CN110316782B - 一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料 - Google Patents

一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，属于沉积物抑制材料领域，一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，包括水平铺设在沉积物上方的覆盖层，覆盖层由多个均匀排布的磷吸附球组成，磷吸附球包括中心球体、包覆在中心球体外端的内纤维层、包覆在内纤维层外端的颗粒层以及包覆在颗粒层外端的外纤维层，中心球体上分布有多个微孔，多个磷吸附球之间连接有多个环保绳，通过设置内、外纤维层，将覆盖材料分隔为内层和外层，且通过外纤维层减少覆盖粒之间的空隙，从而降低覆盖材料对水体透明度的影响，同时通过环保绳的作用，使覆盖材料不易因流水作用力随意移动，使覆盖厚度更加均匀。

Description

一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料
技术领域
本发明涉及沉积物抑制材料领域，更具体地说，涉及一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料。
背景技术
磷元素是生物体所必需的营养元素之一，与生命活动密切相关，同时也是水生生物生长的限制元素，其在河流、湖泊等不同系统中的丰度、赋存形态和分布特征与水体富营养化过程有着密切联系，一般认为，TP浓度(总磷浓度)为0.02mg/L时，是造成水体富营养化的临界浓度值，水中过量的磷会增加淡水水生生态系统初级生产力，导致水体富营养化，进而给水生生态系统带来负面的影响。底泥作为自然水体污染的蓄积场所，当外源污染被减少或切断以后，底泥中的磷释放是水体磷污染的主要来源。Hullebusch(2003)等人研究发现法国Courtille湖上覆水中99％的TP都来自表层底泥中的磷释放，且好氧条件下也会引起底泥中磷的释放，长江中下游20个湖泊的内源磷含量比外源磷的含量高几个数量级。
通常，底泥中磷的控制技术主要为异位处理技术和原位处理技术，异位处理技术的原理主要是从湖泊中疏浚受污染的沉积物，泥沙疏浚已应用于许多工程项目，然而，从长远来看，这可能会破坏湖泊生态系统的平衡，也不符合成本效益，因此，湖泊沉积物磷的原位处理技术越来越受到人们的重视，为了减少沉积物中磷的释放，设计了许多用于湖泊内部磷负荷控制的原位技术，包括低磁通气、原位覆盖、原位物理化学降水、植物修复与原位吸附-生物结合的技术。
天然红土，又称红壤，在我国西南地区广泛分布，是在湿热的气候条件下由岩石风化而成，主要成分为碳酸盐，富含铁铝等氧化物，会对底泥中的磷进行吸附固定，所以被广泛应用于原位覆盖控制底泥中内源磷污染。用天然红土作为覆盖材料(其中添加了一定量的粉煤灰和石灰粉)对富营养化的滇池水体进行修复，能有效的抑制底泥内源磷的释放和修复滇池水体的富营养化，投加红壤去除河道水中的磷，当红壤投加浓度为400mg/L时，对磷的去除效率为91％。Xia et al(2016)采用成都龙泉山红土覆盖控制当地十陵河污染底泥中磷释放的效果明显，对上覆水体TP和SRP的抑制率分别为77％和92％。
目前，采用天然红土直接覆盖时，通常一些粉末态和黏粒态的红土易引起水体浑浊，造成水体透明度剧减，难以彻底澄清，而一些颗粒状的红土一般直接与水接触后也会变粘，密度较大同样可能引起水体浑浊，而密度较小除磷效果会受到影响，且红土在沉积物表面平铺后，在流水的作用下容易顺着水流方向移动，导致红土分布不均匀，覆盖厚度不一致，从而导致沉积物各个区域的除磷效果不同。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，它通过设置内、外纤维层，将覆盖材料分隔为内层和外层，且通过外纤维层减少覆盖粒之间的空隙，从而降低覆盖材料对水体透明度的影响，同时通过环保绳的作用，使覆盖材料不易因流水作用力随意移动，使覆盖厚度更加均匀。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，包括水平铺设在沉积物上方的覆盖层，所述覆盖层由多个均匀排布的磷吸附球组成，所述磷吸附球包括中心球体、包覆在中心球体外端的内纤维层、包覆在内纤维层外端的颗粒层以及包覆在颗粒层外端的外纤维层，所述中心球体上分布有多个微孔，多个所述磷吸附球之间连接有多个环保绳，通过设置内、外纤维层，将覆盖材料分隔为内层和外层，且通过外纤维层减少覆盖粒之间的空隙，从而降低覆盖材料对水体透明度的影响，同时通过环保绳的作用，使覆盖材料不易因流水作用力随意移动，使覆盖厚度更加均匀。
进一步的，所述覆盖层的厚度介于10-20cm之间，既能保证覆盖层的磷吸附能力，又不易显著提高水体水面线，同时还能保证较低的垂直渗透系数，起到物理阻隔的作用，使底部沉积物内的磷不易释放至上层水体。
进一步的，所述中心球体由红土颗粒加粘结剂和成孔剂后形成的球体，所述粘结剂为羧甲基纤维素与硅溶胶，所述成孔剂为聚苯乙烯颗粒，通过成孔剂在中心球体上形成微孔，使中心球体与沉积物内含有的磷接触面更大，保证中心球体的除磷性能。
进一步的，所述红土颗粒以过筛红土、粉煤灰、石灰粉和粘结剂为原料，搅拌混合均匀后经造粒机造粒后形成，所述过筛红土由天然红土去除其中较大的石砾和植物残渣，经风干后过筛而成，所述过筛期间使用的筛子为40-60目，将天然红土制成球体，相比于粉末态和黏粒态的红土，球体红土不易在水中浑浊引起水体透明度的剧减，且方便中心球体的粘接形成。
进一步的，所述颗粒层由均匀分布的红土颗粒在粘结剂作用下粘接在内纤维层外端所形成的，且颗粒层的红土颗粒体积等于中心球体的红土颗粒体积，将整个磷吸附球内的红土颗粒用内、外纤维层隔开，分两次使用，且通过粘结剂将红土颗粒粘接，使红土颗粒入水后不易立即散开，降低由红土引起的水体浑浊。
进一步的，所述外纤维层的外端均匀连接有纤维毛，且纤维毛向外延展1-2cm，纤维毛在水中展开，便于磷吸附球间的缠绕连接，同时使磷吸附球间间隙更小，有效阻挡沉积物向上层水体移动，且内、外纤维层均由绿色可降解纤维制成，所述可降解纤维为光降解纤维，通过光作用降解，不易对水体进行污染。
进一步的，所述中心球体的内部设置有多个长植物纤维，所述长植物纤维采用水草纤维，长植物纤维利于加强中心球体内过筛红土颗粒间的连接，同时水草纤维与中心球体脱离后，还能作为水里鱼类的肥料，促进鱼类生长，不易漂浮在水面影响市容。
进一步的，每10-20个所述磷吸附球之间通过环保绳连接，所述环保绳由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，将个磷吸附球通过环保绳连接为一个磷吸附球组，相比于单个磷吸附球，磷吸附球组的重力更大，在水底不易因流水的作用力而随意移动，不易造成沉积物表面的覆盖层厚度不均，由于覆盖层厚的部分磷吸附球数量较多，除磷效果较好，使覆盖层均匀能有效保证沉积物各区域的除磷一致性，且环保绳由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，可自然降解为无污染的能在自然界中再次被循环利用的小分子。
进一步的，多个所述磷吸附球的直径分别为2cm、2.5cm和3cm中的两种或多种，磷吸附球的直径大小不同，平铺时则会更紧密，磷吸附球间的空隙更小，有利于沉积物与水体的隔绝，使沉积物内的磷不易释放至水体。
进一步的，所述中心球体是中心位置设置有塑料球，所述塑料球的外端连接有倒刺，所述塑料球和倒刺均由光降解塑料制成，且倒刺依次穿过中心球体、内纤维层和颗粒层延伸至外纤维层，当磷吸附球进入水里时，外纤维层的纤维毛展开，倒刺暴露出来，可将旁边的磷吸附球勾住，方便使磷吸附球不易因流水作用力在水里随意移动，影响覆盖均匀性。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过设置内、外纤维层，将覆盖材料分隔为内层和外层，且通过外纤维层减少覆盖粒之间的空隙，从而降低覆盖材料对水体透明度的影响，同时通过环保绳的作用，使覆盖材料不易因流水作用力随意移动，使覆盖厚度更加均匀。
(2)覆盖层的厚度介于10-20cm之间，既能保证覆盖层的磷吸附能力，又不易显著提高水体水面线，同时还能保证较低的垂直渗透系数，起到物理阻隔的作用，使底部沉积物内的磷不易释放至上层水体。
(3)中心球体由红土颗粒加粘结剂和成孔剂后形成的球体，粘结剂为羧甲基纤维素与硅溶胶，成孔剂为聚苯乙烯颗粒，通过成孔剂在中心球体上形成微孔，使中心球体与沉积物内含有的磷接触面更大，保证中心球体的除磷性能。
(4)红土颗粒以过筛红土、粉煤灰、石灰粉和粘结剂为原料，搅拌混合均匀后经造粒机造粒后形成，过筛红土由天然红土去除其中较大的石砾和植物残渣，经风干后过筛而成，过筛期间使用的筛子为40-60目，将天然红土制成球体，相比于粉末态和黏粒态的红土，球体红土不易在水中浑浊引起水体透明度的剧减，且方便中心球体的粘接形成。
(5)颗粒层由均匀分布的红土颗粒在粘结剂作用下粘接在内纤维层外端所形成的，且颗粒层的红土颗粒体积等于中心球体的红土颗粒体积，将整个磷吸附球内的红土颗粒用内、外纤维层隔开，分两次使用，且通过粘结剂将红土颗粒粘接，使红土颗粒入水后不易立即散开，降低由红土引起的水体浑浊。
(6)外纤维层的外端均匀连接有纤维毛，且纤维毛向外延展1-2cm，纤维毛在水中展开，便于磷吸附球间的缠绕连接，同时使磷吸附球间间隙更小，有效阻挡沉积物向上层水体移动，且内、外纤维层均由绿色可降解纤维制成，可降解纤维为光降解纤维，通过光作用降解，不易对水体进行污染。
(7)中心球体的内部设置有多个长植物纤维，长植物纤维可采用水草纤维，长植物纤维利于加强中心球体内过筛红土颗粒间的连接，同时水草纤维与中心球体脱离后，还能作为水里鱼类的肥料，促进鱼类生长，不易漂浮在水面影响市容。
(8)每10-20个磷吸附球之间通过环保绳连接，环保绳由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，将个磷吸附球通过环保绳连接为一个磷吸附球组，相比于单个磷吸附球，磷吸附球组的重力更大，在水底不易因流水的作用力而随意移动，不易造成沉积物表面的覆盖层厚度不均，由于覆盖层厚的部分磷吸附球数量较多，除磷效果较好，使覆盖层均匀能有效保证沉积物各区域的除磷一致性，且环保绳由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，可自然降解为无污染的能在自然界中再次被循环利用的小分子。
(9)多个磷吸附球的直径分别为2cm、2.5cm和3cm中的两种或多种，磷吸附球的直径大小不同，平铺时则会更紧密，磷吸附球间的空隙更小，有利于沉积物与水体的隔绝，使沉积物内的磷不易释放至水体。
(10)中心球体是中心位置设置有塑料球，塑料球的外端连接有倒刺，塑料球和倒刺均由光降解塑料制成，且倒刺依次穿过中心球体、内纤维层和颗粒层延伸至外纤维层，当磷吸附球进入水里时，外纤维层的纤维毛展开，倒刺暴露出来，可将旁边的磷吸附球勾住，方便使磷吸附球不易因流水作用力在水里随意移动，影响覆盖均匀性。
附图说明
图1为本发明的覆盖层铺设在沉积物上的结构示意图；
图2为本发明的磷吸附球结构示意图；
图3为本发明的中心球体处结构立体图；
图4为本发明的长植物纤维处结构示意图；
图5为本发明的多个磷吸附球连接在一起的结构示意图。
图中标号说明：
1沉积物、2覆盖层、3磷吸附球、31中心球体、32内纤维层、33颗粒层、34外纤维层、35微孔、36长植物纤维、4环保绳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-5，一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，包括水平铺设在沉积物1上方的覆盖层2，覆盖层2由多个均匀排布的磷吸附球3组成，磷吸附球3包括中心球体31、包覆在中心球体31外端的内纤维层32、包覆在内纤维层32外端的颗粒层33以及包覆在颗粒层外端的外纤维层34，中心球体31上分布有多个微孔35，多个磷吸附球3之间连接有多个环保绳4，覆盖层2的厚度为15cm，既能保证覆盖层2的磷吸附能力，又不易显著提高水体水面线，同时还能保证较低的垂直渗透系数，起到物理阻隔的作用，使底部沉积物1内的磷不易释放至上层水体。
中心球体31由红土颗粒加粘结剂和成孔剂后形成的球体，粘结剂为羧甲基纤维素与硅溶胶，成孔剂为聚苯乙烯颗粒，通过成孔剂在中心球体31上形成微孔35，使中心球体31与沉积物1内含有的磷接触面更大，保证中心球体31的除磷性能，红土颗粒以过筛红土、粉煤灰、石灰粉和粘结剂为原料，搅拌混合均匀后经造粒机造粒后形成，过筛红土由天然红土去除其中较大的石砾和植物残渣，经风干后过筛而成，过筛期间使用的筛子为60目，将天然红土制成球体，相比于粉末态和黏粒态的红土，球体红土不易在水中浑浊引起水体透明度的剧减，且方便中心球体31的粘接形成，颗粒层33由均匀分布的红土颗粒在粘结剂作用下粘接在内纤维层32外端所形成的，且颗粒层33的红土颗粒体积等于中心球体31的红土颗粒体积，将整个磷吸附球3内的红土颗粒用内、外纤维层隔开，分两次使用，且通过粘结剂将红土颗粒粘接，使红土颗粒入水后不易立即散开，降低由红土引起的水体浑浊。
外纤维层34的外端均匀连接有纤维毛，且纤维毛向外延展2cm，纤维毛在水中展开，便于磷吸附球3间的缠绕连接，同时使磷吸附球3间间隙更小，有效阻挡沉积物2向上层水体移动，且内、外纤维层均由绿色可降解纤维制成，可降解纤维为光降解纤维，通过光作用降解，不易对水体进行污染，中心球体31的内部设置有多个长植物纤维36，长植物纤维36可采用水草纤维，长植物纤维36利于加强中心球体31内过筛红土颗粒间的连接，同时水草纤维与中心球体31脱离后，还能作为水里鱼类的肥料，促进鱼类生长，不易漂浮在水面影响市容。
每20个磷吸附球3之间通过环保绳4连接，环保绳4由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，将20个磷吸附球3通过环保绳4连接为一个磷吸附球组，相比于单个磷吸附球3，磷吸附球组的重力更大，在水底不易因流水的作用力而随意移动，不易造成沉积物1表面的覆盖层2厚度不均，由于覆盖层2厚的部分磷吸附球3数量较多，除磷效果较好，使覆盖层2均匀能有效保证沉积物1各区域的除磷一致性，且环保绳4由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成，可自然降解为无污染的能在自然界中再次被循环利用的小分子。
多个磷吸附球3的直径分别为2cm、2.5cm和3cm中的两种或多种，磷吸附球3的直径大小不同，平铺时则会更紧密，磷吸附球3间的空隙更小，有利于沉积物1与水体的隔绝，使沉积物1内的磷不易释放至水体，中心球体31是中心位置设置有塑料球，塑料球的外端连接有倒刺，塑料球和倒刺均由光降解塑料制成，且倒刺依次穿过中心球体31、内纤维层32和颗粒层33延伸至外纤维层34，当磷吸附球3进入水里时，外纤维层34的纤维毛展开，倒刺暴露出来，可将旁边的磷吸附球3勾住，方便使磷吸附球3不易因流水作用力在水里随意移动，影响覆盖均匀性。
本方案中，当多个磷吸附球3平铺在沉积物1上方后，外纤维层34能有效阻挡颗粒层33内的红土颗粒大批量漏出，使水体透明度不易剧减，此时颗粒层33起主要的除磷作用，中心球体31起次要除磷作用，当外纤维层34在水的长时间浸泡下慢慢溶解时，颗粒层33的粒度量逐渐减小，除磷效果也大大降低，内纤维层32开始暴露出来，此时中心球体31起主要的除磷作用，颗粒层33起次要的除磷作用，在内纤维层32的阻挡下，中心球体31内的红土也不易使水体透明度剧减，直至内纤维层32溶解，中心球体31暴露出来，中心球体31设置为带微孔35的球体形状，也不易使水体透明度剧减，另外，内、外纤维层降解后的产物不仅不易污染水体还可用于饲养鱼类。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，包括水平铺设在沉积物(1)上方的覆盖层(2)，其特征在于：所述覆盖层(2)由多个均匀排布的磷吸附球(3)组成，所述磷吸附球(3)包括中心球体(31)、包覆在中心球体(31)外端的内纤维层(32)、包覆在内纤维层(32)外端的颗粒层(33)以及包覆在颗粒层外端的外纤维层(34)，所述中心球体(31)上分布有多个微孔(35)，多个所述磷吸附球(3)之间连接有多个环保绳(4)，所述中心球体(31)由红土颗粒加粘结剂和成孔剂后形成的球体，所述粘结剂为羧甲基纤维素与硅溶胶，所述成孔剂为聚苯乙烯颗粒，所述红土颗粒以过筛红土、粉煤灰、石灰粉和粘结剂为原料，搅拌混合均匀后经造粒机造粒后形成，所述过筛红土由天然红土去除其中较大的石砾和植物残渣，经风干后过筛而成，所述过筛期间使用的筛子为40-60目，所述颗粒层(33)由均匀分布的红土颗粒在粘结剂作用下粘接在内纤维层(32)外端所形成的，且颗粒层(33)的红土颗粒体积等于中心球体(31)的红土颗粒体积。
2.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：所述覆盖层(2)的厚度介于10-20cm之间。
3.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：所述外纤维层(34)的外端均匀连接有纤维毛，且纤维毛向外延展1-2cm，且内、外纤维层均由绿色可降解纤维制成，所述可降解纤维为光降解纤维。
4.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：所述中心球体(31)的内部设置有多个长植物纤维(36)，所述长植物纤维(36)采用水草纤维。
5.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：每10-20个所述磷吸附球(3)之间通过环保绳(4)连接，所述环保绳(4)由淀粉醋酸酯、纤维素醋酸酯、聚乙烯和增塑剂共混制成。
6.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：多个所述磷吸附球(3)的直径分别为2cm、2.5cm和3cm中的两种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种抑制沉积物磷释放的覆盖材料，其特征在于：所述中心球体(31)是中心位置设置有塑料球，所述塑料球的外端连接有倒刺，所述塑料球和倒刺均由光降解塑料制成，且倒刺依次穿过中心球体(31)、内纤维层(32)和颗粒层(33)延伸至外纤维层(34)。
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