一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地表水体污染底泥修复技术领域。更具体地，涉及一种对重金属和/ 或氮磷污染底泥的原位持续修复方法。
【背景技术】
[0002] 地表水环境保护初期，人们多致力于切断或控制外界污染源的影响以在数量上减 少进入水体的污染物总量。然而在影响水质的外源污染得到有效控制后，水质并未按预期 明显好转，有些污染状况甚至进一步恶化。后续研宄发现，长期被认为是水库污染物"蓄积 库"的底泥一定条件下也在充当"源"的角色。当条件发生变化时，底泥中蓄积的氮磷、重金 属和有机物等污染物就会从底泥中释放出来。当外源污染得到有效控制的情况下，底泥释 放就成为影响上覆水质的主要污染源，因此如何有效控制底泥中氮、磷及重金属的内源释 放则成为改善水质的关键所在。
[0003] 目前，对于水体内源污染修复方法可分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。 物理修复包括疏浚转移、引水稀释和覆盖隔离等方法。底泥疏浚可以将污染物从原有环境 中彻底移除，但通常情况下工程量大，且需在实施中考虑对水体/底泥的扰动因素，以及污 染物转移和后期处理带来的巨大工程消耗、可能产生的二次污染等问题。化学修复则需要 向污染底泥表面投加化学药剂以固定污染物，具有见效快、能耗低、投资少的优点。但人为 加入的化学固定剂达到一定浓度后会对环境产生潜在危害，因此这种修复方法常用于修复 诸如城市公园湖泊的景观水体，在水源型水体中实施则风险性高；另外，化学修复只能针对 控制底泥中种类较单一的氮磷或重金属释放。生物修复是目前研宄和使用较多的底泥修复 方法，因其较好维持环境原有生态、去污效率高等优点而被研宄者青睐。然而由于涉及生物 生理特性，如生物生长需要一定的生长周期，因而生物修复对事故污染应急处理缺乏即时 效果；其次，生物生长通常受限于外界环境，当底泥污染严重而无法达到生物正常生存代谢 条件，生物修复也无法起到控制污染物释放的作用；除此之外，生物代谢并非利用所有污染 物，即使是能被生物吸收/降解的污染物，通常不同的生物具有选择性，因此仍有许多污染 物无法通过生物修复降低环境危害性。
[0004] 底泥覆盖技术在20世纪70年代后期开始应用到受污染底泥的修复中，尽管随着 研宄的发展，不断有新技术应用于底泥修复，但底泥覆盖技术作为美国EPA推荐的对受污 染底泥修复的三大技术之一，在污染底泥修复研宄中具有其独有优势和不可忽视的地位。 与其他技术相比，覆盖技术在修复过程中只在底泥表面投加覆盖物，极大地避免了对水体/ 底泥原有环境的干扰，且覆盖使用的材料通常是廉价、易得的天然矿物或以植物为原料的 环境友好型材料，对环境的危害远小于化学药剂；因可选用的覆盖材料种类繁多，覆盖技术 适用于多种类或复合型污染底泥修复，不仅可以有效控制常规污染物，还对重金属和PCBs、 PAHs等持久性有机污染物的释放有较好的抑制作用。鉴于覆盖技术具有的效果好、成本低 廉、生态风险较小等优势，研宄常推荐该技术用于外源污染已得到有效控制、对水深无苛刻 要求、水利条件适宜覆盖材料投放及固定的水域修复，根据现场污染状况调查，选择合适的 覆盖材料和覆盖方式实施修复。
[0005] 国内外已经对由清洁沉积物、沙子和砾石构成的底泥覆盖系统做了大量的研宄， 并且进行了许多成功的应用。但是清洁沉积物、沙子和砾石等属于惰性材料，对底泥所释放 污染物的固定能力较差，这导致由惰性材料构建的覆盖系统控制底泥污染物释放的效率较 低。为克服底泥惰性覆盖系统的缺陷，人们提出了底泥活性覆盖系统的概念，即采用可以吸 附或共沉淀污染物的材料构建的底泥覆盖系统。与底泥惰性覆盖系统相比，底泥活性覆盖 系统抑制底泥污染物释放的效率明显提尚。
[0006] 目前国内已逐渐出现利用活性覆盖材料控制污染底泥内源释放的报道及相关专 利，但普遍存在以下不足：（1)构建的活性覆盖层非常容易受水流冲刷、风浪、水生生物扰 动和新生沉积物覆盖等的影响导致活性覆盖材料流失，使活性覆盖系统的整体结构遭受破 坏；（2)覆盖材料的紧密堆积容易导致水体底质状况的完全改变，破坏底栖生物的生存环 境，虽然覆盖初期的效果较明显，但因为底栖生境的严重破坏，且难以重建，使修复水体的 生态系统退化；（3)覆盖材料针对控制的底泥释放污染物较为单一，且主要为氮磷，对重金 属释放无法做到有效控制。如专利《天然沸石直接吸附湖泊河流水库污染元素的物理治 理方法》（200910168007. 3)、《覆盖单层改性挂膜沸石原位持续修复重度污染底泥的方法》 (201410312760. 6)等，直接以单层覆盖的形式构建覆盖系统，并不能有效的防止覆盖材料 的流失，使得系统无法长期稳定控制污染底泥内源释放。专利《一种底泥中氮固定化原位修 复用的覆盖材料及其制备方法》（201210206786. 3)、《一种控制底泥磷释放的底泥活性覆盖 系统和方法》（201210246668. 5)、《一种原位控制地表水体底泥氮磷释放的活性覆盖系统和 方法》（201310419706. 7)等，均采用在覆盖层上下加盖土工布层以防止底泥活性覆盖系统 中活性覆盖材料的流失，但人工合成的土工布层对底质的影响未知，且土工布层的严密覆 盖会完全改变水体底质，使底栖生物失去生存环境，且难以重建底栖生境。而且以上专利基 本都是针对单一的氮、磷释放进行修复，没有实现对重金属等其他污染物的释放，这对于需 要控制多种污染物的内源释放的受污染底泥的修复来说，显然存在着很大的局限。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是克服现有底泥覆盖修复技术的缺陷和不足，提供一种 持久、稳定的对重金属和/或氮磷污染底泥的原位修复，并且便于重建修复水体底栖生境 的覆盖方法。具体是通过构建活性覆盖系统并协同种植沉水植物对重金属和/或氮磷污染 底泥进行原位持续修复，以达到降低底泥污染物内源释放，减少上覆水污染物含量的目的。
[0008] 本发明的目的是提供一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法。
[0009] 本发明另一目的是提供所述原位持续修复方法在重金属和/或氮磷污染水体底 泥的修复和/和底栖生境的重建修复方面的应用。
[0010] 本发明上述目的通过以下技术方案实现： 一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，是利用活性多孔生态混凝土 覆盖材料在底泥-水界面形成一层多孔生态混凝土覆盖层，并在覆盖层上种植沉水植物， 实现对重金属和/或氮磷污染水体底泥的原位持续修复，以及底栖生境的重建修复。所 述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括以下重量比的组分：活性粗骨料：水泥：水=4. 02~ 5. 69 :1 :0. 25~0. 30 ;所述活性粗骨料为沸石、火山石或活性碳中的一种或多种。
[0011] 本发明构建的对重金属、氮磷污染底泥原位修复覆盖系统共包含两个部分，其一 是制作活性多孔生态混凝土覆盖材料，采用活性粗骨料作为骨架结构，以水泥作为胶黏材 料均匀包裹在活性粗骨料表面，可以形成多孔隙的结构，再利用活性多孔生态混凝土覆盖 材料在底泥-水界面形成一层活性覆盖层，以达到对重金属、氮磷污染底泥持久、稳定的原 位修复；其二是多孔隙的覆盖层结构利于底栖生物的生存，且在活性覆盖层上种植沉水植 物，可以与活性覆盖层协同控制内源释放，并有助于恢复修复水体的底栖生境和具有良好 的景观效果。
[0012] 进一步地，上述活性多孔生态混凝土覆盖材料还包括占水泥重量0. 5~1%的聚羧 酸系减水剂。
[0013] 优选地，所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为4. 52~5. 51 :1: 0. 25~0. 28的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0. 7~0. 8%的聚羧酸系减水剂。
[0014] 另外，优选地，上述活性粗骨料的粒径为5~IOmm;所述多孔生态混凝土覆盖层的 孔隙率>25%。
[0015] 进一步地，上述多孔生态混凝土覆盖层的制备方法为： 51. 粗骨料经过粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5~IOmm的粗骨料，加入总用水量1/4的 水，搅拌1~2min，使粗骨料表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1~2min，使粗骨料表 面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余量的水继续搅拌约2~3min至完全混合； 52. 将Sl得到的混合物直接浇筑于待修复污染底泥(如景观水体清淤后的塘底）形成 覆盖层，饶筑的覆盖层厚度为〇. 5~5cm。
[0016] 或者，si得到的混合物还可以制做成方形构件，再均匀投放、铺设至待修复污染底 泥(如修复目标水库、湖泊和河流)形成覆盖层。所述方形构件的优选尺寸为ImXImXO. 5~ 5cm〇
[0017] 进一步地，所述沉水植物为苦草、黑藻、狐尾藻、金鱼藻或待修复水体中生长的沉 水植物，所述沉水植物的种植密度为10~80g/m2(具体的栽种密度也可视目标水体及底泥 受污染状况和景观需要进行合理调整)。
[0018] 优选地，所述沉水植物为黑藻或苦草；黑藻的种植密度为20g/m2,