一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)保技術(shù)，尤其涉及一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]湖泊水體富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，已經(jīng)成為當(dāng)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(guān)。湖泊水體氮、磷來源既有外源輸入，也有內(nèi)源釋放，當(dāng)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(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化。即使在嚴(yán)格的外源污染控制條件下，由于沉積物內(nèi)源污染的持續(xù)釋放，湖水水質(zhì)得到明顯改善往往需要數(shù)十年。因此，控制內(nèi)源釋放成為治理湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵。
[0003]湖泊底泥污染控制技術(shù)主要有原位處理和異位處理兩類。原位處理技術(shù)是指將污染底泥留在原處，利用物理、化學(xué)、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(shù)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(nèi)外廣泛應(yīng)用的原位處理技術(shù)主要有原位覆蓋、原位鈍化、生物修復(fù)等，異位處理技術(shù)主要包括污染底泥環(huán)保疏浚技術(shù)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(guān)；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(fēng)浪和底棲生物的擾動，降低阻隔效果Ο
[0005]生物修復(fù)技術(shù)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(fù)的效果，因此，植物修復(fù)技術(shù)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(xì)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(shù)要求很高，疏浚太淺不能有效去除污染物質(zhì)，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(fù)增加困難，疏浚不當(dāng)可只在短期內(nèi)使內(nèi)源污染負(fù)荷得到一定程度的抑制，隨著顆粒沉降、動力擾動和生物轉(zhuǎn)化等生物地球化學(xué)過程的持續(xù)作用，內(nèi)源回復(fù)現(xiàn)象將有可能逐步出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)水質(zhì)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(jìn)一步的處理，污染底泥處理不當(dāng)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(nèi)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(shù)。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)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(zhì)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(zhuǎn)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(fù)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(shè)圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復(fù)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(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)向上覆水體供給，從而達(dá)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(fù)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(shù)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(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)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(zhì)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(zhuǎn)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(fù)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(shè)圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復(fù)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(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)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(nèi)源營養(yǎng)鹽釋放量。隨著鈍化區(qū)水質(zhì)逐漸變好，逐漸恢復(fù)的沉水植物還可減緩風(fēng)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(fù)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(fù)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(yuǎn)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(zhì)交換的主要介質(zhì)。沉積物磷釋放首先進(jìn)入孔隙水，進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(shù)人員應(yīng)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(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術(shù)，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(zhì)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(zhuǎn)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(fù)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(shè)圍隔，模擬在切斷外源污染輸入情況下，驗證修復(fù)效果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術(shù)，其特征在于:所述石粉為碳酸巖粉末。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富營養(yǎng)化湖泊沉積物原位鈍化技術(shù)，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(shù)，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(shù)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(zhì)向上覆水體供給，從而達(dá)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(fù)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(shù)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(xué)院地球化學(xué)研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月24日