控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于湖泊(湖荡)、河流高营养盐释放底泥制备的控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法、应用，通过采集湖泊(湖荡)底泥为原料，经冷冻干燥，研磨过筛，与膨润土混合后经过高温焙烧处理一定时间，冷却，即得所述修复材料。由于修复材料源于自然界底泥，其不仅取材廉价，而且安全性高，对湖泊(湖荡)、河流水体没有任何的生态风险，而且沉积物经过高温焙烧改性后对氮磷的吸附能力强，解吸较弱，改善水生植物生境的特点，能够解决现有技术中的控氮磷材料成本高、生态安全性差和氮磷控制效果有限的问题，同时对水生植物生境改善具有良好效果。善具有良好效果。

【技术实现步骤摘要】
控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于湖泊、河流底泥磷负荷释放阻控，水生植物生境改善
，具体涉及一种基于湖泊底泥制备的沉积物/膨润土控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水体富营养化是水体中氮、磷等营养盐元素含量过多而造成的一种水质污染的现象。水体中含有的营养盐来源主要有两个方面：一方面是外源污染，一方面是内源污染。外源污染即该流域内居民的生活污废水，工业企业的生产废水以及畜牧养殖业的生产废水中的营养盐物质进入河流湖泊水体中，造成水体的富营养化；目前随着中央国家以及各地级政府的重视，外源污染得到了初步的控制。内源污染即河流湖泊内底泥中蓄积的大量营养盐物质慢慢的释放到水体中，从而造成水体中营养盐含量过高的现象。目前内源污染是河流湖泊富营养化现象频频发生的主要原因。由于沉积物释放氮磷，特别是氨氮、溶解氧活性磷的释放是富营养化湖泊上覆水氮磷的重要来源，因此对富营养化浅水湖泊沉积物氮磷释放的控制尤为重要。
[0003]现阶段主要采用异位处理技术和原位处理技术来抑制底泥中营养盐的释放。异位处理技术主要是指底泥的疏浚技术以及底泥疏浚之后的处理技术，即通过水力或者机械的方法将湖泊中的底泥表层的污染物挖掘出来进行转移运输处理，从而减少沉积物中的污染物质的释放，但是如果在进行疏浚的过程中采取的措施不恰当，比如挖采的深度控制不当，会造成深层处的污染物质释放进入水体中去，打破水体和沉积物中原有的氮磷营养盐溶解平衡；同时疏浚的过程也会对湖泊水体环境中原有的水生态系统造成一定的影响，破坏底栖生物的生存环境；且对沉积物进行疏浚、处理还需要高额的资金，治理的费用也很昂贵。
[0004]原位处理技术即在基本不破坏水体中底泥的自然环境的情况下，在原场所对受了污染的沉积物进行修复，不对其进行运输或者搬运；原位处理技术投资成本比较低，可以直接人为投加一些特定的生物菌剂或不易被水体冲蚀掉的钝化材料来抑制沉积物中的营养盐物质的释放，不需要清理掉河流中的底泥便可以实现水体净化的目的，对周围环境影响也较小。
[0005]原位处理技术主要包括物理技术，化学技术和生物处理技术。物理技术即借助工程技术来消除沉积物中的污染物质，包括原位覆盖技术和人工曝气技术。原位覆盖技术是在被污染的沉积物的表面投放一层清洁的覆盖物来阻止沉积物中的污染物质向水体中释放，这种技术中用到的覆盖材料必须是大量的且清洁的，所以其来源就会很困难；同时，在进行实地覆盖材料的时候，铺在沉积物表面的均匀性很难得到保证，遇到水体流动比较快的情况，材料会很容易的被冲蚀掉；此外，覆盖材料会增加湖泊中底泥的厚度，降低水体的深度，同时也会对底栖生态系统造成一定程度的损坏性。化学技术即借助化学药剂来消除沉积物中的污染物质，包括化学钝化技术和化学增氧技术。在使用化学药剂的过程中会存在化学生态安全性的问题，投放化学药剂会对水体中的生物造成很大的影响，公众会难以
接受，同时也容易造成水体的二次污染。生物处理技术即利用生物体，借助植物，动物，微生物来降解水体中的污染物质和沉积物，从而减少沉积物中营养盐物质向水体中的释放，包括动植物修复技术，微生物修复技术以及生态修复技术。
[0006]针对这些问题，目前在尝试利用吸附技术来控制富营养化浅水湖泊中的沉积物
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水界面处营养盐的释放，因为吸附技术具备操作简捷方便，快速高效，同时没有二次性污染且吸附剂可以被重复的利用等优点。
[0007]在一篇中国专利文献CN102674646中公开发表了一种可用于地表水体中底泥污染的原位修复技术方法，即向湖泊内被污染的底泥中注入一定量的硝酸盐，利用硝酸盐来对底泥中的有机污染物质进行去除，同时将含有天然沸石和经过阳离子表面活性剂改性后的沸石投放入湖泊中的沉积物
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水界面处以形成一层薄薄的活性覆盖层，从而抑制沉积物中氮元素的释放，同时也抑制沉积物孔隙内水中含有的硝酸盐向上覆水体中的释放，降低上覆水中的硝酸盐污染的可能性。中国环境科学研究院的姜霞(2011年)等人在分析太湖内底泥中氮磷营养盐元素的吸附
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解吸的实验中表明：太湖内底泥对氨氮的平均吸附量为23.55mg/kg，在污染比较严重的区域则对氨氮的吸附量会更多，由此可知，湖泊中的底泥对氨氮物质有一定的吸附能力。中国海洋大学的陈蕾(2010年)等人考察了改性凹土材料用于原位覆盖时对水体中磷盐的去除率，研究发现改性凹土材料可以很好的抑制底泥中磷元素的释放，为矿物材料用于原位覆盖技术来抑制底泥中磷元素释放提供了科学依据。在中国专利文献CN104437374A中公开了一种利用云南滇池湖泊中的沉积物来进行吸附剂的制备的方法及使用情况。在该专利技术中，宁平等人用戊二醛溶液等化学药剂对经过预处理的湖泊底泥进行了化学处理，再经过水浴加热，盐酸酸化，过滤洗涤，高温碳化以及烘干研磨过晒等一系列操作之后制备出了底泥吸附剂，此吸附剂大大的提高了对水体中锰的吸附性；该专利技术的试验结果表明，利用湖泊中的沉积物制取的吸附剂不仅有很好的吸附效果，而且其成本也比较低廉，节能环保。以上研究表明，河流湖泊中的底泥可以用于原位覆盖技术中。成都理工大学的夏蕾(2017年)等人分别研究了静态条件下不同天然材料(红土，方解石，高岭土，膨润土)与不同功能土(分别利用高锰酸钾、过氧化氢、硝酸钙、三氯化铁四种化学药剂改性的红土)进行原位覆盖时对底泥中磷元素释放的控制效果以及动态条件下天然红土对沉积物中磷元素释放的控制效果，研究结果表明功能土进行原位覆盖时可以控制底泥中营养盐的释放，但目前研究还处于起步阶段，同时由于其他各种主观和客观因素的限制，许多问题还需要进一步的进行研究。
[0008]现有技术中并未有出现以沉积物为原材料制备的控氮磷及水生植物生境改善修复材料。为此，本专利技术提供了一种基于湖泊(湖荡)、河流高营养盐释放底泥制备的控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法、应用，达到“以废治废”目的，降低成本，并且制备出的控氮磷材料安全性高，对于氨氮、溶解性磷的吸附和控制效果优，对湖泊水体没有任何的生态风险，同时对水生植物生境改善具有良好效果。

技术实现思路

[0009]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中的氨氮、溶解性磷酸盐释放阻控材料成本较高、生态安全性差和氮磷控制效果有限，同时改善水生植物生境环境，进而提供一种廉价、绿色、生态安全性高和氮磷控制效果较强的基于湖泊底泥制备的沉积物/膨润
土控氮磷及水生植物生境修复材料及其制备方法和应用。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种控氮磷及水生植物生境修复材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)采集水体表层底泥，经冷冻干燥，研磨备用；
[0012](2)取步骤(1)处理后的底泥进行恒温加热处理，冷却得到沉积物粉末；
[0013](3)取经研磨处理的膨润土与步骤(2)得到的沉积物粉末混合，加水浸润，定型后恒温加热处理，冷却后即得所述修复材料。
[0014]在一些实施例中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控氮磷及水生植物生境修复材料的制备方法，包括如下步骤：(1)采集水体表层底泥，经冷冻干燥，研磨备用；(2)取步骤(1)处理后的底泥进行恒温加热处理，冷却得到沉积物粉末；(3)取经研磨处理的膨润土与步骤(2)得到的沉积物粉末混合，加水浸润，定型后恒温加热处理，冷却后即得所述修复材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述修复材料中沉积物的质量比为5％
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30％，优选为10％
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20％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述修复材料的形状为球状、片状、立方体或长方体。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，底泥研磨后过50
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150目筛，优选地，底泥研磨后过100目筛。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中，膨润...

【专利技术属性】
技术研发人员：金位栋，杨苏文，王贝贝，焦立新，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：