CN104528906A - 一种适合水生生态重建的底泥钝化系统及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其包括由下至上依次设置在一起的下层、中层和上层，其中，下层为矿化物粉末层，中层为具有弹性的多孔性连续材料层，上层为多孔洞高强度材料层。采用上述方案后，本发明的底泥钝化系统采用生态型底泥钝化技术，与传统底泥钝化及底泥封闭技术相比，可钝化和疏导绝大多数底泥污染物质，容易清洗抽吸上部积累淤泥，容易随后投放药剂渗入底泥进行进一步的底泥处置，可抵御较强且长期的水流冲刷，可适应底泥压缩、地质变动等不开裂破损，也有利于微生物与水生植物、底栖动物的生存繁殖。本发明的实施工艺为首创，药剂材料均选用已经大自然观察证实安全的物质，该实施工艺也可移植到其他水下工程施工使用。

Description

一种适合水生生态重建的底泥钝化系统及其施工工艺

技术领域

本发明涉及水体污染内源处理工程技术领域，具体涉及一种适合水生生态重建的底泥钝化技术。

背景技术

底泥为水体污染物的汇和内源，通常情况下底泥可溶性物质除了迁移至其他生态系统外，大部分最终通过矿化进入空气以及以碳汇、难溶性矿物如磷酸盐、硫铁矿、石膏等模式进入地层。由于人类活动及自然灾害，往往需要人为干预污染物迁移途径与速率，底泥清淤、化学钝化、物理封闭、原位生物消解是目前四类主要的水体污染内源处置工程技术。

目前，主流钝化技术是将铝、铁、钙盐等投入水体，辅助以PH缓冲剂、矿物吸附剂等在水体水解絮凝形成氢氧化物(铝铁盐)，直接与磷酸根反应沉淀，多余部分下沉于水体/底泥界面形成钝化层，从而减少磷元素进入水体的量。

国内已有的底泥钝化处理方面的发明专利申请如下：

1、昆明理工大学申请的《一种富营养化水体修复的底泥掩蔽方法》(200810058409)，涉及一种采用天然地质材料进行富营养化水体修复的底泥掩蔽方法，具有底泥营养盐控释和藻类水华抑制的功能，其方法步骤为：将天然红土磨细至80目左右，并添加适量的粉煤灰和石灰，与水混合并持续搅拌后，将混合物于藻类生物休眠期末均匀抛洒入地表水体中，投放量为4.5～6.0kg/m²。

2、南京师范大学申请的《一种抑制富营养化水体底泥营养盐释放的方法号》(201010167298)，其特征为在距表层10cm以内的底泥中按以下的量分别注入钝化剂硫酸亚铁10～30g/m²或硫酸铁0.1～0.5gFe³⁺/m²、镁盐20～50g/m²或氢氧化镁乳液50～100g/m²、硝酸钙100～100gN/m²和絮凝剂聚丙烯酰胺0.5～5g/m²或聚合氯化铝铁1～5g/m²。

另也有一些文献公开的诸如投放改性膨润土、炉渣、碳酸钙等。如：

孙远军，城市河道底泥污染与原位稳定化研究(博士论文)；

贾陈蓉，吴春芸等，污染底泥的原位钝化技术研究进展(J)，环境科学与技术2011,34(7),118-122；

杨永琼，陈敬安等，沉积物磷原位钝化技术研究进展(J)，地球进展科学2013，28(6)，674-681；

王佩，太湖湖滨带底泥磷氮富集特征及释放控制研究(硕士论文)。

目前各类底泥钝化技术存在的问题是：

传统底泥钝化在兼顾到抗扰动、破损自修复、多污染物种适应性、生态风险、后续生态构建五个方面还尚有不足，另外，在厚浮泥层压缩、药剂投放方法、工艺性方面也尚需进一步改善。传统方法机理为依靠投入的药剂化学固定释放无机磷、絮凝颗粒磷及物理阻碍底泥与水体的营养物质交换，因此应视之为一种较短时效性的污染迁移途径控制技术。目前常规底泥钝化技术存在如下问题：

1、从生态角度看，传统底泥钝化技术一个共同特点是：均为纯化学反应与物理覆盖行为，未充分考虑到污染物的迁移途径、热力学与动力学行为等，也未充分考虑到污染源核心区——缓冲区——扩散区中的生态构建与衔接。

可溶性铝、铁、钙盐投入水体后对水体pH值、盐度等影响较大，相应带来水体生态风险，且因水体水文状况变动而不易控制，污染物总量较大需增大药剂投放量以延长固磷时效时，上述问题更为严重。如使用钙、铁、铝、镧改性的粘土矿物投放，投放时水体悬浮物大量超标，固定磷酸根离子的有效化学成分含量少，药剂投放量明显加大，同时较大的厚度和密实度可能导致底泥发酵气体无法顺利排出而积累，加大底泥中各种可溶性污染物的压力扩散行为。另外，铝盐钝化因存在铝离子被微生物活动生成的络合有机酸溶出抑制微生物活性的可能性，有可能导致底泥矿化速度减慢，不利于底泥的自然消解，也存在一定的底泥生态风险。

现有钝化技术未考虑到多物种诸如温室气体、可溶性有机物、氨氮的迁移；也未考虑到钝化后底泥层是否适合藻——水生高等植物生态系统的重建，未真正解决问题。

2、从岩土角度看，上述底泥钝化方法物理底泥压缩效果差，尤其对于较厚浮泥层而言更是如此。形成的钝化层强度类似密实粘土质沉积物，抵抗水体扰动与疏导底泥发酵气体排出能力差；且难以定性或半定量地根据底泥状况选择实施工艺以达到优化效果。

对此申请人认为，从理论上：

一、水体/底泥界面钝化层必须具有：

1、可抗一定上覆水体扰动冲击与磨蚀的能力；

2、具备强的反应活性，以便去除底泥层生成的大部分可溶性物质；

3、必须具有发达的传质通道(即连通的多孔性)与过滤性能，以泄导温室气体排放并拦截其携带的悬浮物，减缓底泥扰动中液体流动速率，也避免气体积累在覆盖层下部形成过高压力破坏水体/底泥界面钝化层。同时，由于水体/底泥系统中，溶解氧、温度、pH值、压力及天然矿物分布等因素在时间与空间尺度上复杂多变，也必须预留底泥层环境的干预控制通道(如水底间歇增氧，化学物质注入等)，以便后续加快底泥的消解和稳定速度，这些要求需保证水体/底泥界面钝化层多孔性；

4、钝化层必须具有一定的自修复能力；

5、钝化层最好具有类似生态保护区的“核心区——缓冲区——过渡区”结构，以便微生物与矿物共同消化底泥污染物，减少钝化层负荷。

二、水体/底泥界面钝化层除了需要控制污染物种排放，使之能让合适的水生生态种群生存外，还必须具备生物亲和性及一定的捕捉生物种源的能力(粗糙度)。同时，水体/底泥界面钝化层施工构建过程中，应尽量减少PH、盐度、有害离子的明显变动，以免影响整体水质。

基于申请人创建的上述理论，申请人进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的提供一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其可钝化和疏导绝大多数底泥污染物质，容易清洗抽吸上部积累淤泥，容易随后投放药剂渗入底泥进行进一步的底泥处置，可抵御较强且长期的水流冲刷，可适应底泥压缩、地质变动等不开裂破损，遇到重物丢落及动物挖掘导致破损后依然具有良好的钝化作用，也有利于微生物与水生植物、底栖动物的生存繁殖。

本发明的另一目的是提供上述底泥钝化系统的施工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，包括由下至上依次设置在一起的下层、中层和上层，其中，下层为矿化物粉末层，中层为具有弹性的多孔性连续材料层，上层为多孔洞高强度材料层。

所述矿化物粉末层由矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100:1-10的比例混合，加少量水粘结而成；所述矿化物粉末层的厚度大于3厘米。

所述具有弹性的多孔性连续材料层采用初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1制备而成。

所述多孔洞高强度材料层采用钙质片岩或久置的贝壳：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100：5-50:0.05-0.25制备而成；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。

上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。

所述矿化物粉末来源于各种含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。

一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，通过如下步骤实现：

S1：将矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100：1-10的比例混合，加少量水粘结后，直接投入水体中，迅速下沉到底泥，形成矿化物粉末层，要求矿化物粉末层厚度大于3厘米；

S2：按初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1的比例在水中混合形成粘附满絮凝体的纤维状物质，挤压去大部分水后快速投入水中下沉，任其在步骤S1所得的矿化物粉末层上方舒展，自发编织成毡状实现成型，最终于步骤S1所得的矿化物粉末层的顶部凝固成具有弹性的多孔性连续材料层；

S3：久置的贝壳或钙化片岩：高铝水泥：有机絮凝剂的重量比50-100：5-50:0.05-0.25，先将高铝水泥与絮凝剂按比例混合于水中，形成团状絮凝体，然后将此团状絮凝体与久置的贝壳或钙化片岩同时投放到步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层上方，于步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层的顶部自然凝固成多孔洞高强度材料层；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。

上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。

所述矿化物粉末来源于常见的含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。

采用上述方案后，本发明的底泥钝化系统采用生态型底泥钝化技术，与传统底泥钝化及底泥封闭技术相比，可钝化和疏导绝大多数底泥污染物质，容易清洗抽吸上部积累淤泥，容易随后投放药剂渗入底泥进行进一步的底泥处置，可抵御较强且长期的水流冲刷，可适应底泥压缩、地质变动等不开裂破损，也有利于微生物与水生植物、底栖动物的生存繁殖。本发明的实施工艺为首创，药剂材料均选用已经大自然观察证实安全的物质，该实施工艺也可移植到其他水下工程施工使用。

说明书附图

图1为本发明底泥钝化系统的结构示意图；

图2为本发明试验例中，每隔7天对各桶的磷(mgl-1)测试结果图；

图3为本发明试验例中，每隔7天对各桶的氮(mgl-1)测试结果图。

具体实施方式

本发明一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，如图1所示，具有由下至上依次设置在一起的下层3、中层2和上层1。只用上述其中两层的则为本钝化系统的劣化技术。

本发明中，涉及的有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。

下层3为矿化物粉末层，提供主要的矿化底泥可溶性物质功能，同时兼作滤床，减少上浮颗粒堵塞中层2的几率，并通过流动自发修复破裂缝隙。以矿化物粉末，辅助以聚丙烯酰胺预絮凝投放水体形成矿化物粉末层，以压缩浮泥层、矿化底泥释放的可溶性物质(如钙铁铝固定磷酸根、镁固定磷氮、铁固定硫离子等)。

下层3的具体比例与施工工艺为：

矿化物粉末选择常见的含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料的粉末，将矿化物粉末根据具体底泥状况及经济便利情况进行预混合，然后将矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100:1-10的比例混合，加少量水粘结后，直接投入水体中，迅速下沉到底泥。

下层3的厚度必须大于3厘米，以满足底泥发酵时气体穿透下层3时，下层3可将气泡完全包埋(底泥发气气泡直径一般不大于3厘米)，以避免底泥间隙水沿着气泡行径穿透下层3，造成中层2和上层1污染负荷过大。

另外，矿化物可固定转化底泥可溶性物质的同时，必须满足液体可渗透与气泡缓慢穿透的流变性能，否则底泥气体无法溢出会造成钝化层应力变形乃至破坏。

中层2为具有弹性的多孔性连续材料层，以缓冲各种应力，减少钝化层破裂的几率，并通过形变一定程度上自发修补破裂缝隙。使用高铝水泥为主要粘结材料兼吸附捕捉磷、重金属材料，聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵为絮凝剂，提取过腐殖酸的泥炭纤维、提取过木质素的植物纤维等具有强捕捉可溶性有机物及重金属的弹性纤维为骨架，构建具有弹性的多孔材料连续层。高铝水泥不必直接接触底泥，以减少其水化物AH3(氢氧化铝)被微生物活动溶出的比例。少量溶出的聚丙烯酰胺同时具有早期絮凝压缩底泥浮泥层的作用。聚丙烯酰胺与聚二甲基二烯丙基氯化铵等有机絮凝剂易为微生物降解，后期便不存在。

中层2的具体比例与施工工艺为：

按初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1的比例在水中混合形成粘附满絮凝体的纤维状物质，挤压去大部分水后(含水率70-98％)快速投入水中下沉，任其在下层3上方舒展，自发编织成毡状实现成型，最终于下层3的顶部凝固成中层2(具有弹性的多孔性连续材料层)；

中层2的施工工艺中，由于有机絮凝剂的加入，此施工过程中不会造成水体明显的浑浊现象。

中层2运行时可大量捕捉可溶性有机物和重金属，同时纤维状物质上形成薄层微生物膜逐渐消耗被吸附的物质，也可让底泥产生的温室气体如甲烷、二氧化碳、氧化亚氮等通过。也兼滤层功能。

使用聚酯、玻纤等无纺布毡浸渍高铝水泥替代中层2是不理想的技术，原因在于无纺布毡在复杂水文状况下难以无缺陷铺设，且无纺布纤维捕捉可溶性有机物能力很差。不使用高铝水泥则弱化净化功能、中层机械强度受到影响容易破坏。不预挤压掉大部分水则下沉后缺乏纤维舒展自发编织成毡的功能，中层强度受到影响容易破坏。用进行黄原酸化、巯基化等表面改性的天然功能植物纤维来替代中层2在理论上是可行，但一般由于成本原因不予使用。

上层1为可抵御较强烈流水冲刷淘蚀、人工抽吸清淤维护的多孔洞高强度材料层。使用贝壳、高解离度的钙质片岩等为原料，通过高铝水泥作为粘结材料构建出位于上部的多孔洞高强度材料层，可兼顾到着生藻类(喜多孔性钙质基质)与微生物、水生高等植物(喜底泥基质)的基质要求，也便于后续的抽吸清泥维护。

上层1的具体比例与施工工艺为：

久置的贝壳或钙化片岩：高铝水泥：絮凝剂的重量比50-100：5-50:0.05-0.25，先将高铝水泥与有机絮凝剂按比例混合于水中，形成团状絮凝体，然后将此团状絮凝体与久置的贝壳或钙化片岩同时投放到中层2上方，于中层2的顶部自然凝固成上层1(多孔洞高强度材料层)。所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。

上层1的施工工艺中，如果不使用絮凝剂则施工时水体浑浊，且水泥类难以团聚并水合硬化，本发明中，由于有机絮凝剂的加入，使得上层1的施工过程中不会造成水体明显的浑浊现象，且水泥类较易团聚并水合硬化，有机絮凝剂较快被降解，后期便不存在。

使用多孔的火山岩、炉渣、陶瓷等为上层1的材料是不理想的技术，原因在于使用多孔性物质易堵塞难以实施后期淤泥抽吸维护，且与藻类与微生物亲和性下降，对水生高等植物幼苗期及底栖动物保护不利，从而间接导致氨氮去除能力的弱化。使用轻烧氧化镁、硫铝酸钙水泥、氟铝酸钙水泥、硅酸盐水泥等来替代高铝水泥作为粘结剂也是一种不理想的技术，原因在于凝固时对水体PH值或水质影响较大，要求不苛刻时才使用；可水化氧化铝是一种可有效替代高铝水泥的粘结剂，但价格过高一般不予使用。直接使用网兜装入久置贝壳、片岩等而不使用高铝水泥作为上层1替代多孔洞高强度材料层在一定程度上是可行的，缺点是在水流冲刷下网兜易被破坏，久置贝壳、片岩的堆放会变密实，实用性较差。

直接用网兜分层装入贝壳(对应上层1)和改性植物纤维与多孔性铝、钙、铁质矿物小颗粒(对应中层2)来替代本发明的上层1和中层2在一定程度上是可行的，但复杂水下环境比如水底不平、浮泥太厚时施工安装难度较大、网兜投放时容易翻转导致功能性和清洗维护性能被降低、吸附磷物质小颗粒易被冲走等问题，实用性较差。

实施例：

本发明一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，通过如下步骤实现：

S1：在入海口潮间带浮泥滩上，乘退潮围出约3*12米围堰，保持积水以便操作观察。使用300目劣质赤铁矿(三氧化二铁)粉：铝土矿(三水铝石型)：耐盐型聚丙烯酰胺(石油泥浆用)细粉＝150:50:5三者混合，加适当水转化为絮凝体，撒播到水体中，絮凝体下沉到底泥上，底泥被明显压缩。全部铺满形成大约3-5厘米厚的下层。

以充分石灰水浸洗除木质素的甘蔗渣为植物纤维，中层材料按植物纤维：高铝水泥：耐盐型聚丙烯酰胺重量比2：3：0.03，耐盐型聚丙烯酰胺与高铝水泥预先加水转化为絮凝团。三者混合后形成絮凝团，压榨掉大部分水后形成中层材料，将中层材料投放至下层的上方，投放后中层材料缓慢伸展自发编织成毡，于下层的顶部形成厚度约3-5厘米的中层。

按照放置1年以上自然去除有机物的牡蛎壳：高铝水泥：耐盐型聚丙烯酰胺1:0.7:0.01，耐盐型聚丙烯酰胺与高铝水泥预先加水混合制备成絮凝体。再将牡蛎壳与絮凝体直接混合投放至中层2的上方，形成上层。1天后上层凝固在中层的顶部，3天后撤去围堰。上层厚度约3-5厘米。

连续3个月观察该钝化系统抗海浪冲刷未损坏，无底泥被冲刷走的现象，钝化系统表面长出微型海洋藻类膜，钝化系统上层的孔洞中有小型贝壳类动物栖息，高铝水泥呈多孔状住粘结贝壳未脱落。切开钝化系统发现：上、中、下三层粘结良好，中层多连通孔，甘蔗渣发黑，有粘滑的微生物膜存在；下层赤铁矿发黑，底泥已明显压缩变硬。

试验例：

先用30升长方形塑料桶三个，分别标为1号、2号和3号，然后各取25公斤湿的养殖池塘底泥于3个桶中，厚度约8厘米，加天然湖水至桶体积的2/3处(20厘米)以便使水体处于早期高溶解氧状态，用氢氧化钠调水体的PH至PH＝7，静置。定期补充蒸馏水至刻度。进行120天观测。

1号：天然放置作为参照组

2号：传统钝化技术：取1公斤聚合氯化铝配置成5％(质量比)水溶液用石灰预调PH至近中性，形成大量氢氧化铝絮凝体，投入桶中，静止后去除多余水，形成约2-3厘米厚的氢氧化铝钝化层及上方约20厘米厚水层。覆盖层与桶壁结合无明显缝隙，底泥有轻微压缩现象。

3号：本发明钝化技术：按照与2号成本相近的标准，取总共1公斤高铝水泥，2公斤含高铁铝石灰石粉(大理石加工厂锯板石粉废水中，取沉淀后上层流变性能好的黄色石粉)，1公斤贝壳、0.15公斤脱腐殖酸的泥炭纤维、少量聚丙烯酰胺与聚二甲基烯丙基氯化铵，按照本发明方法提出的钝化系统，粗略比例地制造出具有一定弹性的多孔覆盖层。覆盖层整体与桶壁结合较好，但上部硬壳层与桶壁粘结处有细微裂缝存在。覆盖层总厚度约3.5厘米，底泥有明显压缩现象。中间插上0.2厘米直径的玻璃管观察底泥气压。

4号：劣化技术：取1公斤高铝水泥，1公斤贝壳，少量聚丙烯酰胺，直接混合后制成预絮凝体，直接投放水体，中间插上0.2厘米直径的玻璃管观察底泥气压，凝固后在底泥上自发形成下部为刚性上部为多孔性的覆盖层，与桶壁粘结处有细微裂纹存在。覆盖层厚度约1厘米，底泥有明显压缩现象。

试验结果：

(一)放置119天后，木板拨动水面造浪，浪高10-15厘米，1小时内间歇进行，1、2号桶水体出现浑浊现象，静止后上层水体色度明显上升，2号桶钝化层有破裂现象，但静止后轻微震动可流动自行修复，说明传统底泥钝化模式较难抵御水体扰动，易被水流带走或下落物破坏。3、4号桶未出现底泥上翻现象，4号桶聚乙烯塑料壁与覆盖层之间有不明显的裂纹增大现象，水体色度无明显变化，满足抵抗底泥冲刷要求，说明上部材料与中部弹性层组合具有适合的应力缓冲性能。另外，在119天整个实验中，3号桶底部石灰石层与底泥界面有明显混淆现象，可解释为该种颗粒反应滤床层配合应力缓冲层时具有适当的流变性能，有在底泥产气压力下自行流动填补裂隙的能力(即材料自修复能力)。

抗扰动实验显示出本发明钝化技术在抗扰动方面有明显优势。

(二)对1-119天内，每隔7天对各桶的磷氮(mgl-1)进行测试，其中，磷的测试结果如图2所示，氮的测试结果如图3所示。

根据图2的总磷数据显示：铝盐钝化、本发明钝化技术、刚性钝化均有较好的效果，本发明钝化技术的突跃值较低且较为稳定的合理解释是：总磷在下部钙质活性滤床与中部泥炭纤维作用下具备较高去除率，且从气压变化看，导气能力较强。

根据图3的总氮数据表现，铝盐钝化、本发明钝化技术、刚性钝化均有较好效果，因铝、钙盐理论上无法与氨氮反应，因此合理解释是其抑制底泥微生物活性及吸附、阻隔可溶性物质交换等导致。各组后期氨氮数据均有明显上升，但3号组有较低突跃值，铝盐组数据较高的合理解释为：虽采用氢氧化铝的形式投入水体钝化可避免酸性破坏水体/底泥生态，但残余及溶出铝离子依然影响水体微生物活性及其繁殖，导致生物脱氮能力下降，另外氢氧化铝钝化层在后期有被气泡穿透并逐渐流动恢复覆盖的现象。3号组因比表面积大，吸附能力较强，考虑到覆盖层表面有明显的灰绿色生物质富集，预计该富集层硝化反硝化行为的贡献较大。

(三)色度

1号：水体色度不断上升，实验120天结束时水体显褐色，色度约70倍无明显蓝藻存在。

2号：水体色度前期稳定，至84天后开始变化，水体颜色有所上升，色度约20倍，无明显蓝藻存在。

3号：水体清澈，整个过程色度无明显变化，覆盖层表面有很明显的灰绿色粘性物质附着，应为微藻/微生物附生。

4号：水体清澈，整个过程色度无明显变化，覆盖层表面有少部分绿色粘性物质附着，应为微藻/微生物附生。

(四)气压：

1号：软泥层难以插放玻璃管

2号：软泥层难以插放玻璃管

3号：0-30天水柱无明显高于水面，30-75天水柱高度约在1-2厘米之间，随后基本稳定在2厘米左右。

4号：0-30天水柱高度约1-2厘米，30-75天水柱高度逐渐上升至于5-6厘米，随后基本稳定在7厘米，可观察到覆盖层与桶粘结处裂缝不时有气泡溢出。

试验结论：

1、磷氮曲线在75天后产生突跃的一种合理解释是底泥捞取搬运与安置过程间隙水析出，因此各组初期水体磷氮含量均很低。开始实验后底泥逐渐致密化，同时内部微生物活动继续进行矿化与发酵行为。当底泥内部压力积累到一定时期，导致间隙水穿透阻碍层薄弱处释放，形成峰值。由该解释可推导：在生态体系健全的水体，该峰会不断间歇出现，使用钝化技术不能抑制峰的出现，但使用合理的底泥封固技术完全切断底泥与上覆水体物质交换则可避免其出现。其中3号组磷氮色度去除率较其余组好，合理解释是设计合理的矿化滤床层与应力缓冲层对下覆底泥磷氮有机物均有较好的捕捉能力。另外，从理论上看，使用具有精细空隙结构、比表面积巨大的久置贝壳粉替代石灰石粉，可能在流变性能上需要进行调整，但在捕捉磷、重金属、有机物的速率与反应容量上有较大优势。

2、传统软质钝化方法抵御动力扰动能力较差，同时铝质覆盖层上未看到明显的绿色藻类附着生长现象，不利于生态重建；后两种钝化形式均发现表层有绿色藻类附着生长行为。

Claims (9)

1.一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：包括由下至上依次设置在一起的下层、中层和上层，其中，下层为矿化物粉末层，中层为具有弹性的多孔性连续材料层，上层为多孔洞高强度材料层。

2.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：所述矿化物粉末层由矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100:1-10的比例混合，加少量水粘结而成；所述矿化物粉末层的厚度大于3厘米。

3.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：所述具有弹性的多孔性连续材料层采用初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1制备而成。

4.根据权利要求1所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：所述多孔洞高强度材料层采用钙质片岩或久置的贝壳：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100：5-50:0.05-0.25制备而成；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。

5.根据权利要求3或4所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。

6.根据权利要求2所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统，其特征在于：所述矿化物粉末来源于各种含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。

7.一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于：通过如下步骤实现：

S1：将矿化物粉末与聚丙烯酰胺粉末按照100：1-10的比例混合，加少量水粘结后，直接投入水体中，迅速下沉到底泥，形成矿化物粉末层，要求矿化物粉末层厚度大于3厘米；

S2：按初步去除腐殖酸后的废泥炭纤维或初步去除木质素的植物纤维：高铝水泥：有机絮凝剂重量比为50-100:5-100:0.05-1的比例在水中混合形成粘附满絮凝体的纤维状物质，挤压去大部分水后快速投入水中下沉，任其在步骤S1所得的矿化物粉末层上方舒展，自发编织成毡状实现成型，最终于步骤S1所得的矿化物粉末层的顶部凝固成具有弹性的多孔性连续材料层；

S3：久置的贝壳或钙化片岩：高铝水泥：有机絮凝剂的重量比50-100：5-50:0.05-0.25，先将高铝水泥与絮凝剂按比例混合于水中，形成团状絮凝体，然后将此团状絮凝体与久置的贝壳或钙化片岩同时投放到步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层上方，于步骤S2所得的具有弹性的多孔性连续材料层的顶部自然凝固成多孔洞高强度材料层；所述久置的贝壳指放置至贝壳中文石片层之间的有机物基本消失而形成微观多孔性的贝壳。

8.根据权利要求7所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于：上述有机絮凝剂采用聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化铵。

9.根据权利要求7所述的一种适合水生生态重建的底泥钝化系统的施工工艺，其特征在于：所述矿化物粉末来源于常见的含钙、镁、铁、铝的天然矿物或无害工业废料。