CN108393063A - 一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法和应用，其步骤：1)将粘土矿物浸入盐酸溶液中，水浴加热搅拌，温度控制在一定范围内，洗至为中性；2)浸入碳酸钠溶液：水浴加热搅拌，温度控制在一定范围内，用蒸馏水洗至为中性，在一定范围内烘一定时间；3)马弗炉中于350℃‑450℃条件下焙烧一定时间，冷却至室温，获得一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂。该吸附剂在湖泊内源磷控制的生态修复工程中的应用。该吸附剂成本低廉，环境友好，吸附效果好，且含有多种对生物生长发育有益的常量、微量元素，有益于水生植物的定植和繁衍以及水环境的稳定，可实现富营养化湖泊沉积物高效脱磷，有效控制富营养化湖泊内源磷污染问题。

Description

一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法和应用

技术领域

本发明属于湖泊的修复工程技术领域，更具体涉及一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法，还涉及一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的用途，可广泛应用于富营养化湖泊内源磷控制的生态修复工程。

背景技术

水体富营养化已成为全球性的水环境污染问题，磷由于在水体生态系统中的营养限制作用而成为导致水体富营养化的关键。在外源磷输入得到控制后，沉积物内源磷在一定条件下会向上覆水体释放，继续维持水生物的营养物质需求，不利于水体生态修复。目前，沉积物内源磷的控制技术主要有对其进行异位处理的底泥疏浚技术和直接在原地对其进行污染治理的原位物理覆盖技术、原位化学处理技术及原位生物修复技术。

底泥疏浚能有效除去污染底泥，但存在费用昂贵、二次污染以及对河道原有底泥生态系统破坏等缺点，特别是疏浚底泥的处理、处置和资源利用，是底泥处理技术重要瓶颈。引水清污对污染物的稀释容量将明显提高，水动力条件改变加快了污染物的混合，将提高局部水域净污能力，但水体污染物发生转移，会影响其它水域的水环境质量；若水体流速加快，容易引起河床底泥浮悬，造成水体二次污染。深层水的排放方法可增加内源磷的输出，但投资大且对沉积物的扰动较大，易使沉积物泛起而造成内源磷的释放。相比于异位处理技术，原位控制技术可避免底泥再悬浮引起大量磷向水体释放，减少二次污染，且处理成本较低。研发制备新型可原位吸附沉积物磷的生态环境材料，在环境治理领域有着广泛的推广和应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述富营养化湖泊沉积物磷处理难题，是在于提供了一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法，工艺操作简单、环境友好，该材料具有使用方便，成本低廉，环境友好，吸附效果好等优点，并可在吸附沉积物磷的同时为沉水植物生长营造良好生存环境。

本发明的另一个目的是在于提供了一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂在湖泊内源磷控制的生态修复工程中的应用，操作简便，生态环保，可在高效西湖沉积物磷的同时改善底质生存环境，使其适合沉水植物生长，有利于水域生态环境的恢复，使其加快湖泊生态系统的恢复和健康发展。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法，其步骤是：

1)将优选的粘土矿物浸入盐酸溶液中，质量分数5％-10％，水浴加热搅拌1-2h，温度控制在30-50℃，洗至为中性，pH为6.5-8.0，通过上述处理清除粘土矿物中的杂质，使其内部孔道增多，增加粘土矿物比表面积。获得一种酸改性粘土矿物。

2)将步骤1)中获得的酸改性粘土矿物浸入到碳酸钠溶液中，质量分数10％-20％，水浴加热搅拌1-2h，温度控制在50-70℃，用蒸馏水洗至为中性，pH为6.5-8.0，于148－152℃下烘1-2h，获得一种酸/盐复合改性粘土矿物。

3)将步骤2)中获得的酸/盐复合改性粘土矿物，放到马弗炉中于350℃-450℃条件下焙烧1-2h，冷却至室温(22－25℃)，获得了一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂，备用。

所述的粘土矿物为方解石、凹凸棒石和伊利石的一种或两种或三种的任意组合。

通过上述三个步骤的技术措施中最关键的是步骤2)中浸入碳酸钠溶液改性处理，该处理主要解决了粘土矿物原材料杂质含量高、吸附性能不足、不易直接应用于沉积物修复工艺等技术问题和难点。通过该步骤将Na⁺通过离子交换作用进入到粘土矿物结构中，置换层间域中的Ca²⁺、Mg²⁺和Al³⁺等阳离子，使粘土矿物的孔径增大，层间距增大，同时使得粘土矿物中的杂质以及无定性相被置换出，造成了裂缝及孔隙，增加了表面粗糙度和比表面积。目前鲜有沉积物磷吸附剂制备方面的研究，对粘土矿物进行改性主要进行简单的酸碱或焙烧改性，本发明通过对优选的粘土矿物进行三个步骤的复合改性处理，充分发挥三个步骤特点。经上述处理后，粘土矿物的基本组成和骨架未发生明显变化，但杂质明显减少，活性增强，表面更粗糙疏松，孔隙结构得到明显改善，经处理后粘土矿物比表面积提高50％以上，对沉积物磷的吸附率提高60％以上。

一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的在湖泊内源磷控制的生态修复工程中的应用，其步骤是：

1)在湖底修复区域设置高度为15-20cm的密织竹签(本领域的普通技术人员均可制备)，防止改良基质扩散和流失；

2)将吸附剂在富营养化湖泊水体水面上均匀铺洒入底，铺洒厚度为2-10cm。

3)种植水生植物于覆盖区域。

所述的水生植物为菹草、苦草、穗花狐尾藻、马来眼子菜、微齿眼子菜、金鱼藻、伊乐藻以及黑藻其中的一种或二至八种的任意组合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、吸附剂成本低廉，环境效益和经济效益好；

2、可实现富营养化湖泊沉积物高效脱磷，有效控制富营养化湖泊内源磷污染问题；

3、吸附剂含有多种对水生植物生长发育有益的常量、微量元素，有益于水生植物的定植和繁衍以及水环境的稳定；

4、修复区水体得到明显改善，水体透明度可提高10cm以上，底泥表层(0-10cm)总磷去除率可达到50％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：

一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法，其步骤是：

1)将优选的粘土矿物浸入盐酸溶液(质量分数5％)，水浴加热搅拌2h，温度控制在30或35或40或46或50℃，洗至为中性(pH＝7)；获得一种酸改性粘土矿物；

2)将步骤1)中获得的酸改性粘土矿物浸入到碳酸钠溶液中(质量分数10％)，水浴加热搅拌1h，温度控制在50或55或61或64或70℃，用蒸馏水洗至为中性(pH＝7)，于150℃下烘2h。获得一种酸/盐复合改性粘土矿物；

3)将步骤2)中获得的酸/盐复合改性粘土矿物，放到马弗炉中于400℃条件下焙烧1h，冷却至室温(25℃)，获得一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂，备用。

所述的粘土矿物为方解石。

通过上述技术措施，使粘土矿物的孔径增大，杂质明显减少，活性增强，层间距增大，表面粗糙度和比表面积增加。经处理后粘土矿物比表面积提高55％，对沉积物磷的吸附率提高62％。

实施例2：

一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂在湖泊内源磷控制的生态修复工程中的应用，其步骤是：

1)在杭州西湖湖底修复区域设置高度为20cm的密织竹签，防止改良基质扩散和流失；

2)将吸附剂在富营养化湖泊水体水面上均匀铺洒入底，铺洒厚度为5cm。

3)种植水生植物于覆盖区域。

所述的水生植物为苦草。

种植6个月后，苦草成活率达90％，种植区域70％被水生植物覆盖，湖泊修复区底泥表层(0-10cm)总磷去除率达到55％。

Claims (2)

1.一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂的制备方法，其步骤是：

1)将粘土矿物浸入盐酸溶液中：质量分数5％-10％，水浴加热搅拌1-2h，温度控制在30-50℃，洗至为中性，pH＝6.5-8.0，获得一种酸改性粘土矿物；

2)将步骤1)中获得的酸改性粘土矿物浸入到碳酸钠溶液中，质量分数10％-20％，水浴加热搅拌1-2h，温度控制在50-70℃，用蒸馏水洗至为中性，pH为6.5-8.0，于148－152℃下烘1-2h，获得一种酸/盐复合改性粘土矿物；

3)将步骤2)中获得的酸/盐复合改性粘土矿物，放到马弗炉中于350℃-450℃条件下焙烧1-2h，冷却至室温，获得了一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂，备用；

所述的粘土矿物为方解石、凹凸棒石和伊利石的一种或两种或三种的任意组合。

2.权利要求1所述的一种富营养化湖泊沉积物磷吸附剂在湖泊内源磷控制的生态修复工程中的应用，其步骤是：

1)在湖底修复区域设置高度为15-20cm的密织竹签；

2)将吸附剂在富营养化湖泊水体水面上均匀铺洒入底，铺洒厚度为2-10cm；

3)种植水生植物于覆盖区域；

所述的水生植物为菹草、苦草、穗花狐尾藻、马来眼子菜、微齿眼子菜、金鱼藻、伊乐藻以及黑藻其中的一种或二至八种的任意组合。