CN113387426B - 一种生态补水河湖的基质改良剂及其改良方法 - Google Patents

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Abstract

一种生态补水河湖的基质改良剂及其改良方法，本发明克服了现有技术中的防渗措施虽然能达到防渗的目的，但是会破坏生态系统的健康稳定，不能有效达到持续水质净化功能的缺陷。该生态补水河湖的基质改良剂包括如下重量份的原料：天然矿物5～20份；促生剂1份；所述促生剂是由体积比1:10～5:1的菱铁矿和硫磺组成的复合物。本发明能够有效降低基质的渗透系数，减少生态补水渗漏损失；同时，还能尽量维持生态环境，促进功能微生物生长的同时促使发挥更好的水质净化作用。

Description

一种生态补水河湖的基质改良剂及其改良方法
技术领域
本发明涉及生态基质的优化改良领域，具体涉及一种生态补水河湖的基质改良剂及其改良方法。
背景技术
针对河湖生态环境需水问题，生态补水已成为常态化的生态修复措施，缺水河湖的生态补水过程中，由于底质渗透性较强、栖息地均质化等问题，常常出现补水下渗过快，水质净化效果不明显等问题。
为了解决补水渗漏问题，通常采用压实黏土防渗等工程措施，虽然称为生态防渗，但需要对基质进行均质化处理，进而造成生物栖息环境单一，尤其是对于微生物如言，该设置虽然达到了解决渗漏的问题，但并不利于微生物的生态系统的健康稳定，由于微生物本身具有水质净化的功效，因此，现有处理方式解决渗漏后，无法保持水质净化功能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的防渗措施虽然能达到防渗的目的，但是会破坏生态系统的健康稳定，不能有效达到持续水质净化功能的缺陷，从而提供解决上述问题的一种生态补水河湖的基质改良剂及其改良方法。
一种生态补水河湖的基质改良剂，包括如下重量份的原料：
天然矿物 5～20份；
促生剂 1份；
所述促生剂是由体积比1:10～5:1的菱铁矿和硫磺组成的复合物。
本发明中的基质改良剂还包括0～0.25重量份的除磷剂。
所述除磷剂为氯化钙、氢氧化钙或氯化镧。
所述天然矿物包括膨润土。
一种生态补水河湖的基质改良方法，包括如下步骤：
基质获取，在沙质河床中获取原位河沙作为基质；
改良剂对基质进行改良，在基质中加入天然矿物和促生剂构成的改良剂，其中，基质、天然矿物、促生剂的重量比例为(79～89)：(5～20)：1；所述促生剂是由体积比1:10～5:1的菱铁矿和硫磺组成的复合物；
改良后的基质回填到沙质河床中，回填量为不少于0.3吨/m2。
所述回填量为0.3-0.4吨/m2。
所述改良剂中还包括除磷剂，所述除磷剂与促生剂的用量比例为(0～0.25)：1。
所述除磷剂为氯化钙、氢氧化钙或氯化镧。
所述菱铁矿为天然菱铁矿。
所述天然矿物包括膨润土。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种生态补水河湖的基质改良剂，可用于原位改良生态补水河湖的基质，该基质改良剂中包括相比基质具有更低渗透系数的天然矿物，以及促进基质中微生物生长的促生剂；通过天然矿物和促生剂的相互配合，能够有效达到将基质的渗透系数降低到10-6cm/s左右，减少生态补水渗漏损失；
同时，促生剂包括天然菱铁矿和硫磺，其中的硫元素和铁元素(尤其是零价铁和二价铁)在生物地球化学循环中起到极其重要的作用，尤其对于水-土界面的功能微生物和植物均具有良好的促进生长的作用；本发明通过硫铁协同后，可以强化自养反硝化脱氮，通过菱铁矿-硫磺反硝化过程产生的二氧化碳，还能够持续提供无机碳源，且出水无需单独调节pH值，有效达到促进功能微生物生长的同时促使发挥更好的水质净化作用。
2.本发明提供的基质改良剂中还包括除磷剂，通过检测得知，采用本发明的基质改良剂进行处理后，可以有效实现提高微污染河水和再生水等的脱氮效率，实现持续一周以上对缓流河水和湖水中硝酸盐氮去除率达15-55％，溶解性磷去除率达15％-50％；效果十分显著。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
在试验之前构建试验场地，试验场地中具有五个坑池，五个坑池的设计水深为1.0米，地块岸堤比河床高约1.0米，五个坑池中河床上的基质均为密度为1800kg/m3的河砂，该五个坑池分别命名为CK1、CK2、T1、T2和T3坑池，CK1坑池为三角形，尺寸为10米×10米，面积为50平米；CK2坑池为长方形，尺寸为31米×10米，面积为310平米；T1坑池为长方形，尺寸为31米×10米，面积为310平米；T2坑池为长方形，尺寸为44米×7米，面积为308平米；T3坑池：为长方形，尺寸为44米×7米，面积为308平米。
实施例1
一种生态补水河湖的基质改良方法，包括：
从T1坑池中获取总重量为112吨的基质河砂，按照基质河砂、天然矿物和促生剂的重量比为79：20：1的比例混合，形成改良后的基质。其中天然矿物为密度1800kg/m3的膨润土；促生剂为粒径为1～3mm、密度为1800kg/m3的颗粒态物质，由体积比为1：10的天然菱铁矿、硫磺复配得到；将改良后的112吨基质回填到T1坑池的河床上，进行现场生态补水试验，在水位稳定下降时统计T1坑池的下渗速率以及水质变化情况；经过检测得知：下渗速率为3.28×10-5cm/s，硝酸盐氮的去除率为55％，溶解性磷的去除率为15％。
其中，下渗速率的检测方法为现场试坑渗水试验，具体采用双环法，硝酸盐氮的去除率的检测方法为GB/T 7480-1987，溶解性磷的去除率的检测方法为GB/T 11893-1989。
同时采用该改良后的基质进行实验室检测，具体采用常水头法测量其渗透系数，其渗透系数在10-7～10-6cm/s之间。
实施例2
一种生态补水河湖的基质改良方法，包括：
从T2坑池中获取总重量为112吨的基质河砂，按照基质河砂、天然矿物和促生剂的重量比为89：10：1的比例混合，形成改良后的基质，其中天然矿物为密度1800kg/m3的膨润土，促生剂为粒径为1～3mm、密度为1800kg/m3的颗粒态物质，包括体积比为5：1天然菱铁矿、硫磺；将改良后的112吨基质回填到T2坑池的河床上，进行现场生态补水试验，以水位稳定下降时统计T2坑池的下渗速率以及水质变化情况；经过检测得知：下渗速率为5.01×10- 5cm/s，硝酸盐氮的去除率为30％，溶解性磷的去除率为25％。
同时采用该改良后的基质进行实验室检测，测量其渗透系数，其渗透系数在10-7～10-6cm/s之间。
实施例3
一种生态补水河湖的基质改良方法，包括：
从T3坑池中获取总重量为112吨的基质河砂，按照基质河砂、天然矿物、促生剂和除磷剂的重量比为88.75：10：1：0.25的比例混合，形成改良后的基质，其中天然矿物为密度1800kg/m3的膨润土，促生剂为粒径为1～3mm、密度为1800kg/m3的颗粒态物质，包括体积比为2：1的天然菱铁矿、硫磺，除磷剂为氯化镧；将改良后的112吨基质回填到T3坑池的河床上，进行现场生态补水试验，以水位稳定下降时统计T3坑池的下渗速率以及水质变化情况；经过检测得知：下渗速率为4.90×10-5cm/s，硝酸盐氮的去除率为15％，溶解性磷的去除率为50％。
同时采用该改良后的基质进行实验室检测，测量其渗透系数，其渗透系数在10-7～10-6cm/s之间。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中采用不同粒径和密度的促生剂进行测试。具体的：
促生剂为粒径＜1mm、密度3500kg/m3的粉末态物质；或者，促生剂为粒径5～8mm、密度1300kg/m3的颗粒态物质；其他条件与实施例1均相同。
进行实验室检测可知，测量其渗透系数与实施例1基本相同，对防渗效果影响不大。
对比例1
本对比例直接对CK1坑池的下渗速率以及水质变化情况进行检测，检测结果为：下渗速率为2.08×10-4cm/s，硝酸盐氮的去除率约为13％，溶解性磷的去除率约为20％。
同时采用基质进行实验室检测，测量其渗透系数，其渗透系数在10-3～10-2cm/s之间。
对比例2
本对比例采用背景技术记载的压实黏土防渗方式进行CK1坑池的处理，对防渗处理后的CK1坑池的下渗速率以及水质变化情况进行检测，检测结果为：下渗速率在10-4～10-5cm/s之间，硝酸盐氮的去除率在5-10％之间，溶解性磷的去除率在5-10％之间。
对比例3
本对比例采用CK2坑池，具体操作方法与实施例1的区别在于，本对比例中改良后的基质中包括重量比为99：1的基质河砂和促生剂，无天然矿物。进行现场生态补水试验，以水位稳定下降时统计CK2坑池的下渗速率以及水质变化情况；经过检测得知：在约1月以后微生物附着繁殖到一定程度，才能有效将下渗速率降低到10-5cm/s，且初始硝酸盐氮的去除率和溶解性磷的去除率的效果均不如实施例1。
通过实施例1-3和对比例1的对比，三种复配方案均能够显著改善沙质河床的渗透系数，起到减渗效果，T2和T3方案，所用复配材料较少，具有较好的技术经济性。促生剂的加入对硝氮去除效果明显，除磷剂的加入对溶解性磷去除效果较好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种生态补水河湖的基质改良剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：
天然矿物 5～20份；
促生剂 1份；
所述促生剂是由体积比1:10～5:1的菱铁矿和硫磺组成的复合物；
所述基质改良剂还包括0～0.25重量份的除磷剂。
2.根据权利要求1所述的一种生态补水河湖的基质改良剂，其特征在于，所述除磷剂为氯化钙、氢氧化钙或氯化镧。
3.根据权利要求1或2所述的一种生态补水河湖的基质改良剂，其特征在于，所述天然矿物包括膨润土。
4.一种生态补水河湖的基质改良方法，其特征在于，包括如下步骤：
基质获取，在沙质河床中获取原位河沙作为基质；
改良剂对基质进行改良，在基质中加入由天然矿物和促生剂构成的改良剂，其中，基质、天然矿物、促生剂的重量比例为(79～89)：(5～20)：1；所述促生剂是由体积比1:10～5:1的菱铁矿和硫磺组成的复合物；所述改良剂中还包括除磷剂，所述除磷剂与促生剂的用量比例为(0～0.25)：1；
改良后的基质回填到沙质河床中，回填量为不少于0.3吨/m2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述回填量为0.3-0.4吨/m2。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述除磷剂为氯化钙、氢氧化钙或氯化镧。
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述促生剂中的菱铁矿为天然菱铁矿。
8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，所述天然矿物包括膨润土。
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