[发明专利]一种利用纳米气泡修复湖泊和厌氧底泥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用纳米气泡治理湖泊污染和修复厌氧底泥的复合材料和方法。本发明属于纳米技术与环境污染治理领域。

背景技术

水体的富营养化问题是我国水体污染中一个比较严重的问题。在富营养化水体中，溶解氧含量低，水体透明度不高，底质严重厌氧，水体营养盐含量高，水质恶化。目前许多已公开的针对天然水体污染治理与控制技术由于自身技术的缺陷和诸多因素的限制，被认为不宜用于此类大范围的天然水体，例如，化学法由于化学试剂本身对环境的污染而被禁用，生物法由于选择性、制备和成本等原因，难以大范围应用。此外，治理此类水体污染，除了要去除水华和部分营养盐、提高水体的透明度外，更要增加水体含氧量和改善底质厌氧环境，使沉水植被尽快得到恢复，从而才能从根本上扭转水体富营养化进程，恢复水体功能。目前，用得较多的增氧技术是通过曝气装置于水体中进行曝气，但是此类技术对动力和能量要求较高，成本较大，其增氧效果也不可能突破溶解氧饱和值，曝气过程中大量的气泡会溢出，造成很大程度的浪费，效率低，难以大面积应用，只适用于小水体的环境治理。

近年来，有大量的实验结果表明了纳米气泡的存在，原子力显微镜也直接观察到了纳米气泡，由于其量子效应以及巨大的界面效应，加上纳米气泡的绿色环保和安全性，纳米气泡技术将可能具有非常广阔的应用前景。已有报道表明，利用高压溶解发泡和高速旋回式气液混合发泡等技术，可产生微米、纳米级的气泡，并利用微、纳米气泡的特性承载气体，比如氧气或者臭氧等气体，生产各种机能水，用于污水处理等方面。但是，这类技术产生的微纳米气泡都是存在于气液体系中，气泡的存在时间短，稳定性不强，实际使用时需要原位持续产气，能耗很高，效率较低，此外，这类纳米气泡技术需要特殊的设备在限定的水体中应用，使用范围受到很大的限制。目前为止，只有通过特殊曝气产生纳米气泡的报道，尚不知如何使纳米气泡稳定，更不知如何操控纳米气泡的大小、密度及其他性能。这成为纳米气泡技术迈向实际应用的主要障碍。

为了达到治理和修复富营养化湖泊等大范围天然水体的目的，必须要有低成本的、可大规模应用的治理方法和技术，并考虑治理的生态安全性以及长效性，在大面积快速改善水质的同时，达到生态恢复的条件(如沉水植物)，实现湖泊的稳态转化。本发明人曾于2002年提出了一种以天然高分子聚合物改性粘土来制备高效无毒的藻絮凝剂，用于藻华治理的专利技术(申请号：02155284.3)，该技术不仅可将任何当地土壤改性成为高效的藻絮凝剂，而且可以大规模低成本的治理富营养化水体，但此技术有其缺陷：投加的粘土增加了底泥和沉积物的积累，沉降到底部的藻类死亡分解消耗大量的氧气，造成底质厌氧。为克服上述缺陷，本发明人分别于2003年和2005年提出了一种用湖泊沉积物治理水华和底泥的二次污染的专利技术(申请号：200310113305.5)和一种利用粘土凝聚将水华转化为水底植被的方法(申请号：200510099736X)，以上2个技术虽然在低成本、可大规模应用的基础上，向治理的生态安全性以及长效性又靠近了一步，但是，在底泥修复和提高水体溶解氧水平上效果不显著，沉水植被恢复比较缓慢。因此，配合前述的水体纳米气泡增氧技术和可大规模应用的湖泊治理技术，将有望实现低成本、可大规模应用的湖泊等天然水体治理方法和技术，同时兼具生态安全性以及长效性，在大面积快速改善水质的同时，改善底质和提高水体溶解氧水平，达到生态恢复的条件(如沉水植物恢复所需的条件)，实现湖泊的稳态转化。

发明内容

本发明旨在提供一种利用纳米气泡改性固体颗粒物，在清除湖泊水华和污染物的同时，快速修复水体厌氧环境、特别是修复底泥厌氧环境的复合材料和方法。具体的说，是采用无毒无害的固体颗粒物，经过一定方式负载纳米气泡后制得复合材料，并将所述复合材料用于大面积絮凝去除富营养化水体中有害藻类和污染物，同时改善底泥厌氧环境，提高厌氧底泥的氧化还原电位和增加水体中溶解氧的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种可以快速消除湖泊水华和污染物，同时改善底泥厌氧环境、增加底泥和水体溶解氧的复合材料，所述复合材料为稳定的含有纳米气泡的气-液-固三相共存材料，是采用土壤或粘土等固体颗粒物，经过一定方式负载纳米气泡后制得，并可通过调节固体颗粒物的种类、浓度和改性剂等手段调控纳米气泡的数量、大小和密度等性质。

所述的纳米气泡可以是由纳米气泡发生装置产生的空气纳米气泡、氧气纳米气泡或者臭氧纳米气泡。