CN113233722B - 一种用于底泥污染物控制的生态覆膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于底泥污染控制技术领域，具体为用于底泥污染物控制的生态覆膜材料及其制备方法。本发明生态覆膜材料由底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布组成；底部强力层采用具有反滤功能的粗旦纤维无纺布，中间夹持层中填充有高氮、磷吸收率的沸石、方解石、改性砾石、改性陶粒等生态材料。使用时将生态覆膜材料覆盖于中心区域水体底泥上，以锚件或者桩固定，可减少风浪对底泥的搅动，增加微生物附着表面，降低泥、水界面浓度梯度，有效控制内源氮、磷和重金属污染，对水库、池塘、河流、湖泊等水域的底泥污染控制具有明显的作用。本发明简单易行、效果良好且投资费用低。

Description

一种用于底泥污染物控制的生态覆膜材料及其制备方法

技术领域

本发明属于底泥污染控制技术领域，具体涉及用于底泥污染物控制的生态覆膜材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，农业生产中农药化肥的大面积使用等使得大量氮、磷等物质吸附在土壤颗粒上，随着泥沙颗粒一起迁移，这些泥沙在河流或者湖泊中沉积下来，形成具有一定厚度的含有各种污染物的底泥层。而这大量的污染底泥就成了河流、湖泊潜在的一个污染源。当河流、湖泊环境发生变化时，底泥层中的大量污染物就会被重新释放出来，从而造成了河流、湖泊水体的二次污染，降低水体功能。尤其是在水域外污染源得到控制后，底泥就可能成为河流、湖泊的首要污染源。因此，底泥污染控制技术也日益受到研究者的关注与重视。

早已有学者发现并证实了水体底泥具有生物毒性，如乐安在20~195 km 段沉积物均显示出毒性（马梅等，1997）。乡村小河的水质污染更为严重。许多农村小河的水体呈棕褐色，臭气熏天，垃圾占据半边河道，偶尔还有死牲畜漂浮在上面，且藻类繁茂覆盖水体，不少河水中几乎无活物存在（孙俊，2010）。有的地区内源污染负荷是外来负荷的21%。外污染源控制达到一定程度后，河流湖泊中的底泥由于历年排放的污染物大量聚集，底泥对上覆水体水质的影响就显现出产生了广泛而严重的社会影响。河流湖泊中底泥污染现象已非常普遍。底泥污染控制已刻不容缓。

底泥疏浚是现有研究和应用最多的底泥污染控制技术。通过挖除表层的污染底泥，减少底泥污染释放，可削减水体内源性污染物的释放量，同时还可达到增大环境容量的目的，并可以控制水生植物的生长。但是，底泥疏浚过程可能导致底泥重新悬浮，水体透明度下降。此外，疏浚破坏了水生植物的生长环境，使其失去竞争优势，可能导致藻类大量增殖。疏挖表层底泥还破坏了底栖生物群落，可能需要2~3年才能恢复。并且底泥疏浚成本较高，短期内对政府及地方财政也将会形成一定的压力。

发明内容

本发明针对现有底泥疏浚技术体系的不足，提供一种既可避免底泥重新悬浮，又不会破坏水生植物以及底栖生物群落生长环境，并且制作简单、管理方便、经济合理的用于底泥污染物控制的生态覆膜材料及其制备方法。

本发明提供的用于底泥污染控制的生态覆膜材料，由底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布组成；其中：

所述底部强力层，采用具有反滤功能的网状裂膜丝机织布（或编织布），底部强力层的强力大小根据施工条件决定；所述网状裂膜丝机织布（或编织布）其经纬向均采用网状裂膜丝；

所述中间夹持层，采用每平方米100～150克且由≥9旦的粗旦纤维组成的无纺布；中间夹持层可以为1或2层；中间夹持层中填充有生态钝化材料（填料），也称为生态填料层；

所述表层反滤无纺布，采用每平方米200～250克且由6～9旦纤维制成的反滤无纺布。

所述生态钝化材料为高氮、磷吸收率的改性矿物质材料或高重金属吸收率的材料，制备好的中间夹持层容重为4.5-5.5 Kg/m²。

生态钝化材料所用矿物质材料包括沸石、方解石、改性砾石、改性陶粒中的一种或几种。

所述中间夹持层采用2次针刺复合工艺与上、下层进行复合，并将经针刺后露出底部强力层的穿刺纤维束端通过表面热熔工艺与底部强力层表面熔融结合，以增加复合的剥离强度。

本发明提供的上述生态覆膜材料，采用2次针刺及表面热熔工艺对多层材料进行复合，具体步骤操作如下：

步骤一：将底部强力层铺放在针刺机输送帘（或输送托板上），在底部强力层上铺设第一层中间夹持层形成基垫层；

步骤二：在步骤一中形成的基垫层上用撒粉机将生态钝化材料的颗粒均匀播撒在基垫层上；然后，在生态填料上铺设第二层中间夹持层；并一起输入针刺机中针刺复合，得到含单层填料的复合层；

步骤三：将在步骤二中形成的单层填料的复合层铺放在针刺机输送帘（或输送托板）上，用撒粉机将生态钝化材料的颗粒均匀播撒在单层填料的复合层上，然后在该生态钝化材料上铺放表层反滤无纺布，并一起输入针刺机中针刺复合，得到含双层填料的复合层；

步骤四：将针刺过程中刺针携带的露出底部强力层的表层反滤无纺布的穿刺纤维的束端通过表面热熔工艺与底部强力层表面熔融结合，以提高多层复合的剥离强度。

所述底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布之间熔融结合采用熔点接近的材料，包括聚丙烯或聚酯。

本发明中，如果仅采用一层中间夹持层（无纺布），则步骤一中，在底层强力层上不铺设中间夹持层，直接以底层强力层作为基垫层。

所述中间夹持层采用一层或二层，由底部强力层的表面摩擦力决定。当底部强力层表面摩擦力小无法阻止生态填料的滑移则需在底部强力层上铺设一层中间夹持层以增加对生态填料的夹持力；当底部强力层表面摩擦力大生态填料不滑移则不需在底部强力层上铺设一层中间夹持层来增强对生态填料的夹持。

本发明提供的具有环保性能的生态覆膜材料，针对不同底泥特征，以30%-50%覆盖度，和棋盘式覆盖方式，覆盖于中心区域水体底泥上，并以锚件或者桩固定，既可避免满覆盖度所造成的对于水体生态系统的影响或破坏，又可减少风浪对底泥的搅动，增加微生物附着表面，降低泥、水界面浓度梯度，有效控制内源氮、磷和重金属污染，对水库、池塘、河流、湖泊等水域的底泥污染控制具有明显的作用。

本发明机理为：具有不同性能的多层纺织材料（也称主体材料）及其中间夹持的生态钝化材料，通过底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布共3～4层纺织材料及其夹持的生态填料形成具有良好反滤特性的隔离层，有效阻隔底泥中重金属以及氮、磷等营养物质的释放；生态钝化材料为高氮、磷吸收率的改性矿物质材料或高重金属吸收率的材料，可阻止底泥中有害物质向河水中扩散；底部强力层提供的强力足以支撑生态覆膜材料铺设施工的需要；中间夹持层对生态钝化材料具有握持和定位作用，保持生态钝化材料在施工过程中均匀分布不位移；表层反滤无纺布除了具有握持、反滤功能外同时为针刺复合提供了条件；针刺复合是一种常用的多层纺织品复合的加工工艺，具有加工方法简单，加工成本低廉的优点；针刺复合与表面热熔工艺结合将经针刺后露出底层强力层的穿刺纤维束端与底部强力层表面熔融结合可以增加复合的剥离强度弥补剥离强度的不足；底部强力层采用网状裂膜丝可以减少两次针刺对底部强力层的破坏使两次复合具有应用价值，而两次复合可以使不同比重的生态填料均匀复合在同一个膜中。

本发明具有所用材料制作简易，管理方便，成本低，稳定性好，适用范围广，无二次污染等优点。更重要的是，它能克服传统底泥疏浚技术存在的弊端，防止底泥污染物释放、保障底栖生物群落生长环境，能更加有效地降低富营养化水域底泥内的污染物释放，从而进一步有效地改善水体质量。

附图说明

图1为本发明的生态覆膜材料结构图示。

图2为本发明的生态覆膜材料所使用的生态覆膜主体材料以及钝化材料（填料）如沸石、方解石、改性砾石、改性陶粒等。

图3为本发明的生态覆膜材料成品样品。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明。

实施例1，云南某大型湖池草海生态修复工程。

该湖池底泥污染居云贵高原湖泊首位，并且显著高于长江流域大型浅水湖泊。根据“十二五”某专项第4课题的最新调查结果，湖池沉积物有机质、氮和磷污染较为严重，其有机质含量平均在9.5 %左右，总氮含量平均在3900 mg/kg左右，总磷含量平均在1700 mg/kg左右。不仅如此，湖池沉积物较为活跃的氮磷组分可移动性磷和可交换态氮均占有较高的比例，其中可移动性磷含量平均在480 mg/kg左右，占沉积物总磷的30%左右，可交换态氮含量平均在500 mg/kg左右，占总氮的13%左右。因此，湖池高污染、高风险的底质条件，对湖池水质以及水生态系统产生不良影响。湖池底泥污染阻控与治理是湖池草海生态修复工程的关键。

本方案设计在草海生态修复区域内，应用生态覆膜材料，建设约1.0km²生态覆膜底泥污染控制工程，以控制底泥污染物释放到草海水体中。生态覆膜铺设完成后，一方面，膜体材料抑制藻类上浮和底泥再悬浮，覆盖主体材料和钝化材料抑制底泥氮、磷营养盐释放；另一方面，经过长时间覆盖，覆膜主体材料或钝化材料对氮、磷的吸附达到饱和后，膜体材料与覆盖主体材料、膜-水界面、膜-泥界面附着微生物的在一定程度上会对底泥释放的N、P起到拦截和净化作用。

通过实验室研究，本发明的生态覆膜材料比表面积与传统单一钝化材料（填料）最多增加了9倍，表面出现对氮、磷营养盐可吸附的新官能团，对氮、磷的吸附量分别可达到3.0mg g^-1和14.0mg g^-1，厌氧型微生物的种群数量也提升30%以上；生态覆盖主体材料与钝化材料联合使用，对底泥氮、磷营养盐释放抑制效率达到83%以上。

通过对草海的污染现状研究表明，在该湖池草海水域内生态空间构建工程的实施有助于控制西坝河和船房河入湖口水域内的污染物，对草海的生态修复起到很好的作用。而其中底泥生态覆膜的应用可很好的防止水流风浪对底泥的扰动，降低底泥中污染物的释放。

Claims (3)

1.一种用于底泥污染控制的生态覆膜材料的制备方法，其特征在于，生态覆膜材料由底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布组成；其中：

所述底部强力层，采用具有反滤功能的网状裂膜丝机织布或编织布，底部强力层的强力大小根据施工条件决定；

所述中间夹持层，采用每平方米100～150克且由≥9旦的粗旦纤维组成的无纺布；中间夹持层为1或2层；中间夹持层中填充有生态钝化材料，也称为生态填料层；

所述表层反滤无纺布，采用每平方米200～250克且由6～9旦纤维制成的反滤无纺布；

方法具体步骤操作如下：

步骤一：将底部强力层铺放在针刺机输送帘或输送托板上，在底部强力层上铺设第一层中间夹持层形成基垫层；

步骤二：在步骤一中形成的基垫层上用撒粉机将生态钝化材料的颗粒均匀播撒在基垫层上；然后，在生态填料上铺设第二层中间夹持层；并一起输入针刺机中针刺复合，得到含单层填料的复合层；

步骤三：将在步骤二中形成的单层填料的复合层铺放在针刺机输送帘或输送托板上，用撒粉机将生态钝化材料颗粒均匀播撒在单层填料的复合层上，然后在该生态钝化材料上铺放表层反滤无纺布，并一起输入针刺机中针刺复合，得到含双层填料的复合层；

步骤四：将针刺过程中刺针携带的露出底部强力层的表层反滤无纺布的穿刺纤维的束端通过表面热熔工艺与底部强力层表面熔融结合，以提高多层复合的剥离强度。

2.根据权利要求1所述的生态覆膜材料的制备方法，其特征在于，如果仅采用一层中间夹持层，则步骤一中，在底层强力层上不铺设中间夹持层，直接以底层强力层作为基垫层。

3.根据权利要求1所述的生态覆膜材料的制备方法，其特征在于，所述底部强力层、中间夹持层、表层反滤无纺布之间熔融结合采用聚丙烯或聚酯。

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