一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)保技術，尤其涉及一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術。
【背景技術】
[0002]湖泊水體富營養(yǎng)化日趨嚴重，已經(jīng)成為當前亟待解決的主要環(huán)境問題。湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)生與水體氮、磷含量密切相關。湖泊水體氮、磷來源既有外源輸入，也有內源釋放，當外源輸入逐步得到有效控制后，從底泥中釋放的氮、磷營養(yǎng)元素仍會導致湖泊富營養(yǎng)化。即使在嚴格的外源污染控制條件下，由于沉積物內源污染的持續(xù)釋放，湖水水質得到明顯改善往往需要數(shù)十年。因此，控制內源釋放成為治理湖泊富營養(yǎng)化的關鍵。
[0003]湖泊底泥污染控制技術主要有原位處理和異位處理兩類。原位處理技術是指將污染底泥留在原處，利用物理、化學、生物的方法減少污染物含量并阻止污染物從底泥釋放到水體中，異位處理技術是指將污染底泥挖出并輸送到其他地方再處理，防止其污染水體。目前國內外廣泛應用的原位處理技術主要有原位覆蓋、原位鈍化、生物修復等，異位處理技術主要包括污染底泥環(huán)保疏浚技術等。
[0004]原位覆蓋會產(chǎn)生一些環(huán)境問題，第一，覆蓋后的污染物仍留在原處，阻隔效果的持久性與覆蓋層的持效性密切相關；第二，在覆蓋施工時容易發(fā)生覆蓋物與污染底泥混合，造成污染底泥間隙水中污染物釋放并擴散至上覆水，引起二次污染；第三，覆蓋物取代原有底泥，破壞底棲生物生態(tài)環(huán)境；第四，覆蓋物易受到水流、風浪和底棲生物的擾動，降低阻隔效果Ο
[0005]生物修復技術在實施過程中存在一些弊端，由于植物生長需要光照等條件，水體深度的大小將直接影響生物修復的效果，因此，植物修復技術通常也只能在淺水型湖泊才能取得明顯成效。
[0006]底泥疏浚的缺點如下:第一，挖過程中由于疏挖船絞吸頭的絞吸擾動會引起細顆粒物的懸浮與擴散，同時泥漿運輸過程也容易造成周圍環(huán)境的污染；第二，對疏浚技術要求很高，疏浚太淺不能有效去除污染物質，疏浚過深既破壞性地改變湖底形態(tài)和底棲水生生物環(huán)境，又削弱湖泊底泥對外源性污染物輸入后的緩沖能力，給后期的生態(tài)修復增加困難，疏浚不當可只在短期內使內源污染負荷得到一定程度的抑制，隨著顆粒沉降、動力擾動和生物轉化等生物地球化學過程的持續(xù)作用，內源回復現(xiàn)象將有可能逐步出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)水質比疏浚前惡化的情況。第三，底泥疏浚減少沉積物污染物的同時會產(chǎn)生大量的淤泥需要進一步的處理，污染底泥處理不當更會造成二次污染。第四，底泥疏浚耗資巨大，疏浚過程和污染底泥后期處理均需大量資金投入；第五，底泥疏浚收到水體深度的限制，目前底泥環(huán)保疏浚在15m以上水深的湖區(qū)疏浚效率大大降低，難于實施。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術。
[0008]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的:
[0009]本發(fā)明包括鈍化劑的制作方法、鈍化劑野外投加和鈍化劑野外實驗，
[0010]所述鈍化劑的制作方法:其成分包括硫酸鋁、黏土和石粉，根據(jù)質量比硫酸鋁:黏土:石粉為30:15:55混合，攪拌均勾，然后加水制成泥楽，轉移至圓盤造粒機，加工成粒徑約為2-3_的球形顆粒，再經(jīng)高溫烘干即可；
[0011]鈍化劑野外投加:將上述生產(chǎn)好的鈍化劑裝袋后運輸至待修復水域，用顆粒物播撒機或鐵鏟均勻地投加到指定區(qū)域，鈍化劑迅速沉降至湖底，裂解后覆蓋于沉積物表面，鈍化劑投加量為350?400g/m2;
[0012]鈍化劑野外實驗:選取鈍化野外實驗區(qū)域約20畝，共在鈍化區(qū)投加約5t鈍化劑，鈍化劑投加前用在實驗區(qū)布設圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復效果。
[0013]具體地，所述石粉為碳酸巖粉末；硫酸鋁、黏土和石粉均為粒徑100目的粉末。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明是一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過切斷外源污染后向污染水域投加鈍化劑，鈍化劑吸附水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽，同時在沉積物表層形成鈍化層，通過表面吸附、離子交換、物理阻隔等作用減少營養(yǎng)物質向上覆水體供給，從而達到控制水體富營養(yǎng)化的目的，具有材料制作簡單，成本低廉，野外實施方便，修復效果明顯，適用范圍廣泛，對水生生物無毒害，無二次污染等特點，克服了現(xiàn)有技術的不足，具有推廣使用的價值。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明鈍化區(qū)與對照區(qū)水體NH3_N(左)和TP (右)含量變化對比圖；
[0017]圖2是鈍化區(qū)與對照區(qū)水體D0含量對比圖；
[0018]圖3是鈍化區(qū)與對照區(qū)沉積物水界面溶解活性磷(SRP)含量對比圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0020]本發(fā)明包括鈍化劑的制作方法、鈍化劑野外投加和鈍化劑野外實驗，
[0021]所述鈍化劑的制作方法:其成分包括硫酸鋁、黏土和石粉，根據(jù)質量比硫酸鋁:黏土:石粉為30:15:55混合，攪拌均勾，然后加水制成泥楽，轉移至圓盤造粒機，加工成粒徑約為2-3_的球形顆粒，再經(jīng)高溫烘干即可；
[0022]鈍化劑野外投加:將上述生產(chǎn)好的鈍化劑裝袋后運輸至待修復區(qū)域，用顆粒物播撒機或鐵鏟均勻地投加到指定區(qū)域，鈍化劑迅速沉降至湖底，裂解后覆蓋于沉積物表面，鈍化劑最佳投加量為350?400g/m2;
[0023]鈍化劑野外實驗:選取鈍化野外實驗區(qū)域約20畝，共在鈍化區(qū)投加約5t鈍化劑，鈍化劑投加前用在實驗區(qū)布設圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復效果。
[0024]具體地，所述石粉為碳酸巖粉末；硫酸鋁、黏土和石粉均為粒徑100目的粉末。
[0025]實驗效果描述如下:
[0026]鈍化實施一年后鈍化區(qū)水體NH3-N含量為0.23mg/L，對照區(qū)為0.80mg/L，鈍化區(qū)水體總磷(TP)含量為0.03mg/L，對照區(qū)為0.13mg/L。鈍化區(qū)水體NH3_N和TP屬于地表水II類標準，而對照區(qū)為V類。鈍化實施后鈍化區(qū)NH3-N和TP含量均低于同時期的對照區(qū)，鈍化區(qū)水體營養(yǎng)鹽含量降低程度明顯大于對照區(qū)(如圖1所示)。鈍化劑投加一年后，鈍化區(qū)水體NH3-N和TP含量分別為對照區(qū)的29%和23%。由于鈍化區(qū)無外源污染的輸入，投加的鈍化劑不但吸附水體營養(yǎng)鹽，還在沉積物表面形成鈍化層，顯著減少了營養(yǎng)鹽內源釋放量而且鈍化區(qū)沉積物-水界面為富氧狀態(tài)，減少了內源營養(yǎng)鹽釋放量。隨著鈍化區(qū)水質逐漸變好，逐漸恢復的沉水植物還可減緩風浪，固定底泥，大大增強了水體自凈作用，降低水體氨氮、磷的積累，因此鈍化區(qū)水體營養(yǎng)鹽含量明顯低于對照區(qū)。
[0027]鈍化實施一年后鈍化區(qū)水體從鈍化前的缺氧狀態(tài)恢復正常，而對照區(qū)仍為缺氧狀態(tài)，鈍化劑對水體含氧量修復效果明顯。由圖2可知鈍化劑投加一年后鈍化區(qū)與對照區(qū)DO含量差異明顯，鈍化區(qū)水柱DO平均值為9.39mg/L，為對照區(qū)(1.63mg/L)的5.8倍。鈍化區(qū)不同深度水體DO含量均大于9mg/L，其中表層0.5m為9.77mg/L，底部為9.09mg/L，遠高于對照區(qū)(表層2.21mg/L，底部1.22mg/L)。
[0028]沉積物孔隙水是沉積物與上覆水體之間發(fā)生物質交換的主要介質。沉積物磷釋放首先進入孔隙水，進而向上層沉積物-水界面和上覆水體混合擴散。如圖3所示，溶解活性磷(SRP)濃度在垂向上表現(xiàn)為湖水〈上覆水〈孔隙水。鈍化區(qū)兩個湖水樣SRP含量分別為
0.02mg/L和0.03mg/L，對照區(qū)湖水SRP含量為0.13mg/L，約為鈍化區(qū)的5倍。鈍化區(qū)兩根沉積物柱芯上覆水的SRP含量分別為0.09mg/L和0.12mg/L，對照區(qū)上覆水的SRP含量為
0.25mg/L，約為鈍化區(qū)的2.5倍。沉積物柱芯0-2cm孔隙水SRP含量分別為0.72mg/L和
1.46mg/L，遠小于對照區(qū)(3.63mg/L)。鈍化區(qū)沉積物柱芯2cm以下孔隙水SRP含量與對照區(qū)沉積物孔隙水差別不大。鈍化區(qū)沉積物孔柱芯孔隙水SRP含量從表層到1cm略有降低，而對照區(qū)沉積物柱芯孔隙水SRP含量在0-2cm為最大值，遠高于2cm以下孔隙水(平均值為0.83mg/L)。因此，投加的鈍化劑通過表面吸附、離子交換等作用有效抑制了沉積物中磷的釋放，尤其對0-2cm沉積物抑制作用最明顯。
[0029]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術，其特征在于:包括鈍化劑的制作方法、鈍化劑野外投加和鈍化劑野外實驗， 所述鈍化劑的制作方法:其成分包括硫酸鋁、黏土和石粉，根據(jù)質量比硫酸鋁:黏土:石粉為30:15:55混合，攪拌均勾，然后加水制成泥楽，轉移至圓盤造粒機，加工成粒徑約為2-3mm的球形顆粒，再經(jīng)高溫烘干即可； 鈍化劑野外投加:將上述生產(chǎn)好的鈍化劑裝袋后運輸至待修復水域，用顆粒物播撒機或鐵鏟均勻地投加到指定區(qū)域，鈍化劑迅速沉降至湖底，裂解后覆蓋于沉積物表面，鈍化劑投加量為350?400g/m2; 鈍化劑野外實驗:選取鈍化野外實驗區(qū)域約20畝，共在鈍化區(qū)投加約5t鈍化劑，鈍化劑投加前在實驗區(qū)布設圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復效果。2.根據(jù)權利要求1所述的富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術，其特征在于:所述石粉為碳酸巖粉末。3.根據(jù)權利要求1所述的富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術，其特征在于:硫酸鋁、黏土和石粉均為粒徑100目的粉末。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術，包括鈍化劑的制作方法、鈍化劑野外投加和鈍化劑野外實驗，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過切斷外源污染后向污染水域投加鈍化劑，鈍化劑吸附水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽，同時在沉積物表層形成鈍化層，通過表面吸附、離子交換、物理阻隔等作用減少營養(yǎng)物質向上覆水體供給，從而達到控制水體富營養(yǎng)化的目的，具有材料制作簡單，成本低廉，野外實施方便，修復效果明顯，適用范圍廣泛，對水生生物無毒害，無二次污染等特點，克服了現(xiàn)有技術的不足，具有推廣使用的價值。
【IPC分類】C02F1/00
【公開號】CN105417593
【申請?zhí)枴緾N201510823659
【發(fā)明人】陳敬安, 楊海全, 張紅, 楊永瓊, 王敬富, 宋以龍, 蘭晨, 曾艷, 郭建陽
【申請人】中國科學院地球化學研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月24日