抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及富營養(yǎng)化水體的底泥原位修復(fù)和藻類控制領(lǐng)域，具體是一種抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯及應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水體富營養(yǎng)化是我國乃至全球普遍存在的重要水環(huán)境問題，消除湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵在于削減湖泊水體的氮、磷以及底泥有機(jī)碳和氮、磷的負(fù)荷。隨著我國對污染排放的嚴(yán)格控制及水質(zhì)管理力度的加大，外源氮、磷、重金屬等污染物的輸入已逐漸得到控制。而底泥作為水體污染物質(zhì)的最重要蓄積庫，富集了大量的污染物，如重金屬、氮磷等營養(yǎng)物以及其他難降解的有機(jī)污染物等，且其中的含量比上層水體高出多倍。這些污染物在一定條件下，通過與上覆水體間的物理、化學(xué)和生物交換作用會重新釋放，成為影響和制約河湖水體水質(zhì)的重要內(nèi)在污染源。污染底泥已在世界范圍內(nèi)對人類健康和環(huán)境構(gòu)成了威脅，對污染底泥進(jìn)行有效的修復(fù)和治理是一個亟待解決的問題，具有一定的必要性和緊迫性。
[0003]對于內(nèi)源污染控制，依據(jù)修復(fù)方式的不同，污染底泥的修復(fù)技術(shù)主要分為原位處理技術(shù)和異位處理技術(shù)，原位處理技術(shù)是將污染底泥留在原處，采取措施阻止底泥污染物進(jìn)入水體，即切斷內(nèi)污染源的污染途徑;異位處理技術(shù)是將污染底泥挖掘出來運輸?shù)狡渌胤胶笤龠M(jìn)行處理，即將水體的內(nèi)污染源轉(zhuǎn)移走，以防止其污染水體。底泥疏浚為較常見的異位處理技術(shù)，該方法雖然可挖除表層污染底泥，但若處理不當(dāng)，會造成底泥的再懸浮和污染物再釋放，存在生態(tài)系統(tǒng)破壞和水體自凈能力削弱等隱患，且該方法治理費用昂貴。相對于底泥異位處理技術(shù)存在對水體環(huán)境影響大、成本高、過程繁瑣的缺點，底泥原位處理技術(shù)以其成本低、操作簡單、不易產(chǎn)生二次污染的優(yōu)勢而備受關(guān)注。但也存在處理技術(shù)要求和成本較高等缺點，如噴氣及電化學(xué)等原位處理技術(shù)。
[0004]富營養(yǎng)化湖泊底泥原位覆蓋技術(shù)是目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的受污染底泥修復(fù)技術(shù)之一。其主要采用紅土材料進(jìn)行覆蓋，并適當(dāng)比例添加諸如活性氧化鐵和活性氧化鋁(中國專利申請?zhí)朇N200510028579.3)，控制底泥營養(yǎng)鹽釋放，如潘綱等提出的改性粘土增氧固磷技術(shù)(中國專利申請?zhí)朇N200310113305.5;中國專利申請?zhí)朇N200510063410.1)以及利用粘性土實現(xiàn)淺水湖泊藻-草轉(zhuǎn)換的方法(中國專利申請?zhí)朇N201010104186.7)，在一定程度上改善了水底厭氧環(huán)境，降低了沉積物的磷釋放量，對藍(lán)藻在春季的復(fù)蘇和夏季的暴發(fā)起到一定的抑制作用；孫艷麗等也提出了一種用于控制底泥污染物釋放的覆蓋毯系統(tǒng)(中國專利公開號CN202284288U);此外，楊浩等提出在藍(lán)藻休眠期去除藍(lán)藻的方法和設(shè)備(中國專利申請?zhí)?00810244179.X)，證明在休眠期減少藍(lán)藻的量可以減緩藍(lán)藻水華的暴發(fā)，但該方法對水-泥界面上的微生物和底棲動物群落擾動較大，且未提及如何改善厭氧底泥以及生態(tài)修復(fù)。
[0005]上述有關(guān)通過原位底泥覆蓋進(jìn)行藻類控制和底泥修復(fù)的技術(shù)或發(fā)明存在以下問題:首先，通過大面積播撒當(dāng)?shù)赝寥阑蛘哒惩恋V物等材料對表層沉積物進(jìn)行覆蓋后，會形成一種穩(wěn)定的“覆蓋膜”，將營養(yǎng)鹽吸附、固著的同時也將原有沉積物中的生物群落隔絕在水體底部，尤其是底棲動物群落具有極大的破壞作用，存在生態(tài)安全風(fēng)險;其次，上述覆蓋材料吸附飽后，通過水體陶蝕等作用，仍存在一定的釋放風(fēng)險，無法將污染物徹底移除處出水體，并且只通過底泥覆蓋無法殺滅存在于表層底泥中的藻類休眠體或藻細(xì)胞，仍存在復(fù)蘇的可能;最后，大量投加覆蓋材料，會減小水體深度，改變湖底坡度，在淺水或?qū)λ钣幸欢ㄒ蟮乃蛑袩o法使用。
[0006]綜上，目前的傳統(tǒng)底泥修復(fù)技術(shù)仍存在很大的缺陷，僅僅采用單一的修復(fù)手段很難解決當(dāng)前復(fù)雜的底泥污染問題，應(yīng)充分利用各種原位修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，采用多種集成的修復(fù)技術(shù)體系，進(jìn)行優(yōu)勢組合，發(fā)揮各項修復(fù)技術(shù)的長處，才能達(dá)到更高效徹底的修復(fù)效果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有底泥修復(fù)技術(shù)存在的不足，以生物修復(fù)方法為主，輔以物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)，提出一種抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯及應(yīng)用方法，具有對生態(tài)環(huán)境影響小、簡單、高效、持久等優(yōu)點。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯，由兩組或兩組以上的生態(tài)覆蓋毯單元拼接組成，所述生態(tài)覆蓋毯單元包括由下至上依次交織的薄纖維反濾層、生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層、纖維織物層，所述生態(tài)凈化毯單元四周對稱設(shè)有快連掛鉤，快連掛鉤用于將多組生態(tài)凈化毯單元進(jìn)行快速連接，所述生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層由吸附性濾料、沉水植物繁殖體和污水處理微生物菌劑組成，所述薄纖維反濾層和所述纖維織物層纖維間的最大空隙由所述的生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層中吸附性濾料的最小粒徑?jīng)Q定，以不透過吸附性濾料且可供沉水植物莖穿越為準(zhǔn)，每個生態(tài)凈化毯單元上設(shè)有由嵌入式基質(zhì)框和浮標(biāo)組成的取樣系統(tǒng)，錨固粧穿過生態(tài)覆蓋毯的一角扦插在水下硬質(zhì)泥層中，錨固粧的頂端設(shè)有與微電流電解裝置連接的太陽能板，微電流電解裝置通過電纜線與分布在生態(tài)覆蓋毯四周的電極相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述吸附性填料由陶粒、無煙煤、生物活性炭、錳砂中的一種或任意幾種組成，所述沉水植物繁殖體由菹草、苦草、金魚藻、穗花狐尾藻中的一種或任意幾種組成，所述微生物菌劑為兼性厭氧微生物和異養(yǎng)型好氧氨氮分解菌組成的混合菌種。
[0011]進(jìn)一步的，所述嵌入式基質(zhì)框結(jié)構(gòu)與所述生態(tài)凈化越單元相同，至下而上由薄纖維反濾層、生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層和纖維織物層組成，并嵌入在生態(tài)凈化毯單元中，浮標(biāo)與嵌入式基質(zhì)框連接且漂浮于水面上，可將嵌入式基質(zhì)框從生態(tài)毯單元中提拉出水面。
[0012]進(jìn)一步的，生態(tài)覆蓋毯單元為正方形。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯的應(yīng)用方法，具體如下:
[0014]選定需要修復(fù)的水域，根據(jù)藻類休眠體和污染物密度、分布狀況確定所述的生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層中吸附性濾料、沉水植物繁殖體的種類，以及微電流的強(qiáng)度和電解時間，根據(jù)目標(biāo)水體所需覆蓋面積確定所需生態(tài)凈化毯的單元數(shù)，并選擇在藍(lán)藻休眠間隙而未向水體復(fù)蘇的冬末春初進(jìn)行拼接和搭建，吸附性濾料用于富集底泥中的污染物質(zhì)，沉水植物在生長過程中通過吸收吸附性濾料表面吸附的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，減少吸附性濾料吸附飽和量，沉水植物還通過根際分泌作用改善底泥的局部微生境，微生物菌劑的投加用于增強(qiáng)生態(tài)覆蓋毯對污染物的分解和去除效果；
[0015]在植物生長的衰落期，將生態(tài)凈化毯中的嵌入式基質(zhì)框取出，分析其中吸附性濾料的污染物含量和吸附性能，根據(jù)吸附飽和程度確定是否需要更換吸附性濾料，若吸附不飽和則只對枯萎植物殘體進(jìn)行收割，以將底泥中的污染物質(zhì)移出水體。
[0016]本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點在于:
[0017]1.本發(fā)明生態(tài)覆蓋毯的中層為生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層，由吸附性濾料和沉水植物繁殖體組成，濾料可以富集底泥中的污染物質(zhì)，沉水植物在生長過程中可以通過吸收濾料表面吸附的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，減少濾料吸附飽和量，延長生態(tài)覆蓋毯的使用壽命；同時，通過定期收割沉水植物，可將底泥中的污染物質(zhì)移出水體，沉水植物還可通過根際分泌作用改善底泥的局部微生境，微生物菌劑的投加可進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)覆蓋毯對污染物的分解和去除效果。本發(fā)明將物理、化學(xué)和生物的方法有機(jī)結(jié)合起來，協(xié)同修復(fù)受污染底泥，具有生態(tài)友好性和高效性。
[0018]2.通過取樣系統(tǒng)采集沉水植物和吸附性濾料樣本，分析植物體內(nèi)氮磷、重金屬等污染物含量和濾料的吸附特征，可準(zhǔn)確判定是否需要更換濾料或收割植物。對吸附飽和、達(dá)到使用壽命的凈化毯可從水體中取出，對其中的濾料進(jìn)行更換或者解吸附處理，以防止被富集污染的二次釋放，提高修復(fù)效率。
[0019]3.本發(fā)明在具體實施過程中，充分考慮目標(biāo)水體中水華藻類的暴發(fā)規(guī)律，選擇水華藻類的休眠間隙進(jìn)行;鑒于大部分水華藻類休眠體都集中在水-泥界面附近，故可通過生態(tài)覆蓋毯的直接覆蓋作用和布設(shè)在其邊緣電極的微電流電解作用，殺滅或抑制藻類休眠體和藻細(xì)胞的復(fù)蘇，實現(xiàn)源頭控藻。同時，沉水植被在冬春季的藍(lán)藻休眠間隙快速萌芽、生長，通過植物化感等作用驅(qū)動目標(biāo)水體由藻型向草型轉(zhuǎn)變，從而有效防止藍(lán)藻在春季的復(fù)蘇和夏季的暴發(fā)。
[0020]4.根據(jù)所需覆蓋面積，可將本發(fā)明中的多個生態(tài)覆蓋毯單元通過快連掛鉤進(jìn)行快速拼接，具有鋪設(shè)方式靈活、施工簡單、移動方便、可適應(yīng)不同流速和地形水體等優(yōu)點。
[0021]5.本發(fā)明中生態(tài)覆蓋毯的上下兩層均為多孔網(wǎng)狀，具有較好的透過性，相對于直接噴灑土壤或粘土礦物材料進(jìn)行覆蓋，本裝置對底質(zhì)生境和底棲生物群落的干擾與破壞性較小。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯其中一個單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明抑制種源藻類復(fù)蘇生長的污染底泥生態(tài)覆蓋毯的拼接示意圖。
[0024]圖中:I一薄纖維反濾層，2—生物-基質(zhì)聯(lián)合修復(fù)層，3—纖維織物層，4一快連掛鉤，5—嵌入式基質(zhì)框，6一浮標(biāo)，7—銷固粧，8一微電流電解裝置，9一太陽能板，1—電極。
【具體實施方式】
[0025]下面