CN114452932B - 一种湖泊底泥污染修复活性材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种湖泊底泥污染修复活性材料及其应用，涉及湖泊底泥污染修复技术领域。本发明提供的湖泊底泥污染修复活性材料，由包括如下重量份的材料制备得到：分子筛25～35份、增重剂40～50份、凝胶材料20～30份。本发明制得的活性材料具有更大的比表面积、丰富的孔道结构、更多的含氧官能团和更大的阳离子交换容量，可以更有效抑制底泥中的N和P向上覆水释放，降低河流底泥中生物有效态的As和Cd含量。
Description
技术领域
本发明涉及湖泊底泥污染修复技术领域，尤其涉及一种湖泊底泥污染修复活性材料及其应用。
背景技术
目前，一些湖泊外源污染得到了严控，但内源污染依然威胁着湖泊水质。尤其在外源水体流入，水体环境发生变化的情况下，湖泊中的污染沉积物受到扰动，会造成底泥中大量N、P向水体释放。故解决污染湖泊水体富营养化的一个重要措施是抑制沉积物中污染物向水体释放。目前沉积物污染控制的主要方法有：天然恢复、覆盖、疏浚。覆盖技术的主要优点：施工方便、价格低廉、不会扰动水体，且不会产生二次污染。但大部分的覆盖材料都存在质轻、重力不稳定的问题，容易被水体扰动和侵蚀，导致无法达到预期的处理效果。
发明内容
本发明以湖泊污染底泥为研究对象，针对总氮、总磷和重金属离子含量较高的湖泊底泥，选取分子筛、细砂和粘土制备活性材料。该活性材料能够抑制底泥中N和P的释放，有效降低河流底泥中生物有效态的As和Cd含量。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种湖泊底泥污染修复活性材料，由包括如下重量份的材料制备得到：分子筛25～35份、增重剂40～50份、凝胶材料20～30份。
优选的，所述增重剂为细沙，所述细沙的粒度为30～50目。
优选的，所述凝胶材料为黏土。
优选的，所述活性材料是将分子筛、增重剂、凝胶材料混合制成活性材料颗粒剂。
优选的，所述活性材料颗粒剂为圆柱形。
优选的，所述圆柱形的直径为4～8mm，高度为10～14mm。
本发明还提供了一种活性材料用于修复湖泊底泥污染的应用。
优选的，所述湖泊底泥污染为氮污染、磷污染和重金属污染中的一种或几种。
优选的，所述重金属污染包括重金属砷污染和/或重金属镉污染。
本发明采用细砂做增重颗粒，粘土做胶凝材料，即把分子筛、细砂和粘土混合作为活性材料。制得的活性材料具有更大的比表面积、丰富的孔道结构、更多的含氧官能团和更大的阳离子交换容量，可以更有效抑制底泥中的N和P向上覆水释放，降低河流底泥中生物有效态的As和Cd含量。
具体实施方式
本发明提供了一种湖泊底泥污染修复活性材料，由包括如下重量份的材料制备得到：分子筛25～35份、增重剂40～50份、凝胶材料20～30份。
在本发明中，所述湖泊底泥污染修复活性材料，优选由包括如下重量份的材料制备得到：所述分子筛为25～35份，优选为28～32份，进一步优选为30份；所述增重剂为40～50份，优选为42～48份，进一步优选为45份；所述凝胶材料为20～30份，优选为22～28份，进一步优选为25份。
在本发明中，所述分子筛的主要成分优选为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，进一步优选为硅铝酸钠。
在本发明中，所述增重剂优选为细沙，进一步优选为粒度为30～50目的细沙，再进一步优选为粒度为35～45目的细沙，再进一步优选为粒度为40目的细沙。
在本发明中，所述增重剂的作用主要是增加分子筛的重量，提高其重量稳定性，保护活性材料作为覆盖层在水体中使用时的结构稳定性，避免覆盖层被水体侵蚀。
在本发明中，所述凝胶材料优选为黏土。黏土可以使活性材料颗粒剂易于成型、结构稳定。
在本发明中，所述活性材料优选为颗粒剂。
在本发明中，所述颗粒剂优选为圆柱形。
在本发明中，所述圆柱形的直径优选为4～8mm，进一步优选为5～7mm，再进一步优选为6mm。
在本发明中，所述圆柱形的高度优选为10～14mm，进一步优选为11～13mm，再进一步优选为12mm。
在本发明中，所述圆柱形颗粒剂优选将分子筛、增重剂、凝胶材料混合均匀，放入模具中压制成型。
本发明还提供了一种活性材料用于修复湖泊底泥污染的应用。
在本发明中，所述湖泊底泥污染优选为氮污染、磷污染和重金属污染中的一种或几种，进一步优选为含有氮污染、磷污染和重金属污染的湖泊底泥。
在本发明中，所述重金属污染优选包括重金属砷污染和/或重金属镉污染，进一步优选为重金属砷和镉污染。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采集河南周口沙颖河表层0～60cm深度范围内的底泥进行室内底泥修复模拟实验。将采集的底泥混合均匀，然后装入2个直径为5cm、高为30cm的反应器中(分别用于实验组和对照组)，每个反应器铺设3cm厚的底泥。其中，混匀后的底泥中总氮含量为12.8mg/L，总磷含量为0.142mg/L，As含量为12.2μg/kg；Cd含量为19.57μg/kg。
将30份硅铝酸钠分子筛、45份40目细沙和25份黏土混合均匀，放入模具中制成直径6mm、高12mm的活性材料颗粒剂，然后小心的铺设在实验组反应器中底泥的上方(对照组不铺设)，铺设厚度为12cm。然后在活性材料层的上方加入16cm高的去离子水，加水过程中要尽量避免水对活性材料层和底泥层的扰动。实验过程中需要保持反应器中水位不变。
实验周期为60天，在实验期间每隔7天通过虹吸法从反应器中取水样，取水样时分别从上覆水中表面、中间和上覆水的底部三个点取样，并检测水样pH、总磷、总氮、As和Cd含量。
结果：(1)对照组在第1～10d上覆水体中总氮浓度逐渐增加，实验组在第1～10d内活性材料对底泥总氮的释放有一定的抑制效果。在修复实验进行的第1个月内，实验组测得上覆水体总氮浓度在8.69mg/L～1.73mg/L范围内相比对照组(12.81mg/L)减少了32.1％～86.5％。可见，活性材料对底泥总氮释放表现出了较好的抑制效果。
(2)在实验期内，对照组上覆水中总磷浓度逐渐增加，而实验组对总磷释放的抑制效果较好，实验周期60天结束后，上覆水体中总磷浓度相比对照组显著下降。测定结果见表1。
表1上覆水体中总磷浓度测定结果
| 总磷浓度 | 0.0546mg/L | 0.0562mg/L | 0.0503mg/L |
| 削减效果 | 61.92％ | 63.42％ | 62.76％ |
注：削减效果是指相对于对照组总磷浓度下降比例。
由表1可知，实验组总磷平均浓度为0.0537mg/L相比于对照组平均削减效果达到了62.7％。
(3)活性材料对底泥中重金属的固定效果较好。在实验进行30天后，上覆水中的As和Cd普遍降低，实验组底泥中As三次测定的平均浓度为11.35μg/kg，Cd三次测定的平均浓度为18.00μg/kg；上覆水中As三次测定的平均浓度为2.42μg/kg，Cd三次测定的平均浓度为1.72μg/kg。而对照组底泥中，As三次测定的平均浓度为10.24μg/kg，Cd三次测定的平均浓度为17.72μg/kg。而实验前两组底泥中As含量均为12.2μg/kg，Cd含量均为19.57μg/kg。对比可知，本发明提供的活性材料对底泥中的重金属元素具有固定作用。相比于对照组，实验组对底泥中As的固定率提高9.1％，对底泥中Cd的固定率提高1.43％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种湖泊底泥污染修复活性材料，其特征在于，由如下重量份的材料制备得到：分子筛25～35份、增重剂40～50份、凝胶材料20～30份；
所述增重剂为细沙，所述细沙的粒度为30～50目；
所述凝胶材料为黏土；
所述活性材料是将分子筛、增重剂、凝胶材料混合制成活性材料颗粒剂；
所述活性材料颗粒剂为圆柱形；
所述圆柱形的直径为4～8mm，高度为10～14mm；
所述湖泊底泥污染修复活性材料用于原位修复湖泊底泥污染；
所述湖泊底泥污染为氮污染、磷污染和重金属镉、砷污染。
2.一种权利要求1所述的活性材料用于修复湖泊底泥污染的应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述湖泊底泥污染为氮污染、磷污染和重金属污染中的一种或几种。
4.如权利要求2或3所述的应用，其特征在于，所述重金属污染包括重金属砷污染和/或重金属镉污染。
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