一種高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料及制備方法和修復方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料及制備方法和修復方法，基底改良材料由粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣組成。步驟是：1）選擇粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣為原料；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）將粘土、高嶺土、過氧化鈣和處理后的陶瓷濾球按一定比例混勻，制成基底改良材料。修復方法是，A）在湖底基底改良區(qū)域設置竹簽；B）將基底改良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，對沉水植物進行管理和養(yǎng)護。方法易行、操作簡便，有效解決表層松軟高有機質底泥湖泊中沉水植物難以定植、難以實施生態(tài)修復工程等問題，加快了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復。
【專利說明】
一種高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料及制備方法和修 復方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于湖泊的生態(tài)修復技術領域，更具體涉及一種表層松軟高有機質底泥淺 水湖泊的基底改良材料，還涉及一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料的制 備方法，同時還涉及一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復方法，可應用于表層松軟 高有機質底泥淺水湖泊的生態(tài)修復工程。
【背景技術】
[0002] 沉水植物種植和修復技術是生態(tài)修復工程的關鍵技術，利用水生大型植物修復水 體和底泥污染是治理、調節(jié)和抑制水體富營養(yǎng)化的有效途徑之一。沉水植物整個生長過程 都生活在水中，根、莖、葉都可以吸收水中的營養(yǎng)物質，其生長發(fā)育過程就是吸收水中營養(yǎng) 物質的過程，形成了十分龐大的環(huán)境容量和強有力的自凈能力。且根際微生物可降解有機 污染物，不斷凈化水質和修復底泥。但是對于黑臭底泥河道，不對黑臭底泥進行覆蓋和改造 處理，沉水植物難以存活，生態(tài)修復工程難以推廣應用。但是許多自然淺水湖泊表層底泥松 軟、有機質含量高，這種特殊底質不利于沉水植物生長定植，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)修復工程難以推廣應用。
[0003] 粘土是一種含沙粒很少、有黏性的土壤，可作為環(huán)保型底質改造材料應用于湖泊 底質改造工程，但緊實的粘土容易板結造成缺氧環(huán)境，致使沉水植物根系難以生長和腐爛。 通過加入疏松多孔的改性陶瓷濾球可增加底質的空隙，加入礦物改良劑高嶺土可加速池底 有機質或腐殖物的轉化，高嶺土中微量元素可促進植物根系定植和生長，且改性陶瓷濾球 和高嶺土具有強吸附性能，可吸附底泥和水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽，在原位修復底泥的同時為 沉水植物初期生長提供營養(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 礦化有機物。同時過氧化鈣作為一種高效環(huán)保的增氧劑，可增加底泥和底層水體的溶解氧 濃度，有利于改善水質，加快底泥中有機物的去除，進一步促進植物生長。本發(fā)明旨在通過 將粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣按一定比例混合作為基底改良材料應用于表層 松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復工程中，改善示范區(qū)生存環(huán)境，使其適合沉水植物生長， 有效解決表層松軟高有機質底泥泊湖泊中沉水植物存活難、易漂浮等問題，同時對底泥有 機物等污染物進行原位吸附，使其加快生態(tài)系統(tǒng)的恢復和構建。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對上述表層松軟高有機質底泥淺水湖泊難以應用生態(tài)修復工 程的問題，是在于提供了一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，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，通過基底改良基質修 復水體和底泥的同時為沉水植物生長營造良好生存環(huán)境。
[0005] 本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊基底改 良材料的制備方法，該制備方法工藝操作簡單、環(huán)境友好。
[0006] 本發(fā)明的再一個目的是在于提供了一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復 方法，該修復方法操作簡便，生態(tài)環(huán)保，可改善底質生存環(huán)境，使其適合沉水植物生長，有效 解決表層松軟高有機質底泥湖泊中沉水植物難以存活生長等問題，同時對底泥有機物等污 染物進行原位去除，有利于水域生態(tài)環(huán)境的恢復，使其加快湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復和健康發(fā) 展。
[0007] 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0008] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下原料的質量分數(shù) 制成： 原料 質量分數(shù)（％) 粘土 60-70
[0009] 高嶺土 10-20 環(huán)保陶瓷濾球 10-20 過氧化鈣 2-5;
[0010] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下原料的質量分數(shù)制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 工業(yè)廢渣鎂渣 40-50 粉煤灰 15-20
[0011] 煤矸石 10-15 粘土 5-10 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 5-10 粘結劑（羧甲基纖維素與硅溶膠）10-15。
[0012] 所述的環(huán)保陶瓷濾球為以工業(yè)廢渣鎂渣、粉煤灰、煤矸石、粘土為原料，然后加成 孔劑(聚苯乙烯顆粒)及粘結劑(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(有關制備具體過程請見陶瓷學報，2010年3月，第31卷第1期，鎂渣多孔陶瓷濾球氣孔 率的調控）；
[0013] 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；
[0014] 所述的高嶺土是自然界常見的、非常重要的一種粘土礦物。主要成分是高嶺石和 多水高嶺石，還包括少量的其他礦石和微量元素。具有質量軟百度高、良好的可塑性、牢靠 的粘結型、良好的抗酸溶性和較低的陽離子交換量等眾多物理化學特性。
[0015] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成(較好范圍）： 原 料 質量分數(shù)（％) 粘土 62-70
[0016] 高嶺土 12-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-16 過氧化鈣 3-5;
[0017] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下質量分數(shù)的原料制成： 原 料 質量分數(shù)％ 工業(yè)廢瘡鎂渣 42-49 粉煤灰 16-18
[0018] 煤矸石 11-14 粘土 6-9 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 6 9 粘結劑（羧甲基纖維素與硅溶膠）丨丨14。
[0019] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成(好范圍）： 原 料 質量分數(shù)（％) 粘土 65-70
[0020] 高嶺土 15-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-15 過氧化鈣 3-5;
[0021] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下質量分數(shù)的原料制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 工業(yè)廢渣鎂渣 44-48 粉煤灰 16.5-18
[0022] 煤矸石 11.5-13 粘土 6.5-8.5 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 6,5-8.5 粘結劑（羧甲基纖維素與硅溶膠）1L5-13.5。
[0023] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成：（最好范圍）： 原 料 質量分數(shù)（:％) 粘土 68-70
[0024] 高嶺土 15-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-12 過氧化鈣 3-5;
[0025] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下質量分數(shù)的原料制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 工業(yè)廢渣鎂渣 44-46 粉煤灰 17-18
[0026] 燦矸石 12-13 粘土 7-8 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 7-8 粘結劑（羧甲基纖維素與硅溶膠）12-13。
[0027] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成(最佳值）： 原 料 質量分數(shù)（％) 粘土 70
[0028] 高嶺土 1.5 環(huán)保陶瓷濾球 10 過氧化鈣 5;
[0029] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下質量分數(shù)的原料制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 工業(yè)廢渣鎂渣 45 粉煤灰 15
[0030] 煤矸石 12 粘土 8 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 7 粘結劑（羧甲基纖維素與娃溶膠)_ 13.。
[0031 ] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料的制備方法，其步驟是： [0032] 1)選擇粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣為底質改良的原料；
[0033] 2)將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸質量分數(shù)5%_10%中浸泡2_5h后，用清水洗至中 性，烘干(含水率低于5%); -種環(huán)保陶瓷濾球的制備備過程是現(xiàn)有技術，環(huán)保陶瓷濾球為 以工業(yè)廢渣鎂渣、粉煤灰、煤矸石、粘土為原料，然后加成孔劑(聚苯乙烯顆粒)及粘結劑(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(有關制備具體過程請見陶瓷 學報，2010年3月，第31卷第1期，鎂渣多孔陶瓷濾球氣孔率的調控）；
[0034] 3)將粘土、高嶺土、過氧化鈣和處理后的陶瓷濾球按一定比例混勻，制成基底改良 材料。
[0035]所述的稀鹽酸，即質量分數(shù)低于20%的鹽酸。無色澄清液體。強酸性。有刺激性氣 味。屬于藥用輔料，PH值調節(jié)劑。可用于除水垢，制取二氧化碳(實驗室制備方法）。應置于玻 璃瓶內密封保存。
[0036] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復方法，其步驟是：
[0037] a)在湖底基底改良區(qū)域設置高度為30-50cm的密織竹簽(本領域的普通技術人員 均可制備），防止改良基質擴散和流失；
[0038] b)將制備好的生態(tài)基質材料在湖面上均勻的灑入并沉入湖底，鋪灑厚度為10-20cm；
[0039] c)種植沉水植物于基底改良區(qū)域，對沉水植物進行管理和養(yǎng)護，陰雨天或透明度 較低區(qū)域通過外加光源增加水面光照強度5000-100001X、進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。表層松軟高有機質底泥湖泊中沉水植物成 活率可達90%以上，修復區(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-IOcm)有機物、總氮及總磷去除率可達到55%、10%和25%以上。
[0040] 所述的沉水植物種植方法為：用可降解無紡布包裹上述基底改良材料制備成種植 載體，將沉水植物移栽到載體中，于湖面拋灑入河底；
[0041] 所述的沉水植物為菹草、苦草、穗花狐尾藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、金魚藻、伊 樂藻以及黑藻其中的一種或二至八種的任意組合。
[0042] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果：
[0043] 1、工藝操作簡單，成本低廉，環(huán)境效益和經濟效益好；
[0044] 2、可有效解決表層松軟高有機質底泥湖泊中沉水植物難以定植、難以實施生態(tài)修 復工程等問題；
[0045] 3、高嶺土含有多種對生物生長發(fā)育有益的常量和微量元素，有益于沉水植物的定 植和繁衍以及水環(huán)境的穩(wěn)定。過氧化鈣可增加底泥和底層水體的溶解氧濃度，有利于改善 水質，加快底泥中有機物的去除，進一步促進植物生長。環(huán)保陶瓷濾球多孔的結構使植物根 系不會因缺氧而腐爛，改良底質可原位吸附和加速礦化底泥有機物等污染物，并在原位修 復底泥的同時為沉水植物初期生長提供營養(yǎng)源，促進植物根系定植和生長，有利于水域生 態(tài)環(huán)境的恢復，加快整個生態(tài)系統(tǒng)的恢復和構建；
[0046] 4、表層松軟高有機質底泥湖泊中沉水植物成活率可達90 %以上，修復區(qū)水體得到 明顯改善，水體透明度可提高15cm以上，底泥表層(O-IOcm)有機物、總氮及總磷去除率可達 到55%、10%和25%以上。
【具體實施方式】
[0047] 為了更好的理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的 內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0048] 實施例1:
[0049] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 粘土 73
[0050] 高嶺土 14 環(huán)保陶瓷濾球 9 過氧化鈣 4;
[0051] 其中：一種環(huán)保陶瓷濾球，它由以下質量分數(shù)的原料制成： 原 料 質量分數(shù)（％) 工業(yè)廢渣鎂渣 46 粉煤灰 14
[0052] 煤矸石 11 粘土 9 成孔劑（聚苯乙烯顆粒） 8 粘結劑（羧甲基纖維素與硅溶膠）12。
[0053] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料的制備方法，其步驟是：
[0054] 1)選擇粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣為底質改良的原料；
[0055] 2)將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸(質量分數(shù)5%)中浸泡5h后，用清水洗至中性，烘干 備用；環(huán)保陶瓷濾球為以工業(yè)廢渣鎂渣、粉煤灰、煤矸石、粘土為原料，然后加成孔劑(聚苯 乙烯顆粒)及粘結劑(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 制備具體過程請見陶瓷學報，2010年3月，第31卷第1期，鎂渣多孔陶瓷濾球氣孔率的調控）； [0056] 3)將粘土、高嶺土、過氧化鈣和處理后的陶瓷濾球按上述質量百分比混勻，制備成 基底改良生態(tài)基質材料；
[0057]所述的環(huán)保陶瓷濾球為以工業(yè)廢渣鎂渣、粉煤灰、煤矸石、劣質粘土為原料，然后 加成孔劑(聚苯乙烯顆粒)及粘結劑(羧甲基纖維素與硅溶膠)等配料按上述比例燒制而成 (有關制備具體過程請見陶瓷學報，2010年3月，第31卷第1期，鎂渣多孔陶瓷濾球氣孔率的 調控）。
[0058] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下質量分數(shù)的原料 制成（％):
[0060]其制備步驟與實施例1相同。
[0061 ] -種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復方法，其步驟是：
[0062] 1)在湖底基底改良區(qū)域設置高度約為30或35或40或45或50cm的密織竹簽，防止改 良基質擴散和流失；
[0063] 2)在浙江省某表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的生態(tài)修復示范區(qū)實施了本發(fā)明， 將制備好的基質材料在該示范區(qū)湖面上均勻的灑入湖底，鋪灑厚度為10或13或15或17或 20cm；
[0064] 3)鋪灑1或2d后，用可降解無紡布包裹上述基底改良材料制備成種植載體，將長約 5cm菹草、苦草、穗花狐尾藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、金魚藻、伊樂藻以及黑藻幼苗移栽到 載體中，于湖面均勻拋灑入湖底(種植密度為60株/m 2)。種植初期陰雨天或透明度較低區(qū)域 (透明度小于0.5m)通過外加光源增加水面光照強度50001x，并進行定期監(jiān)測及維護，種植 完成后的前2周，監(jiān)測周期為每2天1次，第3或4或5或6或7或8周，監(jiān)測周期為每周1次，此后 每月監(jiān)測1次。監(jiān)測指標為:沉水植物生長情況、蓋度、生物量等。針對現(xiàn)場監(jiān)測情況及時清 除打撈腐爛殘枝和死亡或漂浮的植株。
[0065]種植6個月后，菹草、苦草、穗花狐尾藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、金魚藻、伊樂藻 以及黑藻成活率達90%，種植區(qū)域70%被水生植物覆蓋，湖泊修復區(qū)底泥表層(O-IOcm)有 機物、總氮及總磷去除率分別達到55%、10%和20%以上。
【主權項】
1. 一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，它由以下原料的質量分數(shù)制 成： 原 料 _%. 粘土 60-70 高嶺土 10-20 環(huán)保陶瓷濾球 10-20 過氧化鈣 2-5; 其步驟是： 1) 選擇粘土、高嶺土、環(huán)保陶瓷濾球和過氧化鈣為底質改良的原料； 2) 將環(huán)保陶瓷濾球置于稀鹽酸質量分數(shù)5%-10%中浸泡2-5h后，用清水洗至中性，烘干； 3) 將粘土、高嶺土、過氧化鈣和處理后的陶瓷濾球按一定比例混勻，制成基底改良材料。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，其特 征在于： 原 料 ％ 粘土 位-70 高嶺土 12-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-16 過氧化鈣 3-5。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，其特 征在于： 原 料 ％ 粘土 65-70 高嶺土 15-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-15 過氧化鈣 3-5。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，其特 征在于： 原 料 ％ 粘土 68-70 高嶺土 15-18 環(huán)保陶瓷濾球 10-12 過氧化鈣 3-5。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，其特 征在于： 原 料 ％ 粘土 70 高嶺土 15 環(huán)保陶瓷濾球 10 過氧化鈣 5。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的基底改良材料，其特 征在于： 原 料 ％ 粘土 73 高嶺土 14 環(huán)保陶瓷濾球 9 過氧化鈣 4。7. 權利要求1所述的一種表層松軟高有機質底泥淺水湖泊的修復方法，其步驟是： a) 在湖底基底改良區(qū)域設置高度為30-50cm的密織竹簽，防止改良基質擴散和流失； b) 將制備好的生態(tài)基質材料在湖面上均勻的灑入并沉入湖底，鋪灑厚度為10_20cm; c) 種植沉水植物于基底改良區(qū)域，對沉水植物進行管理和養(yǎng)護，陰雨天或透明度區(qū)域 通過外加光源增加水面光照強度5000-100001x、進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； 所述的沉水植物種植方法為：用無紡布包裹上述基底改良材料制備成種植載體，將沉 水植物移栽到載體中，于湖面拋灑入河底； 所述的沉水植物為菹草、苦草、穗花狐尾藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、金魚藻、伊樂藻 以及黑藻其中的一種或二至八種的任意組合。
【文檔編號】C02F11/00GK106006978SQ201610390321
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】吳振斌, 張義, 賀鋒, 徐棟, 劉子森, 劉碧云, 周巧紅
【申請人】中國科學院水生生物研究所