膨潤土在河道治理中的應用

房斌，張松，江月，王梅娟，許婷

(青檀生態修復有限公司，江蘇 無錫 214026)

從上世紀80年代起，隨著我國社會經濟持續高速發展，河道水環境污染也隨之加劇，甚至有些河道水體顏色變黑、散發出令人不悅的氣味，導致河道演變成黑臭水體。河道治理已成為地方各級政府改善人居環境的重要內容。河道水體相比于污水處理廠污水，具有水量大、污染物含量低的特點。目前河道治理所用材料基本都是污水處理或人工濕地技術中的常用材料，比如：生物填料、活性炭、陶粒、火山巖等，應用于河道治理中出現用量大、價格高、污染物去除效果一般的問題。于是，急需一種適合河道治理的用量少、價格低廉、效果顯著的材料，而膨潤土儲量豐富、應用領域廣泛，在河道治理中也有相應的應用研究。

膨潤土也叫斑脫巖，皂土或膨土巖[1]。我國膨潤土的儲量非常豐富，分布在全國二十六個省市，幾百年前我國四川地區就已將膨潤土作為洗滌劑使用[2]。膨潤土已在石油、化工、食品、醫藥和環保等二十四個領域一百多個行業中應用，有三百多個相關實際應用產品[3]。

1 膨潤土的特性

膨潤土是一種非金屬礦物，蒙脫石為其主要成分（含量85% ～ 90%），故蒙脫石性質決定了膨潤土的基本性質。蒙脫石顏色各異，形態各異，可堅硬如石塊，亦可松軟如沙土。

蒙脫石由2個硅氧四面體夾著1層鋁氧八面體組成晶體結構[4]，結構中的某些陽離子（如 銅、鎂、鈉、鉀等）不穩定，容易與其他陽離子發生交換反應，所以其有比較強的離子交換性。膨潤土吸水性較強，吸水后體積膨脹，最大可至二十到三十倍，在水中具有較大的膨脹性。膨潤土本身的負電荷性以及膨潤土龐大的比表面積，使得其具有優良的吸附特性。另外，膨潤土還具有分散懸浮性、可塑性、觸變性等多種性能。

2 膨潤土的改性

天然膨潤土有極強的親水性，但其表面基本上都會吸附水分，阻礙了其對污染物質吸附性能的最大發揮[5]，故對天然膨潤土通過各種工藝進行改性勢在必行[6]。

目前膨潤土改性方法主要有無機改性、有機改性、復合改性。無機改性包括：酸改性、高溫改性、超聲改性、無機鹽改性、微波改性、多聚羥基陽離子交聯改性、稀土金屬摻雜改性、金屬負載型改性、鈉化巰基化改性[7]。有機改性包括：陽離子表面活性劑改性、陰離子表面活性劑改性、陰-陽離子表面活性劑協同改性、兩性表面活性劑改性、有機螯合劑改性、高分子絮凝劑改性。復合改性是無機改性法和有機改性法共同使用。

3 膨潤土在河道治理中的應用

3.1 河道防滲工程

吸水膨脹性是膨潤土基本性質，膨潤土吸水后形成緊密的膠體，可以在固體和液體之間形成有效隔絕層[8]。以鈉基膨潤土制作的防水毯，是一種防滲能力強的新型防滲材料，具有密實性、耐久性、便捷性、耐寒性、自愈性、生態環保性，已在我國北方季節性河道治理中有大量實際應用。

常桂龍等[9]在桑干河治理中利用鈉基膨潤土防水毯，使得河道治理工程的防滲效果大大提高，為工程施工爭取了時間，在經濟上減少了投資成本，節約了水資源，極大改善了當地的生態環境。張文鵬等[10]在北京平谷區泃河治理工程減滲設計中通過比選硬化處理減滲、土工膜減滲、黏土防滲、膨潤土防水毯防滲，選用施工簡便、工期短、可抵抗一般地形沉降、綠色環保的膨潤土減滲毯。徐蘊[11]分析了膨潤土防水毯在性能、施工方法、使用壽命、環境保護等方面比傳統防水防滲材料的優越性，并詳細闡述了針對還鄉河鴉鴻橋段河道的防滲處理方案。張澤中等[12]通過給出鈉基膨潤土生態防滲工藝，結合生態水工學原理分析了鈉基膨潤土生態防滲技術在城市河流治理中的生態作用：形成河流形態天然化、河道斷面多樣化、河床防滲自然化、地表地下聯通化、生態干擾最小化，表明：鈉基膨潤土生態防滲工藝是完全符合生態水工學原理的科學新工藝，值得大力推廣。

3.2 對水體中氨氮、有機污染物的去除

城市河道水體中氨氮（NH3-N）和有機污染物（COD）超標是比較普遍的現象，是河道治理的重點和難點。改性膨潤土對水中氨氮和有機污染物有比較好的吸附效果，可有效去除河道水體中的NH3-N和COD含量。

陳仕穩等[13]采用粘結劑聚乙烯醇、造孔劑碳酸氫鈉和微波強化Al改性膨潤土制備改性膨潤土顆粒，研究表明在最佳條件下，其對水中有機物和氨氮的去除率可達98%和20%以上。吳光鋒等[14]采用摻Al-TiO2作為改性劑制備改性膨潤土，在pH值為6.0，改性膨潤土投加量為40 mg/L，沉淀時間為30 min時，對微污染水中初始濃度15 mg/L的COD和5 mg/L的NH4-N去除率分別達到92%和59%以上。吳光鋒等[15]采用十二烷基多糖苷季銨鹽作為改性劑制備改性膨潤土，在較佳條件下，改性膨潤土與PAC聯合后的強化混凝，對初始CODMn濃度15.3 mg/L的微污染水去除率達到95%以上。王琳對加炭焙燒改性膨潤土與PAC、殼聚糖吸附-混凝聯用對氨氮、CODMn去除率分別達到56.74%、65.38%。

3.3 對水體中總磷的去除

河道底泥中磷的釋放和農業污水、生活污水排放到河道中，是造成河道水體總磷超標的主要原因。改性膨潤土可極大降低底泥中磷的遷移通量，對水體中各種含磷物質也有很大的吸附量。

在缺氧條件下，河道底泥中磷會被釋放進入間隙水中，繼而會被釋放進入上覆水中，王艷等[16]采用Fe3+、Fe2+、溶解性鋯鹽、膨潤土和堿液作為原料制備得到了一種磁性鋯鐵改性膨潤土，而磁性鋯鐵改性膨潤土添加可以極大地降低底泥中磷向間隙水的遷移通量，最終導致了上覆水中磷數量的顯著下降。肖利萍等[17]利用殼聚糖負載膨潤土吸附處理含磷廢水，投加量為0.5 g、吸附90 min、振蕩強度為100 r/min、pH值為7，25℃下對25 mL質量濃度為2 mg/L的磷溶液去除率為78.25%。王珍等[18]以酸和Fe2+為改性劑，微波處理下對膨潤土進行改性，將改性后的膨潤土用于處理3種富營養化的水體(三湘江、景觀池塘和達理小河)中的活性磷，去除率可達到84.67% ～ 97.30%。

3.4 對垃圾滲瀝液的處理

河道邊堆放垃圾或設置垃圾收集點的現象比較突出，導致垃圾滲瀝液直排入河，對河道水質造成比較嚴重的污染。取消河道岸邊垃圾收集點是最根本直接的解決方法，取消不掉的，可以對垃圾收集點進行改造，利用改性膨潤土膨脹性和吸附作用，對垃圾收集點進行防滲處理，同時對垃圾滲瀝液中的COD、NH3-N進行吸附去除。

劉學貴等[29]以天然鈉基膨潤土為原料，采用水溶液聚合法，在室溫條件下，通過改性聚丙烯酰胺對膨潤土進行直接插層改性，制備了一種新型聚丙烯酰胺改性膨潤土防滲材料，以此防滲材料作為防滲層，選用沈陽大辛填埋場的垃圾滲透液為處理對象，在動態實驗下，抗滲性能測試結果表明，改性膨潤土防滲性能較好，滲透系數為1.0×10-7cm/s，達到固體廢物填埋場的防滲材料國家標準1.0×10-7cm/s的使用要求；改性膨潤土防滲層對COD、氨氮去除效果較好，吸附作用較強，COD和氨氮最大去除率分別達到81%和91%。劉錦倫等[20]利用雙十八烷基二甲基氯化銨（DODMAC）改性膨潤土在一定條件下能夠低成本吸附處理垃圾滲濾液，發現早中期垃圾滲濾液處理后COD去除率達69.16% ～ 70.77%，NH3-N去除率達94.02% ～ 95.74%；中晚期垃圾滲濾液處理后COD去除率達89.09% ～ 90.64%，NH3-N去除率達97.47% ～ 97.89%。

4 結 語

膨潤土在河道治理中應用前景廣闊，但目前河道治理中僅有膨潤土防水毯有實際應用，其對氨氮、有機污染物、磷的吸附作用僅處于試驗階段。另外，膨潤土顆粒比較細小，若直接投入河道水體中會增加水體渾濁度，增大固液分離的難度。因此，加強膨潤土改性工藝、應用形態及在河道治理中實際應用方法的研究十分必要和緊迫。