[發明專利]一種沉積物氮營養鹽污染的原位修復方法及用于該方法的原位修復樁

有效

• 申請號: 201210502673.8
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102964040A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 張亞平;阮曉紅;萬宇;朱曉明;尹林
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于沉積物原位修復領域，更具體地說，涉及一種受氮營養鹽及其有機質嚴重污染的沉積物的原位修復方法以及用于該方法的原位修復樁，該方法應用功能材料對沉積物的微生境進行改善，進而強化土著微生物對沉積物氮營養鹽及其有機質的凈化作用。

背景技術

在國家對水體污染控制越來越嚴格的情況下，流入地表水體的點和面源負荷逐漸減少，而由沉積物帶來的內源污染逐漸成為地表水體的重要污染源。沉積物中有機質的代謝消耗大量的氧氣，缺氧環境下厭氧微生物的代謝，使得營養元素氮含量升高，進而引發氨氮的釋放、水體富營養化、藻華等一系列環境問題。

對沉積物中氮素釋放及其累積機理的研究表明，有機質中的氮素被微生物分解成了更容易遷移的無機氨氮，氨氮在好氧條件下氧化成硝酸鹽，再經反硝化作用將氮素以氮氣的形式從系統中去除。但由于沉積物中好氧有機質含量較高，被消耗的溶解氧來不及補充，導致硝化作用受阻，造成水體和沉積物中氨氮的累積。因此溶解氧是控制沉積物中氨氮釋放的關鍵環境因子。

沉積物營養鹽污染削減技術主要有異位處理技術和原位處理技術。其中異位處理技術主要是通過疏浚將水體的內污染源轉移，但其工程量大，成本高，且疏浚后的水體在一定時間后又會形成新的沉積。而原位修復技術無需大量工程成為沉積物修復的趨勢所在。

沉積物原位修復技術主要有物理覆蓋、充氧曝氣、化學氧化及生物修復技術。物理覆蓋主要是阻滯氨氮的傳輸，充氧曝氣和化學氧化則主要是營造具有一定溶解氧濃度的良好生境條件，生物修復則是通過微生物代謝加速水體和沉積物中氮素以氮氣形式脫除。單一處理方式在短期內可達到較好的效果，但難以達到沉積物的長效修復效果。目前各種沉積物原位修復技術分別存在以下問題：

（1）物理覆蓋材料：物理覆蓋技術常用的覆蓋材料是砂石以及清潔土壤等，污染物質穿透覆蓋層后仍會釋放到上覆水體中，且污染物質被滯留在沉積物中，成為潛在的風險源。現有專利《一種地下水氮固定化修復濾料及其制備方法》（專利申請號：201110001391.5），其對地下水中的氨氮具有較好的效果，但尚無成功應用于河流沉積物修復的先例。

（2）底泥的充氧曝氣：充氧曝氣技術對設備和能耗有一定要求，不適用于大面積推廣。化學氧化技術有可能劇烈改變水環境中pH值等，但效果不持久。如專利《一種地下水修復用緩釋氧材料及其制備方法》（專利申請號：201110426869.9??）可有效提升地下水中氧含量，其釋氧效應可持續兩年以上且對原生境無較大改變，但尚無成功應用于河流沉積物修復的先例。

（3）功能生物的適應性：目前大部分功能微生物都是從反應器中篩選分離出來的，也有一部分是從土著微生物中富集出來的，但在不改變惡劣的原生環境條件下，投加的菌種很可能不適應環境或者受其他微生物的競爭抑制作用而無法發揮其功效。

（4）微生物載體：地表水體具有一定的流動性，具有修復作用的微生物往往會被水流帶走，因此有不少技術采用了微生物包埋的方式投入水體中進行原位修復。目前廣泛應用于微生物固定化載體的材料主要為海藻酸鈉、聚乙烯醇凝膠、PVA水凝膠等（固定化氨氧化細菌短程硝化穩定性研究[J].環境科學，2008,29(10):?2835-2840.）。這些載體與微生物的親和性好，但固定化小球長時間運行會引起顆粒膨脹、體積增大、機械強度大大減小等問題，也有一些是以陶粒以及高分子顆粒造成的載體材料，但生物親和性較差，且這些材料可能會帶來環境隱患。

發明內容

發明要解決的技術問題

針對現有沉積物原位修復技術中存在的長效修復效果差的問題，本發明提供了一種沉積物氮營養鹽污染的原位修復方法及用于該方法的原位修復樁，該方法可以吸附沉積物中的氨氮，減少污染物質向上覆水的擴散，并提高沉積物和水界面的溶解氧，原位構建界面良性生境，促進土著脫氮細菌的生長，加速沉積物中的氮素代謝出系統，達到地表水體沉積物原位修復的目標。

技術方案