CN102583761A

CN102583761A - 一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法

Info

Publication number: CN102583761A
Application number: CN2012100484316A
Authority: CN
Inventors: 古小治; 陈开宁; 黄蔚; 柏翔; 范成新
Original assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，所述的方法采用疏浚方法移除表层污染沉积物后及时定植一定覆盖度的沉水植被，可有效控制湖泊底泥氮磷释放，巩固底泥疏浚的环境效应且达到长效持久的目的。本发明方法采用环保疏浚与生态修复空间集成技术，兼具湖泊治理的生态安全性和长效性的优势，适合在大面积湖区进行实施，并使疏浚进一步向更高效、更完善的方向发展。

Description

一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种湖泊河流富营养化底泥污染的治理方法，特别是涉及一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法。

背景技术

目前，针对湖泊内源污染的治理主要采用的方法是底泥疏浚、底泥覆盖、引水清污等物理方法，以及种植水生植物等生物方法。底泥疏浚因能从湖体将污染物从底泥中永久性去除，因而被认为是湖泊治理中的重要工程措施之一而被广泛应用。其中一些湖泊疏浚后在短期内对营养盐有较好的控制效果，但随时间推移，一些湖泊疏浚后良好的水质并不能长期保持，主要反映在湖泊的目标污染物浓度上升，甚至出现疏浚后个别水体目标污染物浓度与原来相比反而增加的现象。疏浚改变了原来沉积物物理、化学及生物学条件，尤其是沉积物-水界面溶解氧的分布状况，界面附近的溶解氧含量，对沉积物中营养物释放具有控制作用。这些环境因子的改变可能会改变沉积物-水界面原有的营养盐循环模式。疏浚后新生表层的水-土界面会发生扩散、沉淀和溶解以及吸附和解析等许多瞬时过程，这些过程对营养盐在固相和水相的分配起着重要的作用，如疏浚后新生表层的铁氧化物对磷有短时效的吸附作用，疏浚后间隙水中磷浓度立即减少，底层上覆水中磷浓度增加，疏浚后物质在河床的重建可能在较短时段（分钟到小时的尺度）内完成。

水生植物的恢复和重建作为浅水湖泊的生态调控和内源污染负荷控制的重要手段，已成为共识，国内外已有初步的探索和研究。水生植物可通过根系吸收、吸附沉积物中氮磷以及原位固化沉积物中溶解态活性磷及反硝化脱氮等过程达到净化水质目的，另外一方面，种植水生植物具有能耗低和简单易行及有利于重建和恢复水生生态系统的特点，备受国内外研究者青睐。

利用底泥疏浚控制湖泊内源污染的效果难以长效维持的问题，往往是人们对底泥疏浚产生争议的最主要的焦点。在我国所有已完成的重污染水体环保疏浚和生态重建的示范工程研究中，环保疏浚技术和生态修复在空间位置上都不相重叠，即使两种技术是在同一个湖体或湖区展开，但实际上都是分别在各自确定的施工空间和时间内进行的，缺乏真正意义上的集成。

发明内容

本发明旨在提供一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，是一种高效稳态的湖泊底泥污染复合修复技术，通过物理移除污染物后再迅速定植先锋沉水植物，进一步强化并巩固底泥疏浚的效果，达到持续有效地削减底泥氮磷污染物，降低底泥污染扩散释放的风险。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，首先按照一定的疏浚深度对湖区污染底泥进行疏浚，疏浚结束后一个月内在湖底定植沉水植物的先锋物种，直至形成结构稳定的沉水植物群落。

本发明首次关注环保疏浚与生态修复空间集成技术对湖泊内源污染的控制效果，即在疏浚后的底泥上种植沉水植物控制湖泊内源污染，该种空间集成技术，可使疏浚控制湖泊内源污染的效果得以长效维持，并与生态修复措施产生协同效果。

根据本发明，首先采用疏浚方式清除湖底污染底泥。污染底泥疏浚深度确定并没有特定技术要求，本领域技术人员可根据一般底泥疏浚工程的技术要求确定。本发明推荐采用底泥氮磷污染分层控制的技术原理，也即通过采集湖区原位柱状沉积物样品，对底泥表层沉积物氮和磷（总含量及有效态含量）水平进行风险分级，按照成本效益的原则确定最佳环保疏浚的深度。

疏浚后底泥上定植沉水植物，所述的沉水植物先锋物种优先选择繁殖扩张能力较强，对水体氮磷吸收效率较高的植物类型。包括狐尾藻、菹草、伊乐藻、轮叶黑藻、马来眼子菜和苦草中的一种或几种可作为先锋物种。

根据本发明，疏浚后底泥表层定植沉水植物的时机是重要的。定植沉水植被的最佳时机，选择在环保疏浚结束后的半月到一个月时间段内，此时疏浚后的水质和底质正处一个相对较佳时期。可选择湖面相对较为平静的时机，在湖底进行沉水植物定植。

所述的沉水植物先锋物种按照覆盖度25～35%进行种植。

所述的沉水植物的种植方式采用抛洒沉水植物石牙或种子的方式进行播种，主要包括菹草和轮叶黑藻等。或对幼苗类繁殖体采用竹竿扦插或包衣方式进行种植，如马来眼子菜，苦草等。包衣方式采用粘土将植物根部包裹成球状的株丛，直径约3~5cm，以抛洒到水中24 h不分散为标准。

本发明的有益效果：本发明的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，对环保疏浚与生态修复进行空间集成，使底泥疏浚控制湖泊内源污染的效果得以长效维持，并与生态修复措施产生协同增效的技术效果，可有效降低沉积物氮磷污染负荷，控制由于底泥释放氮磷从而导致水体富营养化加剧的风险。本发明原位修复方法可有效巩固并延长湖泊底泥疏浚的环境效应，兼具湖泊治理的生态安全性和长效性。本发明方法具有操作性强，对操作人员要求较低的优势，适合大面积湖区实施。最值得一提的是，本发明方法打破了长期以来人们对生态疏浚效果产生的质疑，使得疏浚进一步向更高效、更完善的方向发展。

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1是采用本发明的原位修复方法在太湖贡湖湾试验示范区不同季节采集原位柱样静态培养过程中（72 h）上覆水NH₄ ⁺及PO₄ ^3-浓度动态变化图。

图2 是在为期一年跟踪调查过程中包括本发明方法在内的不同工程处理措施对沉积物-水界面附近NH₄ ⁺释放通量影响的直方图。

图3 是在为期一年跟踪调查过程中包括本发明方法在内的不同工程处理措施对沉积物-水界面附近PO₄ ^3-释放通量影响的直方图。

具体实施方式

根据本发明的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，首先按照一定的疏浚深度对湖区污染底泥进行环保疏浚，疏浚结束后一个月内在湖底定植沉水植物先锋物种，最终形成具有一定覆盖度的结构稳定的沉水植物群落。

所述的方法具体包括以下步骤：

（1）湖底状况调查。通过现场实地考察方式，测定实施区域的湖底底泥深度分布状况，湖底坡降，湖流，水温等。

（2）湖泊疏浚深度确定。在试验区内设置若干采样点，采集原位柱状沉积物样品，带回实验室内进行底泥分层测定，测定样品氮磷污染物浓度，然后进行污染风险分级。根据可控的投入资金与污染物削减负荷要求，利用成本效益原则进行概算，划定最小疏浚深度。

（3）疏浚工程。环保疏浚采用绞吸式环保疏浚船进行疏浚，疏浚时间选择冬春季节水体蓝藻等悬浮颗粒物较低的时候进行。另外此期间进行疏浚，水体透明度相对较高，水下透光率较高，沉水植被较易成功恢复。

（4）湖底沉水植物种植。在环保疏浚结束半个月之后，在湖区按照25～35%左右覆盖度进行沉水植物搭配种植，然后利用沉水植物群落自然繁殖和群落扩张的特性逐步增加其在水下的覆盖度。在工程试验区均匀划定若干直径约3 m圆形斑块，以20~30株/m²为标准进行播撒。菹草和轮叶黑藻选择秋冬季节植物的芽孢或种子的繁殖体进行散播。对于苦草和马来眼子菜等幼苗，采用包衣法或竹竿扦插方法进行种植。扦插法直接将种苗根系扦插到沉积物表层进行定植。包衣法采用岸边清洁粘土为基质，采用手工揉搓粘土方式将植物根系包裹在椭球体中，椭球体粘合度以抛洒包裹有沉水植物的粘土椭球体在水中24 h不分散为标准。

湖底沉水植被种植后植物生长初期对水体透光率进行检测，当水体透光率下降明显不能满足植株正常生长时，采用PAC等絮凝材料来提高水体透明度，保障在湖底有充足的光照条件，沉水植物正常生长及种群扩张不受限制。

以太湖贡湖湾湖区为试验区，利用上述方法对湖底沉积物进行原位修复，考察本发明的修复方法对湖泊污染底泥氮磷释放风险处置效果，如图1～图3。

以太湖贡湖湾湖区沉积物为处置对象，该研究区域水质溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷含量等指标，一直处于在Ⅳ类～劣Ⅴ类。底泥污染严重，总氮总磷及有机质含量分别达到3200 mg L^-1、1200 mg L^-1和3.5%。针对水质目前状况，采用本发明的控制氮磷释放的污染底泥原位修复技术，环保疏浚时间为2008年4月～2008年5月，2008年5月底进行沉水植物定植工程，种植的沉水植物先锋物种主要包括菹草、马来眼子菜和狐尾藻。

主要考察疏浚、种植沉水植物以及疏浚后种植沉水植物三种工程措施对污染底泥氮磷释放影响。试验区总面积达150000 m²，其中100000 m²的底泥环保疏浚示范工程区，30000 m²的底泥环保疏浚后种植沉水植物示范工程区，20000 m²的沉水植物种植示范工程区。经过近一年的跟踪调查研究发现，室内沉积物柱样静态培养结果显示，疏浚+定植沉水植物方式上覆水体氮磷始终保持在一个相对较低的水平，污染底泥氮磷释放速率下降明显，特别是磷酸盐的释放甚至出现负值，也即表现为沉积物吸附固定上覆水体中溶解态磷现象。另外，本发明的底泥原位修复方法，也即疏浚后及时定植沉水植物的方法使得上覆水氮磷含量相对较低且沉积物释放速率一直稳定在较低的水平，该处置方式表现出削减沉积物氮磷效果显著且长效持久的特征。

Claims

1.一种控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，首先按照一定的疏浚深度对湖区污染底泥进行疏浚，疏浚结束后一个月内在湖底定植沉水植物的先锋物种，直至形成结构稳定的沉水植物群落。

2.根据权利要求1所述的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，所述的沉水植物先锋物种按照覆盖度25～35%进行种植。

3.根据权利要求1所述的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，所述的沉水植物先锋物种选择繁殖扩张能力较强，对水体氮磷吸收效率较高的植物类型。

4.根据权利要求3所述的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，所述的沉水植物先锋物种包括狐尾藻、菹草、伊乐藻、轮叶黑藻、马来眼子菜和苦草中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，所述的沉水植物的种植采用抛洒沉水植物石牙或种子的方式进行播种，或对幼苗类繁殖体采用竹竿扦插或包衣方式进行种植。

6.根据权利要求1所述的控制富营养化湖泊底泥氮磷释放的原位修复方法，其特征在于，所述的疏浚深度通过采集湖区原位柱状沉积物样品，对底泥表层沉积物氮和磷的总含量及有效态含量水平进行风险分级，按照成本效益的原则确定疏浚深度。