生境矿化剂原理和使用方法

                                  陈楷翰

                          一前言

天然水体中的悬浮物，在河口入海处或者盐湖中存在快速淤积的现象，其原理是悬浮物表面吸附的电荷（往往是负电荷）被中和，同时水体中微生物絮凝剂兼起架桥作用，使沉积物不易被水流搬运。沉积物沉淀后，在漫长的时间内逐渐转化为沉积碎屑乃至多种沉积岩，常见的沉积岩主要有粘土质、钙镁质、硅质三类。通常，生物自净、化学自净、物理自净、地质自净共同成为大自然自净的机理系统，长期以来，大自然生态系统已充分适应了这一机理系统，不至造成生境和生态系统的危害。

常规生物自净受到生态系统调节慢、对污染阈值和自然环境限制高的特点较难以快速使用，物理与化学自净、地矿自净处理速度较快，因此成为人类早期发展的主要技术路径。   《调疾饮食辨》中就记载：“春夏大雨，山水暴涨，有毒。山居别无他水可汲者，宜捣蒜或白矾少许，投入水缸中，以使水沉淀净化”。古人还常用钟乳石、磁石、榆树皮、木芙蓉、杏仁、桃仁等物品净化饮用水。工业革命后逐渐发展为铝、铁盐为主的无机絮凝剂与聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵为主的有机絮凝剂，与此同时，水净化的范围扩大，重金属、磷氮、油类、可溶性有机物、硬度等均逐渐成为需要应对的目标。

工业絮凝剂工作的边界条件与天然水体不一样，由于加药沉淀系统通常发生在人工建筑中，质能信传递及步骤可控，沉淀物可短时间清除，不考虑污染物在水下长期存在、受水流翻动搬运、盐度梯度和发酵气体扰动等问题，不要求对生态系统无害，但要求快速、原料廉价。由于环境压力，目前天然材料改性季胺盐、甲壳素、微生物絮凝剂、植物絮凝剂等正在逐渐兴起，但尚未能动摇传统工业絮凝剂的市场。

天然水体难以有效控制絮凝过程，即传统的絮凝动力学理论在天然水体中难以使用，同时，传统的工业絮凝剂如镧、铝、阳离子酰胺有明显生物毒性，铁盐易造成水色变黄，现有主要天然改性絮凝剂价格昂贵，因此在天然水体的人工干预净化中，生物净化由于有一定效果逐渐成为主力应用方向，然而，技术难度较大且不大受积温和溶解氧控制的物化系统、地矿系统依然在研究，并逐渐与生物净化组合成体系。

               二生境矿化剂主要特点和应用领域

生境矿化剂主要成分由三部分组成：以钙镁硅铝铁等元素为主的矿化无机组成、特定天然微生物群及天然絮凝剂的生物组成、助剂组成，相关材料均符合美国药典标准，微生物类通常使用天然微生物群或土著微生物群以规避生态风险，如需降低成本及提高絮凝效果也可与工业絮凝剂组合分别使用。由于生境矿化剂同时作用于水体、底泥两部分，因此理论用量要大于仅作用于水体的常规絮凝剂和锁磷剂，但其成本较低。主要有如下几类：

水体类：

1.  挂药精矿——将过量矿药挂在水中，随水缓慢溶出，使水体悬浮物、有机酸、藻类（通常预先加入30-50ppm工业双氧水杀死）、重金属和磷沉淀为密实底泥，并使水PH值稳定在8左右以利于硝化反硝化系统运行，有明显的水体脱黑臭功能，也可掺杂指定矿物当做底泥稳定剂使用；耗矿量为0.05%-0.2%/吨水；对磷酸根处理最低达0.04ppm，与磷酸镧相似，但除磷速度较慢，通常在1-5天后才达到0.1ppm以下；对铅、锌、铜、镉等常见重金属离子，在无络合剂存在下一般可有效降低到工业排放标准。优点是对生态系统无害，水体清澈度明显提高，下沉物呈现胶泥状态而非使用常规絮凝剂及锁磷剂的浮泥状态，副作用是提高水体硬度，主要适用于静止及缓流水体的净化。最大的竞争优势在于人工成本远远低于需要随时补加并搅拌的常规絮凝剂或锁磷剂（如不搅拌局部铝、镧离子浓度过高危害生态，且除磷效果急剧下降），在河湖长期维护中有不可替代的优势。精矿不具备除氨氮作用，需要配合次氯酸钠、沸石、负载型硝化反硝化菌、小球藻等才可除氨氮。

    目前尚无类似产品竞争。          

2.       底泥稳定剂——根据不同的底泥和水质选择底泥稳定剂类型，将其投放水体下沉到底，可一方面通过稳定底泥内源的方法使水质优化，另一方面优化底泥的物化性质。主要品种有

a、水产养殖型底泥稳定剂。

主要是针对虾蟹、贝类养殖业改底设置。机理是将粪便、残饵的分解强度减弱，分解周期延长，从而与藻类繁殖速度、水产养殖周期匹配。特点是形成弱碱性沉积碎屑底泥减缓酸化菌繁殖速度，同时固定降解产物如硫磷、多肽、有机酸成为沉淀物来达到缓冲水质恶化的目的，并提高甲壳类动物的健康，底泥呈弱固化状态，有一定强度以抗生物扰动。对氨氮去除基本无效。

使用量通常为0.5-1.5厘米厚，即每平方米5-15公斤以保证覆盖养殖池底部的粪便、残饵等，使用时直接撒播即可。该类型底泥稳定剂通常与挂矿精药组合，常规状况下使用挂矿精药维护水质即可，当养殖中后期底泥发黑、浑浊、水质有恶化趋势时补充使用，可耐受较强的底部曝气增氧动力扰动而不至于底泥上翻，也可土塘养殖后改底时使用，投放后1-2天后固化，即可与高强度底曝增氧系统配合——（这个算不算养殖行业重大突破大家心里有数）。可以与化学增氧剂、抗生素等等组合，但不能和络合铜杀藻剂、腐殖酸、草酸等共同使用，因其能使重金属离子、有机酸等较快速度沉淀失效。

目前尚缺乏此类产品竞争。

b、通用型底泥稳定剂精矿。

主要是针对浮泥较厚或者有机质高的底泥稳定，并兼顾种植沉水、挺水植物设置。主要机理是调节底泥的理化性质，提高底泥透气性并形成弱碱性底泥。一方面可提高有机物氧化速度、降低大分子有机物水解速度，另一方面是形成较好的底泥高腐殖酸钙镁铝硅沉积物碎屑结构，从而优化溶解氧、温室气体、微生物体系在底泥中的分布状况，再一方面是固定磷元素和重金属。通常使用时，先投放30-50ppm工业双氧水灭藻除臭，数天后将底泥稳定剂精矿和5-10倍的建筑废料粉、常见炉渣粉、石粉、火山灰、劣质硅藻土等预先混合成为底泥稳定剂，有机物含量越高，精矿比例越大，可湿喷或者直接撒播。通常20-30厘米厚浮泥匹配的底泥稳定剂使用量为3-5厘米厚，底泥稳定剂进入水体后吸附部分藻类及悬浮物下沉水底，将浮泥稳定并压缩为较高密度碎屑状态，由于去除了大部分藻类和磷、有机物，水体可较长期保持清澈。

通常可压缩50-80%浮泥厚度而直接转化为实泥，在无外源进入的前提下，正常高有机物含量状态（以污水厂出水积累浮泥为试验品，有机物含量可高达30%干污泥量以上）采用精矿20%配比可稳定0.5年，35%以上配比或者中低有机物底泥时可多年稳定，用量越少，稳定时间越短，可适当对底泥进行搅拌耕动以整体稳定。撒播后由于该底泥稳定剂兼水体自净能力（效果类似挂药精矿），可使悬浮物和水体/底泥磷固定，从而抑制漂浮藻类和漂浮微生物在较低浓度，保障透光度并减少对水草的竞争，同时由于底泥透气性优化，水生植物根系发生烂根的可能性明显减少，当有外源进入时需要挂药精矿、坑坝系统辅助。可选择底泥无固化和低强度固化两种要求。必要时可以与过氧化钙等改底剂或者页岩、贝壳等封闭剂共同使用，与挂药精矿一样兼做通用型底泥稳定作用，不同之处在于这底泥稳定剂精矿压缩底泥能力、稳定重金属能力更强，但沉淀水体悬浮物能力较弱。

该药剂主要针对目前清淤——沉水植物种植难题而研发。常规絮凝剂和锁磷剂在使用得法的前提下通常只能保障一周内透光度较好，与水生植物生长周期不匹配，同样可将无机磷降低到0.1ppm以下，但生物毒性强，沉淀物呈现浮泥状态导致植物容易上浮，且有扰动状态下锁磷和絮凝迅速失效，无扰动状态下钝化层仅可保障4个月时间，另外，高有机质底泥由于缺氧，很易导致植物根系腐烂，因此业内通常认为沉水植物不适合在有浮泥和高有机质状况下种植。

日本研发的矿物水体稳定剂由于含有沸石成分，对氨氮去除效率高；但由于在配方上大量使用低效率的吸附剂如硅藻土，且无水下固化能力，因此沉降悬浮物能力、抗水流冲刷能力和锁磷、固定有机质能力明显低于本系列产品。铝铁改性粘土主要用于沉降静止水体中的藻类和悬浮物，沉降能力高于本药剂，但不能水下固化极易被流水冲走堆积而形成二次污染，不能长期悬挂水体，不能改善底泥中有机物和重金属的危害，且操作成本和功能明显不如本系列产品。相比而言，本系列药剂主要直接采用精药方式供给，其余的硅藻土、建筑废渣、炉渣粉、石粉等由客户本地获取，大幅降低了成本。

c、高抗折耐冲刷型底泥稳定剂。

  主要用于港口、泄洪河道等水流较大的水体使用，一般与模袋、贝壳、硅石粉等配合使用，起压缩和稳定底泥作用，机械强度较大，在湄洲湾1万平方米工程中，6米深超软吹填浮泥使用25厘米覆盖层，出水除氨氮外各项指标均达标，覆盖层可人行。  使用该技术可大量避免不必要的清淤工程。

对于污染物不超标的污泥，上述沉积后的实泥，均可勾机简单挖取后，快速改造成园林土，传统的浮泥清淤——压榨——固化已经基本失去意义。

对于污染物超标的污泥，同样可大幅减少清淤量和清淤难度。

                        土壤和污泥类（需要再写）

地铁基建泥、清淤与生活污泥固化剂、重金属稳定剂。

系列土壤改良兼重金属稳定剂。