一種硬底質(zhì)淺水湖泊的生態(tài)基質(zhì)及制備方法和基底改良方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硬底質(zhì)淺水湖泊的生態(tài)基質(zhì)及制備方法和基底改良方法，由粘土、環(huán)保陶瓷濾球、膨潤(rùn)土制成。步驟：1）選擇粘土、環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土為底質(zhì)改良的原料；2）將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸中浸泡，用清水洗至中性，烘干；3）將膨潤(rùn)土浸泡于碳酸鈉溶液中，攪拌，將其置于馬弗爐中焙燒；4）將粘土、處理后的環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土混勻，制成基底改良生態(tài)基質(zhì)材料。一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良方法，步驟：a）在湖底基底改良區(qū)域設(shè)置竹簽，改良基質(zhì)擴(kuò)散和流失；b）將生態(tài)基質(zhì)材料在湖面上灑入湖底；c）種植沉水植物于基底改良區(qū)域，對(duì)沉水植物進(jìn)行管理和養(yǎng)護(hù)。方法易行操作簡(jiǎn)便，有效解決硬底質(zhì)湖泊中沉水植物著根難、易漂浮問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種硬底質(zhì)淺水湖泊的生態(tài)基質(zhì)及制備方法和基底改良方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于湖泊的生態(tài)修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊 的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，還涉及一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料 的制備方法，同時(shí)還涉及一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的基底改良方法，可應(yīng)用于硬底質(zhì) 富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)修復(fù)工程。

【背景技術(shù)】
[0002] 富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的生物修復(fù)技術(shù)是近年來(lái)新興的一門環(huán)境生物技術(shù)，已在國(guó)內(nèi) 外湖泊修復(fù)工程中得到了應(yīng)用。沉水植物種植和修復(fù)技術(shù)是生態(tài)修復(fù)工程的關(guān)鍵技術(shù)，利 用水生大型植物修復(fù)水體和底泥污染是治理、調(diào)節(jié)和抑制水體富營(yíng)養(yǎng)化的有效途徑之一。 沉水植物有著巨大的生物量，與環(huán)境進(jìn)行著大量的物質(zhì)和能量的交換，形成了十分龐大的 環(huán)境容量和強(qiáng)有力的自凈能力。沉水植物整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程都生活在水中，根、莖、葉都可以吸 收水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程就是吸收水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程，且根際微生物可降解 有機(jī)污染物，不斷凈化水質(zhì)和修復(fù)底泥。但是許多自然湖泊底質(zhì)堅(jiān)硬或是疏浚清淤后底泥 嚴(yán)重缺乏，這種硬底質(zhì)環(huán)境缺乏植物著根所需要的條件，沉水植物難以定植生長(zhǎng)，一般不能 直接種植沉水植物，或者沉水植物成活率低，生態(tài)修復(fù)工程難以推廣應(yīng)用。
[0003] 粘土是一種含沙粒很少、有黏性的土壤，具有較好的可塑性，可作為環(huán)保型底質(zhì)改 造材料應(yīng)用于硬底質(zhì)湖泊中，但是僅鋪灑粘土對(duì)淺水湖泊硬底質(zhì)進(jìn)行改造，緊實(shí)的粘土容 易板結(jié)造成缺氧環(huán)境，致使沉水植物根系難以生長(zhǎng)和腐爛。通過(guò)加入疏松多孔的改性陶瓷 濾球可增加底質(zhì)的空隙，加入礦物改良劑改性膨潤(rùn)土可加速池底有機(jī)質(zhì)或腐殖物的轉(zhuǎn)化， 促進(jìn)植物根系定植和生長(zhǎng)，且改性陶瓷濾球和改性膨潤(rùn)土具有強(qiáng)吸附性能，可吸附底泥和 水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，在原位修復(fù)底泥的同時(shí)為沉水植物初期生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)源，陶瓷濾球 表面形成的生物膜和沉水植物根際微生物可降解礦化有機(jī)物。本發(fā)明旨在通過(guò)將粘土、改 性陶瓷濾球和膨潤(rùn)土按一定比例混合作為基底改良材料應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的修復(fù) 工程中，改善示范區(qū)硬性底質(zhì)生存環(huán)境，使其適合沉水植物生長(zhǎng)，有效解決硬底質(zhì)湖泊中沉 水植物著根難、易漂浮等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)底泥有機(jī)物等污染物進(jìn)行原位吸附，使其加快生態(tài)系 統(tǒng)的恢復(fù)和構(gòu)建。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊難以應(yīng)用生態(tài)修復(fù)工程的問(wèn)題，是在 于提供了一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，該材料具有配方合理， 使用方便，成本低廉，環(huán)境友好，基底改良效果好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)基底改良生態(tài)基質(zhì)修復(fù)水體 和底泥的同時(shí)為沉水植物生長(zhǎng)提供定植載體。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的基底改良生 態(tài)基質(zhì)材料的制備方法，該制備方法工藝操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好。
[0006] 本發(fā)明的再一個(gè)目的是在于提供了一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的基底改良方 法，方法易行操作簡(jiǎn)便，可改善示范區(qū)硬性底質(zhì)生存環(huán)境，使其適合沉水植物生長(zhǎng)，有效解 決硬底質(zhì)湖泊中沉水植物著根難、易漂浮等問(wèn)題，同時(shí)改良底質(zhì)可原位吸附和加速礦化底 泥有機(jī)物等污染物，有利于水域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，加快生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和構(gòu)建。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 60%-80% 環(huán)保陶瓷濾球 10%-25% 膨潤(rùn)土 5%-20% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 40%-50% 粉煤灰 15%-20% 煤矸石 10%-15% 劣質(zhì)粘土 5%-10% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 5%-10% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠）1〇%_15% 上述一種環(huán)保陶瓷濾球的制備請(qǐng)見(一種硬底質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)修復(fù)方法，專利 申請(qǐng)?zhí)枮椋?0141001386L 3) 所述的環(huán)保陶瓷濾球?yàn)橐怨I(yè)廢渣鎂渣、粉煤灰、煤矸石、劣質(zhì)粘土為原料，然后加成 孔劑(聚苯乙烯顆粒）及粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠）等配料燒制而成的鎂渣環(huán)保陶瓷 濾球(有關(guān)制備具體過(guò)程請(qǐng)見陶瓷學(xué)報(bào)，2010年3月，第31卷第1期，鎂渣多孔陶瓷濾球氣 孔率的調(diào)控）； 所述的粘土是含沙粒很少、有黏性的土壤，具有較好的可塑性。一般的粘土都由硅酸鹽 礦物在地球表面風(fēng)化后形成。成分主要為氧化硅與氧化鋁，色白而耐火，為配制瓷土之主要 原料； 所述的膨潤(rùn)土為天然鈉基膨潤(rùn)土；膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主的含水粘土礦。蒙脫石的化 學(xué)成分為：（Al2，Mg3)[Si401(l]0H 2 ·ηΗ20,由于它具有特殊的性質(zhì)。如膨潤(rùn)性、粘結(jié)性、吸附性、 催化性、觸變性、懸浮性以及陽(yáng)離子交換性。所以廣泛用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。
[0008] -種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成 (較好范圍）： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 65%-75% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-25% 膨潤(rùn)土 10%-20% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 41%-49% 粉煤灰 16%-19% 煤石干石 11 %-14% 劣質(zhì)粘土 6%-9% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 6%-9% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠）11%_14% 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成(好范 圍）： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 65%-70% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-20% 膨潤(rùn)土 10%-15% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 42%-48% 粉煤灰 16. 5%-18. 5% 煤矸石 11·5%-13·5% 劣質(zhì)粘土 6. 5%-8. 5% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 6. 5%-8. 5% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠）11. 5%-13. 5% 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成(最好 范圍）： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 68%-70% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-18% 膨潤(rùn)土 12%-15% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 44%-46% 粉煤灰 17%-18% 煤矸石 12%-13% 劣質(zhì)粘土 7%-8% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 7%-8% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠）12%_13% 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成(最佳 值）： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 70% 環(huán)保陶瓷濾球 15% 膨潤(rùn)土 15% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 45% 粉煤灰 15% 煤矸石 12% 劣質(zhì)粘土 8% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 7% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠） 13% 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料的制備方法，其步驟是： 1) 選擇粘土、環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土為底質(zhì)改良的主要原料； 2) 將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)59Γ10%)中浸泡2~5h后，用清水洗至中性，烘 干； 3) 將膨潤(rùn)土浸泡于碳酸鈉溶液中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)89Γ12%)，于6(T8(TC攪拌f 2h，然后將其 置于馬弗爐中于450°C?500°C條件下焙燒1?2h ; 4) 將粘土、處理后的環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土按上述質(zhì)量百分比混勻，制備成基底改良 生態(tài)基質(zhì)材料。
[0009] -種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良方法，其步驟是： 1) 在湖底基底改良區(qū)域設(shè)置高度約為30-50cm的密織竹簽，防止改良基質(zhì)擴(kuò)散和流 失； 2) 將制備好的生態(tài)基質(zhì)材料在湖面上均勻的灑入湖底，鋪灑厚度為l(T20cm ; 3) 種植沉水植物于基底改良區(qū)域，對(duì)沉水植物進(jìn)行管理和養(yǎng)護(hù)，如陰雨天或透明度較 低區(qū)域(透明度小于0. 5m)通過(guò)外加光源增加水面光照強(qiáng)度（5000-100001X)、進(jìn)行植物枝 葉的修剪及衰敗植物(如腐爛殘枝、死亡或枯萎的植株）的清除打撈等工作。
[0010] 所述的沉水植物為滿足當(dāng)?shù)貧夂蚣八驐l件的菹草、苦草、黑藻、穗花狐尾藻、馬 來(lái)眼子菜、微齒眼子菜以及伊樂(lè)藻等其中的一種或二至六種的任意組合。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 1、 工藝操作簡(jiǎn)單，成本低廉，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益好； 2、 可有效解決硬底質(zhì)湖泊中沉水植物著根難、易漂浮等問(wèn)題； 3、 環(huán)保陶瓷濾球多孔的結(jié)構(gòu)使植物根系不會(huì)因缺氧而腐爛，改良底質(zhì)可原位吸附和 加速礦化底泥有機(jī)物等污染物，并在原位修復(fù)底泥的同時(shí)為沉水植物初期生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng) 源，促進(jìn)植物根系定植和生長(zhǎng)，有利于水域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，加快整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和構(gòu) 建； 4、 硬底質(zhì)湖泊中沉水植物成活率可達(dá)90%以上，修復(fù)區(qū)水體得到明顯改善，水體透明 度可提高15cm以上，底泥表層（0-10cm)有機(jī)物、總氮及總磷去除率可達(dá)到45%、8%和15%以 上。
[0012]

【具體實(shí)施方式】 為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容 不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0013] 實(shí)施例1 : 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 粘土 78% 環(huán)保陶瓷濾球 10% 膨潤(rùn)土 12% 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ 工業(yè)廢渣鎂渣 46% 粉煤灰 14% 煤石干石 11% 劣質(zhì)粘土 9% 成孔劑(聚苯乙烯顆粒） 8% 粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠） 12% 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料的制備方法，其步驟是： 1) 選擇粘土、環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土為底質(zhì)改良主要原料； 2) 將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%)中浸泡5h后，用清水洗至中性，烘干備 用； 3) 將膨潤(rùn)土浸泡于碳酸鈉溶液中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%)，于60°C條件下攪拌2h，然后將其置于 馬弗爐中于450°C條件下焙燒2h ; 4) 將處理后的粘土、環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土按上述質(zhì)量百分比混勻，制備成基底改良 生態(tài)基質(zhì)材料； 所述的環(huán)保陶瓷濾球?yàn)橐怨I(yè)廢渣鎂渣45%、粉煤灰20%、煤矸石12%、劣質(zhì)粘土 8%為原 料，然后加成孔劑(聚苯乙烯顆粒7%)及粘結(jié)劑(羧甲基纖維素與硅溶膠8%)等配料燒制而 成的鎂渣環(huán)保陶瓷濾球(有關(guān)制備具體過(guò)程請(qǐng)見陶瓷學(xué)報(bào)，2010年3月，第31卷第1期，鎂 渣多孔陶瓷濾球氣孔率的調(diào)控)。
[0014] 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％)制 成：

【權(quán)利要求】
1. 一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，它由以下原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成： 原 料 ％ 粘土 60%-80% 環(huán)保陶瓷濾球 10%-25% 膨潤(rùn)土 5%-20% ; 其步驟是： 1) 選擇粘土、環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土為底質(zhì)改良的原料； 2) 將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)59Γ10%中浸泡2~5h后，用清水洗至中性，烘 干； 3) 將膨潤(rùn)土浸泡于碳酸鈉溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)89Γ12%，于6(T80°C攪拌f 2h，將其置于馬 弗爐中于450°C?500°C條件下焙燒1?2h ; 4) 將粘土、處理后的環(huán)保陶瓷濾球和膨潤(rùn)土按上述質(zhì)量百分比混勻，制備成基底改良 生態(tài)基質(zhì)材料； 所述的膨潤(rùn)土為天然鈉基膨潤(rùn)土。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，其特征在 于： 原 料 ％ 粘土 65%-75% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-25% 膨潤(rùn)土 10%-20%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，其特征在 于： 原 料 ％ 粘土 65%-70% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-20% 膨潤(rùn)土 10%-15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，其特征在 于： 原 料 ％ 粘土 68%-70% 環(huán)保陶瓷濾球 15%-18% 膨潤(rùn)土 12%-15%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，其特征在 于： 原 料 ％ 粘土 70% 環(huán)保陶瓷濾球 15% 膨潤(rùn)土 15%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良生態(tài)基質(zhì)材料，其特征在 于： 原 料 ％ 粘土 78% 環(huán)保陶瓷濾球 10% 膨潤(rùn)土 12%。
7. 權(quán)利要求1所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良方法，其步驟是： a) 在湖底基底改良區(qū)域設(shè)置高度為30-50cm的密織竹簽，改良基質(zhì)擴(kuò)散和流失； b) 將制備好的生態(tài)基質(zhì)材料在湖面上均勻的灑入湖底，鋪灑厚度為l(T20cm ; c) 種植沉水植物于基底改良區(qū)域，對(duì)沉水植物進(jìn)行管理和養(yǎng)護(hù)，陰雨天或透明度小于 0. 5m區(qū)域通過(guò)外加光源增加水面光照強(qiáng)度5000-100001X、進(jìn)行植物枝葉的修剪及衰敗植 物：腐爛殘枝、死亡或枯萎的植株清除打撈工作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種硬底質(zhì)淺水湖泊的基底改良方法，其特征在于：所述的 沉水植物為菹草、苦草、黑藻、穗花狐尾藻、馬來(lái)眼子菜、微齒眼子菜及伊樂(lè)藻其中的一種或 二至六種的任意組合。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK104193126SQ201410429777
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】吳振斌, 張義, 賀鋒, 夏世斌, 張垚磊, 劉子森 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所