利用湖泊沉积物制备的改性控氮材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种利用湖泊沉积物制备的改性控氮材料及方法、应用，通过采集湖泊沉积物，经冷冻干燥，研磨过筛，备用；然后取处理后的所述湖泊沉积物进行恒温加热处理，然后冷却，向所述沉积物中按比例加入沸石，混合均匀，然后加入盐溶液和碱性溶液的混合溶液，振荡浸渍改性，然后过滤，冷却所得残渣，即得沉积物改性控氮材料；本发明专利技术以湖泊沉积物为原材料，制备得到的改性控氮材料，对氨氮吸附性能显著提高，尤其对湖泊沉积物间隙水氨氮去除效果较好，材料取材廉价，安全性高，社会经济效益好，对湖泊水体没有生态风险，节能环保，可应用于湖泊沉积物-水界面氮污染控制领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氨氮释放阻控
，具体涉及一种利用湖泊沉积物制备的改性控氮材料及其制备方法、应用。
技术介绍
氨氮是水体中的重要污染物，主要来自各种工业废水及城镇生活废污水等。水体中的氨氮含量超标，可以引起水体富营养化，对水生生物产生毒害作用，造成水体黑臭，使水环境质量恶化，增加给水处理的困难度和成本，从而影响人类健康。沉积物又称为底泥，是进入河流、湖泊等地表水体污染物的重要归宿和蓄积库，又是上覆水污染的内源。特别是当外源污染得到有效控制或者完全被截断之后，沉积物会成为地表水体上覆水污染物的重要来源。由于沉积物释放氮，特别是氨氮释放是富营养化湖泊上覆水氮的重要来源，因此对富营养化浅水湖泊沉积物氨氮释放的控制尤为重要。目前氨氮废水的处理方法主要有吹脱法、折点氯化法、离子交换法等传统处理方法,而针对氨氮在富营养化浅水湖泊沉积物-水界面释放控制方面的研究较少。现有的对于富营养化浅水湖泊沉积物处理技术主要分为原位处理技术和异位处理技术两种。异位处理主要是底泥疏浚工程；原位处理可分为物理、化学和生物处理技术。其中，物理处理技术主要有原位覆盖和人工曝气；化学处理技术主要为化学钝化技术和化学增氧；生物处理技术主要有动植物、微生物及生态修复处理技术。异位处理是挖掘受污染的沉积物送往其它地点进行处理，异位处理主要为环保疏浚技术，然而，当疏浚工程中采取的措施不当，将会带来严重后果，如疏浚深度控制不当，深层污染物会释放进入水体，打破原有的氮、磷溶解平衡，造成疏浚后底泥长期处于释放状态，同时疏浚过程会影响湖泊水环境中原有的水生生态系统，破坏底栖生物的生存环境，影响湖泊生态系统的恢复，而疏浚需要高额资金，治理费用十分昂
贵。原位处理技术中原位覆盖技术又称封闭、掩蔽技术，是在污染沉积物表面上放置一层清洁覆盖物，从而阻止底泥污染物向水体释放的一种方法，然而其也存在诸多不足：(1)覆盖材料需大量清洁泥沙等材料，来源较困难；(2)覆盖时其均匀性难以保证，投加会增加底泥厚度，降低水体深度；(3)在水体流动较快的水域，覆盖材料易被淘蚀，同时覆盖技术对底栖生态系统也具有一定的破坏性。原位处理技术中，化学处理技术是通过使用化学试剂对沉积物中污染物起固定作用。然而，使用化学试剂会存在化学生态安全性较差的问题，对水体中生物影响较大，公众难以接受，易造成水体的二次污染。原位处理技术中，生物处理技术是利用生物体，通过投加植物、动物、微生物来降解沉积物、污染物，消除或降低其毒性，近年来，国内外研究学者通过人工建造模拟的生态系统(如人工浮岛、人工湿地等)，将微生物、植物、动物的修复作用相统一，形成区域化的生物修复技术，并应用到工程实践中，取得了很好的环境效益、生态效益和经济效益，然而，生态修复技术周期较长，短期内效果不明显。由于湖泊沉积物-水界面是一个复杂的环境，其环境条件稍有改变，氮、磷等营养盐释放风险会很大。国际上针对这一问题，尝试利用吸附技术控制富营养化浅水湖泊沉积物-水界面氨氮释放，因为吸附技术具备操作简单、快速高效、无二次污染且吸附剂可重复利用等优点。目前国内外主要采用的沉积物-水界面氨氮吸附材料为：活性生物炭、磷灰石、有机粘土、天然及改性沸石和方解石等。其中，沸石因其具有较大比表面积与阳离子交换量，显示出良好的氨氮吸附性能。如中国专利文献CN102674646中公开的一种地表水体污染底泥的原位修复方法，通过将硝酸盐注入底泥利用硝酸盐去除底泥中的有机污染物，并抑制磷的释放，再将活性覆盖材料投加到底泥-水界面上形成一层活性覆盖层系统，活性覆盖材料中包括天然沸石或阳离子表面活性剂改性的沸石，利用所述活性覆盖层系统控制底泥中释放出来的氨氮，并阻止孔隙水中的硝酸盐向上覆水的迁移及防止上
覆水的硝酸盐的污染。通过上述方案可实现对胡泊、河流等地表水体底泥的原位修复，控制底泥中氮、磷等有机物的释放。然而，上述方案还存在如下诸多不足：1、改性沸石在改性过程中需要使用阳离子表面活性剂，由于阳离子表面活性剂价格比较高，大大提高了在使用改性沸石对地表水体污染底泥的原位修复的成本；2、沸石在于阳离子表面活性剂混合进行改性后需要蒸馏水清洗，当清洗不彻底时，部分阳离子表面活性剂可能临时贮存在沸石的孔腔中，当该改性沸石用于地表水体的原位修复时，未吸附在沸石中的阳离子表面活性剂会释放到上覆水体中，造成水体的二次污染；3、由于该原位方法中使用到了化学试剂硝酸盐，为了降低硝酸盐的硝态氮进入上覆水中的比例，用土工布包裹的改性沸石或改性沸石和天然沸石的混合物投加到底泥-水界面，但是即使降低了降低硝酸盐的硝态氮进入上覆水中的比例，仍是无法避免硝酸盐进入上覆水体中，造成水体的污染，生态安全性较差，而且使用土工布包裹的改性沸石覆盖底泥比较繁琐，对于土工布需求量比较大，而且需定期更换，提高了修复成本；4、该原位修复方法中，硝酸盐加入底泥的主要作用是降解和去除有机污染物以及抑制底泥磷的迁移，对于氨氮的吸附和控释主要依靠的是改性沸石或改性沸石与天然沸石的混合物，然而改性沸石和沸石的氨氮吸附量有限，若为了提高氨氮吸附和控释，需提高改性沸石或改性沸石与天然沸石的混合物的使用量，大大提高成本。由上述可知，在沉积物-水界面氨氮控制领域，并未找到合适的、廉价的、绿色的和生态安全性高的的氨氮吸附控释材料。如何找到合适的氨氮吸附控释材料来改变沉积物-水界面的微观环境，从而控制沉积物内源污染负荷，以便于水体后期生态修复是研究的一个重点。在“太湖沉积物氮磷吸附/解吸特征分析”(姜霞,王秋娟,王书航等，环境科学,2011,(05),1285-1291)中披露，太湖沉积物氨氮平均吸附量为23.55mg/kg，在污染严重区域吸附量更大，可见，湖泊沉积物对氨氮有一定的吸附能力。然而，由于湖泊沉积物受多种环境因素的影响，随季节性变化对营养元素存在源-汇转换的过程，具体可参见“太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化——1.铵态氮释放速率的空间差异及源-汇通量”(范成
新,张路,秦伯强等，湖泊科学,2004,(01),10-20)。由于对沉积物的源-汇转换过程难以控制，导致使用沉积物作为氨氮吸附控释材料存在风险，容易加剧水体的污染，造成水体的二次污染，生态安全性差，因此关于用湖泊沉积物来制备氨氮吸附剂相关文献报道并不多。如现有技术中涉及到用沉积物制备的吸附剂并不是用于废水中氨氮的吸附和控释，而是用于废水中重金属离子的吸附，在中国专利文献CN104437374A中公开了一种用滇池底泥制备吸附剂的方法及应用，将底泥用蒸馏水浸泡，重复浸泡洗涤并烘干，加入戊二醛活化剂等化学试剂，然后进行酸化、碳化、洗涤并烘干即得的吸附剂，利用了沉积物的吸附性能强，廉价和节能环保等优势，大大降低了成本，并且获得显著的吸附效果。然而上述方案中采用底泥制备的吸附剂仅是用于吸附重金属离子，并没有提到该吸附剂可以对富营养化的湖泊或河流中的氨氮进行吸附和控制，可见即使利用沉积物制备的吸附剂具有廉价、吸附性能强和节能环保等优点，但是由于沉积物制备氨氮吸附和控释材料风险大，现有技术中并未有出现以沉积物为原材料制备的氨氮控氮材料。为此，本专利技术提供了一种利用湖泊沉积物制备的改性控氮材料及方法、应用，对于湖泊沉积物间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用湖泊沉积物制备改性控氮材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集湖泊沉积物，经冷冻干燥，研磨过筛，备用；(2)取步骤(1)处理后的所述湖泊沉积物进行恒温加热处理，然后冷却，备用；(3)向步骤(2)处理后的所述沉积物中按比例加入沸石，混合均匀，然后加入盐溶液和碱性溶液的混合溶液，振荡浸渍改性，然后过滤，冷却所得残渣，即得所述改性控氮材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用湖泊沉积物制备改性控氮材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集湖泊沉积物，经冷冻干燥，研磨过筛，备用；(2)取步骤(1)处理后的所述湖泊沉积物进行恒温加热处理，然后冷却，备用；(3)向步骤(2)处理后的所述沉积物中按比例加入沸石，混合均匀，然后加入盐溶液和碱性溶液的混合溶液，振荡浸渍改性，然后过滤，冷却所得残渣，即得所述改性控氮材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，还包括对冷却的所述残渣进行高温焙烧的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述焙烧的温度为300-600℃，所述焙烧的时间为1-3h。4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述盐溶液为氯化钠、氯化镁、氯化钙和/或氯化钾溶液，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和/或氢氧化镁溶液。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦立新，王圣瑞，汪淼，赵海超，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11