[发明专利]一种内源磷钝化材料及其修复富营养化水体的方法

说明书

本发明涉及一种内源磷钝化材料及其修复富营养化水体的方法，内源磷钝化材料包括以下组分及重量份含量：天然沸石20‑80份、氢氧化铝17‑79.7份及壳聚糖0.3‑3份；内源磷钝化材料与沉水植物联合修复富营养化水体的方法为：先向水体中投加钝化材料的悬浊液，待水体磷浓度降低且藻类生长受抑制、并且水体透明度提高至适合于沉水植物生长时，再种植沉水植物。与现有技术相比，本发明中的多功能内源磷钝化材料能同时固定磷等无机阴离子、氨氮等无机阳离子和有机磷等有机化合物，该钝化材料的磷吸附容量高，具有多功能性，生态安全，成本低，施用方便，工期短；钝化材料与沉水植物联合修复富营养化水体的方法治理成本低，安全可靠，见效快，治理效果稳定。

技术领域

本发明属于富营养化水体修复技术领域，涉及一种内源磷钝化材料及其与沉水植物联合修复富营养化水体的方法。

背景技术

我国湖泊等水体的富营养化问题十分严重，引起了有害藻类泛滥、沉水植被消失以及水质与水生态的严重破坏。磷是藻类生长的限制性因子，因此削减湖泊中的磷浓度是治理湖泊富营养化和恢复湖泊生态系统结构与功能的关键。

为了降低湖泊磷浓度，必须控制来自内源的底泥磷释放，因为即使外源磷得到有效控制，内源磷还能在底泥-湖水-藻类之间不断循环。底泥疏浚、底泥覆盖(帽封)和底泥磷的化学钝化是控制湖泊内源磷的主要技术。

其中，底泥疏浚工程量巨大、成本高，且疏浚底泥的处理与处置也是非常棘手的问题，并进一步推高成本。此外，疏浚还带来底栖生物生境破坏，并且由于：(1)疏浚的绞吸扰动会使得细颗粒物悬浮扩散及孔隙水中磷释放；(2)疏浚后的底泥仍然磷含量很高；(3)新的沉淀物的快速堆积；(4)附近底泥的移动堆积等原因，其收效常常并不理想，甚至出现水质磷浓度比疏浚前更差的情况。

底泥覆盖无需将底泥移走，只是用覆盖材料将底泥和上覆水隔开，从而物理阻止底泥磷的释放，但覆盖法的缺点也是显而易见的。首先，湖床由覆盖物取代原有底泥，导致湖床环境的完全改变，对底栖生物的生存环境构成根本破坏；其次，达到泥/水隔离效果，覆盖层必须要厚实(厚度一般至少5cm以上)，因此工程量和成本也很大；再次，覆盖物易受到湖流、风浪及生物的扰动，一旦覆盖层出现破洞就会形成“短路”并降低阻隔效果；另外，污染物仍留在原处，数量和形态均未因覆盖而发生变化。

内源磷化学钝化也是一种无需将底泥移走的原位控制底泥磷释放的技术。该技术是向湖库中投入有效吸附固定磷的钝化材料，该材料在沉降过程中可吸附固定上覆水中的磷，沉入湖床后形成一个薄的覆盖层。如果覆盖层未破坏，可有效阻截底泥磷的释放；但即使覆盖层被破坏并混入表层底泥中，钝化材料还可通过吸附固定底泥孔隙水中的磷(底泥磷释放必须途经孔隙水)以及提高底泥的磷固定容量来控制内源磷。由于钝化材料是能有效吸附固定磷的材料，因此投加量很低(一般覆盖1-2mm)，工程量小，对湖床生境的破坏小。钝化技术虽然不改变磷的数量，但可以改变磷的形态。也就是说，钝化材料可将磷转化为难溶、极稳定的形态，从而持久性地阻止磷的释放。因此，钝化技术是一种价廉且得到较广泛全湖应用的内源磷控制对策。

内源磷钝化技术的研究与应用已经有50多年的历史了，其中出现最早、研究最多、应用最广的是明矾(硫酸铝)，其应用于全湖内源磷控制的湖泊达到200多个。明矾投入湖水后立即形成能高效吸附固定磷的氢氧化铝，由于磷与氢氧化铝结合形成的铝结合态磷在富营养化湖泊的还原性底泥中高度稳定，一次使用明矾带来的削减内源磷负荷的效果可以持续10-20年以上，湖水中磷浓度削减率达到54-83％。该技术的缺点是明矾转化为氢氧化铝需消耗湖泊的碱度并降低pH值，使用量较大会对湖泊理化性质产生改变。后期的应用方法是首先测定湖水对明矾的缓冲性能，获取pH降为6.5时的明矾投加量，并按此投加量进行投加。该方法虽然避免了对湖泊酸化等理化性质的改变，但投加量不一定能保证良好的钝化效果。因此，除明矾外，近年来国内外一些新的钝化剂的研究十分活跃，包括天然沸石、镧改性蒙脱土、载铝天然沸石、载锆天然沸石、方解石、给水处理残渣、壳聚糖改性湖周土壤、热改性富钙凹凸棒土等等。

然而，用这些内源磷钝化材料控磷仍然不能解决两个关键问题。