CN104876410A

CN104876410A - 一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法

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Publication number: CN104876410A
Application number: CN201510211531.XA
Authority: CN
Inventors: 杨扬; 李星; 王铭; 唐小燕; 乔永民
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN104876410B

Abstract

本发明公开了一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，利用活性多孔生态混凝土覆盖材料在底泥-水界面形成多孔生态混凝土覆盖层，并在覆盖层上种植沉水植物，实现对重金属和/或氮磷污染水体底泥的原位持续修复，以及底栖生境的重建修复；所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括以下重量比的组分：活性粗骨料：水泥：水=4.02～5.69：1：0.25～0.30；活性粗骨料为沸石、火山石或活性碳。该方法通过活性覆盖层与沉水植物的协同作用，能持久有效稳定的控制底泥中重金属和氮磷的内源释放，而且活性覆盖层可以较好的保障底泥覆盖层的整体结构完整性，为底栖生物提供良好的栖息环境，利于修复水体后期的底栖生境恢复和重建。

Description

一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法

技术领域

本发明属于地表水体污染底泥修复技术领域。更具体地，涉及一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法。

背景技术

地表水环境保护初期，人们多致力于切断或控制外界污染源的影响以在数量上减少进入水体的污染物总量。然而在影响水质的外源污染得到有效控制后，水质并未按预期明显好转，有些污染状况甚至进一步恶化。后续研究发现，长期被认为是水库污染物“蓄积库”的底泥一定条件下也在充当“源”的角色。当条件发生变化时，底泥中蓄积的氮磷、重金属和有机物等污染物就会从底泥中释放出来。当外源污染得到有效控制的情况下，底泥释放就成为影响上覆水质的主要污染源，因此如何有效控制底泥中氮、磷及重金属的内源释放则成为改善水质的关键所在。

目前，对于水体内源污染修复方法可分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。物理修复包括疏浚转移、引水稀释和覆盖隔离等方法。底泥疏浚可以将污染物从原有环境中彻底移除，但通常情况下工程量大，且需在实施中考虑对水体/底泥的扰动因素，以及污染物转移和后期处理带来的巨大工程消耗、可能产生的二次污染等问题。化学修复则需要向污染底泥表面投加化学药剂以固定污染物，具有见效快、能耗低、投资少的优点。但人为加入的化学固定剂达到一定浓度后会对环境产生潜在危害，因此这种修复方法常用于修复诸如城市公园湖泊的景观水体，在水源型水体中实施则风险性高；另外，化学修复只能针对控制底泥中种类较单一的氮磷或重金属释放。生物修复是目前研究和使用较多的底泥修复方法，因其较好维持环境原有生态、去污效率高等优点而被研究者青睐。然而由于涉及生物生理特性，如生物生长需要一定的生长周期，因而生物修复对事故污染应急处理缺乏即时效果；其次，生物生长通常受限于外界环境，当底泥污染严重而无法达到生物正常生存代谢条件，生物修复也无法起到控制污染物释放的作用；除此之外，生物代谢并非利用所有污染物，即使是能被生物吸收/降解的污染物，通常不同的生物具有选择性，因此仍有许多污染物无法通过生物修复降低环境危害性。

底泥覆盖技术在20世纪70年代后期开始应用到受污染底泥的修复中，尽管随着研究的发展，不断有新技术应用于底泥修复，但底泥覆盖技术作为美国 EPA 推荐的对受污染底泥修复的三大技术之一，在污染底泥修复研究中具有其独有优势和不可忽视的地位。与其他技术相比，覆盖技术在修复过程中只在底泥表面投加覆盖物，极大地避免了对水体/底泥原有环境的干扰，且覆盖使用的材料通常是廉价、易得的天然矿物或以植物为原料的环境友好型材料，对环境的危害远小于化学药剂；因可选用的覆盖材料种类繁多，覆盖技术适用于多种类或复合型污染底泥修复，不仅可以有效控制常规污染物，还对重金属和PCBs、PAHs等持久性有机污染物的释放有较好的抑制作用。鉴于覆盖技术具有的效果好、成本低廉、生态风险较小等优势，研究常推荐该技术用于外源污染已得到有效控制、对水深无苛刻要求、水利条件适宜覆盖材料投放及固定的水域修复，根据现场污染状况调查，选择合适的覆盖材料和覆盖方式实施修复。

国内外已经对由清洁沉积物、沙子和砾石构成的底泥覆盖系统做了大量的研究，并且进行了许多成功的应用。但是清洁沉积物、沙子和砾石等属于惰性材料，对底泥所释放污染物的固定能力较差，这导致由惰性材料构建的覆盖系统控制底泥污染物释放的效率较低。为克服底泥惰性覆盖系统的缺陷，人们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构建的底泥覆盖系统。与底泥惰性覆盖系统相比，底泥活性覆盖系统抑制底泥污染物释放的效率明显提高。

目前国内已逐渐出现利用活性覆盖材料控制污染底泥内源释放的报道及相关专利，但普遍存在以下不足：（1）构建的活性覆盖层非常容易受水流冲刷、风浪、水生生物扰动和新生沉积物覆盖等的影响导致活性覆盖材料流失，使活性覆盖系统的整体结构遭受破坏；（2）覆盖材料的紧密堆积容易导致水体底质状况的完全改变，破坏底栖生物的生存环境，虽然覆盖初期的效果较明显，但因为底栖生境的严重破坏，且难以重建，使修复水体的生态系统退化；（3）覆盖材料针对控制的底泥释放污染物较为单一，且主要为氮磷，对重金属释放无法做到有效控制。如专利《天然沸石直接吸附湖泊河流水库污染元素的物理治理方法》（200910168007.3）、《覆盖单层改性挂膜沸石原位持续修复重度污染底泥的方法》（201410312760.6）等，直接以单层覆盖的形式构建覆盖系统，并不能有效的防止覆盖材料的流失，使得系统无法长期稳定控制污染底泥内源释放。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》（201210206786.3）、《一种控制底泥磷释放的底泥活性覆盖系统和方法》（201210246668.5）、《一种原位控制地表水体底泥氮磷释放的活性覆盖系统和方法》（201310419706.7）等，均采用在覆盖层上下加盖土工布层以防止底泥活性覆盖系统中活性覆盖材料的流失，但人工合成的土工布层对底质的影响未知，且土工布层的严密覆盖会完全改变水体底质，使底栖生物失去生存环境，且难以重建底栖生境。而且以上专利基本都是针对单一的氮、磷释放进行修复，没有实现对重金属等其他污染物的释放，这对于需要控制多种污染物的内源释放的受污染底泥的修复来说，显然存在着很大的局限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有底泥覆盖修复技术的缺陷和不足，提供一种持久、稳定的对重金属和/或氮磷污染底泥的原位修复，并且便于重建修复水体底栖生境的覆盖方法。具体是通过构建活性覆盖系统并协同种植沉水植物对重金属和/或氮磷污染底泥进行原位持续修复，以达到降低底泥污染物内源释放，减少上覆水污染物含量的目的。

本发明的目的是提供一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法。

本发明另一目的是提供所述原位持续修复方法在重金属和/或氮磷污染水体底泥的修复和/和底栖生境的重建修复方面的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，是利用活性多孔生态混凝土覆盖材料在底泥-水界面形成一层多孔生态混凝土覆盖层，并在覆盖层上种植沉水植物，实现对重金属和/或氮磷污染水体底泥的原位持续修复，以及底栖生境的重建修复。所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括以下重量比的组分：活性粗骨料：水泥：水=4.02～5.69：1：0.25～0.30；所述活性粗骨料为沸石、火山石或活性碳中的一种或多种。

本发明构建的对重金属、氮磷污染底泥原位修复覆盖系统共包含两个部分，其一是制作活性多孔生态混凝土覆盖材料，采用活性粗骨料作为骨架结构，以水泥作为胶黏材料均匀包裹在活性粗骨料表面，可以形成多孔隙的结构，再利用活性多孔生态混凝土覆盖材料在底泥-水界面形成一层活性覆盖层，以达到对重金属、氮磷污染底泥持久、稳定的原位修复；其二是多孔隙的覆盖层结构利于底栖生物的生存，且在活性覆盖层上种植沉水植物，可以与活性覆盖层协同控制内源释放，并有助于恢复修复水体的底栖生境和具有良好的景观效果。

进一步地，上述活性多孔生态混凝土覆盖材料还包括占水泥重量0.5～1%的聚羧酸系减水剂。

优选地，所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为4.52～5.51：1：0.25～0.28的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.7～0.8%的聚羧酸系减水剂。

另外，优选地，上述活性粗骨料的粒径为5～10mm；所述多孔生态混凝土覆盖层的孔隙率>25%。

进一步地，上述多孔生态混凝土覆盖层的制备方法为：

S1.粗骨料经过粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的粗骨料，加入总用水量1/4的水，搅拌1～2min，使粗骨料表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1～2min，使粗骨料表面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余量的水继续搅拌约2～3min至完全混合；

S2.将S1得到的混合物直接浇筑于待修复污染底泥（如景观水体清淤后的塘底）形成覆盖层，浇筑的覆盖层厚度为0.5～5cm。

或者，S1得到的混合物还可以制做成方形构件，再均匀投放、铺设至待修复污染底泥（如修复目标水库、湖泊和河流）形成覆盖层。所述方形构件的优选尺寸为1m×1m×0.5～5cm。

进一步地，所述沉水植物为苦草、黑藻、狐尾藻、金鱼藻或待修复水体中生长的沉水植物，所述沉水植物的种植密度为10～80g/m²（具体的栽种密度也可视目标水体及底泥受污染状况和景观需要进行合理调整）。

优选地，所述沉水植物为黑藻或苦草；黑藻的种植密度为20g/m²，苦草的种植密度为40g/m²。

最优选的一种实施方案，本发明上述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为5.32：1：0.25的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.8%的聚羧酸系减水剂；

所述沉水植物为黑藻，种植密度为20g/m²。

所述多孔生态混凝土覆盖层的厚度为2cm。

上述原位持续修复方法在重金属和/或氮磷污染水体底泥的修复方面的应用也在本发明的保护范围之内。

更进一步地，上述原位持续修复方法是应用于控制重金属和/或氮磷污染底泥的内源释放。

本发明为了克服上述的底泥覆盖修复技术的缺陷和不足，做了大量的探索和研究。有研究公开了植生型的多孔混凝土结构，它是一种具有特殊的连续空隙结构的混凝土，有着良好的透水和透气特性，并且植物能在其表面上直接生长，可用于护坡等。本发明首次创新尝试将这种植生型的多孔混凝土结构用于人工湿地等重金属和/或氮磷污染水体底泥的修复中，但是由于人工湿地等底泥与坡地有着本质的差异，多孔混凝土结构是否也能够应用于人工湿地等底泥上面？没有任何的依据可以参考。

本发明在实验中发现，最大的困难在于如何实现将多孔生态混凝土覆盖材料直接浇筑于待修复污染底泥（如景观水体清淤后的塘底）形成覆盖层，多孔生态混凝土覆盖材料的配方无疑是最关键的影响因素，既要保证能够直接浇筑于待修复污染底泥时能够形成完整的覆盖层，又要保证形成的覆盖层具有一定的强度，能够保证底泥覆盖层的整体结构完整性，还要保证覆盖层上适合相应植物的生长。

本发明经过大量探索和研究，得出了上述的对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，该方法通过构建活性覆盖系统并协同种植沉水植物对污染底泥进行原位持续修复，主要实施方案是：利用活性多孔生态混凝土覆盖材料在底泥-水界面形成一层活性覆盖系统，所形成的活性覆盖系统层能有效控制底泥中重金属以及氮磷的内源释放，其上种植的沉水植物可以协同吸收孔隙水及上覆水中的氮磷营养盐及重金属。本方法不仅可以有效控制底泥中重金属、氮磷及有机污染物的内源释放，降低上覆水中重金属以及氮磷含量，而且构建的活性多孔生态混凝土覆盖层可以较好的保障底泥覆盖层的整体结构完整性，同时覆盖层的多孔结构可以为底栖生物提供良好的栖息环境，利于修复水体后期的底栖生境恢复和重建。通过上述技术方案，本发明可以实现对湖泊、河流、水库、景观水体等地表水体污染底泥的原位修复和控制底泥中氮磷、重金属的释放。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明使用的活性多孔生态混凝土覆盖材料可以有效的防止底泥覆盖材料的流失，保持覆盖层的整体完整性，使该原位修复系统可以长期稳定运行，以达到对受污染底泥内源释放的持久控制。而且多孔隙的覆盖层可以为底栖生物提供良好的生存环境，有利于修复水体后期的底栖生境恢复和重建。

（2）本发明采用的活性覆盖材料为沸石、火山石、活性碳，或者他们的混合物，该活性覆盖材料可以有效的吸收底泥释放的重金属和/或氮磷，能够做到一次覆盖，多重控制。

（3）本发明中种植于活性覆盖层之上的苦草、黑藻、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物不仅可以有效的协同覆盖层降低重金属和/或氮磷的内源释放，并有助于恢复修复水体的底栖生境，改善水体质量，且具有良好的景观效果。

（4）本发明使用的材料均是环境友好型材料，仅添加少量化学添加剂、廉价易得，且该原位修复方法实施简单，并可以显著的抑制底泥重金属、氮磷释放，适于普遍推广。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。

实施例1 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的沸石、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将沸石粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为沸石：水泥：水= 5.32：1：0.25的比例，外加占水泥用量0.8%的聚羧酸系高效减水剂。

3、制备：在沸石中加入总用水量1/4的水（预拌水），搅拌1～2min，使沸石表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1～2min，使沸石表面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余的拌合水继续搅拌约2～3min至完全混合。

将上制备得到的活性多孔生态混凝土混合物直接浇筑于待修复污染底泥（如景观水体清淤后的塘底）即可形成覆盖层。

实施例2 活性多孔生态混凝土的制备

2、原料处理：将沸石粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为沸石：水泥：水=4.02：1：0.25的比例，外加占水泥用量0.5%的聚羧酸系高效减水剂。

实施例3 活性多孔生态混凝土的制备

2、原料处理：将沸石粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为沸石：水泥：水=5.69：1：0.30的比例，外加占水泥用量1%的聚羧酸系高效减水剂。

实施例4 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的火山石、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将火山石粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的火山石，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为火山石：水泥：水= 4.29 : 1 : 0.28的比例，外加占水泥用量0.5%的聚羧酸系高效减水剂。

3、制备：在火山石中加入总用水量1/4的水（预拌水），搅拌1～2min，使火山石表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1～2min，使火山石表面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余的拌合水继续搅拌约2～3min至完全混合。

实施例5 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的活性碳、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将活性碳粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的活性碳，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为活性碳：水泥：水=5.69：1：0.26的比例，外加占水泥用量0.7%的聚羧酸系高效减水剂。

3、制备：在活性碳中加入总用水量1/4的水（预拌水），搅拌1～2min，使活性碳表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1～2min，使活性碳表面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余的拌合水继续搅拌约2～3min至完全混合。

实施例6 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的沸石和活性碳、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将沸石和活性碳粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石和活性碳，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为粗骨料：水泥：水= 5.32：1：0.25的比例，外加占水泥用量0.8%的聚羧酸系高效减水剂；所述粗骨料为质量比为2：1的沸石和活性碳。

3、制备：在粗骨料中加入总用水量1/4的水（预拌水），搅拌1～2min，使粗骨料表面湿润后，加入水泥和减水剂，搅拌约1～2min，使粗骨料表面均匀包裹上一层水泥浆壳，再加入剩余的拌合水继续搅拌约2～3min至完全混合。

实施例7 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的沸石和火山石、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将沸石和火山石粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石和火山石，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为粗骨料：水泥：水= 5.32：1：0.25的比例，外加占水泥用量0.8%的聚羧酸系高效减水剂；所述粗骨料为质量比为2：1的沸石和火山石。

实施例8 活性多孔生态混凝土的制备

1、原料：市购的沸石、火山石和活性碳、硅酸盐水泥、聚羧酸系高效减水剂、水。

2、原料处理：将沸石、火山石和活性碳粉碎、过筛、清洗，选取粒径为5～10mm的沸石和活性碳，以目标孔隙率>25%设计，按照质量配比为粗骨料：水泥：水= 5.32：1：0.25的比例，外加占水泥用量0.8%的聚羧酸系高效减水剂；所述粗骨料为质量比为2：1：1的沸石、火山石和活性碳。

本研究做了大量的探索实验，结果显示，按照本发明所述的技术方案（包括实施例1～8）所制备的活性多孔生态混凝土均可很好的直接浇筑于待修复污染底泥而形成覆盖层，而且能够很好的供沉水植物生长。

综合考虑多方面因素，包括多孔生态混凝土的流动性、分散性、黏性等性质，保证其能够很好的直接浇筑于待修复污染底泥而形成覆盖层，而且要能够适合于沉水植物生长，以及多孔生态混凝土覆盖层与沉水植物对重金属和氮磷污染物的协同控制和去除作用，得出可实施方案是：活性多孔生态混凝土覆盖材料包括以下重量比的组分：活性粗骨料：水泥：水=4.02～5.69：1：0.25～0.30，还包括占水泥重量0.5～1%的聚羧酸系减水剂；所述活性粗骨料为沸石、火山石或活性碳中的一种或多种。多孔生态混凝土覆盖层的厚度为0.5～5cm。所种植沉水植物为苦草、黑藻、狐尾藻、金鱼藻或待修复水体中生长的沉水植物，沉水植物的种植密度为10～80g/m²。

优选方案是：所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为4.52～5.51：1：0.25～0.28的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.7～0.8%的聚羧酸系减水剂。多孔生态混凝土覆盖层的厚度为0.5～5cm。所种植沉水植物为黑藻或苦草，黑藻的种植密度为20g/m²，苦草的种植密度为40g/m²。

最优选方案是：所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为5.32：1：0.25的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.8%的聚羧酸系减水剂。所种植沉水植物为黑藻，种植密度为20g/m²。所述多孔生态混凝土覆盖层的厚度为2cm。

由于数据冗杂，这里只呈现以实施例1所制备的活性多孔生态混凝土所做相关实验的数据（实施例9和10），以说明本发明的效果。

实施例9 多孔生态混凝土覆盖层控制重金属和氮磷污染底泥的内源释放模拟实验

1、人工配制高浓度污染底泥

（1）受试底泥采至广东省某水库，向底泥中添加PbCl₂、CdCl₂、MnCl₂、ZnCl₂、 KH₂PO₄、NH₄Cl使底泥污染。污染物浓度参考广东省水库底泥自然条件下污染物含量范围、释放特性及选用沸石覆盖材料吸附/固定性能按一定比例放大而设定。

相应化合物投加量分别按预先设置的Pb²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、PO₄ ^3-、NH₄ ⁺各离子浓度换算而得，具体的值如表1所示：

表1

（2）采用5L有盖白色聚丙烯桶作为污染底泥覆盖模拟试验装置，试验前使用黑色塑料膜包裹以避光，将完全混合均匀的污染底泥自装置顶部加入，使底泥厚度保持在约为3cm。

2、实验设置

（1）将实施例1制备的活性多孔生态混凝土混合物直接浇筑于待修复污染底泥形成覆盖层，浇筑的覆盖层分别设定三种覆盖厚度：0.5cm、1.0cm、2.0cm。设置不添加覆盖材料的实验组作为对照。

（2）以虹吸方式加满上覆水（纯水），加盖并密封保持厌氧。上述试验各做一个平行实验，分别于0、1、3、6、10、15、21、30d时取上覆水样，测定各离子浓度。

3、实验结果

实验显示，20d以后，覆盖系统达到稳定，试验末期，各离子的平均抑制率分别见下表：

表2

实施例10 沉水植物栽种实验

本实施例考察沉水植物在活性多孔覆盖层上的栽种情况，以及沉水植物与活性多孔覆盖层的协同控制底泥中重金属和氮磷的内源释放作用。主要考察沉水植物的生长状况、景观状况和对重金属、氮、磷的去除作用。

1、采用75 cm×75 cm×65 cm的试验池，池底铺设厚度为10cm的清洁底泥，采用2cm活性覆盖层，分别种植黑藻和苦草，各设置3个种植密度：20g/m²、40g/m²、72g/m²。对比空白组不种植任何植物。

试验上覆水中氮、磷浓度范围为：TN（2.0～7.0mg/L），NH₄ ⁺（1.0～4.0mg/L），NO₃ ^-（1.0～3.0mg/L），TP（0.1～0.5mg/L），COD-cr（10.0～40.0mg/L）。重金属离子浓度同实施例2表1所述。

2、实验结果

（1）试验结果显示，沉水植物长势良好，存活率均为100%，对比空白组，水体透明度明显提高，具有较好的景观效果。

经过4个月的试验，黑藻的生物量增长倍数分别为16.9、22.9和38.3倍，苦草的生物量增长倍数分别为3.2、8.7和7.6倍。

黑藻的种植密度为72g/m²时，黑藻的生长状况最好；而苦草的种植密度为40g/m²时，苦草的生长状况最好。

（2）黑藻组和苦草组对水体中TN、NO₃ ^-、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-去除率如表3所示。

表3

由表3可知，经过4个月的试验，黑藻组对水体中TN、NO₃ ^-、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-平均去除率分别为52.1%、38.7%、87.5%、66.9%，苦草组分别为48.9%、45.1%、81.3%、62.3%。综合看，黑藻组相对苦草组更好。同时，黑藻的种植密度为20g/m²时，对水体中TN、NO₃ ^-、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-去除率最好；而当苦草的种植密度为40g/m²时，对水体中TN、NO₃ ^-、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-去除率最好。

（3）经过4个月的实验，对重金属的抑制如表4所示。

表4

由表4可知，黑藻组略优于苦草组，其中黑藻组的最优种植密度为20g/m²，而苦草组的最优种植密度为40g/m²。

综合各方面因素考虑，本发明所述的多孔生态混凝土覆盖层协同种植黑藻的最优种植密度为20g/m²，协同种植苦草的最优种植密度为40g/m²。并且协同种植黑藻优于苦草。

综上所述，实验结果说明了本发明所提供的对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，可以有效的控制受重金属、氮磷污染底泥的内源释放，防止覆盖材料流失，使修复系统可以长期、持久、稳定的覆盖底泥，且多孔结构有利于沉水植物的生长，利于修复水体后期底栖生境的重建。

Claims

1.一种对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，利用活性多孔生态混凝土覆盖材料在底泥-水界面形成一层多孔生态混凝土覆盖层，并在覆盖层上种植沉水植物，实现对重金属和/或氮磷污染水体底泥的原位持续修复，以及底栖生境的重建修复；

所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括以下重量比的组分：活性粗骨料：水泥：水=4.02～5.69：1：0.25～0.30；所述活性粗骨料为沸石、火山石或活性碳中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述活性多孔生态混凝土覆盖材料还包括占水泥重量0.5～1%的聚羧酸系减水剂。

3.根据权利要求2所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为4.52～5.51：1：0.25～0.28的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.7～0.8%的聚羧酸系减水剂。

4.根据权利要求2所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述多孔生态混凝土覆盖层的制备方法为：

S2.将S1得到的混合物直接浇筑于待修复污染底泥形成覆盖层，浇筑的覆盖层厚度为0.5～5cm。

5.根据权利要求4所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，S1得到的混合物还可以制做成方形构件，再均匀投放、铺设至待修复污染底泥（如修复目标水库、湖泊和河流）形成覆盖层；所述方形构件的优选尺寸为1m×1m×0.5～5cm。

6.根据权利要求1所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述沉水植物为苦草、黑藻、狐尾藻、金鱼藻或待修复水体中生长的沉水植物，沉水植物的种植密度为10～80g/m²。

7.根据权利要求6所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述沉水植物为黑藻或苦草，黑藻的种植密度为20g/m²，苦草的种植密度为40g/m²。

8.根据权利要求1所述对重金属和/或氮磷污染底泥的原位持续修复方法，其特征在于，所述活性多孔生态混凝土覆盖材料包括重量比为5.32：1：0.25的活性粗骨料、水泥和水，还包括占水泥重量0.8%的聚羧酸系减水剂；

所述沉水植物为黑藻，种植密度为20g/m²；

所述多孔生态混凝土覆盖层的厚度为2cm。

9.权利要求1～8任一所述原位持续修复方法在重金属和/或氮磷污染水体底泥的修复方面的应用。

10.权利要求1～8任一所述原位持续修复方法在控制重金属和/或氮磷污染底泥的内源释放方面的应用。