[发明专利]底质原位覆盖氮阻控去除材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种底质原位覆盖氮阻控去除材料及其制备方法与应用，该材料呈多孔黑炭颗粒形态，粒径大于0.5mm，组分包括生物炭、钙基膨润土和碳酸钠，生物炭与钙基膨润土的质量比例为1:2~1:6，碳酸氢钠作为造孔剂，加入量为生物炭和钙基膨润土总质量的5%。该制备方法为用杨木屑为生物质原料制备的生物炭粉末和钙基膨润土经过高温活化后制得黑炭颗粒。该应用为将黑炭颗粒铺设于富营养化底质上，达到底质控氮、降低二次污染风险的目的。本发明实现了底质氮阻控去除的目的，克服了覆盖剂铺设厚度过大、易受扰动和易被底栖动物摄食的问题。

技术领域

本发明涉及一种底质原位覆盖氮阻控去除材料及其制备方法与应用，属于水环境污染治理的技术领域。

背景技术

底质作为全球最大的生态系统，是众多污染物（营养元素、重金属、持久性有机污染）迁移转化的源和汇。城市河流由于历年工业废水、生活污水等的排入成为多种污染物的蓄积库。随着《水污染防治行动计划》等的提出，外源控污力度加强、水环境质量提高显见成效的同时，底质存在蓄积污染的释放引起二次污染的风险。底质释放的氮素在一定条件下可能成为引发水体富营养化的主导因素。因此，内源污染控制显得尤为必要。

底质原位覆盖技术能有效控制内源污染物释放，相比于清淤疏浚等异位修复技术，由于不需要迁移底质，施工方便，对生境条件的影响较小。但是，底质覆盖技术应用仍存在如下问题：（1）覆盖材料的控污效果较差，为有效控制污染物释放，需要增加铺设层的厚度，导致水位抬高，水体容量降低；（2）覆盖材料质量较小，易受水流、底栖动物等扰动漂浮，影响覆盖效果；（3）覆盖材料体积较小，易被底栖生物摄食，产生不良生态影响。

现有专利《一种沉积物氮营养盐污染的原位修复方法》（专利申请号：201210502673.8）提出使用斜发沸石、坡缕石、硅藻土制备氮固定化材料与缓释氧材料混合装入原位修复桩，可有效吸附底质中的氨氮，但覆盖层的厚度高达20~30cm，在浅水河流湖泊中并不适用。碳材料作为一种活性覆盖材料，与沙砾及粉煤灰等物理掩蔽覆盖材料相比，对污染物的物理及化学吸附性能较好，可以有效减小覆盖层的厚度。但经高温热解形成的碳材料质量轻，易漂浮，作为覆盖材料并不适用。现有专利《一种水体重金属污染底泥原位覆盖修复方法》（专利申请号：201710012038.4）采用多种材料多层覆盖进行底质重金属污染修复，其中最下层为活性炭与沙粒混合填料层。与沙粒混合覆盖的方法虽可减少漂浮，但同时降低对污染物的阻隔效果。为保证有效阻隔污染物，需要增加铺设层厚度或与其他铺设材料组合使用，增加成本及施工难度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种底质原位覆盖氮阻控去除材料及其制备方法与应用，其具体技术方案如下：

一种底质原位覆盖氮阻控去除材料，呈多孔黑炭颗粒形态，粒径大于0.5mm，组分包括生物炭、钙基膨润土和碳酸钠，生物炭与钙基膨润土之间有大量孔隙结构，生物炭表面由于高温热解形成微孔结构；生物炭与钙基膨润土的质量比例为1:2~1:6。

进一步的，所述碳酸钠占生物炭和钙基膨润土总质量的4~6%。

底质原位覆盖氮阻控去除材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将杨木屑过筛，烘干后放入气氛炉进行高温热解得到生物炭粉末；

步骤二：将钙基膨润土、碳酸氢钠与生物炭粉末混合均匀，并加入适量的水搅拌形成颗粒，将颗粒烘干后再进行高温活化，制备得到黑炭颗粒。

进一步的，所述步骤一具体为：将杨木屑过10~30目筛子，放入80℃的烘箱中干燥，烘至含水率低于5%wt，烘干后放入气氛炉，通入流速为0.3~0.5 L/min的氮气，以5 ℃/min的升温速率升温至500~700℃并停留120 min进行高温热解后制得生物炭粉末。