CN109455890B - 一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网及其铺设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网及其铺设方法，包括覆盖网体以及悬挂在其网边的负重块体，覆盖网体由生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层编织而成；污染物吸附层由填充有吸附材料的空心柱体垂直于水流方向排列而成，生态维护层由填充有生态活性材料的空心柱体沿水流方向排列而成，污染物密封层为由填充有膨胀材料的空心柱体排列而成的双层结构，上层空心柱体垂直于水流方向排列，下层沿水流方向排列。负重块体先嵌入土体中，使得浮泥不会从网边溢出，污染物吸附层中的吸附材料会对浮泥中的污染物进行吸附，污染物密封层中的膨胀性材料遇水膨胀后体积增加形成密封的柔性网，将污染浮泥覆盖在网底或吸附在覆盖网体上。

Description

一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网及其铺设方法

技术领域

本发明涉及一种污染底泥覆盖网，特别涉及一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网及其铺设方法，属于水体污染底泥修复技术领域。

背景技术

底泥是水体生态环境系统中的重要组成部分，也是水体污染物质的蓄积池，容易蓄积重金属、氮磷等营养物及其他难降解的污染物。河湖水环境治理时，在外源污染控制的前提下，底泥中蓄积的污染物质很容易有扩散到水体中去，影响水质。底泥按照其在水中的状态，大概可以分为4层，包括：①浮泥层，此层的淤泥颗粒悬浮在水底，呈现出絮状，吸附了大部分的污染物质，容易受水体扰动的影响；②流泥层，此层的淤泥呈现出流塑状，吸附了一定的污染物质，受水体扰动的影响相对较小；③淤泥层，此层的淤泥含水量相对于上一层来说相对较少，吸附的污染物也相对较少，基本不受水体扰动的影响；④淤泥质土，该层土质较好，强度较高，吸附的污染物较少。

河湖底泥污染治理时，一般包括两种思路，第一种是异位处理技术，即直接将污染的淤泥挖除，该方法虽然可以较好的解决污染淤泥的问题，但是其对水生环境的影响也是巨大的，而且成本较高，挖出的污染淤泥后期堆放和处理存在一定的问题，处理不当可能对环境造成二次污染；第二种是原位处理技术，主要包括化学处理(底泥氧化技术)、物理处理(覆盖技术)、微生物修复技术(生物技术)，但这三种方法对底泥中易受扰动、处于悬浮状、包含污染物的浮泥处理效果较差，在底泥处理过程中，由于水体扰动，浮泥夹杂着部分污染物重新分散在水中，对水体造成污染；当底泥处理完成，水体静止之后，分散的、污染的浮泥又会沉积下来，底泥中依然会有污染物的存在，这将导致污染底泥处理效果下降。

现有的污染底泥原位修复技术存在较多的缺陷，如中国专利文献CN201710655269公开的《一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯及其铺设方法》，能够覆盖污染底泥，防止沉积物中的污染物物进入水体，并对沉积物中重金属起到固定作用。但该方法存在以下缺陷：①覆盖毯在铺设过程中整体下沉，覆盖毯推动水流容易造成浮泥扰动扩散；②覆盖毯无法有效的结构对浮泥逸散进行拦阻；③覆盖毯完成污染物覆盖后，还需要添加细砂或卵石覆盖层，该方法会显著抬高河床的高度，降低河道的通航能力；④覆盖毯采用的是土工织物，该材料不容易被降解，可能对环境造成污染，另外，密封性较好的覆盖毯，可能破坏河底原有的生态系统。

中国专利文献CN201210276651公开了一种《河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法及装置》，该装置能够有效防止底泥再悬浮，解决了底泥中重金属向水体扩散的问题，但该装置也存在以下不足：①该装置下沉过程过快，容易对浮泥产生扰动，导致浮泥逸散易造成水体污染，即使慢速下沉，也会造成浮泥沿水平方向向四周逃逸。②该装置将底泥改造成了覆盖层，虽然可以有效隔离污染物，但也严重破坏了河道底部的生态，将原有的土体改造成了硬化材料，不利于水生植物的生长；③该装置一次性搅拌的适用面积较小，不利于大面积的污染底泥处理。

因此需要一种底泥覆盖效果好、环境污染小、生态影响少、操作灵活便捷的原位覆盖污染浮泥的装置及方法。

发明内容

发明目的：针对现有的污染底泥原位物理覆盖技术存在的浮泥逃逸、二次污染、工程操作复杂、原始生态环境影响大、覆盖物对环境影响大的问题，本发明提出一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网，并提供一种该原位覆盖网在污染底泥上的铺设方法

技术方案：本发明所述的一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网，包括覆盖网体以及悬挂在其网边的负重块体，覆盖网体具有网孔，其包括自上而下依次设置的生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层，三层结构通过编织材料编织组合固定；其中，污染物吸附层由填充有污染物吸附材料的空心柱体垂直于水流方向排列而成，生态维护层由填充有生态活性材料的空心柱体沿水流方向排列而成，污染物密封层为由填充有膨胀性材料的空心柱体排列而成的双层结构，该双层结构中，上层空心柱体垂直于水流方向排列，下层沿水流方向排列。

优选的，生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层中的空心柱体为空心圆柱；进一步的，各层的空心柱体均由低温水溶性材料制得。低温水溶性材料指的是一类绿色、无毒、无污染，在低温下可溶于水中的材料，如可为聚乙烯醇PVA，壳聚糖膜，甲基纤维素膜等，这类材料会在完成污染物覆盖后自动水溶降解，对环境无二次污染。

其中，组成所述污染物吸附层的空心柱体内填充的污染物吸附材料可为吸附性粘土材料。组成所述污染物密封层的空心柱体内填充的膨胀性材料可为具有膨胀性的粘土。组成所述生态维护层的空心柱体内填充的材料可为活性炭颗粒、具有吸附性的粘土和营养土中的一种或几种的混合材料；还可以包括一定量的水生植物的种子，以便进行生态保持。

较优的，生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层通过天然编织材料编织组合固定成覆盖网体。天然编织材料具有一定的强度，并且对环境无二次污染。可先通过针织、缠绕等方式将覆盖网体每层结构分别编织成一体，然后将生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层三层编织成整体。

进一步的，负重块体由硬质材料制备而成；其形状可为梭型、矩形或三角形等，最好在覆盖网体的网边均匀间隔设置。

本发明所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，包括以下步骤：

(1)选择填充料并填充：根据水体污染物的种类和当地的原材料种类，选择生态维护层、污染物密封层及污染物吸附层中的填充材料，按照设计要求，在各层的空心柱体中填充相应的材料；

(2)摊铺网体并缝合：按顺序将污染物吸附层、污染物密封层和生态维护层摊铺在平面上，采用天然编织材料将三层编织成一体；

(3)悬挂负重块体：采用天然编织材料在缝合后的覆盖网体网边悬挂负重块体，得到原位覆盖网；

(4)运送至预定位置；

(5)张铺：采用多艘船体或人工的方式将覆盖网体在水面上张铺，同时下放网体，网体边缘在负重块体的作用下先沉入水下，覆盖污染底泥区域。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)覆盖效果好、对浮泥吸附效果好：本发明的原位覆盖网在铺设时，覆盖网体整体下降，水流通过网孔穿透，从而减缓因网体下降水流对浮泥的扰动；此外网边负重块体先嵌入土体中，使得浮泥不会从网边溢出，污染物吸附层中的吸附性材料会对浮泥中的污染物进行吸附，污染物密封层中的膨胀性材料遇水膨胀后体积会增加，形成密封的柔性网，将污染的浮泥覆盖在网底或吸附在覆盖网体上；(2)生态影响小：该原位盖网最上部有一层生态维护层，可以维持当地的水体生态环境；(3)环境影响小：该原位覆盖网各层采用水溶性材料构成，后期会自动溶解于水中，不会对环境造成影响；覆盖网溶解后的填充材料、编织材料等均为天然无污染的、具有吸附性的材料，不会对环境造成污染；(4)工程操作简单：该网的加工和制作可在岸上的工厂完成，在水面仅需完成摊铺操作，较传统工艺来说，流程更少，操作更加简单。

附图说明

图1为本发明的一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的结构示意图；

图2为本发明的原位覆盖网中覆盖网体的各层结构简图；

图3为本发明的原位覆盖网的张铺效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1～2，本发明的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网，包括覆盖网体1，覆盖网体1具有网孔，且其网边悬挂有负重块体2；负重块体2是由具有一定重量的硬质材料制备而成，与网边可靠连接，其形状多为梭型、矩形或三角形等，最好在覆盖网体1的网边均匀间隔设置。原位覆盖网在铺设时，覆盖网体1整体下降，水流通过网孔穿透，从而减缓因网体下降水流对浮泥的扰动；此外网边负重块体2先嵌入土体中，使得浮泥不会从网边溢出。

覆盖网体1包括自上而下依次设置的生态维护层11、污染物密封层12和污染物吸附层13。污染物吸附层13是由空心柱体排列组合而成，空心柱体的排列方向垂直于水流的方向，且空心柱体内填充有吸附材料，可对浮泥中的污染物进行吸附；吸附材料可为活性炭和/或吸附性粘土材料，吸附性粘土材料可为高岭土、凹凸棒土等具有吸附性的粘土矿物，具体的材料可依据底泥主要污染物进行选择；空心柱体的一般可选用空心圆柱，且空心圆柱由低温水溶性材料制备而成，这种低温水溶性材料指的是一类绿色、无毒、无污染，在低温下可溶于水中的材料，如可为聚乙烯醇PVA，壳聚糖膜，甲基纤维素膜等，这类材料会在完成污染物覆盖后自动水溶降解，对环境无二次污染。

位于生态维护层11和污染物吸附层13之间的污染物密封层12包括上下两层结构，且上下两层结构均由空心柱体排列而成，其中，靠近生态维护层11的上层空心柱体垂直于水流方向排列，靠近污染物吸附层13的下层空心柱体沿水流方向排列；空心柱体内填充有膨胀性材料，膨胀性材料遇水膨胀后体积会增加，形成密封的柔性网，将污染的浮泥覆盖在网底或吸附在覆盖网体1上；膨胀性材料为具有膨胀性的粘土，一般为膨润土，如钠基膨润土、钙基膨润土等。此层的空心柱体也可采用由低温水溶性材料制成的空心圆柱。

生态维护层11也是由包含填充材料的空心柱体排列组合而成，该层的空心柱体沿水流方向排列，且该层空心柱体内的填充材料为活性炭颗粒、具有吸附性的粘土和营养土中的一种或几种的混合材料，还可以包括一定量的水生植物的种子，以便进行生态保持；通过在网体最上部设置一层生态维护层，可以维持当地的水体生态环境。同样的，此层的空心柱体可采用空心圆柱，且空心圆柱由低温水溶性材料制备而成。

生态维护层11、污染物密封层12和污染物吸附层13这三层结构通过编织材料3编织组合固定、形成覆盖网体1；可通过针织、缠绕等方式将生态维护层11、污染物密封层12、污染物吸附层13每层结构中的空心柱体编织在一起，使每层结构为单独的一体结构，然后将生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层三层编织成一体，由于相邻两层空心柱体交错排列，层与层之间形成孔隙，最终得到具有网孔的覆盖网体1。编织材料3可为天然编织材料，对环境无二次污染，且具有一定的强度，将覆盖网体1各层通过针织、缠绕等方式连接成整体。当覆盖网体1各层中的空心柱体溶解后，剩余的填充材料、编织材料等均为天然无污染的、具有吸附性的材料，不会对环境造成污染。

本发明的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，包括以下步骤：

(1)选择填充料并填充：根据水体污染物的种类和当地的原材料种类，选择生态维护层、污染物密封层及污染物吸附层中的填充材料，按照设计要求，在各层的空心柱体中填充相应的材料；

(2)摊铺网体并缝合：按顺序将污染物吸附层、污染物密封层和生态维护层摊铺在平面上，采用天然编织材料将三层编织成一体；

(3)悬挂负重块体：采用天然编织材料在缝合后的覆盖网体网边悬挂负重块体，得到原位覆盖网；

(4)运送至预定位置；

(5)张铺：采用多艘船体或人工的方式将覆盖网体在水面上张铺，同时下放网体，网体边缘在负重块体的作用下先沉入水下，覆盖污染底泥区域，最终的铺设效果如图3。

可见，本发明的原位覆盖网的铺设工程操作简单，网体的加工和制作可在岸上的工厂完成，在水面仅需完成摊铺操作，较传统工艺来说，流程更少，操作更加简单。

实施例1

某水库在其外源排污已经控制的情况下，对其水源质量进行检测，发现其中包含一定量的Pb离子，通过底泥的取样发现，浮泥和流泥中包含了较多的Pb离子，其中浮泥最多，因此打算对该水库进行底泥的整治。由于该水库的水域面积较大，且深度较深，考虑到Pb离子含量超限程度不大，因此打算采用原位覆盖吸附的方法对该水源底泥进行处理，具体的操作如下：

(1)选择填充料：由于该水源底泥中的Pb离子含量较多，而且水源中包含了一定的Pb离子，因此生态维护层11主要组成选择活性炭和钠基膨润土，其质量比为0.1:1；污染物密封层12的填充材料选用钠基膨润土；污染物吸附层13的填充材料为活性炭和钠基膨润土，其配合比为0.2:1；

(2)圆柱填充：使用低温水溶性的PVA材料作为圆柱体材料，生态维护层11选用直径1cm的空心圆柱；污染物密封层选用直径1.5cm的空心圆柱；污染物吸附层13选用直径1cm的空心圆柱；将填充料填充至对应的空心圆柱中。

(3)地面摊铺网体：按照设计要求将覆盖网按照各层顺序摊铺在地面，本次采用长度20m，宽度10m的覆盖网；

(4)网体缝合：采用天然材料椰子纤维绳将覆盖网体1组合成一个整体；

(5)网边负重块体悬挂：采用废弃的混凝土块作为网边负重块体，用天然材料椰子纤维将混凝土块悬挂在覆盖网体1的四周；

(6)运送至预定位置：按照设计要求，将覆盖网体运送至预定位置。

(7)水面张铺：采用双船体的方式将网体在水面上进行张铺；

(8)下沉：下放网体，网体的边缘在网边负重块体2的作用下先沉入水下。

对浮泥的逸散率进行检测，(逸散率通过靠近浮泥表面的水体取样，测定浊度，进行评价)，本发明的覆盖网在铺设过程中可减少86％的浮泥逸散率，较大程度上减少了浮泥的逸散。

实施例2

某黑臭河道的治理中，对底泥进行采样，发现主要是磷超标。又由于暂时缺乏疏浚及泥处理的资金，因此决定采用原位覆盖吸附的方法对该河道底泥进行处理，具体的操作如下：

(1)选择填充料：由于该河道底泥中的磷超标，因此生态维护层11主要的组成选择是钠基膨润土和营养土，其质量比是1:0.1；污染密封层12选用钠基膨润土；污染物吸附层13的填充材料为活性炭和磷酸改性钠基膨润土，其质量比是0.25:1；

(2)圆柱填充：使用低温水溶性的壳聚糖膜作为圆柱体材料，生态维护层11选用直径0.5cm的空心圆柱；污染物密封层选用直径1cm的空心圆柱；污染物吸附层13选用直径0.5cm的空心圆柱；将填充料填充至对应的空心圆柱中。

(3)地面摊铺网体：按照设计要求将覆盖网按照各层顺序摊铺在地面，本次采用长度10m，宽度5m的覆盖网；

(4)网体缝合：采用天然麻绳将覆盖网体1组合成一个整体；

(5)网边负重块体悬挂：采用卵石作为网边负重块体，用天然麻绳将卵石块悬挂在覆盖网体1的四周；

(6)运送至预定位置：按照设计要求，将覆盖网体运送至预定位置。

(7)水面张铺：采用人工的方式将网体在水面上进行张铺；

(8)下沉：下放网体，网体的边缘在网边负重块体2的作用下先沉入水下。

对浮泥的逸散率进行检测，(逸散率通过靠近浮泥表面的水体取样，测定浊度，进行评价)，本发明的覆盖网在铺设过程中可减少75％的浮泥逸散率，较大程度上减少了浮泥的逸散。

Claims (8)

1.一种不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，包括覆盖网体以及悬挂在其网边的负重块体，所述覆盖网体包括自上而下依次设置的生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层，三层结构通过编织材料编织组合固定；其中，污染物吸附层由填充有污染物吸附材料的空心柱体垂直于水流方向排列而成，生态维护层由填充有生态活性材料的空心柱体沿水流方向排列而成，污染物密封层为由填充有膨胀性材料的空心柱体排列而成的双层结构，该双层结构中，上层空心柱体垂直于水流方向排列，下层沿水流方向排列；所述编织材料为天然编织材料；

铺设方法，包括以下步骤：

（1）选择填充料并填充：根据水体污染物的种类和当地的原材料种类，选择生态维护层、污染物密封层及污染物吸附层中的填充材料，按照设计要求，在各层的空心柱体中填充相应的材料；

（2）摊铺网体并缝合：按顺序将污染物吸附层、污染物密封层和生态维护层摊铺在平面上，采用天然编织材料将三层编织成一体；

（3）悬挂负重块体：采用天然编织材料在缝合后的覆盖网体网边悬挂负重块体，得到原位覆盖网；

（4）运送至预定位置；

（5）张铺：采用多艘船体或人工的方式将覆盖网体在水面上张铺，同时下放网体，网体边缘在负重块体的作用下先沉入水下，覆盖污染底泥区域。

2.根据权利要求1所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，所述生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层中的空心柱体为空心圆柱。

3.根据权利要求1或2所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，所述生态维护层、污染物密封层和污染物吸附层中的空心柱体均由低温水溶性材料制得。

4.根据权利要求1所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，组成所述污染物吸附层的空心柱体内填充的污染物吸附材料为活性炭和/或吸附性粘土材料。

5.根据权利要求1所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，组成所述污染物密封层的空心柱体内填充的膨胀性材料为具有膨胀性的粘土。

6.根据权利要求1所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，组成所述生态维护层的空心柱体内填充的生态活性材料为活性炭颗粒、具有吸附性的粘土和营养土中的一种或几种的混合材料。

7.根据权利要求6所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，所述生态维护层的空心柱体内还填充有水生植物的种子。

8.根据权利要求1所述的不扰动浮泥的污染底泥原位覆盖网的铺设方法，其特征在于，所述负重块体由硬质材料制备而成，在覆盖网体的网边均匀间隔设置。