一种抑制景观湖底泥氮磷释放的复合材料覆盖件

摘要

本发明属于环境保护技术领域，其目的在于解决景观湖底泥氮磷污染的环境问题，具体涉及一种抑制景观湖底泥氮磷释放的复合材料覆盖件，所述复合材料覆盖件取之于底泥，改性煅烧后，配合改性净水厂絮凝池污泥，沸石粉，膨润土和水泥，制粒，土工布打底，再用另一层土工布覆盖，将土工布边缘和内部进行缝合划分为数个20cm的方形小格，总厚约为24～25mm。该复合材料颗粒具有良好的结晶性和丰富的微孔、介孔孔道结构，对控制底泥氮磷释放及上覆水体中营养盐的削减均有显著效果，本发明利用土工布特有的致密性，耐腐蚀性和化学稳定性等特点，有效保持覆盖件整体结构的完整性，并使得失效的覆盖材料的定期更换变得简单。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种抑制景观湖底泥氮磷释放的复合材料覆盖件。

背景技术

近年来，在我国经济的迅猛发展、人口飞速增长及人们环境意识淡薄的背景下，产生了全国性的湖泊富营养化、湖泊生态破坏以及水质恶化等问题，因此在我国许多湖泊生态系统中出现了障碍，为我国的区域经济、社会可持续发展上带来了严峻的考验。

其中，景观湖泊多为人造湖，溢出的水直接连接到市政排水管网，缺乏长期稳定的补水，景观湖中水体难以保持良好的流动性，N、P等营养盐会累积。当外来N、P营养盐输入量减少的情况下，仅内原始污染物释放仍可使水体处于富营养化状态，因此控制底泥中N、P等污染物向上覆水的释放对于地表水环境污染防治是十分必要的。如何在不破坏湖泊水体生态的基础上，缓解底泥氮磷释放带来的富营养化破坏，是本领域面对的技术难题。

目前，国内外常见的底泥污染原位控制技术主要有底泥疏浚工程技术、深层曝气技术、化学修复技术、生物修复技术等。然而，底泥疏浚会明显扰乱底泥结构，甚至会导致底泥中污染物释放而对上覆水体造成二次污染。此外，疏浚出的泥沙会占用大量的土地面积，造成土地资源浪费，而且泥沙处置费用高。据研究表明，在控制底泥中营养盐释放过程中，深层曝气技术也不总是有效的。目前，对于化学修复技术对底泥污染控制上存在较大争议。

发明内容

针对现有技术中存在的缺少科学处理底泥的情况,本发明通过一种原位覆盖方式，并提供一种最优配比的底泥改性复合材料，解决景观湖底泥氮磷释放导致的湖泊富营养化的问题。

一种抑制景观湖底泥氮磷释放的复合材料覆盖件，由以下方法制备：

1）以复合材料按改性底泥：改性净水厂絮凝池污泥：沸石粉：膨润土=1:2:3:1的质量比进行备料,加入10～20wt%的水泥作为黏合剂，混合均匀后制粒；

2）将步骤1）得到的颗粒平铺于一层土工布，再用另一层土工布覆盖，厚度为24-25mm。

其中，所述的改性底泥的制备方法如下：从景观湖取出的底泥，经风干后研磨破碎，过100目筛；在550℃下煅烧3h制备出底泥改性材料。

其中，所述改性净水厂絮凝池污泥的制备方法如下：从净水厂取出的絮凝池污泥，经风干后研磨破碎，过100目筛；在400℃下煅烧3h制备出净水厂絮凝池污泥改性材料。

其中，所述沸石粉为天然斜发沸石，粒径小于0.15mm，比表面积为500～800 m

其中，所述的制粒粒径为10-40mm。

进一步的，在覆盖件的土工布边缘和内部进行缝合，形成数个边长为20cm的方形格。

本发明通过原位覆盖方法，所谓原位覆盖，指利用具有阻隔及吸附作用良好的材料覆盖于受污染的底泥上，控制底泥中的污染物向上覆水体释放。较疏浚技术而言，原位覆盖技术可减少底泥再悬浮现象，无需处置疏浚后的泥沙，降低处理成本，减少对环境的潜在风险。

进一步的，通过对底泥氮磷释放机制的探索，使用煅烧改性来调控和改善底泥的吸附性能，并与絮凝池污泥、膨润土、沸石粉复合，制备改性底泥复合材料作为覆盖件材料，且覆盖层厚度增大后对上覆水体中N、P营养盐浓度的抑制效果明显提高，材料中的Fe、Al等金属离子，能够固定上覆水和底泥中的P，有效抑制水体中P浓度过高导致的水体富营养化现象。可以有效、安全的吸附并抑制底泥中的氮磷，改善底泥的结构，恢复底泥对上覆水和内源污染的持续自净能力。

本发明有益效果

1、本发明的方法工艺简单、成本低廉，为景观湖底泥、净水厂絮凝池污泥资源化提供新途径，真正实现变废为宝；

2、本发明的方法采用煅烧方法，避免净水厂絮凝池污泥向水体释放氨氮和有机污染物的潜在风险；

3、本发明的方法中添加10～20％的水泥作为黏合剂，合理控制水泥用量，避免水泥固化后对复合材料吸附性能的影响；

4、本发明的污泥颗粒的粒径为20mm左右，该尺寸的颗粒覆盖层水力传导系数适中，对氮磷有很好吸附效果；

5、本发明的方法制备的复合材料覆盖件在使用中的覆盖厚度约为24～25mm，属于薄层覆盖，对景观湖容量、储存水量和行洪影响均不大；

6、本发明的复合材料覆盖件使用的土工布，具有优秀的过滤、排水、隔离和防护作用，具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐老化、耐腐蚀的特性，有效地将复合材料与底泥及上覆水隔开，既达到吸附污染物的目的又避免了二次污染；

7、本发明的覆盖件为方格形，将复合材料颗粒均匀的划分在数个方格空间内，实现覆盖件的充分利用及吸附均衡。

附图说明

图1为本发明复合材料覆盖件的应用示意图；

图2为本发明复合材料覆盖件平面图；

图3为本发明复合材料覆盖件截面图；

图4为实施例1中复合材料颗粒的室内试验示意图；

其中2、土工布，3、底泥改性复合材料颗粒，4、底泥，5、上覆水。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例说明的方式描述了本发明的技术效果，方便本领域技术人员理解，并不限定本发明的保护范围。通过本领域公知常识，进行常规的技术替换，依然在本发明的保护范围内。

遵照本发明的步骤以及技术要点，下述实施例以济南市某景观湖的湖水及湖底底泥为研究对象，进行室内实验研究。

实施例1

以济南市某景观湖为例，对该景观湖湖水及湖底进行采样、检测与分析，利用本发明提供的一种抑制景观湖底泥氮磷释放的复合材料颗粒作为控制内源污染的方法进行实施。

如图4所示，采用内径为12cm，高度40cm，容量为4500mL的有机玻璃容器为试验装置，按照泥水体积比1:3向容器内加入1000mL底泥，上覆水为湖水，采用虹吸原理用软橡胶管沿器壁缓缓注入，上覆水体积为3000mL。每天采集上覆水样30mL，共收集15d，采集水样后，加入等体积的去离子水，以维持上覆水的总体积不变。

按照此方法设置两组相同的装置，分别编号为#1和#2。#1装置中不投加覆盖层，#2装置中投加一层复合材料颗粒覆盖层,进行为期15天的底泥氮磷释放抑制实验，按公式（1）进行计算。

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第15天测得，#1装置上覆水中TN、NH