專利名稱：一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，涉及一種湖泊河流富營養(yǎng)化底泥污染的治理方法，特別是涉及一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法。
背景技術：
目前，針對湖泊內(nèi)源污染的治理主要采用的方法是底泥疏浚、底泥覆蓋、引水清污等物理方法，以及種植水生植物等生物方法。底泥疏浚因能從湖體將污染物從底泥中永久性去除，因而被認為是湖泊治理中的重要工程措施之一而被廣泛應用。其中一些湖泊疏浚后在短期內(nèi)對營養(yǎng)鹽有較好的控制效果，但隨時間推移，一些湖泊疏浚后良好的水質并不能長期保持，主要反映在湖泊的目標污染物濃度上升，甚至出現(xiàn)疏浚后個別水體目標污染物濃度與原來相比反而增加的現(xiàn)象。疏浚改變了原來沉積物物理、化學及生物學條件，尤其是沉積物-水界面溶解氧的分布狀況，界面附近的溶解氧含量，對沉積物中營養(yǎng)物釋放具有控制作用。這些環(huán)境因子的改變可能會改變沉積物-水界面原有的營養(yǎng)鹽循環(huán)模式。疏浚后新生表層的水-土界面會發(fā)生擴散、沉淀和溶解以及吸附和解析等許多瞬時過程，這些過程對營養(yǎng)鹽在固相和水相的分配起著重要的作用，如疏浚后新生表層的鐵氧化物對磷有短時效的吸附作用，疏浚后間隙水中磷濃度立即減少，底層上覆水中磷濃度增加，疏浚后物質在河床的重建可能在較短時段(分鐘到小時的尺度)內(nèi)完成。水生植物的恢復和重建作為淺水湖泊的生態(tài)調(diào)控和內(nèi)源污染負荷控制的重要手段，已成為共識，國內(nèi)外已有初步的探索和研究。水生植物可通過根系吸收、吸附沉積物中氮磷以及原位固化沉積物中溶解態(tài)活性磷及反硝化脫氮等過程達到凈化水質目的，另外一方面，種植水生植物具有能耗低和簡單易行及有利于重建和恢復水生生態(tài)系統(tǒng)的特點，備受國內(nèi)外研究者青睞。利用底泥疏?？刂坪磧?nèi)源污染的效果難以長效維持的問題，往往是人們對底泥疏浚產(chǎn)生爭議的最主要的焦點。在我國所有已完成的重污染水體環(huán)保疏浚和生態(tài)重建的示范工程研究中，環(huán)保疏浚技術和生態(tài)修復在空間位置上都不相重疊，即使兩種技術是在同一個湖體或湖區(qū)展開，但實際上都是分別在各自確定的施工空間和時間內(nèi)進行的，缺乏真正意義上的集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，是一種高效穩(wěn)態(tài)的湖泊底泥污染復合修復技術，通過物理移除污染物后再迅速定植先鋒沉水植物， 進一步強化并鞏固底泥疏浚的效果，達到持續(xù)有效地削減底泥氮磷污染物，降低底泥污染擴散釋放的風險。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，首先按照一定的疏浚深度對湖區(qū)污染底泥進行疏浚，疏浚結束后一個月內(nèi)在湖底定植沉水植物的先鋒物種，直至形成結構穩(wěn)定的沉水植物群落。本發(fā)明首次關注環(huán)保疏浚與生態(tài)修復空間集成技術對湖泊內(nèi)源污染的控制效果， 即在疏浚后的底泥上種植沉水植物控制湖泊內(nèi)源污染，該種空間集成技術，可使疏?？刂坪磧?nèi)源污染的效果得以長效維持，并與生態(tài)修復措施產(chǎn)生協(xié)同效果。根據(jù)本發(fā)明，首先采用疏浚方式清除湖底污染底泥。污染底泥疏浚深度確定并沒有特定技術要求，本領域技術人員可根據(jù)一般底泥疏浚工程的技術要求確定。本發(fā)明推薦采用底泥氮磷污染分層控制的技術原理，也即通過采集湖區(qū)原位柱狀沉積物樣品，對底泥表層沉積物氮和磷(總含量及有效態(tài)含量)水平進行風險分級，按照成本效益的原則確定最佳環(huán)保疏浚的深度。疏浚后底泥上定植沉水植物，所述的沉水植物先鋒物種優(yōu)先選擇繁殖擴張能力較強，對水體氮磷吸收效率較高的植物類型。包括狐尾藻、菹草、伊樂藻、輪葉黑藻、馬來眼子菜和苦草中的一種或幾種可作為先鋒物種。根據(jù)本發(fā)明，疏浚后底泥表層定植沉水植物的時機是重要的。定植沉水植被的最佳時機，選擇在環(huán)保疏浚結束后的半月到一個月時間段內(nèi)，此時疏浚后的水質和底質正處一個相對較佳時期?？蛇x擇湖面相對較為平靜的時機，在湖底進行沉水植物定植。 所述的沉水植物先鋒物種按照覆蓋度25 35%進行種植。所述的沉水植物的種植方式采用拋灑沉水植物石牙或種子的方式進行播種，主要包括菹草和輪葉黑藻等。或對幼苗類繁殖體采用竹竿扦插或包衣方式進行種植，如馬來眼子菜，苦草等。包衣方式采用粘土將植物根部包裹成球狀的株叢，直徑約3 5cm，以拋灑到水中24 h不分散為標準。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法， 對環(huán)保疏浚與生態(tài)修復進行空間集成，使底泥疏?？刂坪磧?nèi)源污染的效果得以長效維持，并與生態(tài)修復措施產(chǎn)生協(xié)同增效的技術效果，可有效降低沉積物氮磷污染負荷，控制由于底泥釋放氮磷從而導致水體富營養(yǎng)化加劇的風險。本發(fā)明原位修復方法可有效鞏固并延長湖泊底泥疏浚的環(huán)境效應，兼具湖泊治理的生態(tài)安全性和長效性。本發(fā)明方法具有操作性強，對操作人員要求較低的優(yōu)勢，適合大面積湖區(qū)實施。最值得一提的是，本發(fā)明方法打破了長期以來人們對生態(tài)疏浚效果產(chǎn)生的質疑，使得疏浚進一步向更高效、更完善的方向發(fā)展。下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權利要求加以限定。


圖I是采用本發(fā)明的原位修復方法在太湖貢湖灣試驗示范區(qū)不同季節(jié)采集原位柱樣靜態(tài)培養(yǎng)過程中(72 h)上覆水NH4+及PO/—濃度動態(tài)變化圖。圖2是在為期一年跟蹤調(diào)查過程中包括本發(fā)明方法在內(nèi)的不同工程處理措施對沉積物-水界面附近NH4+釋放通量影響的直方圖。圖3是在為期一年跟蹤調(diào)查過程中包括本發(fā)明方法在內(nèi)的不同工程處理措施對沉積物-水界面附近PO43-釋放通量影響的直方圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，首先按照一定的疏浚深度對湖區(qū)污染底泥進行環(huán)保疏浚，疏浚結束后一個月內(nèi)在湖底定植沉水植物先鋒物種，最終形成具有一定覆蓋度的結構穩(wěn)定的沉水植物群落。所述的方法具體包括以下步驟
(I)湖底狀況調(diào)查。通過現(xiàn)場實地考察方式，測定實施區(qū)域的湖底底泥深度分布狀況， 湖底坡降，湖流，水溫等。(2)湖泊疏浚深度確定。在試驗區(qū)內(nèi)設置若干采樣點，采集原位柱狀沉積物樣品， 帶回實驗室內(nèi)進行底泥分層測定，測定樣品氮磷污染物濃度，然后進行污染風險分級。根據(jù)可控的投入資金與污染物削減負荷要求，利用成本效益原則進行概算，劃定最小疏浚深度。(3)疏浚工程。環(huán)保疏浚采用絞吸式環(huán)保疏浚船進行疏浚，疏浚時間選擇冬春季節(jié)水體藍藻等懸浮顆粒物較低的時候進行。另外此期間進行疏浚，水體透明度相對較高，水下透光率較高，沉水植被較易成功恢復。(4)湖底沉水植物種植。在環(huán)保疏浚結束半個月之后，在湖區(qū)按照25 35%左右覆蓋度進行沉水植物搭配種植，然后利用沉水植物群落自然繁殖和群落擴張的特性逐步增加其在水下的覆蓋度。在工程試驗區(qū)均勻劃定若干直徑約3 m圓形斑塊，以2(Γ30株/m2為標準進行播撒。菹草和輪葉黑藻選擇秋冬季節(jié)植物的芽孢或種子的繁殖體進行散播。對于苦草和馬來眼子菜等幼苗，采用包衣法或竹竿扦插方法進行種植。扦插法直接將種苗根系扦插到沉積物表層進行定植。包衣法采用岸邊清潔粘土為基質，采用手工揉搓粘土方式將植物根系包裹在橢球體中，橢球體粘合度以拋灑包裹有沉水植物的粘土橢球體在水中24 h 不分散為標準。湖底沉水植被種植后植物生長初期對水體透光率進行檢測，當水體透光率下降明顯不能滿足植株正常生長時，采用PAC等絮凝材料來提高水體透明度，保障在湖底有充足的光照條件，沉水植物正常生長及種群擴張不受限制。以太湖貢湖灣湖區(qū)為試驗區(qū)，利用上述方法對湖底沉積物進行原位修復，考察本發(fā)明的修復方法對湖泊污染底泥氮磷釋放風險處置效果，如圖I 圖3。以太湖貢湖灣湖區(qū)沉積物為處置對象，該研究區(qū)域水質溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷含量等指標，一直處于在IV類 劣V類。底泥污染嚴重，總氮總磷及有機質含量分別達到3200 mg L'1200 mg L—1和3. 5%。針對水質目前狀況，采用本發(fā)明的控制氮磷釋放的污染底泥原位修復技術，環(huán)保疏浚時間為2008年4月 2008年5月，2008年5月底進行沉水植物定植工程，種植的沉水植物先鋒物種主要包括菹草、馬來眼子菜和狐尾藻。主要考察疏浚、種植沉水植物以及疏浚后種植沉水植物三種工程措施對污染底泥氮磷釋放影響。試驗區(qū)總面積達150000 m2，其中100000 m2的底泥環(huán)保疏浚示范工程區(qū)， 30000 m2的底泥環(huán)保疏浚后種植沉水植物示范工程區(qū)，20000 m2的沉水植物種植示范工程區(qū)。經(jīng)過近一年的跟蹤調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)沉積物柱樣靜態(tài)培養(yǎng)結果顯示，疏浚+定植沉水植物方式上覆水體氮磷始終保持在一個相對較低的水平，污染底泥氮磷釋放速率下降明顯，特別是磷酸鹽的釋放甚至出現(xiàn)負值，也即表現(xiàn)為沉積物吸附固定上覆水體中溶解態(tài)磷現(xiàn)象。另外，本發(fā)明的底泥原位修復方法，也即疏浚后及時定植沉水植物的方法使得上覆水氮磷含量相對較低且沉積物釋放速率一直穩(wěn)定在較低的水平，該處置方式表現(xiàn)出削減沉積物氮磷效果顯著且長效持久的特征。
權利要求
1.一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，首先按照一定的疏浚深度對湖區(qū)污染底泥進行疏浚，疏浚結束后一個月內(nèi)在湖底定植沉水植物的先鋒物種，直至形成結構穩(wěn)定的沉水植物群落。
2.根據(jù)權利要求I所述的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，所述的沉水植物先鋒物種按照覆蓋度25 35%進行種植。
3.根據(jù)權利要求I所述的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，所述的沉水植物先鋒物種選擇繁殖擴張能力較強，對水體氮磷吸收效率較高的植物類型。
4.根據(jù)權利要求3所述的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，所述的沉水植物先鋒物種包括狐尾藻、菹草、伊樂藻、輪葉黑藻、馬來眼子菜和苦草中的一種或幾種。
5.根據(jù)權利要求I所述的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，所述的沉水植物的種植采用拋灑沉水植物石牙或種子的方式進行播種，或對幼苗類繁殖體采用竹竿扦插或包衣方式進行種植。
6.根據(jù)權利要求I所述的控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，其特征在于，所述的疏浚深度通過采集湖區(qū)原位柱狀沉積物樣品，對底泥表層沉積物氮和磷的總含量及有效態(tài)含量水平進行風險分級，按照成本效益的原則確定疏浚深度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制富營養(yǎng)化湖泊底泥氮磷釋放的原位修復方法，所述的方法采用疏浚方法移除表層污染沉積物后及時定植一定覆蓋度的沉水植被，可有效控制湖泊底泥氮磷釋放，鞏固底泥疏浚的環(huán)境效應且達到長效持久的目的。本發(fā)明方法采用環(huán)保疏浚與生態(tài)修復空間集成技術，兼具湖泊治理的生態(tài)安全性和長效性的優(yōu)勢，適合在大面積湖區(qū)進行實施，并使疏浚進一步向更高效、更完善的方向發(fā)展。
文檔編號C02F3/32GK102583761SQ20121004843
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者古小治, 柏翔, 范成新, 陳開寧, 黃蔚 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所