申请/专利权人：山东建筑大学

申请日：2017-08-03

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN107285582B

主分类号：C02F11/00(20060101)

分类号：C02F11/00(20060101);B01J20/24(20060101);B01J20/30(20060101);E02B3/12(20060101);C02F101/20(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2017.11.24#实质审查的生效;2017.10.24#公开

摘要：一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯及其铺设方法，该覆盖毯由下至上分为四层，依次为底层、下层、上层和表层，底层为非织造土工布，下层为填料层，上层为覆盖层，表层为编织土工布，所述填料层为选择性重金属固化填料，所述覆盖层为腐植酸改性的天然钠基膨润土。上述覆盖毯的铺设方法，是将覆盖毯直接铺设于污染底泥上，相邻覆盖毯单元之间通过压茬连接，在覆盖毯上加设细砂层。本发明针对不同的重金属污染底泥，优化重金属的固化填料，提高重金属的固化效率；具有铺设方式灵活、施工简便、不破坏底栖生物生活环境等优点。

主权项：1.一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是：由下至上依次为底层、下层、上层和表层，底层为非织造土工布，下层为填料层，上层为覆盖层，表层为编织土工布；所述覆盖毯的总厚度为0.5cm-1.5cm，其中填料层的厚度为0.5cm-1cm，覆盖层的厚度为0.1cm-0.5cm；所述非织造土工布和所述编织土工布中的最大空隙小于0.2mm；所述填料层为选择性重金属固化填料，选择石灰石分别与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石组配，石灰石与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石的质量比为1-3：1；所述石灰石粒径为0.5mm-3mm，硅藻土粒径为0.5mm-1mm，沸石粒径为1mm-3mm，海泡石粒径为1mm-3mm，膨润土粒径为0.5mm-2mm；所述覆盖层为腐植酸改性的天然钠基膨润土；所述腐植酸改性的天然钠基膨润土按以下方法制备：1按腐植酸与NaOH溶液质量比1：3-5的比例，将腐植酸溶于浓度0.1molL的NaOH溶液中，充分搅拌后过滤，滤除不溶杂质，配成腐植酸溶液；2调整腐植酸溶液pH值为1.0-3.0，在50℃-60℃加热1小时-3小时；3将加热过程中沉淀的腐植酸离心分离，完成一次腐殖酸的纯化过程；4重复上述步骤1、步骤2、步骤3，直到得到纯度95％以上的纯化腐植酸；5将纯化腐植酸在40℃-50℃条件下干燥8-12小时；6将天然钠基膨润土原矿经晾晒及破碎后过50-150目筛制成天然钠基膨润土粉料；7将纯化后的腐植酸溶于浓度0.1molL的NaOH溶液中，纯化后的腐植酸与NaOH溶液的质量比为1：5-10，配成纯化腐植酸溶液，在纯化腐植酸溶液中加入天然钠基膨润土粉料，天然钠基膨润土粉料与纯化腐植酸溶液的质量比为1：3-5，配成混合液；将混合液的pH值调整到5.0-6.0，然后将混合液振荡12-18小时；8将振荡后的混合物于60-70℃烘干，过50-100目筛，获得的颗粒即为腐植酸改性的天然钠基膨润土。

全文数据：一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯及其铺设方法技术领域[0001]本发明涉及一种用于原位修复重金属污染底泥的覆盖材料，属于水体污染底泥修复技术领域。背景技术[0002]底泥是水体生态环境系统的重要组成部分，也是水体污染物质最重要的蓄积库，富集了大量的污染物，如重金属、氮磷等营养物以及其他难降解的有机污染物等。在外源污染得以控制的情况下，底泥中所积累的大量污染物质会释放至上覆水，对水体造成污染。重金属难以被微生物降解，在水体环境中会以不同的形态存在并在一定条件下发生相互转化，所以采用生态修复的方法治理底泥重金属污染变得相当困难。目前重金属污染底泥的治理技术主要为原位修复与异位修复两种技术。相比于异位修复技术，原位覆盖技术因其操作简便、投资低廉、处理效果较好、生态风险低而引起广泛的关注。[0003]现有底泥重金属原位修复技术存在诸多缺陷，如中国专利文献CN101412572B公开的《纳米磷灰石固定沉积物中重金属的原位覆盖方法》，能防止沉积物中重金属等污染物进入水体，并对沉积物中重金属起到固定、降低生物有效性等作用。但该方法只是单层铺设覆盖材料，在水流速度及生物扰动等外界条件变化的情况下容易影响覆盖层的效果;另外，大面积覆盖纳米磷灰石加大了施工难度，纳米磷灰石的成本也较高。[0004]中国专利文献CN105712596A公开的《一种矿区流域重金属污染底泥的原位修复方法》，该方法在矿区流域岸边河床坡面上铺设一层土工布，取矿区流域重金属污染底泥与重金属污染修复剂搅拌混合，铺设于土工布上，稳定一段时间，形成一修复底泥层;在所述修复底泥层上种植植物。该方法可以解决河道污染底泥淤积问题，且底泥基质修复剂的加入与河道植物组合种植有效解决底泥重金属污染问题;但是分层铺设加大了工程量，重金属污染底泥和修复剂的混合也增加了工程时间和工程成本。发明内容[0005]针对现有原位物理覆盖处理技术存在的覆盖分层较多、工程操作复杂、修复效率低、对原生生态环境改变大等问题，本发明提出一种操作灵活简便、高效、对生态环境影响小的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯。同时提供一种该覆盖毯在污染底泥上的铺设方法。[0006]本发明的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，采用如下技术方案。[0007]该覆盖毯，由下至上分为四层，依次为底层、下层、上层和表层，底层为非织造土工布，下层为填料层，上层为覆盖层，表层为编织土工布。[0008]所述覆盖毯的总厚度为0.5cm-1.5cm，其中填料层的厚度为0.5cm-lcm，覆盖层的厚度为〇·lcm-O·5cm〇[0009]所述非织造土工布和所述编织土工布中的最大空隙小于0.2mm，具体由填料层中的选择性重金固化填料和覆盖层中的腐植酸改性天然钠基膨润土的最小粒径决定，以不透过吸附和固化性滤料为准。[0010]所述填料层和覆盖层通过针刺法固定在非织造土工布和编织土工布之间。[0011]所述填料层为选择性重金属固化填料，选择石灰石分别与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石组配，石灰石与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石的质量比为1-3:1。所述石灰石粒径为0·5mm-3mm，娃藻土粒径为0·5mm-lmm，沸石粒径为lmm-3mm，海泡石粒径为lmm-3mm，膨润土粒径为0.5_-2_。根据底泥中的主要污染重金属进行选择组合，具体组配如下：[0012]1对于Pb污染底泥，填料层为石灰石与硅藻土组配的填料；[0013]2对于Cd污染底泥，填料层为石灰石与沸石组配的填料；[0014]3对于Cu污染底泥，填料层为石灰石与海泡石组配的填料；[0015]⑷对于Zn污染底泥，填料层为石灰石与膨润土组配的填料。[0016]所述覆盖层为腐植酸改性的天然钠基膨润土。该腐植酸改性的天然钠基膨润土按以下方法制备：[0017]1按腐植酸与NaOH溶液质量比1:3-5的比例，将腐植酸溶于浓度0.ImolA^NaOH溶液中，充分搅拌后过滤，滤除不溶杂质，配成腐植酸溶液；[0018]2调整腐植酸溶液pH值为1.0-3.0，在50°〇60°：加热1小时-3小时；[0019]3将加热过程中沉淀的腐植酸离心分离，完成一次腐殖酸的纯化过程；[0020]⑷重复上述步骤1、步骤⑵、步骤⑶，直到得到纯度95%以上的纯化腐植酸；[0021]5将纯化腐植酸在40°C-50°C条件下干燥8-12小时；[0022]6将天然钠基膨润土原矿经晾晒及破碎后过50-150目筛制成天然钠基膨润土粉料其膨胀系数多l〇mlg;[0023]7将纯化后的腐植酸溶于浓度0.lmolL的NaOH溶液中，纯化后的腐植酸与NaOH溶液的质量比为1:5-10,配成纯化腐植酸溶液，在纯化腐植酸溶液中加入天然钠基膨润土粉料，天然钠基膨润土粉料与纯化腐植酸溶液的质量比为1:3-5，配成混合液;将混合液的pH值调整到5.0-6.0，然后将混合液振荡12-18小时；[0024]8将振荡后的混合物于60-70°C烘干，过50-100目筛，获得的颗粒即为腐植酸改性的天然钠基膨润土。[0025]上述方法制备的腐植酸改性的天然钠基膨润土的粒径为0.2mm-0.5mm。[0026]所述步骤⑵和步骤⑵中是用浓度5molL的HCl溶液调整pH值。[0027]膨润土中的主要矿物蒙脱石具有良好的膨胀性、吸水性、离子交换性等物理化学特性。覆盖层采用腐植酸改性天然钠基膨润土，不仅具有更好的吸水性，也具有吸附和固化重金属的效果。[0028]上述覆盖毯的铺设方法，是：[0029]将覆盖毯直接铺设于污染底泥上，相邻覆盖毯单元之间通过压茬连接，在覆盖毯上加设一层厚度为20-50cm的细砂层。[0030]所述细砂层上设有卵石层，所述卵石层的厚度为5-lOcm。对于水力扰动强的河道，在细砂层上加设卵石层，可为河湖底栖生物提供生境，且能将覆盖毯固定于底泥上部，避免在河湖水流流速及生物扰动变化的情况下使覆盖毯发生移动。[0031]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0032]1本发明针对不同的重金属污染底泥，选择不同的材料作为选择性重金属固化填料层的填料，优化重金属的固化填料，提高重金属的固化效率。[0033]2本发明采用腐植酸改性天然钠基膨润土，提高了膨润土的吸水性和对重金属的吸附及固化性能。[0034]3根据污染底泥覆盖面积的大小，将做成卷状的覆盖毯铺设于底泥上部，各覆盖毯单元间通过压茬连接，并在覆盖毯上部铺设一定厚度的细砂，对于水力扰动强的河道，可在细砂层上再加设卵石层。具有铺设方式灵活、施工简便、不破坏底栖生物生活环境等优点。附图说明[0035]图1是本发明原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的卷状结构示意图。[0036]图2是本发明原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的分层结构示意图。[0037]图3是本发明原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的铺设示意图。[0038]图中：1.编织土工布，2.覆盖层，3.填料层，4.非织造土工布，5.水体底部，6.卵石层，7.细砂层，8.覆盖毯，9.底泥。具体实施方式[0039]本发明的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的具体结构如图1和图2所示，由下至上依次为底层、下层、上层和表层，底层为非织造土工布4，下层为填料层3，上层为覆盖层2，表层为编织土工布1。整个覆盖毯的总厚度为〇.5cm-l.5cm，覆盖层2的厚度为0.Icm-0.5cm，其中填料层3的厚度为0.5cm-lcm〇[0040]编织土工布1采用塑料扁丝编织，覆盖层2和填料层3是利用针刺法固定通过刺针加固）于编织土工布1和非织造土工布4之间。非织造土工布4和编织土工布1中的最大空隙小于0.2mm，具体空隙由选择性重金属固化填料和腐植酸改性天然钠基膨润土中的最小粒径决定，以不透过吸附性滤料为准。[0041]覆盖层2采用腐植酸改性天然钠基膨润土，根据具体工程项目要求设置其厚度为0·Icm-O·5cm。该腐植酸改性天然钠基膨润土的具体制备方法如下：[0042]1将腐植酸溶于浓度0.lmolL的NaOH溶液中（腐植酸与NaOH溶液的质量比=1:3-5，充分搅拌后过滤，丢弃不溶杂质，配成腐植酸溶液；[0043]2调整腐植酸溶液pH值为1.0-3.0，在50°〇60°：加热1小时-3小时；[0044]3将加热过程中沉淀的腐植酸离心分离，完成一次腐殖酸的纯化过程；[0045]4重复上述步骤（1、步骤（2、步骤（3，直到得到纯化的腐植酸（纯度95%以上；[0046]5将纯化后的腐植酸在40°C-50°C条件下干燥8-12小时；[0047]6将天然钠基膨润土原矿经晾晒及破碎后过50-150目筛制成天然钠基膨润土粉料其膨胀系数多l〇mlg;[0048]7将纯化后的腐植酸溶于浓度0.lmolL的NaOH溶液中（腐植酸与NaOH溶液的质量比=1:5-10，配成纯化腐植酸溶液，在纯化腐植酸溶液中加入天然钠基膨润土粉料天然钠基膨润土粉料与纯化腐植酸溶液的质量比=1:3-5，配成混合液;将混合液的pH值调整到5.0-6.0，然后将混合液振荡12-18小时；[0049]8将振荡后的混合物于60-70°C烘干，过50-100目筛，获得的颗粒即为腐植酸改性的天然钠基膨润土。[0050]填料层3采用选择性重金属固化填料，根据具体工程项目要求设置其厚度为0.5-lcm，并针对不同水体底泥重金属污染状况选用固化效果最佳的组配方法，具体组合及固化填料的组配比例如下：[0051]1针对Pb污染底泥，采用石灰石与硅藻土组配的填料，组配质量比例为石灰石：硅藻土=1-3:1。其中硅藻土的主要成分是氧化硅、氧化铝，石灰石的主要成分是碳酸钙。其中石灰石粒径为〇.5_3mm，娃藻土粒径为0.5-lmm。[0052]2针对Cd污染底泥，采用石灰石与沸石组配的填料，组配质量比例为石灰石:沸石=1-3:1。其中沸石的主要成分是铝硅酸钠，石灰石的主要成分是碳酸钙。其中石灰石粒径为0.5_3mm，沸石粒径为I-3mm。[0053]3针对Cu污染底泥，采用石灰石与海泡石组配的填料，组配质量比例为石灰石：海泡石=1-3:1。其中海泡石的主要成分是含水富镁硅酸盐，石灰石的主要成分是碳酸钙。其中石灰石粒径为〇.5-3_，海泡石粒径为1-3_。[0054]4针对Zn污染底泥，采用石灰石与膨润土组配的填料，组配质量比例为石灰石：膨润土=1-3:1。其中膨润土的主要成分是蒙脱石，石灰石的主要成分是碳酸钙。其中石灰石粒径为0.5_3mm，膨润土粒径为0.5_2mm。[0055]上述覆盖毯在污染底泥上的原位铺设过程，如下所述。[0056]施工前将覆盖毯8绕转轴卷绕成筒状。具体铺设时，可将覆盖毯8收卷于船尾，在到达河道水体底部5的污染区域时进行放卷铺设，将各覆盖毯单元铺设于水体污染底泥9上，各覆盖毯单元间通过压茬连接，从而达到整体铺设的目的。[0057]将覆盖毯铺设于底泥上后，在覆盖毯上加设细砂层6，细砂层厚度为20-50cm。对于水力扰动强的河道，可在细砂层上再加设一层厚度为5-lOcm的卵石层7。为河湖底栖生物提供生境，且能将覆盖毯固定于底泥上部，避免在河湖水流流速及生物扰动变化的情况下使覆盖毯发生移动。[0058]本发明具有以下特点：[0059]1针对不同的重金属污染底泥，选择不同的材料作为选择性重金属固化填料层的填料，优化重金属的固化效果，提高重金属的固化效率。[0060]2采用腐植酸改性天然钠基膨润土，提高了膨润土的吸水性和对重金属的吸附性能。[0061]3根据污染底泥覆盖面积的大小，将做成卷状的覆盖毯铺设于底泥上部，各覆盖毯单元间通过压茬连接。具有铺设方式灵活、施工简便、等优点。[0062]4敷设覆盖毯敷后，在其上部敷设一层细砂，对于水力扰动强的河道，可在细砂层上再加设卵石层。既能为河湖底栖生物提供生境，且能将覆盖毯固定于底泥上部，避免在河湖水流流速及生物扰动变化的情况下使覆盖毯发生移动。[0063]5覆盖毯可利用驳船进行覆盖层的敷设作业，操作简单，省力省时。[0064]以下给出具体的实施例。[0065]实施例1[0066]选取以Cu污染为主的重金属污染河流底泥，Cu含量达637mgkg。将该底泥置于半径为35cm的圆形塑料桶底部，敷设高度为15cm。将本发明的覆盖毯铺设于底泥上部，其中覆盖层0.2cm，填料层选择石灰石与娃藻土2:1配比，填料层的厚度为0.8cm。覆盖毯的上层覆盖20cm细砂，后加入一定量的去离子水模拟上覆水，使得上覆水高度达50cm。保证其他条件相同的情况下设置无覆盖工艺的空白对照组。分别在90d、180d取水面下5cm处上覆水，测得上覆水样品中Cu浓度并根据重金属释放通量抑制率的计算公式，得出90d、180d时覆盖毯对底泥中重金属释放通量的抑制率分别达86.9%、92.5%。[0067]底泥中释放通量的计算公式：[0068]其中Qn为到第η天为止底泥中重金属的释放通量mgkg;V为反应装置中上覆水体积U;Cn为第η天上覆水中重金属的浓度mgL;C〇为初始重金属的浓度mgL;Vi为每次取样体积U;Ci为第i天上覆水中重金属的浓度mgL;WS为原有底泥的质量kg。[0069]抑制率的计算公式[0070]其中IR为覆盖层对底泥中重金属释放通量的抑制率;QsS无覆盖空白对照条件下重金属的释放量mgkg，Qf为不同覆盖层条件下重金属的释放量mgkg。[0071]实施例2[0072]选取以Pb污染为主的重金属污染河流底泥，Pb含量达490mgkg。将该底泥置于半径为35cm的圆形塑料桶底部，敷设高度为15cm。将本发明的覆盖毯铺设于底泥上部，其中覆盖层0.3cm，填料层选择石灰石与海泡石2:1配比，填料层的厚度为0.6cm。覆盖毯的上层覆盖20cm细砂，后加入一定量的自来水模拟上覆水，使得上覆水高度达50cm。保证其他条件相同的情况下设置无覆盖工艺的空白对照组。分别在90d、180d取水面下5cm处上覆水，测得上覆水样品中Pb浓度并根据重金属释放通量抑制率的计算公式（实例1中给出），得出90d、180d时覆盖毯对底泥中重金属释放通量的抑制率分别达88.4%、94.5%，覆盖工艺修复效果良好。[0073]实施例3[0074]选取以Cd污染为主的重金属污染河流底泥，Cd含量达1.5mgkg。将该底泥置于半径为35cm的圆形塑料桶底部，敷设高度为15cm。将本发明的覆盖毯铺设于底泥上部，其中覆盖层0.5cm，填料层选择石灰石与沸石1.5:1配比，填料层的厚度为lcm。覆盖毯的上层覆盖20cm细砂，后加入一定量的自来水模拟上覆水，使得上覆水高度达50cm。保证其他条件相同的情况下设置无覆盖工艺的空白对照组。分别在90d、180d取水面下5cm处上覆水，测得上覆水样品中Pb浓度并根据重金属释放通量抑制率的计算公式实例1中给出），得出90d、180d时覆盖毯对底泥中重金属释放通量的抑制率分别达83.1%、89.3%，覆盖工艺修复效果良好。

权利要求：1.一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是：由下至上依次为底层、下层、上层和表层，底层为非织造土工布，下层为填料层，上层为覆盖层，表层为编织土工布。2.根据权利要求1所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述覆盖毯的总厚度为O·5cm-l·5cm，其中填料层的厚度为O·5cm-lcm，覆盖层的厚度为O·Icm-O·5cm。3.根据权利要求1所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述非织造土工布和所述编织土工布中的最大空隙小于0.2mm。4.根据权利要求1所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述填料层为选择性重金属固化填料，选择石灰石分别与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石组配，石灰石与硅藻土、海泡石、膨润土或沸石的质量比为1-3:1。5.根据权利要求4所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述石灰石粒径为0·5mm-3mm，娃藻土粒径为0·5111111-11]1111，沸石粒径为11]1111-31]1111，海泡石粒径为1111111-31]1111，膨润土粒径为0.5mm-2mm。6.根据权利要求4所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是：所述组配如下：1对于Pb污染底泥，填料层为石灰石与硅藻土组配的填料；⑵对于Cd污染底泥，填料层为石灰石与沸石组配的填料；⑶对于Cu污染底泥，填料层为石灰石与海泡石组配的填料；⑷对于Zn污染底泥，填料层为石灰石与膨润土组配的填料。7.根据权利要求1所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述覆盖层为腐植酸改性的天然钠基膨润土。8.根据权利要求7所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯，其特征是:所述腐植酸改性的天然钠基膨润土按以下方法制备：1按腐植酸与NaOH溶液质量比1:3-5的比例，将腐植酸溶于浓度0.lmolL的NaOH溶液中，充分搅拌后过滤，滤除不溶杂质，配成腐植酸溶液；⑵调整腐植酸溶液pH值为1.0-3.0，在50°C-60°C加热1小时-3小时；⑶将加热过程中沉淀的腐植酸离心分离，完成一次腐殖酸的纯化过程；⑷重复上述步骤（1、步骤2、步骤3，直到得到纯度95%以上的纯化腐植酸；⑶将纯化腐植酸在40°C_50°C条件下干燥8-12小时；6将天然钠基膨润土原矿经晾晒及破碎后过50-150目筛制成天然钠基膨润土粉料；7将纯化后的腐植酸溶于浓度0.lmolL的NaOH溶液中，纯化后的腐植酸与NaOH溶液的质量比为1:5-10,配成纯化腐植酸溶液，在纯化腐植酸溶液中加入天然钠基膨润土粉料，天然钠基膨润土粉料与纯化腐植酸溶液的质量比为1:3-5,配成混合液;将混合液的pH值调整到5.0-6.0，然后将混合液振荡12-18小时；8将振荡后的混合物于60-70°C烘干，过50-100目筛，获得的颗粒即为腐植酸改性的天然钠基膨润土。9.一种权利要求1所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的铺设方法，其特征是：将覆盖毯直接铺设于污染底泥上，相邻覆盖毯单元之间通过压茬连接，在覆盖毯上加设厚度为20cm-50cm细砂层。10.根据权利要求9所述的原位修复重金属污染底泥的覆盖毯的铺设方法，其特征是：所述细砂层上设有卵石层，卵石层的厚度为5cm-l〇Cm〇

百度查询： 山东建筑大学 一种原位修复重金属污染底泥的覆盖毯及其铺设方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD