[发明专利]一种地表水体污染底泥的原位修复方法

说明书

技术领域

本发明属于地表水体污染底泥修复技术领域，涉及一种底泥硝酸盐原位处理和底泥活性覆盖组合技术原位修复河流、湖泊等地表水体污染底泥的方法，具体的说是先将硝酸盐注入底泥中，再将活性覆盖材料投加到底泥-水界面上形成一层活性覆盖层系统，最终实现对地表水体污染底泥的原位修复。

技术背景

底泥既是进入河流、湖泊等地表水体污染物的重要归宿和蓄积库，又是地表水体上覆水污染的内源。特别是当外源污染得到有效控制或者完全被截断之后，底泥会成为地表水体上覆水污染物的重要来源。因此，对受污染底泥进行修复对于地表水体的污染治理具有重要的意义。

受污染底泥的修复问题是当前地表水体污染治理的一个棘手问题。纵观国内外的污染底泥修复技术，主要分为两大类：异地修复技术和原位修复技术。污染底泥异地修复技术主要是指底泥疏竣及疏竣底泥的处理处置。与异地修复技术相比，原位修复技术具有所需费用低、可以避免底泥疏浚过程中底泥再悬浮对水体的污染及疏浚底泥输送过程和处理过程中的二次污染问题、不需要额外的处理处置场地等优点。因此，污染底泥原位修复技术具有更好的应用前景。

底泥硝酸盐原位处理技术是受到国内外广泛关注的一种污染底泥原位修复技术。硝酸盐原位处理技术对底泥黑臭物质的去除、底泥部分有机污染物的降解及底泥磷释放的控制表现出良好的性能，预计应用前景相当广阔。目前，底泥硝酸盐原位处理技术已经逐渐从实验室和中试研究阶段发展到少量的实际应用阶段。底泥硝酸盐原位处理技术目前存在的缺陷主要是：（1）硝酸盐原位处理无法控制底泥氨氮的释放；和（2）底泥硝酸盐原位处理常用的化学药剂为硝酸钙和硝酸钠，它们均极易溶于水，这会造成表层底泥利用硝酸盐的时间持续比较短，不仅直接影响了硝酸盐原位处理对表层底泥的修复效果，而且还易造成上覆水体的硝态氮污染。为推动底泥硝酸盐原位处理技术的推广应用，必须想方设法地克服它的缺陷。一种可能的解决方法是与底泥覆盖技术联合使用。

底泥覆盖，即于污染底泥上部覆盖一层或多层覆盖层使底泥与上覆水隔开并阻止底泥中污染物的释放，是另一种受到国内外广泛关注的污染底泥原位修复技术。覆盖系统主要通过以下三个方面限制污染底泥的环境影响：（1）将污染底泥与底栖生物物理性地分开；（2）固定污染底泥，以防止底泥再悬浮或迁移；（3）降低底泥污染物向上覆水的扩散通量。常用的底泥覆盖材料包括清洁沉积物、沙子和砾石等。国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究，并且进行了许多成功的应用。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（即“底泥惰性覆盖系统”）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高。

天然沸石是自然界广泛存在的一种硅铝酸盐矿物，具备较高的阳离子交换和物理吸附能力，对氨氮具备良好的吸附性能。由天然沸石构建的底泥活性覆盖系统可以有效地抑制底泥氨氮的释放。采用阳离子表面活性剂对天然沸石进行改性，不仅可以提高沸石对硝酸盐和磷酸盐等阴离子污染物的吸附能力，而且阳离子表面活性剂改性沸石仍然具备良好的阳离子吸附能力。因此，由阳离子表面活性剂改性沸石构建的底泥活性覆盖系统不仅可以有效控制底泥氨氮的释放，而且可以有效控制底泥磷酸盐和硝酸盐等阴离子污染物的释放。

通常情况下阳离子表面活性剂改性沸石的粒径越小，将其作为覆盖材料构建的底泥活性覆盖系统对底泥中污染物的释放控制能力也就越强。但是由粒径较小的覆盖材料构建的底泥活性覆盖系统容易出现上浮或随水体流动而流失而引起二次污染问题。土工布是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，并具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀等优点。如果采用土工布将阳离子表面活性剂改性沸石覆盖材料与上覆水和底泥隔开，就可以达到降低覆盖材料上浮而引起的二次污染问题，并且会使失效的覆盖材料的定期更换变得可能而又有效。此外，底泥活性覆盖技术目前还存在的缺陷包括：底泥覆盖层会使污染底泥与上覆水体物理性隔开，将阻碍上覆水体向底泥补充微生物降解有机物所需要的电子受体-溶解氧，不仅不利于底泥有机污染物的降解和去除，而且处于厌氧状态下的底泥更容易向孔隙水释放磷，从而可能降低覆盖层抑制底泥有机污染物和磷释放的使用寿命。为进一步克服底泥活性覆盖系统的缺陷，一种可能的解决办法是与底泥硝酸盐原位处理技术联合使用。