[发明专利]沉积物内源磷负荷控制底泥改性材料的制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种沉积物内源磷负荷控制底泥改性材料的制备方法与应用，所述材料首创性地以湖泊沉积物为基本原料，利用沸石和聚合氯化铝改性、造粒和焙烧等过程，显著降低了材料对磷酸盐的吸附‑解吸平衡浓度，增强了其最大吸附量。通过原位模拟沉积物‑水界面磷释放过程，证明了本发明的材料可有效抑制沉积物‑水界面磷酸盐释放，由于材料本身磷酸盐的解吸能力较弱，且吸附容量较大，因此本发明所述材料能够真正实现沉积物内源磷负荷控制，达到改善湖泊/水库水质的目的。并且本发明的材料取材廉价，社会经济效益好，安全性高，对湖泊水体没有生态风险，节能环保，在应用过程中对滇池不同湖区沉积物‑水界面磷释放控制效果显著。

技术领域

本发明涉及一种沉积物内源磷负荷控制底泥改性材料的制备方法与应用，属于水环境污染控制领域。

背景技术

近30多年来，由于社会经济的发展和人类活动的影响，大量的外源污染物进入湖泊并富集于沉积物中，使我国多数湖泊底质遭受严重污染。调查结果表明，许多湖泊尤其是城市湖泊的底质污染惊人，如太湖、滇池、巢湖等许多水域沉积物中总磷含量高达3000-4000mg/kg。沉积物不仅是地表水体污染物的重要归宿和蓄积库，而且还是上覆水污染的重要内源，这是因为沉积物与上覆水之间存在着沉降吸附和解吸释放的动态平衡过程，水体中的磷浓度很大程度上取决于这种动态平衡的移动，也就是说，沉积物磷迁移及释放取决于柱状沉积物垂直或水平方向上相邻两层之间间隙水的浓度梯度。在同一垂直剖面，当上层沉积物间隙水磷浓度高于下层时，沉积物中磷酸盐由高浓度区间向低浓度区间垂直扩散，形成了磷酸盐由表层沉积物向底层沉积物迁移的趋势。相反，当下层沉积物间隙水磷浓度高于上层时，磷酸盐则由底层沉积物向表层沉积物迁移。通常情况下，沉积物间隙水磷酸盐浓度高于上覆水磷酸盐浓度，一般认为，水体中磷的浓度达到0.02mg/L时便可能导致水体富营养化。因此，有效削减沉积物间隙水磷酸盐浓度，控制沉积物磷酸盐向上覆水扩散是富营养化湖泊内源释放控制的重要内容。

对富营养化水质的改善及修复多集中于减少外源负荷，而沉积物中磷的释放即内源磷释放却会延缓或抵消上述措施的实际效应，所以在外部污染源得到有效控制的前提下，沉积物内源释放的研究成为治理水体污染的关键。原位覆盖技术是当前控制内源释放的有效措施之一，因其对内源污染控制效果好且对水体生态环境影响较小而受到了广泛关注。原位覆盖技术的核心是覆盖材料的选择，目前使用较多的覆盖材料有未污染的底泥、清洁河沙、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥，还有诸如方解石、粉煤灰、土工织物或一些复杂的人造地基材料等。例如，中国专利文献CN102775030A公开了一种以净水污泥作为覆盖材料的方法，该方法通过将脱水后的净水污泥干燥、碾碎、过筛，再于500-600℃的温度下灼烧，得到再生的净水污泥。该技术通过将再生的净水污泥覆盖在待修复水体的污染底泥上面，使得污染底泥与上覆水物理性隔开，一方面抑制了污染底泥内源污染向水体的释放，另一方面净水污泥中含有的以金属氧化物为主的无机颗粒物质还会对水体中的氮磷等污染物质产生吸收，加快了水体中的污染物质向底泥的迁移，在一定程度上能够实现对重污染河道的水体修复。

但上述技术采用自来水厂的净水污泥作为覆盖材料，这一外源物的引入对水体而言存在一定的生态风险，并且由于水体中的磷酸盐浓度远小于净水污泥中的磷酸盐浓度，因而净水污泥中的磷酸盐必然还会向水体迁移，导致上述覆盖材料向其上覆水释放磷的通量大，因而该技术根本不可能有效去除水体中的磷，也即是，现有技术依然无法采用原位覆盖技术真正实现对受污染水体的修复，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术以净水污泥作为覆盖材料所存在的材料本身生态风险高、磷释放风险大等缺陷，进而提供一种取材廉价、安全性高、实用性强且对沉积物间隙水低浓度磷酸盐具有较强去除效果的沉积物内源磷负荷控制底泥改性材料的制备方法与应用。

为此，本发明实现上述目的技术方案为：

一种沉积物内源磷负荷控制底泥改性材料的制备方法，包括如下步骤：