一种治理河湖内源污染的方法与流程

1.本发明涉及生态修复技术领域，特别涉及一种治理河湖内源污染的方法。


背景技术：

2.现有的河湖治理，经常采用要么清淤泥，比如污泥泵抽取或直接挖淤泥的方式；要么采用种植水生植物的方式。该两种模式往往不能彻底使得河湖得到治理。
3.现有的河湖治理，清淤和水生植物均是重要的水质改善技术措施，但是清淤和水生植物联动设计的较少，往往是清淤和水生植物种植技术的分开使用。传统清淤采用经常采用水力冲泥和开挖清淤两种方式，对底泥清理彻底，这种粗放的清理方式，对底泥中的有益微生物和底栖动物也造成了破坏。清淤后也没有对后续的治理措施提出明确需求，往往清淤后长时间未有后续措施，或者将清淤作为水质提升的主要措施。水生植物种植技术尤其是沉水植物种植技术对河湖内源污染控制和水质提升有明显作用，已经得到业内认可，但是其技术应用还存在单一应用的问题，未有水生植物种植环境因素的标准，往往关注的是透明度、温度和水深等因素，实际水生植物的种植与底泥的泥质也有较大关系，尤其是底泥中浮泥层的影响，适应于水生植物种植的河湖底泥应有一定的强度，含水率不能过高。另外水生植物种植的覆盖度和生物量的大小，直接影响水生植物的技术效果。传统水生植物种植技术主要采用扦插和抛种，种植和生长周期长，植物种植初期覆盖度低，对泥底的扰动较大，容易造成底泥的二次悬浮，进而再次影响水质，降低了透明度，进而又影响了植物的成活率和生长。


技术实现要素：

4.鉴于以上传统清淤和水生植物种植的应用问题，本发明创新设计一套从生境改善和生物多样性保护出发的内源污染治理技术。改进传统清淤的大开挖和深度清淤的问题，改为清理浮泥层，保护底泥中的有益微生物和底栖动物，通过底栖动物的自然降解过程，降低底泥中的有机污染物；再通过底质改良技术阻断下层底泥污染物的释放对水质的影响，同时通过覆盖改良技术创造有利于水生植物生长的生境，有利于水生植物快速繁殖；再次，通过水生植物的技术，植物生长吸收污染物，植物根系的根际效益，降解下层底泥的污染物。本创新技术的应用具有实施应用的先后逻辑和时间逻辑，能够有效改善传统单独实施清淤，引起的底泥二次释放；改善传统水生植物技术单独应用的效率问题。清淤完成后的2天内，应进一步识别底泥的污染状态，同时实施底泥生境改善的覆盖技术，实施覆盖技术后的2天内，就应及时补充水生植物，有利于植物根系深入到覆盖层中，避免覆盖层的硬化或粘度增加而影响植物根系的深入
5.本发明的目的在于提供一种治理河湖内源污染的方法，首次提出泥水界面“清理浮泥-改善泥水界面生境-构建可持续的生态系统”多级耦合集成技术，实现了底泥从传统粗放式疏挖到精准生态修复的转变，破解了长期困扰城市湖泊内源污染治理的难题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
7.本技术实施例公开了一种治理河湖内源污染的方法，依次包括如下步骤：
8.s1清理表层底泥，采用环保清淤绞吸方式清理河湖底的表面浮泥，通过配备专用的环保绞刀头，绞刀负压吸泥，刀头后配置导流泥板以及过滤螺旋槽，防止污染淤泥泄漏和扩散，疏浚较薄的污染底泥且对底泥扰动小，避免污染淤泥扩散和逃淤；
9.s2阻断底泥再悬浮，包括水下覆盖模式和阻断层覆盖模式，
10.所述水下覆盖模式通过驳船上的管子将覆盖物注入到水体底部，管子的下端采用圆锥体，使覆盖物更好的分散，
11.所述阻断层覆盖模式通过将覆盖物编织，采用驳船表层撒布的施工方式，让编织后的覆盖材料通过重力作用自然沉降到水体底部；
12.s3修复底泥污染，采用沉水植物毯沿水面展开后固定在水体底部。
13.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s1中的所述表面浮泥为与水体相接触的沉积物界面层，包括底栖生物及其残体、代谢产物和颗粒很细的粘性泥沙。
14.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s1抽取表面浮泥后采用电动力干化技术，通过阳极区、阴极区和孔隙水处的电解质的调节，分离细胞间隙水，实施快速干化。
15.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s2中覆盖物包括粗砂、混合凹凸棒土、生态吸附剂、氧缓释材料，其质量比为3:1:1:1。
16.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s2中，实施水下覆盖模式时，每次铺8-11cm，先后铺3次。
17.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s2中，实施阻断层覆盖模式时，覆盖3次，每次覆盖物编织厚度为8-11cm。
18.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s3中，沉水植物毯长度为20m，宽度为5m。
19.优选的，在上述治理河湖内源污染的方法中，步骤s3中，为保持沉水植物毯位置的精确性，用竹竿插入水体，对已固定一端的沉水植物毯进行标记，待铺设完成另一端后拔除。
20.本技术方案的优势在于实现了底泥从传统粗放式疏挖到精准生态修复的转变，破解了长期困扰城市湖泊内源污染治理的难题。
具体实施方式
21.下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如下实施例将着重介绍现有技术中的缺点以及本技术方案的优点，本技术方案中，首先要清理沉积物界面层(浮泥层)。
23.河湖底泥的基本物理结构包括与水体相接触的沉积物界面层(浮泥层)和界面层下的原沉积物层。沉积物界面层(浮泥层)主要由底栖生物及其残体、代谢产物和颗粒很细的粘性泥沙组成，由于颗粒很细，极易出现絮凝现象，在床底形成浮泥层，它们对有机污染
物有很强的吸附作用。浮泥层下的原沉积物层主要是由无机矿物的泥沙组成，它们对界面层起到支撑的作用，在长期物质扩散的基础上，有机污染物会从浮泥层向原沉积物层部分转移，使得在一般的情况下污染物向水体中的释放较为困难。
24.底泥主要通过4种方式影响上覆水体水质：(1)由于底泥与间隙水中浓度差引起的污染物向上覆水体的释放过程，从而使上覆水体中主要污染物浓度增加；(2)底泥微生物降解有机污染物的过程中消耗上覆水体中的溶解氧；(3)底泥再悬浮过程中，吸附的污染物质向上覆水体的扩散、释放，增加了上覆水体中的有机污染物；(4)底栖动物对底泥的扰动，增加了底泥中污染物向上扩散速率。
25.本技术方案依据通道及孔隙分布的科学判断，确定清理浮泥层的厚度和范围，清理淤泥的主要问题有：(1)传统的绞吸或者挖泥措施等，水体底部的表面浮泥易扰动及扩散，引起水体浑浊及二次污染。(2)浮泥含水率高，收集泥浆量大，而产出的污泥较少，效率低。
26.本技术方案针对上述问题，采取有针对性的措施：(1)采用环保清淤绞吸方式清理表面浮泥，传统的环保清淤最小的清理厚度为20cm，本技术单次最小清理厚度为15cm。环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头，绞刀连接真空泵的洗泥管道，实现负压清淤。刀头后配置导流泥板，过滤螺旋槽，具有防止污染淤泥泄漏和扩散的功能，可以疏浚较薄的污染底泥而且对底泥扰动小，避免了污染淤泥的扩散和逃淤现象，底泥清除率可达到95％以上，清淤浓度高，清淤泥浆质量分数达70％以上，一次可挖泥厚度为15～60cm。(2)高程控制通过挖深指示仪和回声测深仪，精确定位绞刀深度，挖掘精度高。(3)传统的清淤方式，其浮泥层中有机物碎屑、细砂粒及沉积物等，会随着泥水混合排出，再次回到水体中，达不到清理污染物的效果，本技术方案在输送泥水混合物的同时，实施快速混凝沉降技术，快速降低泥水体积，降低含水率，能够将泥水中的污染物聚集清理和收集，收集的浮泥层污染物有机物含量较高，细胞间隙水较难排出，采用常规的真空预压或过滤技术等，均不能排干细胞间隙水，本技术方案采用电动力干化技术，通过阳极区、阴极区和孔隙水处的电解质的调节，分离细胞间隙水，实施快速干化技术。
27.本项目的环保清淤与传统的疏浚工程相比，具有以下几方面特点：
28.1)开挖精度要求高，作业时有效降低开挖二次污染；利用挡泥板降低清淤对水体的扰动，减少水体浑浊的范围，有效吸取15-60cm深度的淤泥层。
29.2)采用先进的自动化质量控制技术，包括gps和声纳；
30.3)全封闭管道输送，输送距离可达30km；
31.4)清淤输送的泥水混合物可以通过混凝工艺快速沉降底泥，降低底泥体积；
32.5)淤泥沉淀时产生的余水经处理后达标排放；
33.6)淤泥后期处理，采用电动力干化法进行固化。
34.常规的清淤方法清淤出的淤泥浓度在15％～20％左右，水分子的体积要远大于土颗粒的体积，清淤泥浆的体积大约为颗粒的4～5倍。这些高含水泥浆往往需要较大的堆场进行放置，很多清淤工程因为堆场场地的问题而受到严重制约。本技术方案采用电动力技术提高淤泥的干化速度和效率。
35.1)将电极插入污染土壤中,施加直流电后电极之间形成直流电场。
36.2)利用土壤孔隙中的游离水或者外加电解质溶液作为导电介质,电场条件下带电
离子向相应的电极区迁移。
37.3)土壤孔隙中的溶液通过电渗向阴极迁移,污染物主要通过电迁移和电渗方式离开处理区,从而达到修复的目的。
38.4)为强化污染物的分离，可以进行阳极区、阴极区和孔隙水处的电解质的调节。
39.清理淤泥后，应对底泥区域的水质和底泥上浮水体进一步监测，同时结合通道及孔隙分布的科学判断，确定淤泥清理的程度。这个阶段应采取措施，避免底泥的再悬浮。底泥再悬浮过程中，吸附的污染物质向上覆水体的扩散、释放，增加了上覆水体中的有机污染物，底泥再悬浮影响水质更严重。如对美国佛罗里达州的apoka湖，研究发现动力悬浮导致的srp浓度远比没有悬浮情况下的spr浓度高。reddy等试验研究发现对氨氮而言，悬浮作用(悬浮加扩散)造成的上覆水营养盐浓度增加可以达到单纯由扩散产生的营养盐浓度的数十倍。
40.底泥清理后，形成不稳定层，底泥容易受周围水体的水力条件控制，特别是在平原河网地区，由于水深较浅，船运交通发达，或者水生态、水质提升及修复工程等的实施等，容易引起底泥的再悬浮。为避免底泥的再悬浮，本项目采用底泥覆盖措施，进一步阻断底泥中的污染物传输通道。在阻断污染物传输通道的同时，应注意生物多样性的保护和生境构建
41.原位覆盖技术通过在污染底泥表面铺放一层或多层清洁的覆盖物，使污染底泥与上层水体隔离，从而阻止底泥中污染物向水体的迁移。覆盖具有如下3方面功能：(1)通过覆盖层，将污染底泥与上层水体物理性隔开；(2)覆盖作用可稳固污染底泥，防止其再悬浮或迁移；(3)通过覆盖物中有机颗粒的吸附作用，有效削减污染底泥中污染物进入上层水体。研究表明，覆盖能有效防止底泥中pcbs、pah及重金属进入水体，对水质有明显的改善作用。
42.目前使用较多的掩蔽材料有未污染的底泥、清洁砂子、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥，还可以采用方解石、粉煤灰、土工织物或一些复杂的人造地基材料等。不同的覆盖材料与其效果密切相关，选择覆盖材料时主要考虑材料的如下几方面特性：(1)覆盖材料的粒径，粒径越小，阻隔能力越强，污染物的穿透能力越低；(2)覆盖材料中有机质含量、覆盖材料的比表面积和孔隙率，这些特性与其对污染物的吸附能力相关；(3)覆盖材料的比重或密度，该特性与其抗水流扰动、稳固污染底泥的功能相关。
43.污染底泥中难溶的有机污染物多以小颗粒形式存在，覆盖层可通过有机质的强吸附能力，减少其扩散到水体的量。本技术方案采用0.1m～0.3m厚的覆盖层，以粗砂为主，混合凹凸棒土及生态吸附剂等，形成隔离层。在底泥有机污染物较重的区域，覆盖土工织物 有机物降解的活性物质进行覆盖，同时在覆盖物上添加生态吸附剂的混合试剂和微生物促生剂。
44.根据治理底泥的污染现状及底泥积累情况，分3次均匀通过水下管将覆盖物铺设于指定区域，在底泥锁定，避免再悬浮的同时进行对污染物有效吸收降解。
45.常规的底泥覆盖方式为水力喷射和直接覆盖形式，水力喷射形式容易对底泥二次扰动，直接覆盖形式会将底栖动物覆盖掩埋，不利于生物多样性的保护。本项目采用环保清淤船带动船下的管道水下覆盖法。通过驳船上的管子将覆盖物注入到水体下层，管子的下端是圆锥体的，可使覆盖物更好的分散开来。该方法的优点是直接水下覆盖，底泥的扰动小，对底栖生物不会造成掩埋，但施工工艺相对较复杂，成本也相对较高。
46.本技术方案在脆弱的底泥层上覆盖污染物阻断层，通过对的施工方式主要取决于
覆盖材料的物理性质，覆盖位置，水体的流动特性，以及水体深度。本技术方案采用的水下覆盖技术适用于水深＜4m的浅水型水体。对于土工织物的覆盖措施，确定需要覆盖的区域后，采用移动驳船表层撒布的施工方式，让覆盖材料通过重力作用自然沉降将底泥掩蔽。
47.通过清理浮泥层，快速移除了底泥影响水质的污染物源；再通过阻隔底泥的再悬浮，减少了沉积层底泥对水体的影响，但是其阻隔层下部的沉积层底泥的静态污染物释放，仍然存在。当河流污染较严重时，沉积层底泥污染物释放对水体水质的影响并不明显；当水体污染程度减轻、水质改善后，水体中污染物浓度与底泥中污染物浓度的梯度增大，底泥中污染物释放作用就会增加，造成污染就较为明显，再次成为新的污染源。
48.另外，通过底泥覆盖技术后，若不采取其他措施，在底泥覆盖层上，水体中通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体等，最后沉积新的浮泥层，并由于覆盖层的材料有机物吸附特性，底泥逐渐富集，使底泥成为新污染源。
49.本技术方案在采用清理浮泥层和阻隔底泥再悬浮污染后，将底泥中污染物与水体隔离；再结合水生植物技术进行污染物的定向疏导，为水生植被的恢复提供良好的底质条件，实施“水下森林”技术措施，进一步降解沉积层底泥中的污染物，形成长期的底泥改善措施，并通过水下森林的动态过程，减少再次沉积为浮泥污染层对水体水质的影响。
50.传统的水生植物种植方式主要是扦插和抛种，其重要问题是：(1)扦插施工过程中，人为扰动较大，容易造成底泥的二次悬浮，影响水体的水质；(2)抛种形式成活率较低，沉水植物覆盖度较低，扎根生长周期较长，根部扎根深度小，进而影响植物的根际效益，降低了植被修复的效率。(3)生长恢复的周期较长，难以快速形成规模，进而影响其对沉积底泥的污染物吸收效率。
51.本项目创新采用“植物毯”技术。本技术的特点是：
52.(1)模块化种植，对区域扰动少
53.一个植物毯长度为20m，宽度为5m，每个单元100m2。需2只船只同步施工，每船配备两名人员，每船各负责一头施工。第一只船上一人负责撑船稳定及最后锚固，另一人负责将泡沫浮板上的卷起的植物毯上一端固定；第二只船上一个负责划船，另一人将沉水植物种植毯上另一端沿水面向前展开，直至舒展完毕。
54.沉水植物种植毯固定：
55.展开后的种植毯，需用特质的锚固件固定，锚固件有根据水深及底泥深度定制的铁质铆钉，及具有磁性的锚固杆组成。固定时，通过锚固杆的磁力，将锚固钉吸住，垂直插向水面上展开的沉水植物种植毯，直至将种植毯牢牢插入水底，铁质铆钉稳稳插入硬质底泥时，转动锚固杆，可轻松脱离铆钉，继续下一个固定。
56.沉水植物种植毯定位：
57.因目前河道水质透明度不高，且施工易造成水体浑浊，影响可见度，若铺设的区域过长，为保持种植毯位置的精确性，需用竹竿插入水体，对已固定一端的种植毯进行标记，待铺设完成另一端后拔除。
58.(2)沉水植物毯快速成型，覆盖度高
59.沉水植物毯技术的应用近几年较多，其通过利用天然植物纤维编织成型的适合于生物挂膜的多孔网状结构体，辅助沉水植物迅速扎根生殖，其在基底条件较差的河道内应用最为有效。
60.本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。