一种河道底泥重金属污染的原位水生植物修复工艺制造技术

一种河道底泥重金属污染原位水生植物修复工艺，包括（1）污染状况调查：摸清河道底泥重金属目标污染物及其分布区域，确定底泥中重金属污染程度；（2）生态危害评价：对河道污染底泥的生态危害性进行评价，并确定底泥修复目标；（3）水位调节设施建设：在不影响河道行洪要求的条件下，在河道中设置水位调节设施；（4）水生植物筛选：根据底泥污染的重金属种类及修复区域水深选择水生植物种类；（5）植物定植；（6）修复效果评估：及时分析底泥污染修复趋势及达标情况；（7）植物最终处置。本发明专利技术从底泥污染调查到修复效果评估及收割植物处置，技术路线清晰，操作性强，处理效果可控，具有因地制宜、成本低、无二次污染及工艺选择灵活的优点。无二次污染及工艺选择灵活的优点。无二次污染及工艺选择灵活的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种河道底泥重金属污染的原位水生植物修复工艺


[0001]本专利技术涉及一种用于修复河道水体中受重金属污染的底泥的工艺，可去除底泥重金属、改善水体生态环境，属于底泥污染修复


技术介绍

[0002]河道中的底泥是污染物的重要蓄积库，积累的主要污染物有重金属及氮磷营养盐等，其含量可达水体中的上百倍，并且与水相保持一定的动态平衡。在外源污染得到有效控制的情况下，水质环境的恶化主要是由底泥中的污染物向上覆水中不断释放造成的。底泥中的重金属不仅污染水体，而且会通过食物链对人体造成致癌等健康风险，针对这一现状，采用适宜的修复技术去除和降低底泥中的重金属浓度已迫在眉睫。
[0003]污染底泥修复可以分为原位修复和异位修复。原位修复是指无需将污染底泥移除水体，在原位进行污染修复的技术。异位修复则是指将底泥进行疏浚后，再利用物理、化学和生物等多种方法进行处理，消除污染物对水环境的危害。异位修复虽然效果明显，但是工程量大，投入大，疏浚出的底泥如不进一步处理或处理不当，则会对环境造成二次污染，该技术常用于重度污染底泥的处理处置。对于轻度污染底泥，常采用原位处理技术。原位修复技术主要有：原位覆盖技术、原位化学修复技术、原位生物修复技术。原位覆盖技术是在污染的底泥上放置一层或多层覆盖物，使污染底泥与水体隔离，防止底泥污染物向水体迁移。原位化学修复技术是将化学药剂与污染底泥掺杂混合，并在一系列的化学反应下将底泥中的重金属固定或转化成无毒、低毒价态的一种修复方法。原位生物修复技术是在受污染区域直接进行污染底泥的原位处理，采用水生植物、酶及特种微生物等对底泥重金属进行富集或转化，而去除污染或降低其毒性。
[0004]原位物理修复和化学修复技术日渐成熟，物理修复虽然可以短时间内大量减轻重金属的污染，但一些季节性河道河水较浅，也进行周期性清淤，所以不太实用；化学修复效果显著，但因药剂的投加极易造成水体的二次污染。
[0005]原位植物修复与其它修复方法相比，无需向河道投加大量覆盖材料或化学药剂，而通过河道自身生长或人工定植的富集性水生植物对底泥重金属进行吸收富集，最终通过植物收割而降低底泥重金属含量，达到修复效果，此技术成本低，且具有一定的生态景观效果。
[0006]但目前原位植物修复技术尚未推广应用，没有相关技术应用工艺。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对目前河道底泥重金属污染治理中存在的污染范围勘定困难、处理处置成本高、存在二次污染、缺乏灵活性和规范性等问题，提供一种因地制宜、无二次污染、生态效果良好、可灵活选择的低成本底泥重金属污染原位生态修复工艺。
[0008]本专利技术的河道底泥重金属污染原位水生植物修复工艺，包括以下七个阶段：
[0009](1)污染状况调查：
[0010]①
初查阶段：该阶段摸清河道底泥重金属目标污染物及其分布区域；
[0011]首先排查河道涉及重金属的外源污染排入口位置，确定目标污染物种类；然后根据排污口处底泥中重金属浓度及河道水文特征(如流速、流量等)，采用底泥污染物扩散模型预测底泥目标污染的分布区域。
[0012]初查阶段中所述采用底泥污染物扩散模型预测底泥目标污染的分布区域的具体过程是：
[0013]对河流进行简化假设：假设河流底泥污染扩散区段为均匀河槽，水流速度平稳，雷诺数不超过500，河流河床的粗糙度均匀；
[0014]河道排污口下游一定距离的水体及底泥中重金属浓度通过以下公式构成的底泥污染物扩散模型确定：
[0015][0016][0017]t＝0,x＝0时，C
s
＝C0；
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]式中：C为距离排污口x米处水体中重金属总浓度，单位kg/m3；u为河流平均流速，单位m/s；D
x
为河流纵向扩散系数，单位m2/s，通过实测一定长度河段前后两端重金属浓度，然后演算法计算求得；为悬浮泥沙沉降修正系数，取2
×
D
100
(D
100
为粒径100μm以下的底泥颗粒所占百分比)；C
s
为距离排污口x米处底泥中重金属浓度，单位mg/kg；t为时间，单位d(天)；C0为排污口处底泥中重金属浓度的初始值，单位为kg/m3；K0为悬移系数，取值2
×
D
100
×
10
‑2；K1为沉降系数，取值3
×
10
‑5；K为传质系数，通过河段底泥重金属的吸附和溶出试验确定；K
s
为分配系数，通过河段底泥重金属的吸附和溶出试验确定；
[0019]上述河道底泥重金属的扩散方程为非线性方程，分别给K、K0、K1、K
s
、u、θ和D
x
赋值，以及输入排污口处底泥重金属含量初始值C。，计算出不同时间距离排污口向下游不同距离x米处的水体中重金属总浓度C和底泥中重金属浓度C
s
。
[0020]②
详查阶段：根据初查阶段的结果，结合河道沉积物背景值和农用地土壤污染风险筛选值及管制值(参见《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618
‑
2018))确定底泥中重金属污染程度；
[0021]当底泥中重金属浓度≤筛选值或沉积物背景值，确定为未受重金属污染底泥；当筛选值或沉积物背景值＜底泥中重金属浓度≤管制值时，确定为轻度重金属污染底泥；当底泥中重金属浓度＞管制值时，确定为重度重金属污染底泥；筛选值和沉积物背景值二者取高值；
[0022]描绘出底泥中重金属浓度沿排污口向河道上游及下游的分布趋势，根据底泥中重金属污染程度的确定过程，找出C
s
＝筛选值或沉积物背景值(二者取高值)时的底泥位置x
轻预测
，此处河道横断面为预测模型划定的轻度重金属污染底泥与未受重金属污染底泥的边界；找出C
s
＝管制值时的底泥位置x
重预测
，此处河道断面为预测模型划定的轻度重金属污染底泥与重度重金属污染的边界；采用二分法加密布点监测，以修正模型预测边界的不稳定性，最终精确确定轻度重金属污染底泥及重度重金属污染的边界，以分别划定其区域范围。
[0023]所述描绘出底泥中重金属浓度沿排污口向河道上游及下游的分布趋势采用趋势图，纵坐标为目标重金属浓度C
s
，横坐标为距离排污口的距离x。
[0024]所述采用二分法加密布点监测的具体过程是：
[0025]A.针对轻度重金属污染底泥和未受重金属污染底泥边界的精确确定；
[0026]首先在模型预测的边界x
轻预测
河道断面处取样监测：(a)如果此处底泥目标重金属浓度＞筛选值或沉积物背景值，则由x
轻预测
处向远离排污口方向按每次递增200米～1000米，进行顺序取样监测，直到发现底泥目标重金属浓度＜筛选值或沉积物背景值的位置x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道底泥重金属污染原位水生植物修复工艺，其特征是，包括以下七个阶段：(1)污染状况调查：
①
初查阶段：该阶段摸清河道底泥重金属目标污染物及其分布区域；首先排查河道涉及重金属的外源污染排入口位置，确定目标污染物种类；然后根据排污口处底泥中重金属浓度及河道水文特征，采用底泥污染物扩散模型预测底泥目标污染的分布区域；
②
详查阶段：根据初查阶段的结果，结合河道沉积物背景值和农用地土壤污染风险筛选值及管制值确定底泥中重金属污染程度；当底泥中重金属浓度≤筛选值或沉积物背景值，确定为未受重金属污染底泥；当筛选值或沉积物背景值＜底泥中重金属浓度≤管制值时，确定为轻度重金属污染底泥；当底泥中重金属浓度＞管制值时，确定为重度重金属污染底泥；筛选值和沉积物背景值二者取高值；描绘出底泥中重金属浓度沿排污口向河道上游及下游的分布趋势，根据底泥中重金属污染程度的确定过程，找出C
s
＝筛选值或沉积物背景值时的底泥位置x
轻预测
，此处河道横断面为预测模型划定的轻度重金属污染底泥与未受重金属污染底泥的边界；找出C
s
＝管制值时的底泥位置x
重预测
，此处河道断面为预测模型划定的轻度重金属污染底泥与重度重金属污染的边界；采用二分法加密布点监测，以修正模型预测边界的不稳定性，最终精确确定轻度重金属污染底泥及重度重金属污染的边界，以分别划定其区域范围；(2)生态危害评价：对河道污染底泥的生态危害性进行评价，并确定底泥修复目标；底泥污染生态危害评价计算公式如下：δ＝1+a+bδ＝1+a+bδ＝1+a+b其中：δ为修正系数；a为重金属形态修正系数；b为区域位置修正系数；为底泥中某金属i的污染系数；为底泥中重金属i的实测含量；为底泥中重金属i的背景值；为底泥中重金属i的潜在生态危险指数；为重金属i的毒性系数；RI为多种重金属的潜在生态危害指数，反映多种重金属的综合潜在生态危害程度；通过以下两种方式设定底泥修复目标：
①
根据底泥目标污染物种类，以规定的农用地土壤污染风险筛选值为底泥污染修复目标值，当筛选值低于河道沉积物背景值或目标污染物不是农用地土壤污染风险管控规定的污染物项目时，选择背景值作为底泥污染修复目标值；
②
根据底泥污染生态危害评价结果，将生态危害程度低或中设置为底泥污染修复目标；(3)水位调节设施建设：在不影响河道行洪要求的条件下，在河道中设置水位调节设施；
(4)水生植物筛选：根据底泥污染的重金属种类及修复区域水深选择水生植物种类；对底泥中不同种类重金属选择具有修复效果的单一水生植物或者是具有强化吸收富集效果的水生植物组合；(5)植物定植：根据步骤(4)选择的水生植物进行定植；(6)修复效果评估：在水生植物修复过程中定期监测底泥目标重金属总量及形态含量，采用逐一对比修复目标值的方法或采用步骤(2)的评价方法进行污染底泥生态危害评价，及时分析底泥污染修复趋势及达标情况；(7)植物最终处置：根据植物生长及富集重金属情况确定收割次数，收割时间应在植物休眠期或者枯萎后，将所收割的植物组织晾干后，在封闭的环境中焚烧。2.根据权利要求1所述的河道底泥重金属污染原位水生植物修复工艺，其特征是，所述初查阶段中采用底泥污染物扩散模型预测底泥目标污染的分布区域的具体过程是：对河流进行简化假设：假设河流底泥污染扩散区段为均匀河槽，水流速度平稳，雷诺数不超过500，河流河床的粗糙度均匀；河道排污口下游一定距离的水体及底泥中重金属浓度通过以下公式构成的底泥污染物扩散模型确定：物扩散模型确定：t＝0,x＝0时，C
s
＝C0；
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(3)式中：C为距离排污口x米处水体中重金属总浓度，单位kg/m3；u为河流平均流速，单位m/s；D
x
为河流纵向扩散系数，单位m2/s，通过实测一定长度河段前后两端重金属浓度，然后演算法计算求得；为悬浮泥沙沉降修正系数，取2
×
D
100
，D
100
为粒径100μm以下的底泥颗粒所占百分比；C
s
为距离排污口x米处底泥中重金属浓度，单位mg/kg；t为时间，单位d；C0为排污口处底泥中重金属浓度的初始值，单位为kg/m3；K0为悬移系数，取值2
×
D
100
×
10
‑2；K1为沉降系数，取值3
×
10
‑5；K为传质系数，通过河段底泥重金属的吸附和溶出试验确定；K
s
为分配系数，通过河段底泥重金属的吸附和溶出试验确定；上述河道底泥重金属的扩散方程为非线性方程，分别给K、K0、K1、K
s
、u、θ和D
x
赋值，以及输入排污口处底泥重金属含量初始值C。计算出不同时间距离排污口向下游不同距...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦浩，孙小鉴，张晓蕊，张志斌，杨宁，李艺，曹国勋，张向阳，王圣瑞，林建伟，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：