaO2质量，按照式(2)计算：
mO=36(CNH3 n5/n6) (2)
式中：mO为所需理论过氧化钙质量，g·kg-1;CNH3为底泥中氨氮含量，g·kg-1;n5为NH4+被氧化为NO3-的化合价变化;n6为NH3的摩尔质量，g·mol-1。
2.如权利要求1的缓释材料;其特征是过氧化钙为工业级过氧化钙，有效含量为40%-70%。
3.用于黑臭水体修复的缓释材料的制备方法，其特征是将组分A和组分B制备为粒状材料。
4.利用权利要求的缓释材料用于黑臭水体的修复方法;其特征是将组分A均匀注入到底泥中，待修复7～14天后再将组分B均匀注入到底泥中。
说明书
一种用于黑臭水体修复的缓释材料及修复方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于黑臭水体修复的缓释材料及修复方法;是水体修复及受污染底泥资源化利用的方法。
背景技术
近些年来，城市化进程发展迅速，但水污染治理措施和设备处理效果滞后，导致黑臭水体的范围愈发扩大，水体黑臭程度也不断加剧。因此，削减底泥中污染物含量及控制底泥污染物释放成为目前水体修复研究热点。底泥修复主要措施包括：生物法、化学法及物理法。相较于生物法和物理法而言化学法具有操作简单、见效快、成本低等优点。化学法目前应用较多的化学药剂有过氧化钙(CaO2)和硝酸钙(Ca(NO3)2)。然而，CaO2与水的反应迅速，易造成释氧化合物中有效氧的浪费;Ca(NO3)2极易溶于水，从而释放到上覆水引起二次污染。因此，制备一种既能够减缓CaO2与水反应速率，又能减慢Ca(NO3)2向上覆水释放的缓释材料，具有重要的现实意义。
制备CaO2和Ca(NO3)2缓释材料常见的包埋剂主要包括水泥、硬脂酸和聚乙烯醇等。三种包埋剂均具有一定的缓释效果，但硬脂酸和聚乙烯醇的投加会增加了水体有机质含量，易造成二次污染。为进一步提高采用水泥作为包埋剂制备的缓释材料的吸附能力，目前研究者多添加净水污泥(Zhou et al.,2019)、黏土矿物(CN102267788)、膨润土或活性炭(CN105800899)等作为填充剂。虽然净水污泥、黏土矿物、膨润土或活性炭的添加可以提高缓释剂吸附污染物的能力，但对于实际河道水体来说，净水污泥、黏土矿物、膨润土或活性炭均属于外源添加剂，直接投入水体易增加后期底泥疏浚的负担。
为解决受污染底泥污染严重、清淤后需要安全处理等问题，本发明以受污染底泥作为CaO2及Ca(NO3)2的填充剂，用水泥进行包埋，实现底泥污染控制及资源化利用的高度融合，达到以污治污的目的。既解决了CaO2释氧速率快、Ca(NO3)2易释放的缺点，同时也实现了底泥资源化利用。
同时，目前关于CaO2和Ca(NO3)2投加量及投加方式缺乏相关计算及研究，大多数研究都是采用少量多次的方式，基于前次投加效果决定下次投加量，这可能限制了该技术在工业上的应用。同时，部分研究缺少对水体性质的分析，直接投加化学药剂，不仅容易造成资源浪费，同时也会带来二次污染。为了克服该问题，迫切需要开发一种适合不同黑臭水体修复的方法，在能经济有效地解决黑臭问题的同时避免引起二次污染。
发明内容
本发明的目的是制备一种缓释CaO2和Ca(NO3)2的材料，根据水体污染程度，开发一种新的缓释材料投加方式，使得该技术在黑臭水体修复中的应用更加经济有效。
本发明的技术方案如下：
一种用于黑臭水体修复的缓释材料;其特征是包括组分A和组分B;
组分A的成份为：Ca(NO3)2·4H2O、底泥和水泥;按质量分数100%计，Ca(NO3)2·4H2O50%、水泥20%、底泥30%;
组分B的主要成份为：工业级CaO2、底泥和水泥;按质量分数100%计，工业级CaO250%，水泥20%，底泥30%;
本发明中用于黑臭水体修复的缓释材料制备方法，采用通用的造粒方法将组分A和组分B制备为粒状材料：将组分A中各成份进行充分混匀，再将组分B中各成份进行充分混匀，加水使得两个组分均呈可糅合状大团，进一步将可糅合状大团分别放置造粒机中造粒，得到粒状缓释材料。
黑臭水体修复过程中所需Ca(NO3)2·4H2O质量，按照式(1)计算：
mn=23.6(CSn1/n2+CFen3/n4)(1)
式中：mn为所需Ca(NO3)2·4H2O质量，g·kg-1;Cs为底泥中硫化物含量，g·kg-1;CFe为底泥中铁离子含量，g·kg-1;n1为S2-被氧化为SO42-的化合价变化(8价);n2为S的摩尔质量，g·mol-1;n3为Fe2+被氧化为Fe3+的化合价变化(1价);n4为Fe的摩尔质量，g·mol-1;
黑臭水体修复过程中所需CaO2质量，按照式(2)计算：
mO=36(CNH3n5/n6)(2)
式中：mO为所需理论CaO2质量，g·kg-1;CNH3为底泥中氨氮含量，g·kg-1;n5为NH4+被氧化为NO3-的化合价变化(8价);n6为NH3的摩尔质量，g·mol-1。
所述CaO2为工业级，有效CaO2含量为40%-70%。
利用本发明的缓释材料用于黑臭水体修复方法;其特征是：将组分A按质量2mn的量均匀注入到底泥中，待修复7～14天后再将组分B按质量2mO/(40%-70%)的量均匀注入到底泥中。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥;
所述的工业级CaO2中CaO2有效含量为40%-70%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
·利用待修复河道底泥为制备缓释材料的原材料，不仅对底泥污染物吸附效果好，同时可实现底泥的资源化利用;
·按Ca(NO3)2·4H2O含量为50%、水泥20%、底泥30%的比例制备出的组分A，组分A特征在于，第7天才释放出85%Ca(NO3)2(图1)，说明本发明制备的缓释材料缓释Ca(NO3)2效果较为显著;
·按工业级CaO2 50%、水泥20%、底泥30%的比例制备出组分B，组分B特征在于，释氧周期明显长于过氧化钙粉末(图2);
·缓释材料可降低水体中亚氮含量，进一步降低了对底泥微生物活性的影响;
·缓释材料对底泥磷具有一定的吸附能力，降低了底泥中磷向上覆水的释放风险;
·根据水体污染程度确定缓释材料中CaO2及Ca(NO3)2的投加量，能有效控制水体黑臭，强化修复效果，节省修复成本。（发明人孙井梅;张超;孙乙尧;汪湘;单明皓）