[发明专利]一种利用氧化铁纳米材料高效便捷治理面源污染的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用氧化铁纳米材料高效便捷治理面源污染的方法。具体的说，是利用无毒、易于生物降解且廉价的高分子聚合物和普通的铁盐为原料，通过简便的合成技术，制得纳米铁材料的方法。可将这种材料渗透分散在土壤的亚表层中，形成一种含有氧化铁纳米材料的土中墙，吸附流经土中墙的含磷水体中的磷，以此达到治理由农药化肥过量使用、人畜粪尿和生活污水排放等引起的磷素面源污染问题，具有高效、便捷以及适用范围广等特点。本发明属于环境污染控制领域。

技术背景

近10多年来，由于经济发展迅猛、人口的激增以及湖泊利用强度加大，而湖泊的水污染控制和保护措施滞后，使得湖泊污染，特别是富营养化成为一个严重的环境问题。国家对35个主要湖泊的调查表明，每天有5.646×10⁶t废水入湖，占全国排放量的6.6％。但是随着点源污染治理力度的加强，面源污染已成为我国湖泊富营养化的主要影响因素。以我国富营养化较为严重的太湖、滇池和巢湖为例，面源污染(包括人畜和生活污水)已经成为入湖全氮和全磷负荷的主要来源，其中全磷的贡献率分别为30％、41％和73％。目前，我国已经成为世界上最大的化肥生产国和消费国。2004年我国化肥用量为4629万t(其中氮(N)、磷(P₂O₅)、钾(K₂O)的用量分别为2583万t、1458万t和588万t)，超过世界总用量的1/3，居世界之首。按总播面积计算，全国平均磷肥施用量达94kg/hm²。据统计，2005年我国有机磷杀虫剂仍占农药总用量的39.4％，占杀虫剂总用量的70.5％。长期、大量和不合理的使用农药化肥必然导致面源污染的发生和加剧。2004年我国畜禽粪便产生量达2715亿t，其中总氮和总磷的产生量分别为1530万t和640万t。根据当前城镇人粪尿和规模化养殖场的牲畜粪尿的收集比例和堆制、储运过程中的损失程度等情况计算、未被利用而直接进入环境的有机肥料N和P₂O₅量分别达到1089万t和201万t，其中绝大部分氮磷直接进入地表水。人畜排泄物的直接进入地表水是当前一些人口密集、集约养殖场发达地区的地表水富营养化的主要原因。今年来对太湖流域农村和农业面源污染的研究表明，畜禽排泄物对水体氮素和磷素面源污染的相对贡献率分别为28％和44％，人体排泄物分别占31％和24％，已成为引起水体富营养化氮、磷污染物的主要来源。

目前已有的治理面源污染的方法和技术主要有多水塘系统，缓冲带，湿地系统和可渗透反应墙。多水塘系统的概念首先由尹澄清(1989年)提出，它是一类特殊的人工水塘湿地生态系统，是以水塘为点，沟渠为线的流域系统。多水塘系统在滞留径流、循环利用水和营养物质、提高水资源利用率、增加生物的多样性有很好的效果。然而，滞留池效率受入水和降雨的时空影响较大，功能较单一，对系统中植物的种类有一定要求，占用一定土地资源。缓冲带可以防止污染源与河流、湖泊贯通，减少侵蚀迁移的土壤进入水体，截持土壤侵蚀的养分污染物，改善水质，但是也要占用一定土地资源，需要不定期的人工管理和养护，其效果持久性有待考证。湿地作为陆生系统和水生系统之间的过渡带，通过土壤吸附、植被吸收、生物降解等一系列作用，减少进入水体的氮、磷含量。同时存在的缺点是，构建成本高，地域选择性强，受季节变化影响大。可渗透反应墙技术因操作简单，净化效率高，补给地下水资源，而得到了越来越多的应用，同时其地表的植被可丰富绿化层次，美化环境，为污水资源化利用提供了一种有效方法。然而，这种技术建设成本高，容易发生下渗通道堵塞问题。

由于面源污染的时空分布、发生时间和量的不确定性，应用上述技术为其建设专门的处理设施显然是不经济的，需要花费大量的时间，占用一定的土地资源，而且这些技术主要针对地表径流中营养盐的流失，然而，渗透到地表以下的营养盐，可以随着壤中流(土壤中的径流)最终同样进入湖泊、河流和水库。对于土壤中营养盐的流失，目前并没有有效的治理技术和方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出应用纳米材料治理磷素面源污染的方法。具体的说，在自然重力作用下，将纳米铁材料渗透到土壤中，改变土壤的结构和成分，使其具有很强吸附磷素的特性。因此，当含磷的地表径流通过处理过的土壤，由于土壤的吸附作用可以将磷素保留在土壤中，防止其进入湖泊、河流和水库，引起水体富营养化的发生。本发明具有材料制备简单、成本低廉、操作方便、适用范围广、不必占据特定的土地空间修建一定的设施等优点。