CN112851082A - 一种河床底泥生态修复床及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河床底泥生态修复床及其制备方法，所述生态修复床，其特征在于，包括河湖底泥、水泥、粉煤灰、碳源和微生物菌剂；所述制备方法包括以下步骤：S1、将配方量的河床底泥、水泥和粉煤灰混合，在多孔型模具上固结成型，得到多孔型固结体；S2、将步骤S1得到的多孔固结体投入到含有碳源、微生物菌的溶液中浸泡，得到营养固结体；S3、向步骤S2得到的营养固结体中植入水生植物，即得所述河湖底泥生态修复床。本发明施工周期短、施工难度小，净化水质的效率高，适用于河流、湖泊水生态系统构建和水体水质提升，且处理成本低，实现了底泥的资源化利用。

Description

一种河床底泥生态修复床及其制备方法

技术领域

本发明属于河床底泥处理技术领域，涉及河湖底泥的减量化处理和资源利用处理，具体为一种河床底泥生态修复床及其制备方法。

背景技术

淤泥主要是指在生物、化学、物理的作用下，各种矿物混合物和有机质、泥沙、黏土沉积于水体底部而形成的淤积物。通常淤泥含有丰富的磷、氮、有机质等营养物质，但其也是农药残留物和重金属等污染物的蓄积库，在一定条件下，这些物质将会作为二次污染源，间接或直接影响水生生物和上覆水体，然后通过生物富集的过程进入食物链，对人体健康造成严重的威胁。

疏浚工程中产生的疏浚淤泥通常采用堆放或抛弃的方法处理，一方面不仅占用大量的土地，造成大量土地资源的浪费，且将其抛到外海，会严重影响海洋资源的有效利用，对海洋环境将会造成不可弥补的破坏；另一方面，疏浚淤泥大多含有重金属、有机质等污染物，必然会对周边环境造成二次污染。

目前，疏浚淤泥的废弃对环境的影响越来越引起各方面的重视，已经成为我国大江大河治理和海洋工程发展的制约性因素。

为了有效处理和利用淤泥，不少发达国家以商业化方式对淤泥进行了综合开发利用。然而在我国，目前淤泥尚无稳定而合理的出路，主要是以农肥的形式用于农业。对疏浚淤泥进行减量与资源化处理，不仅有利于疏浚河道湖泊等、防止水质富营养化和净化城市环境，而且对淤泥综合开发利用，化害为利，在国内形成一个极有发展前途的新兴产业，具有重要的作用。

目前国内外淤泥固化处理技术主要包括物理脱水固结、高温溶解烧结和化学固化3类。采用物理晾晒方法处理淤泥，虽然施工简单、处理成本低，但晾晒需占用大面积场地，而且易受天气影响，而机械脱水设备价格较高、处理效率低，难以满足大型疏浚工程的要求，在国内也未得到广泛应用。采用高温溶解烧结方法处置淤泥，能产生较高附加值的产品，但其对淤泥性质有一定的要求，而且处理费用高、处理淤泥量有限，对处理含沙量过高的疏浚淤泥不适用，对处理大量的淤泥也不太合适；采用化学固化方法对淤泥进行处置，处理效率高、施工方便,但化学固化方法处理淤泥的投资较大。

近年来，为消除底泥污染，在工程和技术上，通过合理利用生态疏浚，底层曝气，微生物菌剂，水生植物修复，环境友好型药剂治理，消减底泥中的污染物。为改善水质，消除黑臭，通过采用底泥理化调理技术、生态浮床构建技术、生态溢流坝构建技术、土著微生物消泥技术、超磁分离技术、水下森林打造技术等作用改善水质，并不断加强水生态系统修复，通过恢复河道的自然形态、恢复水生动物栖息场所、恢复沿岸带湿地植物、逐步恢复全系列水生植物与生物多样性。但是现有的河湖水生态修复存在施工周期长、施工难度大、效率不高，植物受冲刷等问题，水环境治理的效果差强人意。

目前尚未发现以底泥处理为原料制备生态修复床用于河流、湖泊水生态系统构建和水质提升的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种河湖底泥生态修复床及其制备方法，将底泥处理与水生态修复结合起来，将底泥通过技术措施，制备成生态修复床，不仅使河湖底泥得到了资源利用，也改善了河湖水生态环境。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种河湖底泥生态修复床，包括河湖底泥、水泥、粉煤灰、碳源和微生物菌剂。

优选地，所述河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥95-97％、水泥0.5-2％，粉煤灰0.5-2％，碳源0.1-0.5％和微生物菌0.1-0.5％。

优选地，所述碳源为生物质碳源、污泥水解上清液和葡萄糖中的至少一种。

进一步优选地，所述碳源为30-50mg/L的溶液。

优选地，所述微生物菌剂为硝化菌、反硝化菌和聚磷菌中的至少一种。

优选地，所述河湖底泥生态修复床的床体植入水生植物。

进一步优选地，所述水生植物为亚洲苦草、狐尾藻和菖蒲中的至少一种。

本发明还提供了上述河湖底泥生态修复床的制备方法，包括以下步骤：

S1、将配方量的河床底泥、水泥和粉煤灰混合，在多孔型模具上固结成型，放置3-5天后，得到多孔型固结体；

S2、将配方量的碳源和微生物菌混合，得到溶液，将步骤S1得到的多孔固结体投入到溶液中浸泡，得到营养固结体；

S3、向步骤S2得到的营养固结体中植入水生植物，即得所述河湖底泥生态修复床。

优选地，步骤S1中所述河床底泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)河湖底泥预处理：去除河湖底泥中的固体杂质；

(2)底泥调理：向步骤(1)预处理后的河湖底泥中投加絮凝剂、调理剂，搅拌调质，得所述河床底泥。

进一步优选地，步骤(2)中所述絮凝剂为黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，更进一步优选地黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的质量比为3-5:0.5-2:1。

进一步优选地，步骤(2)中所述调理剂为石灰。

进一步优选地，所述絮凝剂的加入量为预处理后河湖底泥的0.001-0.01％，所述调理剂的加入量为0.1-0.5％。

进一步优选地，步骤(2)中所述搅拌的条件为：转速1500-3000rpm，搅拌时间为3-5分钟。

优选地，步骤S2中所述浸泡的时间为10-20分钟。

本发明还提供了上述河湖底泥生态修复床在河湖底泥的减量化处理和资源利用中的应用。

本发明还提供了上述河湖底泥生态修复床在水环境治理中的应用。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过投加絮凝剂和调理剂对河湖底泥进行调理，使底泥体中形成骨架结构，同时促进了细胞内水释放及底泥微颗粒团聚，彻底改变了底泥高持水性的性质，促进泥水分离并提高强度，使出料底泥达到改性要求。

(2)本发明通过在河湖底泥中添加水泥、粉煤灰、碳源、微生物菌制备而成的多孔型生态修复床，床体植入亚洲苦草、狐尾草等水生植物，制备的生态修复床可以直接用于河湖生态系统构建和水体水质提升，通过多孔型生态修复床的吸附作用、微生物菌的降解作用、水生植物的吸收吸附作用，最大程度上实现河湖底泥降解，水体中污染物质的吸附吸收和降解，不仅提升水质，也改善了河湖景观。

(3)本发明的河湖底泥生态修复床施工周期短、施工难度小，净化水质的效率高，适用于河流、湖泊水生态系统构建和水体水质提升，且处理成本低，实现了底泥的资源化利用。

附图说明

图1为本发明多孔型模具的结构示意图。

图中，1、顶部孔径，2、底部孔径。

具体实施方式

以下通过附图和特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。

本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品，其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

图1为本发明的多孔型模具，该多孔模尺寸为600mmx600mmx100mm，该多孔模具上表面设锥形孔，用于种植水生植物，如图1所示，顶部孔径1的尺度为100mm，底部孔径2的尺寸为50mm，顶部孔径的间距为20mm，底部孔径的间距为50mm；同时，模具侧壁设直径为30mm的侧壁孔，侧壁孔之间的间距为120mm。

本发明采用的河床底泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)河湖底泥预处理：采用泥浆泵将底泥从河道中抽吸输送至垃圾筛分机，从而将底泥中石块、生活垃圾、建筑垃圾分离；

(2)底泥调理：经预处理后的底泥输送至底泥调理罐中，在调理罐内，依次投加一定比例的絮凝剂和调理剂，在1500-3000rpm的转速下搅拌3-5分钟进行调理，即得所述河湖底泥；

所述絮凝剂为质量比为3-5:0.5-2:1的黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，所述调理剂为石灰；

所述絮凝剂的加入量为预处理后底泥的0.001-0.1％，所述调理剂的加入量为预处理后底泥的0.1-0.5％。

本发明通过投加絮凝剂和调理剂对河湖底泥进行调理，使底泥体中形成骨架结构，同时促进了细胞内水释放及底泥微颗粒团聚，彻底改变了底泥高持水性的性质，促进泥水分离并提高强度，使出料底泥达到改性要求。

实施例1一种河湖底泥生态修复床及其制备方法

一种河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥95％、水泥2％，粉煤灰2％，碳源0.5％和微生物菌0.5％；

其中，所述碳源为浓度为30mg/L的葡萄糖溶液；所述微生物菌剂为质量比为1:2:1的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌；

河床底泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)河湖底泥预处理：采用泥浆泵将底泥从河道中抽吸输送至垃圾筛分机，从而将底泥中石块、生活垃圾、建筑垃圾分离；

(2)底泥调理：经预处理后的底泥输送至底泥调理罐中，在调理罐内，依次投加一定比例的絮凝剂和调理剂，在2000rpm的转速下搅拌4分钟进行调理，即得所述河湖底泥；

所述河湖底泥制备过程中，絮凝剂的添加量为预处理后底泥的0.001％，调理剂的添加量为预处理后底泥的0.5％；所述絮凝剂为质量比为3:0.5:1的黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

上述河湖底泥生态修复床的制备方法，包括以下步骤：

S1、将配方量的河湖底泥、水泥和粉煤灰混合，在多孔型模具(如图1)上固结成型，放置4天后，得到多孔型固结体；

S2、将配方量的碳源和微生物菌混合，得到溶液，将步骤S1得到的多孔固结体投入到溶液中浸泡15分钟，得到营养固结体；

S3、向步骤S2得到的营养固结体中植入亚洲苦草、狐尾藻和菖蒲等水生植物，即得所述河湖底泥生态修复床，其中，所述亚洲苦草、狐尾藻和菖蒲的种植密度分别为4-6株/平方米、2株/平方米和2株/平方米。

实施例2一种河湖底泥生态修复床及其制备方法

一种河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥97.5％、水泥1.5％，粉煤灰0.5％，碳源0.2％和微生物菌0.3％；

其中，所述碳源为浓度为40mg/L的葡萄糖溶液；所述微生物菌剂为质量比为1:2:1的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌。

上述河湖底泥的制备方法同实施例1，区别在于：所述河湖底泥制备过程中，絮凝剂的添加量为预处理后底泥的0.01％，调理剂的添加量为预处理后底泥的0.1％；所述絮凝剂为质量比为5:2:1的黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

上述河湖底泥生态修复床的制备方法同实施例1。

实施例3一种河湖底泥生态修复床及其制备方法

一种河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥98％、水泥0.5％，粉煤灰1.3％，碳源0.1％和微生物菌0.1％；

其中，所述碳源为浓度为50mg/L的葡萄糖溶液；所述微生物菌剂为质量比为1:2:1的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌。

上述河湖底泥的制备方法同实施例1，区别在于：所述河湖底泥制备过程中，絮凝剂的添加量为预处理后底泥的0.005％，调理剂的添加量为预处理后底泥的0.2％；所述絮凝剂为质量比为4:1:1的黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

上述河湖底泥生态修复床的制备方法同实施例1。

实施例4一种河湖底泥生态修复床及其制备方法

一种河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥96.4％、水泥1.2％，粉煤灰1.8％，碳源0.2％和微生物菌0.4％；

其中，所述碳源为浓度为35mg/L的葡萄糖溶液；所述微生物菌剂为质量比为1:2:1的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌。

上述河湖底泥的制备方法同实施例3。

上述河湖底泥生态修复床的制备方法同实施例1。

对比例1

本对比例与实施例4的区别在于，所述河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥90％、水泥3％，粉煤灰5％，碳源1％和微生物菌1％。

对比例2

本对比例与实施例4的区别在于，所述河湖底泥制备过程中，所述絮凝剂为质量比为1:3:2的黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，所述调理剂为石灰；

所述絮凝剂的加入量为沉砂处理后底泥的0.2％，所述调理剂的加入量为沉砂处理后底泥的0.6％。

对比例3

本对比例与实施例4的区别在于，所述碳源为浓度为60mg/L的葡萄糖溶液；所述微生物菌剂为质量比为3:2:4的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌。

实验例一抗压强度测试

各取实施例1-4和对比例1-2制备的多孔型固结体10块在水中浸泡14天，取出，参照GB/T4111-2013进行抗压强度测试，取平均值，结果如表1所示。

表1绿化混凝土性能测试结果

样品	抗压强度Mpa
		实施例1	0.68
实施例2	0.63
		实施例3	0.66
实施例4	0.72
		对比例1	0.48
对比例2	0.23

由表1可知，本发明制备的多孔型固结体的抗压强度高，可有效防止水体对植物的冲刷影响。

实验例二水质净化效果

模拟自然河道反应器，长宽高分别为1.2m、1.2m和0.8m，坡度为0.2％，反应器底部铺设10cm的河道底泥和40cm的河水，用于模拟河道。按照本发明实施例1-4和对比例1-2的方法在模拟河道上铺设生态修改床，运行1个月，按照《水和废水监测分析方法》(第4版)中的标准方法进行水质测定，结果如表2所示。

表2

由上表可知，本发明的河湖底泥生态修复床可以降解和吸附水体中的有机物质，净化水质。

综上所述，本发明通过在河湖底泥中添加水泥、粉煤灰、碳源、微生物菌制备而成的多孔型生态修复床，床体植入亚洲苦草、狐尾草等水生植物，制备的生态修复床可以直接用于河湖生态系统构建和水体水质提升，通过多孔型生态修复床的吸附作用、微生物菌的降解作用、水生植物的吸收吸附作用，最大程度上实现河湖底泥降解，水体中污染物质的吸附吸收和降解，不仅提升水质，也改善了河湖景观。

同时，本发明的河湖底泥生态修复床施工周期短、施工难度小，净化水质的效率高，适用于河流、湖泊水生态系统构建和水体水质提升，且处理成本低，实现了底泥的资源化利用。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种河湖底泥生态修复床，其特征在于，包括河湖底泥、水泥、粉煤灰、碳源和微生物菌剂。

2.根据权利要求1所述的河湖底泥生态修复床，其特征在于，所述河湖底泥生态修复床，包括以下重量百分比的组分：河湖底泥95-98％、水泥0.5-2％，粉煤灰0.5-2％，碳源0.1-0.5％和微生物菌0.1-0.5％。

3.根据权利要求1所述的河湖底泥生态修复床，其特征在于，所述碳源为生物质碳源、污泥水解上清液和葡萄糖中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的河湖底泥生态修复床，其特征在于，所述碳源为浓度30-50mg/L的溶液。

5.根据权利要求1所述的河湖底泥生态修复床，其特征在于，所述微生物菌剂为硝化菌、反硝化菌和聚磷菌中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的河湖底泥生态修复床，其特征在于，所述河湖底泥生态修复床的床体植入水生植物。

7.根据权利要求1-6任一项所述的河湖底泥生态修复床的制备方法，包括以下步骤：

S1、将配方量的河床底泥、水泥和粉煤灰混合，在多孔型模具上固结成型，放置3-5天后，得到多孔型固结体；

S2、将步骤S1得到的多孔固结体投入到含有碳源、微生物菌的溶液中浸泡，得到营养固结体；

S3、向步骤S2得到的营养固结体中植入水生植物，即得所述河湖底泥生态修复床。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述河床底泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)河湖底泥预处理：去除河湖底泥中的固体杂质；

(2)底泥调理：向步骤(1)预处理后的河湖底泥中投加絮凝剂、调理剂，搅拌调质，得所述河床底泥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述絮凝剂为黏土、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，所述絮凝剂的加入量为0.001-0.01％；所述调理剂为石灰，所述调理剂的加入量为0.1-0.5％。

10.根据权利要求1-6任一项所述的河湖底泥生态修复床或权利要求7-9任一项所述的制备方法制备的河湖底泥生态修复床在河湖底泥的减量化处理和资源利用和/或水环境治理中的应用。

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