CN104193126A - 一种硬底质浅水湖泊的生态基质及制备方法和基底改良方法 - Google Patents
一种硬底质浅水湖泊的生态基质及制备方法和基底改良方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硬底质浅水湖泊的生态基质及制备方法和基底改良方法，由粘土、环保陶瓷滤球、膨润土制成。步骤：1）选择粘土、环保陶瓷滤球和膨润土为底质改良的原料；2）将环保陶瓷滤球置于稀盐酸中浸泡，用清水洗至中性，烘干；3）将膨润土浸泡于碳酸钠溶液中，搅拌，将其置于马弗炉中焙烧；4）将粘土、处理后的环保陶瓷滤球和膨润土混匀，制成基底改良生态基质材料。一种硬底质浅水湖泊的基底改良方法，步骤：a）在湖底基底改良区域设置竹签，改良基质扩散和流失；b）将生态基质材料在湖面上洒入湖底；c）种植沉水植物于基底改良区域，对沉水植物进行管理和养护。方法易行操作简便，有效解决硬底质湖泊中沉水植物着根难、易漂浮问题。
Description
技术领域
本发明属于湖泊的生态修复技术领域，更具体涉及一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良生态基质材料，还涉及一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良生态基质材料的制备方法，同时还涉及一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良方法，可应用于硬底质富营养化湖泊的生态修复工程。
背景技术
富营养化浅水湖泊的生物修复技术是近年来新兴的一门环境生物技术，已在国内外湖泊修复工程中得到了应用。沉水植物种植和修复技术是生态修复工程的关键技术，利用水生大型植物修复水体和底泥污染是治理、调节和抑制水体富营养化的有效途径之一。沉水植物有着巨大的生物量，与环境进行着大量的物质和能量的交换，形成了十分庞大的环境容量和强有力的自净能力。沉水植物整个生长过程都生活在水中，根、茎、叶都可以吸收水中的营养物质，其生长发育过程就是吸收水中营养物质的过程，且根际微生物可降解有机污染物，不断净化水质和修复底泥。但是许多自然湖泊底质坚硬或是疏浚清淤后底泥严重缺乏，这种硬底质环境缺乏植物着根所需要的条件，沉水植物难以定植生长，一般不能直接种植沉水植物，或者沉水植物成活率低，生态修复工程难以推广应用。
粘土是一种含沙粒很少、有黏性的土壤，具有较好的可塑性，可作为环保型底质改造材料应用于硬底质湖泊中，但是仅铺洒粘土对浅水湖泊硬底质进行改造，紧实的粘土容易板结造成缺氧环境，致使沉水植物根系难以生长和腐烂。通过加入疏松多孔的改性陶瓷滤球可增加底质的空隙，加入矿物改良剂改性膨润土可加速池底有机质或腐殖物的转化，促进植物根系定植和生长，且改性陶瓷滤球和改性膨润土具有强吸附性能，可吸附底泥和水体中氮、磷等营养盐，在原位修复底泥的同时为沉水植物初期生长提供营养源，陶瓷滤球表面形成的生物膜和沉水植物根际微生物可降解矿化有机物。本发明旨在通过将粘土、改性陶瓷滤球和膨润土按一定比例混合作为基底改良材料应用于富营养化浅水湖泊的修复工程中，改善示范区硬性底质生存环境，使其适合沉水植物生长，有效解决硬底质湖泊中沉水植物着根难、易漂浮等问题，同时对底泥有机物等污染物进行原位吸附，使其加快生态系统的恢复和构建。
发明内容
本发明的目的是针对上述富营养化浅水湖泊难以应用生态修复工程的问题，是在于提供了一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良生态基质材料，该材料具有配方合理，使用方便，成本低廉，环境友好，基底改良效果好等优点，通过基底改良生态基质修复水体和底泥的同时为沉水植物生长提供定植载体。
本发明的另一个目的是在于提供了一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良生态基质材料的制备方法，该制备方法工艺操作简单、环境友好。
本发明的再一个目的是在于提供了一种硬底质富营养化浅水湖泊的基底改良方法，方法易行操作简便，可改善示范区硬性底质生存环境，使其适合沉水植物生长，有效解决硬底质湖泊中沉水植物着根难、易漂浮等问题，同时改良底质可原位吸附和加速矿化底泥有机物等污染物，有利于水域生态环境的恢复，加快生态系统的恢复和构建。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
粘土 60%-80%
环保陶瓷滤球 10%-25%
膨润土 5%-20%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 40%-50%
粉煤灰 15%-20%
煤矸石 10%-15%
劣质粘土 5%-10%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 5%-10%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）10%-15%
上述一种环保陶瓷滤球的制备请见（一种硬底质富营养化湖泊的生态修复方法，专利申请号为：201410013861.3）
所述的环保陶瓷滤球为以工业废渣镁渣、粉煤灰、煤矸石、劣质粘土为原料，然后加成孔剂（聚苯乙烯颗粒）及粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）等配料烧制而成的镁渣环保陶瓷滤球（有关制备具体过程请见陶瓷学报，2010年3月，第31卷第1期，镁渣多孔陶瓷滤球气孔率的调控）；
所述的粘土是含沙粒很少、有黏性的土壤，具有较好的可塑性。一般的粘土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。成分主要为氧化硅与氧化铝，色白而耐火，为配制瓷土之主要原料；
所述的膨润土为天然钠基膨润土；膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿。蒙脱石的化学成分为：（Al2,Mg3）[Si4O10]OH2·nH2O，由于它具有特殊的性质。如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。所以广泛用于各个工业领域。
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成（较好范围）：
原 料 质量分数%
粘土 65%-75%
环保陶瓷滤球 15%-25%
膨润土 10%-20%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 41%-49%
粉煤灰 16%-19%
煤矸石 11%-14%
劣质粘土 6%-9%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 6%-9%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）11%-14%
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成（好范围）：
原 料 质量分数%
粘土 65%-70%
环保陶瓷滤球 15%-20%
膨润土 10%-15%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 42%-48%
粉煤灰 16.5%-18.5%
煤矸石 11.5%-13.5%
劣质粘土 6.5%-8.5%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 6.5%-8.5%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）11.5%-13.5%
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成（最好范围）：
原 料 质量分数%
粘土 68%-70%
环保陶瓷滤球 15%-18%
膨润土 12%-15%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 44%-46%
粉煤灰 17%-18%
煤矸石 12%-13%
劣质粘土 7%-8%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 7%-8%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）12%-13%
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成（最佳值）：
原 料 质量分数%
粘土 70%
环保陶瓷滤球 15%
膨润土 15%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 45%
粉煤灰 15%
煤矸石 12%
劣质粘土 8%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 7%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）13%
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料的制备方法，其步骤是：
1）选择粘土、环保陶瓷滤球和膨润土为底质改良的主要原料；
2）将环保陶瓷滤球置于稀盐酸（质量分数5%~10%）中浸泡2~5h后，用清水洗至中性，烘干；
3）将膨润土浸泡于碳酸钠溶液中（质量分数8%~12%），于60~80℃搅拌l~2h，然后将其置于马弗炉中于450℃~500℃条件下焙烧1~2h；
4）将粘土、处理后的环保陶瓷滤球和膨润土按上述质量百分比混匀，制备成基底改良生态基质材料。
一种硬底质浅水湖泊的基底改良方法，其步骤是：
1）在湖底基底改良区域设置高度约为30-50cm的密织竹签，防止改良基质扩散和流失；
2）将制备好的生态基质材料在湖面上均匀的洒入湖底，铺洒厚度为10~20cm；
3）种植沉水植物于基底改良区域，对沉水植物进行管理和养护，如阴雨天或透明度较低区域（透明度小于0.5m）通过外加光源增加水面光照强度（5000-10000lx）、进行植物枝叶的修剪及衰败植物（如腐烂残枝、死亡或枯萎的植株）的清除打捞等工作。
所述的沉水植物为满足当地气候及水域条件的菹草、苦草、黑藻、穗花狐尾藻、马来眼子菜、微齿眼子菜以及伊乐藻等其中的一种或二至六种的任意组合。
本发明的有益效果是：
1、工艺操作简单，成本低廉，环境效益和经济效益好；
2、可有效解决硬底质湖泊中沉水植物着根难、易漂浮等问题；
3、环保陶瓷滤球多孔的结构使植物根系不会因缺氧而腐烂，改良底质可原位吸附和加速矿化底泥有机物等污染物，并在原位修复底泥的同时为沉水植物初期生长提供营养源，促进植物根系定植和生长，有利于水域生态环境的恢复，加快整个生态系统的恢复和构建；
4、硬底质湖泊中沉水植物成活率可达90%以上，修复区水体得到明显改善，水体透明度可提高15cm以上，底泥表层（0-10cm）有机物、总氮及总磷去除率可达到45%、8%和15%以上。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
粘土 78%
环保陶瓷滤球 10%
膨润土 12%
其中：一种环保陶瓷滤球，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 质量分数%
工业废渣镁渣 46%
粉煤灰 14%
煤矸石 11%
劣质粘土 9%
成孔剂（聚苯乙烯颗粒） 8%
粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶）12%
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料的制备方法，其步骤是：
1）选择粘土、环保陶瓷滤球和膨润土为底质改良主要原料；
2）将环保陶瓷滤球置于稀盐酸（质量分数5%）中浸泡5h后，用清水洗至中性，烘干备用；
3）将膨润土浸泡于碳酸钠溶液中（质量分数8%），于60℃条件下搅拌2h，然后将其置于马弗炉中于450℃条件下焙烧2h；
4）将处理后的粘土、环保陶瓷滤球和膨润土按上述质量百分比混匀，制备成基底改良生态基质材料；
所述的环保陶瓷滤球为以工业废渣镁渣45%、粉煤灰20%、煤矸石12%、劣质粘土8%为原料，然后加成孔剂（聚苯乙烯颗粒7%）及粘结剂（羧甲基纤维素与硅溶胶8%）等配料烧制而成的镁渣环保陶瓷滤球（有关制备具体过程请见陶瓷学报，2010年3月，第31卷第1期，镁渣多孔陶瓷滤球气孔率的调控）。
一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数（%）制成：
| 实施例 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 粘土 | 80 | 80 | 70 | 70 | 70 | 70 | 60 | 60 | 60 |
| 环保陶瓷滤球 | 10 | 15 | 10 | 15 | 20 | 25 | 20 | 25 | 22 |
| 膨润土 | 10 | 5 | 20 | 15 | 10 | 5 | 20 | 15 | 18 |
| 共计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
其制备步骤与实施例1相同。
一种硬底质浅水湖泊的基底改良方法，其步骤是：
1）在湖底基底改良区域设置高度约为30或35或40或45或50cm的密织竹签，防止改良基质扩散和流失；
2）在浙江省某硬底质湖泊的生态修复示范区实施了本发明，将制备好的生态基质材料在该示范区湖面上均匀的洒入湖底，铺洒厚度为10或13或15或17或20cm；
3）将长约5cm苦草幼苗移栽到基底改良区域（种植密度为60株/m2），进行定期监测及维护，种植完成后的前2周，监测周期为每2天1次，第3-8周，监测周期为每周1次，此后每月监测1次。监测指标为：沉水植物生长情况、盖度、生物量等。针对现场监测情况及时清除打捞腐烂残枝和死亡或漂浮的植株。
种植6个月后，苦草成活率达90%，种植区域65%被苦草覆盖，生态修复示范区水体透明度提高了10cm。底泥表层（0-10cm）有机物、总氮及总磷去除率分别达到45%、8%和12%。
该方法可有效解决沉水植物鲜体移植时易漂浮问题，改良底质可原位吸附和加速矿化底泥有机物等污染物，并在原位修复底泥的同时为沉水植物初期生长提供营养源，促进植物根系定植和生长。该生态修复方法操作简单易行，成本低廉，沉水植物成活率高，经济效益和环境效益好。
Claims (8)
1.一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，它由以下原料的质量分数制成：
原 料 %
粘土 60%-80%
环保陶瓷滤球 10%-25%
膨润土 5%-20%；
其步骤是：
1）选择粘土、环保陶瓷滤球和膨润土为底质改良的原料；
2）将环保陶瓷滤球置于稀盐酸质量分数5%~10%中浸泡2~5h后，用清水洗至中性，烘干；
3）将膨润土浸泡于碳酸钠溶液中质量分数8%~12%，于60~80℃搅拌l~2h，将其置于马弗炉中于450℃~500℃条件下焙烧1~2h；
4）将粘土、处理后的环保陶瓷滤球和膨润土按上述质量百分比混匀，制备成基底改良生态基质材料；
所述的膨润土为天然钠基膨润土。
2.根据权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，其特征在于：
原 料 %
粘土 65%-75%
环保陶瓷滤球 15%-25%
膨润土 10%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，其特征在于：
原 料 %
粘土 65%-70%
环保陶瓷滤球 15%-20%
膨润土 10%-15%。
4.根据权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，其特征在于：
原 料 %
粘土 68%-70%
环保陶瓷滤球 15%-18%
膨润土 12%-15%。
5.根据权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，其特征在于：
原 料 %
粘土 70%
环保陶瓷滤球 15%
膨润土 15%。
6.根据权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良生态基质材料，其特征在于：
原 料 %
粘土 78%
环保陶瓷滤球 10%
膨润土 12%。
7.权利要求1所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良方法，其步骤是：
a）在湖底基底改良区域设置高度为30-50cm的密织竹签，改良基质扩散和流失；
b）将制备好的生态基质材料在湖面上均匀的洒入湖底，铺洒厚度为10~20cm；
c）种植沉水植物于基底改良区域，对沉水植物进行管理和养护，阴雨天或透明度小于0.5m区域通过外加光源增加水面光照强度5000-10000lx、进行植物枝叶的修剪及衰败植物：腐烂残枝、死亡或枯萎的植株清除打捞工作。
8.根据权利要求7所述的一种硬底质浅水湖泊的基底改良方法，其特征在于：所述的沉水植物为菹草、苦草、黑藻、穗花狐尾藻、马来眼子菜、微齿眼子菜及伊乐藻其中的一种或二至六种的任意组合。
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