CN111362535A - 用于污染底泥原位治理的方法及覆盖材料 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于污染底泥原位治理的方法及覆盖材料，用于污染底泥原位治理的方法包括：在污染底泥表面依次铺盖持力结构阻隔层和保护层，所述持力结构阻隔层由骨料与密封物质混合后遇水相互作用形成；所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。覆盖材料，包括骨料和密封物质，所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。本申请将底泥和水体进行高效隔离，使得有机物、氮、磷、重金属等所有类型的污染物均无法向水体释放，以达到污染底泥原位治理的目的。

Description

用于污染底泥原位治理的方法及覆盖材料

技术领域

本申请涉及一种污染底泥治理方法，具体涉及一种用于污染底泥原位智力的方法及覆盖材料。

背景技术

由于人类生产生活的影响，大量的湖泊、水库、水塘、河道、近海区域被污染，这些污染物包括各种有机物、重金属、氮、磷，随着各种途径进入水体，最终沉积和富集在底泥上，而随着气候和水文条件的改变，以及人类活动的扰动，底泥中的这些污染物将被不断地释放出来，严重威胁生态系统和人群健康。

传统的底泥治理方式主要分为异位和原位两种，异位处理主要通过清淤疏浚的形式将污染底泥转移到临时堆场进行脱水，脱水后的底泥再运往填埋场进行最终处置或制成护坡砌块、透水砖或陶粒等建材进行资源化利用，但由于底泥的量较大，所需的临时堆场面积较大，征地困难，同时由于底泥制成的建材产品经济性较低，市场消纳难度大，使得异位处理面临较大的困境。而原位处理目前多采用基于氧化、吸附和钝化原理的技术，其中，氧化的方法多采用设备进行深层曝气，但存在能耗高，仅能削减表层底泥的问题；吸附的方法采用各种多孔材料，对特定的污染物质进行吸附，但也存在吸附饱和，环境条件改变后污染物解吸的问题；钝化的方法主要针对重金属污染物，将其转化为不活泼的状态，降低生物有效性，但同样存在环境条件改变导致有毒重金属重新返活的状况。

因此，急需一种不用疏浚脱水异位处置、适应多种污染物类型、且不受环境条件改变影响的底泥治理方法，克服异位处理和传统原位治理的弊端，可使整个底泥治理工程的施工周期缩短、施工更为简便、同时更安全有效且成本更加低廉。

发明内容

基于此，本申请提供一种用于污染底泥原位治理的方法及阻隔材料，将底泥和水体进行高效隔离，使得有机物、氮、磷、重金属等所有类型的污染物均无法向水体释放，以达到污染底泥原位治理的目的。

用于污染底泥原位治理的方法，包括：在污染底泥表面依次铺盖持力结构阻隔层和保护层，所述持力结构阻隔层由骨料与密封物质混合后遇水相互作用形成；所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。

持力结构阻隔层内相邻骨料紧密接触形成持力点，在持力点和该持力点周围的骨料的作用下形成一个个小的挤压微腔，密封物质在挤压微腔中承压形成不透水的嵌锁结构，可有效阻隔水和底泥进行物质交换。本申请所形成的特定结构的阻隔层对水生生物影响可逆，铺盖过程中被掩埋的底栖动物和沉水植物的叶片可钻出阻隔层，而阻隔层在此过程中能自愈合，对液体阻隔无影响。

本申请的阻隔层由于是直接将底泥层和上覆水层进行物理阻隔，因此可控制任意种类的污染物，适用性更广，且本申请的阻隔层组成成分为天然矿物，功能衰减缓慢，使用寿命长。

在水下环境中采用一种以天然矿物为骨料同时混合密封物质遇水作用后形成持力结构阻隔层，铺盖在污染底泥表面，而沙(砂)或环保土工布作为其保护层，铺盖在阻隔层表面，将底泥和水体进行高效隔离，使得有机物、氮、磷、重金属等所有类型的污染物均无法向水体释放，以达到污染底泥原位治理的目的。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述保护层为沙、砂或环保土工布。保护层的目的防止有一定流速的水体对阻隔层材料的进行冲刷，同时防止水生动物的扰动。

可选的，所述沙、砂保护层的厚度为10～30cm；所述环保土工布具有透水，防微生物降解、干湿状态下都能保持拉伸强度等特点，抗拉强度>18kN/m。

可选的，所述骨料与密封物质的质量比为1:4～1:1。

可选的，所述天然矿物为蛭石、石灰石、或无活性成分的且性质稳定的天然岩石或卵石。

可选的，所述骨料的粒径为5～20mm。

可选的，所述持力结构阻隔层的厚度为10～25cm。

经测试，所述阻隔层表面能耐水流冲刷的流速范围为＜2m/s。

可选的，所述持力结构阻隔层中种植耐污水生植物种子。

可选的，所述密封物质中还混有添加剂；所述添加剂为能吸附重金属的材料或具有絮凝沉淀作用的高分子聚合物。

进一步地，能吸附重金属的材料可选自沸石、活性炭、粉煤灰、硅藻土等；具有絮凝作用的高分子聚合物可选自聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁等。

可选的，还包括连接至所述污染底泥中的注射管道系统和抽提及排气管道系统。

本申请还提供一种用于污染底泥原位质粒的覆盖材料，包括骨料和密封物质，所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述骨料与密封物质的质量比为1:4～1:1。

可选的，所述天然矿物为蛭石、石灰石、或无活性成分的且性质稳定的天然岩石或卵石。

可选的，所述骨料的粒径为5～20mm。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

本申请以天然矿物为骨料同时混合密封物质遇水作用后形成持力结构阻隔层，而沙(砂)或环保土工布作为其支撑层，直接铺盖在污染底泥表面，将底泥和水体进行高效隔离，使得有机物、氮、磷、重金属等所有类型的污染物均无法向水体释放，以达到污染底泥原位治理的目的。

本发明是针对底泥异位处理易造成二次污染、而传统的基于氧化、吸附和钝化原理的底泥原位处理方法仅对部分污染物有用且见效缓慢的问题，通过天然矿物为骨料同时混合密封物质遇水作用后形成持力结构阻隔层，以沙(砂)或环保土工布作为阻隔层表面的保护层，直接将污染底泥区域进行封闭，使得水体和底泥无法进行物质交换，实现污染底泥的原位治理，本方法具有施工周期短、施工简便、安全有效、成本低等特点。

附图说明

图1为本申请方法中铺盖材料、污染底泥和水体之间的关系结构图；

图2为本申请阻隔层所用颗粒材料水化示意图；

图3为装配管道系统的污染底泥铺盖隔离协同原位降解系统示意图；

图4为图3中种植耐污水生植物的示意图。

图5为本申请方法对三种PAH(有机污染物)的阻隔效果数据图。

图6为本申请方法对三种重金属(无机污染物)的阻隔效果数据图。

图中所示附图标记如下：

1-污染底泥层 2-保护层 3-阻隔层

4-水体 5-铺盖层 6-注射管道

7-抽提和排气管道 8-耐污水生植物种子 9-耐污水生植物幼苗

10-耐污水生植物成熟株 11-根系

31-骨料 32-持力点 33-挤压微腔

34-密封物质 35-嵌锁结构

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

如图1所示，本申请方法形成的原位净化系统的截面结构示意图，底部为污染底泥层1，污染底泥层上为阻隔层3，阻隔层3上为保护层2，保护层2上方为水体4，阻隔层3直接铺盖在污染底泥表面保护层2和阻隔层3一起将底泥和水体进行高效隔离，使得有机物、氮、磷、重金属等所有类型的污染物均无法向水体释放，以达到污染底泥原位治理的目的。

阻隔层为持力结构阻隔层，由骨料31与密封物质34混合后遇水相互作用形成，所用颗粒材料水化示意图如图2所示，骨料31为天然矿物，密封物质34为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。

持力结构阻隔层内相邻骨料31紧密接触形成持力点32，在持力点和该持力点周围的骨料31的作用下形成一个个小的挤压微腔33，密封物质34在挤压微腔3中承压形成不透水的嵌锁结构35，可有效阻隔水和底泥进行物质交换。本申请所形成的特定结构的阻隔层对水生生物影响可逆，铺盖过程中被掩埋的底栖动物和沉水植物的叶片可钻出阻隔层，而阻隔层在此过程中能自愈合，对液体阻隔无影响。

保护层的目的在于防止有一定流速的水体对阻隔层材料的进行冲刷，同时防止水生动物的扰动。一种实施方式中，保护层为沙、砂或环保土工布，若采用沙、砂保护层，其厚度为10～30cm；若采用环保土工布，环保土工布具有透水，防微生物降解、干湿状态下都能保持拉伸强度等特点，抗拉强度>18kN/m。

骨料与密封物质的配比会对阻隔层结构产生影响，一种实施方式中，骨料与密封物质的质量比为1:4～1:1。该优选范围内形成的阻隔层的渗透系数＜10^-8cm/s。

一种实施方式中，骨料的粒径为5～20mm，天然矿物为蛭石、石灰石、或无活性成分的且性质稳定的天然岩石或卵石。

一种实施方式中，持力结构阻隔层的厚度为10～25cm。该厚度范围内的阻隔层的渗透系数＜10^-8cm/s，同时，污染物阻隔效率>99％。

经测试，在上述条件下形成的阻隔层表面能耐水流冲刷的流速范围为＜2m/s。

为便于对阻隔后的污染底泥进行进一步处理，一种实施方式中，还包括连接至污染底泥层的注射管道6以及抽提和排气管道7，如图3所示，注射管道可用于向污染底泥中注射药剂，抽提和排气管道可用于对污染底泥层排气或将污染底泥抽出。

为在原位阻隔的基础上进一步增强净化效果，一种实施方式中，阻隔层3中种植耐污水生植物种子8，如图4所示，植耐污水生植物幼苗9及植耐污水生植物成熟株10的根系11会穿过阻隔层3伸入污染底泥层及更深的底层中。图3和图4中的铺盖层5为保护层2和阻隔层3的统称。

为进一步加强对水体中重金属及其他污染物的净化，一种实施方式中，可在密封物质中混入添加剂，添加剂为能吸附重金属的材料或具有絮凝沉淀作用的高分子聚合物。能吸附重金属的材料可选自沸石、活性炭、粉煤灰、硅藻土等；具有絮凝作用的高分子聚合物可选自聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁。天然矿物骨料和混有添加剂的密封物质通过物理拌和，均匀的向待治理水体进行投撒，在物料向下沉降的过程中，添加剂可同步吸附重金属或网捕架桥水中的悬浮物，起到净化水质的作用，待形成持力结构阻隔层后，上述物质持续发挥净水作用，具有底泥原位治理和水质原位提升的双重功效。

本申请原位净化方法包括如下步骤：

步骤S1：在底泥层上铺撒天然矿物骨料和密封物质作为持力结构阻隔层；

步骤S2：。在阻隔层上铺撒沙(砂)或环保土工布作为保护层。

本申请对三种PAH(有机污染物)和三种重金属(无机污染物)的阻隔效果数据图分别如图5和图6所示，由图可知，本申请方法对有机污染物和重金属都有很好的阻隔作用。

以下以具体事例对本申请处理方法的具体实施方式进行说明：

实施例1

本实施例中采用安装在驳船上的可伸缩式链板输送机将铺盖材料进行撒布。

首先用颜色鲜艳的浮标在撒布水域进行定位，每个目标区域的划分是和输送机料斗的容量、投撒速率紧密相关，实施前要确定好带式输送机的速率和臂高。

用吊车上的抓斗从就近岸上将物料调往驳船上，紧接着用挖沟机将堆放在驳船上的物料转移进输送机料斗。料斗可向传送带输送物料，传送带的速度和臂高可以远程遥控。通过现场测试，7～10吨的物料，包括沙(砂)或颗粒材料，可在15min以内均匀撒布在指定区域。物料输送机既可以安装在水面上，亦可以安装在岸上，如果输送机安装在岸上，物料的转移采用翻斗叉车。

实施例2

本实施例中采用装载了撒布袋的直升飞机进行撒布。

首先用颜色鲜艳的浮标在撒布水域进行定位，每个目标区域的划分是和撒布带的尺寸、直升机飞行速度、投撒高度紧密相关，实施前要确定好这些相关参数。

地面人员通过无线电和直升飞机机组人员进行联系，准确定位撒布区域和频率。

通过叉车将撒布袋固定在直升机上放下的负重绳，固定好之后，直升机挂着撒布袋再前往指定区域。

直升飞机撒布采用分段部署的方式，事先划分好区域段，每段设降落点，降落点的功能是回收空袋和装载新袋到直升飞机上。

实施例3

本实施例中采用装载了蛤壳状挖泥器的吊机进行撒布。

首先用颜色鲜艳的浮标在撒布水域进行定位，每个目标区域的划分是和蛤壳状挖泥器的尺寸、吊机臂高紧密相关，实施前要确定好这些参数。

用蛤壳状挖泥器抓取物料，通过吊机将挖泥器吊入需撒布的水域上方，缓缓开启挖泥器，然后均匀的撒布进入水体。

实施例4

本实施例针对要求恢复库容或疏浚航道时，仅靠铺盖隔离无法削减底泥的情况，采用本实施例可有效解决上述问题。

如图3所示，在铺盖层(保护层+持力结构阻隔层)下，污染底泥层1中铺设注射管道6，通过向该系统中注射可降解底泥的物质(包括但不限于：微生物菌剂、双氧水、芬顿试剂、铁盐类高级氧化剂等)氧化分解底泥中的有机物，达到原位削减底泥的目的，在氧化分解过程中产生的气体可通过抽提和排气管道7排出；还可将注射管道系统和抽提和排气管道系统进行连通，连续注射和抽提可降解底泥的物质，形成一个循环处理的系统，直到底泥削减量达到工程目标。

实施例5

本实施例采用底泥铺盖和耐污水生植物联合治理底泥的方法，先将耐污水生植物种子8混入含营养基质配方的密封物质34，遇水后会形成含有耐污水生植物种子的含营养基质的铺盖层5(保护层+持力结构阻隔层)，种子在铺盖层中萌发，首先长成耐污水生植物幼苗9，最后形成耐污水生植物成熟株10，成熟株通过水生植物根系不断吸收污染底泥层1中的有机污染物和富集重金属，实现底泥的原位治理和修复，剖面图如图4所示。在此过程中，水生植物的根系和茎叶均可自由地在铺盖层中生长蔓延，而铺盖层具有自我修复的功能，因而不会影响其结构，使得水体和底泥始终保持隔离，无法进行污染物质的释放和交换。

实施例6

本实施例可将能吸附重金属的材料或具有絮凝沉淀作用的高分子聚合物作为添加剂(如沸石和聚合氯化铝铁)混入密封物质6，天然矿物骨料5和混有上述材料或高分子聚合物的密封物质6通过物理拌和，均匀的向待治理水体进行投撒，在物料向下沉降的过程中，上述物质可同步吸附重金属或网捕架桥水中的悬浮物，起到净化水质的作用，待形成持力结构阻隔层后，上述物质持续发挥净水作用，具有底泥原位治理和水质原位提升的双重功效。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.用于污染底泥原位治理的方法，其特征在于，包括：在污染底泥表面依次铺盖持力结构阻隔层和保护层，所述持力结构阻隔层由骨料与密封物质混合后遇水相互作用形成；所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骨料与密封物质的质量比为1:4～1:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天然矿物为蛭石、石灰石、或无活性成分的且性质稳定的天然岩石或卵石。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骨料的粒径为5～20mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述持力结构阻隔层的厚度为10～25cm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述持力结构阻隔层中种植耐污水生植物种子。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封物质中还混有添加剂；所述添加剂为能吸附重金属的材料或具有絮凝沉淀作用的高分子聚合物。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括连接至所述污染底泥中的注射管道系统和抽提及排气管道系统。

9.用于污染底泥原位质粒的覆盖材料，其特征在于，包括骨料和密封物质，所述骨料为天然矿物；所述密封物质为天然粘土、海泡石、凹凸棒或高岭土。

10.根据权利要求9所述的覆盖材料，其特征在于，所述骨料与密封物质的质量比为1:4～1:1。

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