工厂锯板石粉废水中，取沉淀后上层流变性能好的黄色石粉)，I公斤贝壳、0.15公斤脱腐殖酸的泥炭纤维、少量聚丙烯酰胺与聚二甲基烯丙基氯化铵，按照本发明方法提出的钝化系统，粗略比例地制造出具有一定弹性的多孔覆盖层。覆盖层整体与桶壁结合较好，但上部硬壳层与桶壁粘结处有细微裂缝存在。覆盖层总厚度约3.5厘米，底泥有明显压缩现象。中间插上0.2厘米直径的玻璃管观察底泥气压。
[0077]4号:劣化技术:取I公斤高铝水泥，I公斤贝壳，少量聚丙烯酰胺，直接混合后制成预絮凝体，直接投放水体，中间插上0.2厘米直径的玻璃管观察底泥气压，凝固后在底泥上自发形成下部为刚性上部为多孔性的覆盖层，与桶壁粘结处有细微裂纹存在。覆盖层厚度约I厘米，底泥有明显压缩现象。
[0078]试验结果:
[0079](一 )放置119天后，木板拨动水面造浪，浪高10-15厘米，I小时内间歇进行，1、2号桶水体出现浑浊现象，静止后上层水体色度明显上升，2号桶钝化层有破裂现象，但静止后轻微震动可流动自行修复，说明传统底泥钝化模式较难抵御水体扰动，易被水流带走或下落物破坏。3、4号桶未出现底泥上翻现象，4号桶聚乙烯塑料壁与覆盖层之间有不明显的裂纹增大现象，水体色度无明显变化，满足抵抗底泥冲刷要求，说明上部材料与中部弹性层组合具有适合的应力缓冲性能。另外，在119天整个实验中，3号桶底部石灰石层与底泥界面有明显混淆现象，可解释为该种颗粒反应滤床层配合应力缓冲层时具有适当的流变性能，有在底泥产气压力下自行流动填补裂隙的能力(即材料自修复能力)。
[0080]抗扰动实验显示出本发明钝化技术在抗扰动方面有明显优势。
[0081](二)对1-119天内，每隔7天对各桶的磷氮(mgl-1)进行测试，其中，磷的测试结果如图2所示，氮的测试结果如图3所示。
[0082]根据图2的总磷数据显示:铝盐钝化、本发明钝化技术、刚性钝化均有较好的效果，本发明钝化技术的突跃值较低且较为稳定的合理解释是:总磷在下部钙质活性滤床与中部泥炭纤维作用下具备较高去除率，且从气压变化看，导气能力较强。
[0083]根据图3的总氮数据表现，铝盐钝化、本发明钝化技术、刚性钝化均有较好效果，因铝、钙盐理论上无法与氨氮反应，因此合理解释是其抑制底泥微生物活性及吸附、阻隔可溶性物质交换等导致。各组后期氨氮数据均有明显上升，但3号组有较低突跃值，铝盐组数据较高的合理解释为:虽采用氢氧化铝的形式投入水体钝化可避免酸性破坏水体/底泥生态，但残余及溶出铝离子依然影响水体微生物活性及其繁殖，导致生物脱氮能力下降，另外氢氧化铝钝化层在后期有被气泡穿透并逐渐流动恢复覆盖的现象。3号组因比表面积大，吸附能力较强，考虑到覆盖层表面有明显的灰绿色生物质富集，预计该富集层硝化反硝化行为的贡献较大。
[0084](三)色度
[0085]I号:水体色度不断上升，实验120天结束时水体显褐色，色度约70倍无明显蓝藻存在。
[0086]2号:水体色度前期稳定，至84天后开始变化，水体颜色有所上升，色度约20倍，无明显蓝藻存在。
[0087]3号:水体清澈，整个过程色度无明显变化，覆盖层表面有很明显的灰绿色粘性物质附着，应为微藻/微生物附生。
[0088]4号:水体清澈，整个过程色度无明显变化，覆盖层表面有少部分绿色粘性物质附着，应为微藻/微生物附生。
[0089](四)气压:
[0090]I号:软泥层难以插放玻璃管
[0091]2号:软泥层难以插放玻璃管
[0092]3号:0-30天水柱无明显高于水面，30-75天水柱高度约在1_2厘米之间，随后基本稳定在2厘米左右。
[0093]4号:0-30天水柱高度约1-2厘米，30-75天水柱高度逐渐上升至于5_6厘米，随后基本稳定在7厘米，可观察到覆盖层与桶粘结处裂缝不时有气泡溢出。
[0094]试验结论:
[0095]1、磷氮曲线在75天后产生突跃的一种合理解释是底泥捞取搬运与安置过程间隙水析出，因此各组初期水体磷氮含量均很低。开始实验后底泥逐渐致密化，同时内部微生物活动继续进行矿化与发酵行为。当底泥内部压力积累到一定时期，导致间隙水穿透阻碍层薄弱处释放，形成峰值。由该解释可推导:在生态体系健全的水体，该峰会不断间歇出现，使用钝化技术不能抑制峰的出现，但使用合理的底泥封固技术完全切断底泥与上覆水体物质交换则可避免其出现。其中3号组磷氮色度去除率较其余组好，合理解释是设计合理的矿化滤床层与应力缓冲层对下覆底泥磷氮有机物均有较好的捕捉能力。另外，从理论上看，使用具有精细空隙结构、比表面积巨大的久置贝壳粉替代石灰石粉，可能在流变性能上需要进行调整，但在捕捉磷、重金属、有机物的速率与反应容量上有较大优势。
[0096]2、传统软质钝化方法抵御动力扰动能力较差，同时铝质覆盖层上未看到明显的绿色藻类附着生长现象，不利于生态重建；后两种钝化形式均发现表层有绿色藻类附着生长行为。
【主权项】
1.一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:包括由下至上依次设置在一起的下层、中层和上层，其中，下层为矿化物粉末层，中层为具有弹性的多孔性连续材料层，上层为多孔洞高强度材料层。
2.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:所述矿化物粉末层由矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100:1-10的比例混合，加少量水粘结而成；所述矿化物粉末层的厚度大于3厘米。
3.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:所述具有弹性的多孔性连续材料层采用初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维:高铝水泥:有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1制备而成。
4.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:所述多孔洞高强度材料层采用钙质片岩或久置的贝壳:高铝水泥:有机絮凝剂重量比为50-100:5-50:0.05-0.25制备而成；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。
5.根据权利要求3或4所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。
6.根据权利要求2所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于:所述矿化物粉末来源于各种含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。
7.一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于:通过如下步骤实现: 51:将矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100:1-10的比例混合，加少量水粘结后，直接投入水体中，迅速下沉到底泥，形成矿化物粉末层，要求矿化物粉末层厚度大于3厘米； 52:按初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维:高铝水泥:有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1的比例在水中混合形成粘附满絮凝体的纤维状物质，挤压去大部分水后快速投入水中下沉，任其在步骤SI所得的矿化物粉末层上方舒展，自发编织成毡状实现成型，最终于步骤SI所得的矿化物粉末层的顶部凝固成具有弹性的多孔性连续材料层； 53:久置的贝壳或钙化片岩:高铝水泥:有机絮凝剂的重量比50-100:5-50:0.05-0.25，先将高铝水泥与絮凝剂按比例混合于水中，形成团状絮凝体，然后将此团状絮凝体与久置的贝壳或钙化片岩同时投放到步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层上方，于步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层的顶部自然凝固成多孔洞高强度材料层；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。
8.根据权利要求7所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于:上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。
9.根据权利要求7所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于:所述矿化物粉末来源于常见的含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。
【专利摘要】本发明公开了一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其包括由下至上依次设置在一起的下层、中层和上层，其中，下层为矿化物粉末层，中层为具有弹性的多孔性连续材料层，上层为多孔洞高强度材料层。采用上述方案后，本发明的底泥钝化系统采用生态型底泥钝化技术，与传统底泥钝化及底泥封闭技术相比，可钝化和疏导绝大多数底泥污染物质，容易清洗抽吸上部积累淤泥，容易随后投放药剂渗入底泥进行进一步的底泥处置，可抵御较强且长期的水流冲刷，可适应底泥压缩、地质变动等不开裂破损，也有利于微生物与水生植物、底栖动物的生存繁殖。本发明的实施工艺为首创，药剂材料均选用已经大自然观察证实安全的物质，该实施工艺也可移植到其他水下工程施工使用。
【IPC分类】C02F1-52, C02F11-00
【公开号】CN104528906
【申请号】CN201410848848
【发明人】陈楷翰
【申请人】泉州师范学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日