一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂及应用，由一定比例的氧化剂、固化剂、减水剂和增稠剂组成，所述固化剂为普通硅酸盐水泥（P.O 42.5）、石膏中的至少一种，所述的增稠剂为硅石粉，该阻隔剂在高污染底泥原位修复的应用方法如下：A.将阻隔剂按照500‑2000g/m2的比例通过软管铺加到底泥表层；B.反应7‑10天后，将水生植物捆成丛并用碎石辅助沉降，种植比例为300‑700g湿重/m2。经中试试验证明，本发明专利技术提供的方法可显著抑制底泥中污染物的释放，总磷下降32%，氨氮下降了68%，CODMn下降了43%，上覆水的水质明显改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水环境修复
，具体涉及一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，还涉及该阻隔剂在高污染底泥原位修复中的应用。
技术介绍
由于我国污水治理工程投入的滞后，长期的污染排放造成水体污染负荷积累，导致许多受纳水体底泥污染严重，如长三角、珠三角河网地区河道淤积大量污染物形成黑臭淤泥，这些高污染底泥持续向水体释放污染物导致水质恶化(如氮磷、COD、重金属等水质指标过高)，甚至形成水体黑臭现象。2015年国务院《水污染防治行动计划》中明确强调要加大黑臭水体治理力度，改善水质，因此针对水体高污染底泥的治理技术有迫切的需求。目前针对高污染黑臭底泥的修复方式包括异位修复和原位修复。异位修复是通过疏浚的方式将污染底泥转移外运，工程量大，耗费高，堆场占地难以解决，且堆场的渗滤液处理成本高。原位修复主要包括原位覆盖、化学固化和生物修复等方式。底泥覆盖材料有天然材料和人工材料，薄膜、土工布等人工材料覆盖方式形成的非自然基底条件不利于水生态恢复，使用沙土、沸石等天然材料覆盖方式则所需材料数量巨大，工程量大；化学固化是通过添加化学物质与底泥的污染成分发生反应，使易于释放的活性污染物变为不易释放的固化形态，该方法可以抑制底泥的重金属和磷，对其他污染物的释放改善有限，且需要搅拌施工难度高，材料用量大，并且会对底栖生物产生不良影响。生物修复的方式有微生物修复和植物修复等。微生物修复通常是通过添加外源菌分解代谢底泥的有机质和氨氮，修复期长且容易受到环境因素(水质、温度等)和土著微生物竞争的影响，并不能保障成功率，且效果不持久。底泥的植物修复是通过水生植物种植和生长，通过植物根际和附生生物对底泥和水体的有机物和氨氮进行分解代谢，并吸收氮磷等营养成分，改善水质，但是由于高污染水体透明度低，且黑臭底泥释放大量氨氮对水生植物有毒害作用，水生植物无法生长扩增，因此直接在高污染水体进行植物修复很难成功。因此，目前针对高污染底泥释放污染导致水质恶化的问题，还没有稳定高效、价格便宜、易于实施的技术。目前国内已有一些同类的底泥修复专利，如“一种污染底泥的修复方法”(申请号201610202578.7)是将底泥覆盖法与沉水植物联用，该专利技术通过在底泥表面投加天然沸石、生物沸石、锁磷剂或改性净水厂污泥等活性覆盖材料进行物理遮盖隔离，再移植沉水植物进一步改善水质。由于覆盖材料密度较大，该专利技术注明并不适用于松散浮泥的修复，因此无法应用于高污染的黑臭淤泥的修复，且该专利技术成本较高，估算材料费成本超过40元/m2。而专利“一种地表水体污染底泥的原位修复方法”(申请号201210162877.1)，在原理上是覆盖法结合底泥的化学氧化固磷。即利用硝酸盐去除底泥中的有机污染物并抑制底泥中磷的释放，再在底泥上面覆盖土工布包裹的天然沸石和改性沸石，阻隔底泥污染物的释放。本专利专利技术最终形成的土工布非自然基底层，不利于后续的水生态恢复，沸石的吸附量饱和后作用有限，且本专利估算材料成本大于70元/m2。专利“河道污染底泥原位生态修复方法”(申请号201210273969.7)原理上属于底泥覆盖技术，是在底泥上铺设上中下三层植生生态混凝土进行底泥覆盖，阻止底泥中的重金属进入水体，并通过沉水植物吸收底泥释放的重金属。该专利技术使用了大量的生态混凝土材料，不仅成本高昂(材料成本估计大于100元/m2)，且由于生态混凝土密度大，该技术同样不能适用于松散底泥的修复，无法应用于高污染黑臭底泥的修复。与上述专利相比，本专利技术不属于简单的覆盖技术，而是采用底泥化学改性与植物修复组合的方法，主要区别如下：(1)并未采用底泥覆盖材料，而是采用对高污染表层底泥进行化学改性，并生成新的表层底泥，该层新表层底泥硬度较高、氧化还原电位和营养条件改善，起到既能支撑水生植物生长，又有磷结合能力的致密阻隔层作用，抑制下层底泥颗粒的重悬浮和污染物释放速度；(2)结合水生植物原位修复，促进上覆水的氮代谢过程，抑制藻类改善透明度，达到水体水质改善的目的；(3)本方法形成的基底为自然基底，与上述专利技术有明显区别，且材料成本大幅降低，约为10元/m2，适用于任何污染底泥(包括松散浮泥)的修复。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，通过改性阻隔剂与高污染表层浮泥发生反应生成新的表层底泥，可改善表层的硬度、氧化还原电位及营养条件。本专利技术的另一个目的是在于提供一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂在底泥修复中的应用，通过改性阻隔剂与高污染表层浮泥发生反应生成新的表层底泥，并引种扩增耐污沉水植物，在抑制底泥污染物释放的同时去除上覆水中的污染物，净化水体，达到底泥、上覆水同时修复的效果。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，它由以下重量份的原料组成：所述氧化剂为硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾中的任意一种；所述固化剂为普通硅酸盐水泥(P.O42.5)、石膏中的至少一种(当固化剂为混合物时，普通硅酸盐水泥与石膏的质量比为5:1)；所述的减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、氨基磺酸盐系减水剂类、脂肪族减水剂类、聚羧酸盐系减水剂类中的任意一种；所述的增稠剂为硅石粉。一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，它由以下重量份的原料组成(优选范围)：一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，它由以下重量份的原料组成(最优值)：所述的氧化剂为硝酸钙，所述的固化剂为石膏与普通硅酸盐水泥P.O42.5质量比为1:5的混合物。一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂在底泥修复中的应用，其步骤是：A.底泥化学改性阻隔剂的配置：将氧化剂、固化剂、减水剂和增稠剂按照上述质量比混合均匀；B.将所述的化学改性阻隔剂按照500-2000g/m2的比例通过软管在泥水界面均匀铺加到底泥表层；C.待反应7-10天后开始种植水生植物，种植的比例为300-700g湿重/m2，种植方式为将5-8株植物用细绳捆成一丛，悬坠网兜包裹碎石辅助植物沉降，投入水中；所述的水生植物为金鱼藻、轮叶黑藻、狐尾藻、菹草、微齿眼子菜、苦草、篦齿眼子菜和竹叶眼子菜中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术效果显著，经过小试和中试应用证明，在进行原位无害化学改性阻隔剂联合水生植物修复30天后，上覆水水质发生明显改善，结果见图1、图2和表2。与未修复组相比，修复组水体总氮下降了68％，总磷下降了73％，氨氮下降了49％，CODMn下降了75％，固体悬浮物下降了58％；而水体的透明度上升了63％，溶解氧浓度提高3倍，水中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd浓度分别减少了48％、39％、43％、46％、33％，显著改善了水质和水体生态环境。表1为改性阻隔底泥重悬浮结果，表明高污染底泥改性阻隔后，SS、TN、TP的悬浮和释放均被显著抑制，说明无害化学改性阻隔剂具有高效的阻隔底泥污染物释放的效果。而处理后的底泥的生物学毒性测试结果表明，本专利技术的化学改性阻隔试剂对底栖动物如螺、沉水植物如金鱼藻、轮叶黑藻和狐尾藻等生长均无影响。附图说明图1为化学改性阻隔联合水生植物的底泥原位修复小试试验水质改善效果：未修复组(对照组)和修复组(30天)上覆水水质参数，其中TN代表总氮，TP代表总磷，NH4+代表氨氮，CODMn代表高锰酸盐指数，同组柱中不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，它由以下重量份的原料组成：所述的氧化剂为硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾中的任意一种；所述的固化剂为普通硅酸盐水泥P.O 42.5、石膏中的至少一种，当固化剂为混合物时，普通硅酸盐水泥与石膏的质量比为5:1；所述的减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、氨基磺酸盐系减水剂类、脂肪族减水剂类、聚羧酸盐系减水剂类中的任意一种；所述的增稠剂为硅石粉。

【技术特征摘要】
1.一种高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，它由以下重量份的原料组成：所述的氧化剂为硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾中的任意一种；所述的固化剂为普通硅酸盐水泥P.O42.5、石膏中的至少一种，当固化剂为混合物时，普通硅酸盐水泥与石膏的质量比为5:1；所述的减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、氨基磺酸盐系减水剂类、脂肪族减水剂类、聚羧酸盐系减水剂类中的任意一种；所述的增稠剂为硅石粉。2.根据权利要求1所述的高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，其特征在于：3.根据权利要求1所述的高污染底泥的原位化学改性阻隔剂，其特征在于：所述的氧化剂为硝酸钙，所述的固化剂为石膏与普通硅酸盐水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨劭，冀蒙蒙，张国森，蒋金辉，许敏，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42