[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于地表水体底泥覆盖技术领域，更具体地说，涉及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。

背景技术

随着我国地表水体的污染的日益严重，水中的部分营养盐通过沉淀或吸附作用而蓄存于底泥中，从而使底泥成为地表水体营养盐的重要蓄积库。在适当的条件下，底泥中的营养盐会重新释放出来。当外源污染得到控制的情况下，底泥中营养盐的释放就成为上覆水体营养盐的主要来源。氮素是造成水体富营养化的主要营养盐元素，其存在形式包括无机氮和有机氮。其中，无机氮素中的过高的氨氮会威胁水体生物生存，并造成水体富营养化。沉积底泥中氨氮氧化消耗溶解氧，或者藻类暴发致使水体缺氧时，均易导致底泥厌氧发酵，会再次产生氨氮，使湖泊的生态系统进入恶性循环。

底泥的氮素污染控制技术主要分为底泥污染异位控制技术和原位控制技术两类。其中，原位修复技术具有治理费用相对较低、对生态环境干扰程度较小而具有广阔的前景。底泥覆盖法是指在污染底泥上放置一层或多层覆盖物，使底泥和水体隔离。由于其施工工艺简单而成为底质原位修复工程实践中常采用的方法。目前常用的覆盖材料有泥土、沙土、石英砂、砾石。

为了进一步提高底泥覆盖系统的效率，Jacobs P.H.等在1999年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（如沸石和方解石）构造的底泥覆盖系统。(Patrick H. Jacobs& Ulrich F?rstner，Concept of subaqueous capping of contaminated sediments with active barrier systems (ABS) using natural and modified zeolites, Water Research, Volume 33, Issue 9, June 1999, Pages 2083–2087)。由于天然沸石对于氨氮的优良离子交换性能而在工程实践中得到应用。

当沸石吸附铵达到饱和后，就必须考虑沸石的再生，沸石最常用的再生方法是化学再生法。采用高浓度的化学溶液浸泡饱和沸石，将沸石中氨交换出来，沸石达到再生。但应用于自然系统中底泥原位修复的覆盖系统中吸附饱和的附沸石成分难以实施化学再生。郑南等在2009年的研究表明，异养菌代谢和硝化作用分别可将沸石的再生效率提高20.9%～31.1%和1200%～1180%（郑南，闻岳，李剑波，周琪，杨殿海，天然沸石生物再生途径机理研究，中国环境科学，2009年5期）。说明饱和沸石可以依靠生物硝化作用恢复铵吸附能力。

中国专利CN200910168007.3，将天然沸石块状、颗粒、粉末及其颗粒、粉末的挤压成型物直接投放于污染水体之中，直接吸附污染水体中的氮、磷、苯、砷和其他金属元素。单独使用天然沸石碎屑，虽然充分保持了沸石的吸铵效果，但是有益于生物再生的颗粒内部生物孔隙几乎完全不具备，只能依赖附着于碎屑颗粒外表面的生物完成沸石的生物再生，再生效率低，再生时间长。

以往的球形沸石复合材料，如以地下水修复为主要用途的发明专利：一种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法，专利申请号为CN201110001391.5，均需高温煅烧才能使颗粒达到工程需要的硬度。煅烧带来的副作用是吸铵量降低和能耗增加。

为克服高温烧结的缺点，近年来开发了一些沸石复合材料成型加工的免烧技术，如发明专利ZL200910014988.6和CN200910013912.1使用膨润土和石膏做粘结剂制备生物滤池滤料，但其产品在水中的强度较低，甚至颗粒松散成泥。发明专利ZL200610090590.7用水玻璃和/或水泥做粘结剂，制备一种免烧的用于污水处理中的微生物复合载体。但水泥和沸石之间会发生置换反应，造成沸石活性下降导致铵交换量降低。只用水玻璃做粘结剂并且免烧时，其颗粒的水中强度过低，不能满足工程使用条件。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对现有地下水体底泥的氮固定化修复用的覆盖材料需要高温煅烧、生物相容性差、且强度低的不足，本发明提出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，本发明的覆盖材料既具有阳离子交换能力，又有充分发育生物孔隙结构，同时颗粒硬度和颗粒形态都能满足工程需求的新型粒状材料。使用该材料，能在地表水体系的底部，建构出既能吸附水中的氨氮等阳离子，也能阻隔底泥中的污染物返回水中，同时材料内部孔隙中氨氮微生物转换细菌生态状况良好的一种介质环境，从而达到修复净化地表水体的目的。

技术方案