一种基于反硝化除硫的黑臭河道底泥原位氧化技术

摘要

本发明公开了一种基于反硝化除硫的黑臭河道底泥原位氧化技术，该技术包括向黑臭河道湿法投加或者干法投加底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂和底泥酸碱调节剂，按底泥氧化剂与底泥中硫化物的含量的质量比计，底泥氧化剂投加量范围为0.5-2:1，底泥氨氮浸提剂投加量以投加后促进底泥氨氮浸提释放进入间隙水的初始浓度达到50mg/L以上为准，底泥酸碱调节剂的投加量以控制底泥初始pH为6.0-8.0为准。采用本发明实现了底泥同步除硫脱氮固磷，可快速消除河道黑臭、抑制底泥氮磷释放，提高水覆水体水质；解决了黑臭治理过程中消除底泥氮二次释放的问题。该方法适用于以有机物、硫化物、氮、磷为主要严重污染源的河道（涌）综合治理。

说明书

技术领域

本发明涉及的河道（涌）治理技术，具体是指一种基于反硝化除硫的黑 臭河道底泥原位氧化技术，该技术适用于以有机物、硫化物、氮、磷为主要污 染物的污染河道（涌）的综合治理，特别适用于城市黑臭河道（涌）的原位综 合治理。

背景技术

河道黑臭、底泥累积是我国城市河网的普遍现象。研究表明，底泥有机 污染物长期厌氧分解产生H₂S等臭气以及FeS等有色金属硫化物，是造成黑臭的 主要原因，底泥氮、磷二次释放会构成水体富营养化。在河道黑臭治理方面， 目前国际上流行的方法是通过提高底泥的氧化还原电位（如投加硝酸钙、过氧 化钙），以氧化底泥硫化物和抑制底泥磷释放；其中，通过投加硝酸钙来消除 河道黑臭在国内外已有工程应用实例，然而该种技术存在处理周期长（1-2年）， 且容易促进氨氮和硝酸盐过量释放，造成氮的二次污染等缺点。目前，在快速 消除底泥黑臭方面国内外做了一些新的尝试，如在投加硝酸钙的同时加入其它 氧化剂（过氧化钙或双氧水），或通过加大硝酸钙投加量来缩短处理周期，然 而据报道，硫化物去除率达到96%以上的处理周期仍然需要1个月左右；此外， 在黑臭治理过程中如何消除底泥氮二次释放尚未得到解决，特别是在投加底泥 氧化剂去除硫化物的同时实现底泥原位脱氮方面尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于反硝化除硫 的黑臭河道底泥原位氧化技术。

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

一种基于反硝化除硫的黑臭河道底泥原位氧化技术，其特征在于：该技术 包括底泥硫自养反硝化除硫技术，其具体工艺条件如下：

向黑臭河道湿法投加或者干法投加底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂和底泥 酸碱调节剂，按底泥氧化剂与底泥中硫化物的含量的质量比计，底泥氧化剂投 加量范围为0.5-2:1，底泥氨氮浸提剂的投加量以投加后促进底泥氨氮浸提释放 进入间隙水的初始浓度达到50mg/L以上为准，底泥酸碱调节剂的投加量以控制 底泥初始pH为6.0-8.0为准；

所述底泥氧化剂为硝酸钙或硝酸钙和硝酸钠的混合物，所述硝酸钙和硝酸 钠混合物的质量比为1:0.1-1；

所述底泥氨氮浸提剂为氯化钠或氯化钾；

所述底泥酸碱调节剂为石灰或稀硝酸。

所述底泥原位氧化技术，还包括与底泥硫自养反硝化耦合的厌氧氨氧化同 步除硫脱氮固磷技术，优选工艺条件为底泥氧化剂选硝酸钙和硝酸钠混合物， 按底泥氧化剂与底泥中硫化物的含量的质量比计，硝酸钙和硝酸钠混合物的投 加量范围为1-2:1；底泥氨氮浸提剂以投加后促进底泥氨氮浸提释放进入间隙水 初始浓度达到100-200mg/L为准，并且当初始氨氮浓度超过200mg/L时,无需投 加；底泥酸碱调节剂的投加量以控制底泥初始pH为6.0-6.5为准。

所述湿法投加为先将底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂与酸碱调节剂溶解于 水中，然后通过注射方式多点均匀注入底泥；所述干法投加是直接将底泥氧 化剂、底泥氨氮浸提剂与底泥酸碱调节剂与底泥搅拌混合，搅拌方式为水力 搅拌或机械搅拌。

本发明机理：通过向黑臭河涌定量投加底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂和 底泥酸碱调节剂，投加量基于底泥硫自养反硝化动力学过程，通过促进底泥硫 自养反硝化过程，加快底泥硫化物氧化速率；同时，通过控制底泥酸碱调节剂 投加量，控制底泥pH值，促进硫自养反硝化过程中亚硝酸盐累积，并通过底泥 氨氮浸提剂对底泥铵态氮的化学浸提作用，促进底泥氨氮释放，进行底泥硫自 养反硝化与厌氧氨氧化耦合，实现底泥同步除硫脱氮；同时硝酸钙的投加可以 抑制底泥磷的释放。因此可实现底泥同步除硫固磷或同步除硫脱氮固磷。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、采用本发明可快速消除城市河道黑臭、抑制底泥氮磷释放，提高水覆 水体水质。通过底泥氧化剂投加量和底泥pH值控制，底泥硫化物去除速率高于 现有技术中的先进水平，2周之内底泥硫化物去除率可达到96%-99%以上。

2、本发明通过硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合，在除硫的同时可实现底 泥原位脱氮，30天底泥间隙水氨氮去除效率可达到40%以上，底泥总氮含量 下降15%；解决了黑臭治理过程中消除底泥氮二次释放的问题。

3、本发明在实现反硝化除硫或同步除硫脱氮的基础上，还可实现对底泥 磷释放的抑制，抑制率可达到90%以上。

4、按本发明最大底泥氧化剂投加量完成黑臭河道（涌）治理后，跟踪数 据表明底泥硫化物含量2年内均维持在1.0mg/g以下，可维持2年内底泥无黑臭 再生现象。本发明适用于以有机物、硫化物、氮、磷为主要严重污染源的河道 （涌）综合治理，特别适用于城市黑臭河道（涌）的原位综合治理。

附图说明

图1为实施例1底泥原位氧化过程中不同硝酸钙投加量处理后底泥 硫化物含量随时间变化图；

图2为实施例2底泥原位氧化过程中底泥硫化物含量随时间变化图；

图3为实施例2底泥原位氧化过程中底泥间隙水亚硝酸盐和氨氮浓度随时 间变化图；

图4为实施例2底泥原位氧化过程中底泥原位氧化过程中上覆水体总磷浓 度随时间变化图。

具体实施方式

通过如下实施例及其附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实 施方式不限于此。

实施例1

本实施例黑臭河道（涌）底泥中硫化物的含量26mg AVS/g底泥，按 底泥氧化剂硝酸钙与底泥中硫化物（AVS）的含量的质量比计，向黑臭河 涌干法投加底泥氧化剂硝酸钙与硫化物质量比分别为0.5:1、1:1和2:1； 酸碱调节剂石灰的投加量以控制底泥初始pH为7.5。直接将上述底泥氧 化剂与酸碱调节剂与底泥通过射流器水力搅拌混合或机械搅拌，实施基 于反硝化除硫的黑臭河道（涌）底泥原位氧化过程，结果如图1所示。图 1为实施例1底泥原位氧化过程中不同硝酸钙投加量处理后底泥硫化物 含量随时间变化图；运行两周后，三种不同硝酸钙投加量底泥硫化物去除 率均达到96%-99%。在此过程中,底泥间隙水氨氮浓度约为50mg/L -70mg/L，不用投加底泥氨氮浸提剂。向黑臭河涌投加底泥氧化剂硝酸钙 与硫化物质量比选用最大投加比2:1时，底泥原位氧化处理后硫化物含量 跟踪数据如表1所示，表明底泥硫化物含量2年内还可维持在0.60mg/g 以下，底泥颜色为褐色，无黑臭再生现象。

表1底泥原位氧化处理后(硝酸钙2:1投加量)硫化物含量跟踪数据

时间/月 1 3 6 12 18 24 AVS平均含量（mg/g） 0.51 0.45 0.46 0.50 0.54 0.60

实施例2

本实施例在底泥封闭系统（只有底泥及间歇水、无上覆水）进行，黑臭河 道（涌）底泥中硫化物的含量为20mg AVS/g底泥，底泥总氮含量2485.5mg/kg。 按底泥氧化剂与底泥中硫化物（AVS）的含量的质量比计，向黑臭河涌湿法投 加底泥氧化剂硝酸钠和硝酸钙的混合物，投加量与硫化物含量的质量比为1:1， 其中硝酸钠与硝酸钙含量的质量比为0.5:1，底泥氨氮浸提剂氯化钾的投加量以 促进底泥氨氮释放浓度为150mg/L为准。酸碱调节剂稀硝酸的投加量以控制底 泥初始pH为6.0。首先将底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂、底泥酸碱调节剂搅拌 溶解于适量水中，然后多点均匀注射入底泥之中，实施基于反硝化除硫包括底 泥硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合同步除硫脱氮固磷技术的黑臭河道（涌） 底泥原位氧化过程，结果如图2、3、4所示。图2为底泥原位氧化过程中底泥硫 化物含量随时间变化图，图2表明，底泥氨氮浸出释放浓度为160mg/L左右（初 始浓度50mg/L）,2周内硫化物去除率达到96%。图3为底泥原位氧化过程中底 泥间隙水亚硝酸盐和氨氮浓度随时间变化图；图3表明，反应过程出现了亚硝 酸盐累积（最大浓度80mg/L），大于40%的氨氮被脱除；同时，监测数据表明 底泥总氮含量下降2104.2mg/kg,去除率达15%。图4为底泥原位氧化过程中底泥 原位氧化过程中上覆水体总磷浓度随时间变化图。图4表明，上覆水体底泥磷 释放浓度维持在0.2mg/L以下,相对比原始浓度2.5mg/L，底泥磷释放抑制率超 过90%。

实施例3

本实施例黑臭河道（涌）底泥中硫化物的含量为16mg AVS/g底泥，底泥 总氮含量2358.5mg/kg。按底泥氧化剂与底泥中硫化物（AVS）的含量的质量比 计，向黑臭河涌湿法投加底泥氧化剂硝酸钠和硝酸钙的混合物，投加量与硫化 物含量的质量比为2:1，其中，硝酸钠与硝酸钙含量的质量比为1:1，底泥氨氮 浸提剂氯化钠的投加量以促进底泥氨氮释放浓度为200mg/L为准，如果初始氨 氮浓度超过200mg/L时,无需投加。底泥酸碱调节剂稀硝酸的投加量以控制底泥 初始pH为6.5。首先将底泥氧化剂、底泥氨氮浸提剂、底泥酸碱调节剂搅拌溶 解于适量水中，然后多点均匀注射入底泥之中，实施基于反硝化除硫的黑臭河 道（涌）包括底泥硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合同步除硫脱氮固磷技术的 底泥原位氧化过程，结果发现：2周内底泥硫化物去除率达到97%；氨氮初始浸 出浓度为190mg/L，30天后去除率达到50%；底泥总氮含量降低18%；反应过程 亚硝酸盐累计最大值为100mg/L；底泥磷释放抑制率超过91%。

实施例4

本实施例黑臭河道（涌）底泥中硫化物的含量为20mg AVS/g底泥，底泥总 氮含量2485.5mg/kg。按底泥氧化剂与底泥中硫化物（AVS）的含量的质量比计， 向黑臭河涌湿法投加底泥氧化剂硝酸钠和硝酸钙的混合物，投加量与硫化物含 量的质量比为1.5:1，其中，硝酸钙与硝酸钠含量的质量比为1:0.1，底泥氨氮浸 提剂氯化钠的投加量以促进底泥氨氮释放浓度为100mg/L为准。底泥酸碱调节 剂稀硝酸的投加量以控制底泥初始pH为6.0。首先将底泥氧化剂、底泥氨氮浸 提剂、底泥酸碱调节剂搅拌溶解于适量水中，然后多点均匀注射入底泥之中， 实施基于反硝化除硫的黑臭河道（涌）包括底泥硫自养反硝化与厌氧氨氧化的 耦合同步除硫脱氮固磷技术的底泥原位氧化过程，结果发现：2周内底泥硫化 物去除率达到97%；氨氮初始浸出浓度为105mg/L，30天后去除率达到45%；底 泥总氮含量降低16%；反应过程亚硝酸盐累计最大值为90mg/L；底泥磷释放抑 制率超过92%。