[发明专利]一种沉积物氮营养盐污染的原位修复方法及用于该方法的原位修复桩

说明书

技术领域

本发明属于沉积物原位修复领域，更具体地说，涉及一种受氮营养盐及其有机质严重污染的沉积物的原位修复方法以及用于该方法的原位修复桩，该方法应用功能材料对沉积物的微生境进行改善，进而强化土著微生物对沉积物氮营养盐及其有机质的净化作用。

背景技术

在国家对水体污染控制越来越严格的情况下，流入地表水体的点和面源负荷逐渐减少，而由沉积物带来的内源污染逐渐成为地表水体的重要污染源。沉积物中有机质的代谢消耗大量的氧气，缺氧环境下厌氧微生物的代谢，使得营养元素氮含量升高，进而引发氨氮的释放、水体富营养化、藻华等一系列环境问题。

对沉积物中氮素释放及其累积机理的研究表明，有机质中的氮素被微生物分解成了更容易迁移的无机氨氮，氨氮在好氧条件下氧化成硝酸盐，再经反硝化作用将氮素以氮气的形式从系统中去除。但由于沉积物中好氧有机质含量较高，被消耗的溶解氧来不及补充，导致硝化作用受阻，造成水体和沉积物中氨氮的累积。因此溶解氧是控制沉积物中氨氮释放的关键环境因子。

沉积物营养盐污染削减技术主要有异位处理技术和原位处理技术。其中异位处理技术主要是通过疏浚将水体的内污染源转移，但其工程量大，成本高，且疏浚后的水体在一定时间后又会形成新的沉积。而原位修复技术无需大量工程成为沉积物修复的趋势所在。

沉积物原位修复技术主要有物理覆盖、充氧曝气、化学氧化及生物修复技术。物理覆盖主要是阻滞氨氮的传输，充氧曝气和化学氧化则主要是营造具有一定溶解氧浓度的良好生境条件，生物修复则是通过微生物代谢加速水体和沉积物中氮素以氮气形式脱除。单一处理方式在短期内可达到较好的效果，但难以达到沉积物的长效修复效果。目前各种沉积物原位修复技术分别存在以下问题：

（1）物理覆盖材料：物理覆盖技术常用的覆盖材料是砂石以及清洁土壤等，污染物质穿透覆盖层后仍会释放到上覆水体中，且污染物质被滞留在沉积物中，成为潜在的风险源。现有专利《一种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法》（专利申请号：201110001391.5），其对地下水中的氨氮具有较好的效果，但尚无成功应用于河流沉积物修复的先例。

（2）底泥的充氧曝气：充氧曝气技术对设备和能耗有一定要求，不适用于大面积推广。化学氧化技术有可能剧烈改变水环境中pH值等，但效果不持久。如专利《一种地下水修复用缓释氧材料及其制备方法》（专利申请号：201110426869.9  ）可有效提升地下水中氧含量，其释氧效应可持续两年以上且对原生境无较大改变，但尚无成功应用于河流沉积物修复的先例。

（3）功能生物的适应性：目前大部分功能微生物都是从反应器中筛选分离出来的，也有一部分是从土著微生物中富集出来的，但在不改变恶劣的原生环境条件下，投加的菌种很可能不适应环境或者受其他微生物的竞争抑制作用而无法发挥其功效。

（4）微生物载体：地表水体具有一定的流动性，具有修复作用的微生物往往会被水流带走，因此有不少技术采用了微生物包埋的方式投入水体中进行原位修复。目前广泛应用于微生物固定化载体的材料主要为海藻酸钠、聚乙烯醇凝胶、PVA水凝胶等（固定化氨氧化细菌短程硝化稳定性研究[J].环境科学，2008,29(10): 2835-2840.）。这些载体与微生物的亲和性好，但固定化小球长时间运行会引起颗粒膨胀、体积增大、机械强度大大减小等问题，也有一些是以陶粒以及高分子颗粒造成的载体材料，但生物亲和性较差，且这些材料可能会带来环境隐患。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对现有沉积物原位修复技术中存在的长效修复效果差的问题，本发明提供了一种沉积物氮营养盐污染的原位修复方法及用于该方法的原位修复桩，该方法可以吸附沉积物中的氨氮，减少污染物质向上覆水的扩散，并提高沉积物和水界面的溶解氧，原位构建界面良性生境，促进土著脱氮细菌的生长，加速沉积物中的氮素代谢出系统，达到地表水体沉积物原位修复的目标。

技术方案