膨润土在河道治理中的应用

房斌，张松，江月，王梅娟，许婷

(青檀生态修复有限公司，江苏 无锡 214026)

从上世纪80年代起，随着我国社会经济持续高速发展，河道水环境污染也随之加剧，甚至有些河道水体颜色变黑、散发出令人不悦的气味，导致河道演变成黑臭水体。河道治理已成为地方各级政府改善人居环境的重要内容。河道水体相比于污水处理厂污水，具有水量大、污染物含量低的特点。目前河道治理所用材料基本都是污水处理或人工湿地技术中的常用材料，比如：生物填料、活性炭、陶粒、火山岩等，应用于河道治理中出现用量大、价格高、污染物去除效果一般的问题。于是，急需一种适合河道治理的用量少、价格低廉、效果显著的材料，而膨润土储量丰富、应用领域广泛，在河道治理中也有相应的应用研究。

膨润土也叫斑脱岩，皂土或膨土岩[1]。我国膨润土的储量非常丰富，分布在全国二十六个省市，几百年前我国四川地区就已将膨润土作为洗涤剂使用[2]。膨润土已在石油、化工、食品、医药和环保等二十四个领域一百多个行业中应用，有三百多个相关实际应用产品[3]。

1 膨润土的特性

膨润土是一种非金属矿物，蒙脱石为其主要成分（含量85% ～ 90%），故蒙脱石性质决定了膨润土的基本性质。蒙脱石颜色各异，形态各异，可坚硬如石块，亦可松软如沙土。

蒙脱石由2个硅氧四面体夹着1层铝氧八面体组成晶体结构[4]，结构中的某些阳离子（如 铜、镁、钠、钾等）不稳定，容易与其他阳离子发生交换反应，所以其有比较强的离子交换性。膨润土吸水性较强，吸水后体积膨胀，最大可至二十到三十倍，在水中具有较大的膨胀性。膨润土本身的负电荷性以及膨润土庞大的比表面积，使得其具有优良的吸附特性。另外，膨润土还具有分散悬浮性、可塑性、触变性等多种性能。

2 膨润土的改性

天然膨润土有极强的亲水性，但其表面基本上都会吸附水分，阻碍了其对污染物质吸附性能的最大发挥[5]，故对天然膨润土通过各种工艺进行改性势在必行[6]。

目前膨润土改性方法主要有无机改性、有机改性、复合改性。无机改性包括：酸改性、高温改性、超声改性、无机盐改性、微波改性、多聚羟基阳离子交联改性、稀土金属掺杂改性、金属负载型改性、钠化巯基化改性[7]。有机改性包括：阳离子表面活性剂改性、阴离子表面活性剂改性、阴-阳离子表面活性剂协同改性、两性表面活性剂改性、有机螯合剂改性、高分子絮凝剂改性。复合改性是无机改性法和有机改性法共同使用。

3 膨润土在河道治理中的应用

3.1 河道防渗工程

吸水膨胀性是膨润土基本性质，膨润土吸水后形成紧密的胶体，可以在固体和液体之间形成有效隔绝层[8]。以钠基膨润土制作的防水毯，是一种防渗能力强的新型防渗材料，具有密实性、耐久性、便捷性、耐寒性、自愈性、生态环保性，已在我国北方季节性河道治理中有大量实际应用。

常桂龙等[9]在桑干河治理中利用钠基膨润土防水毯，使得河道治理工程的防渗效果大大提高，为工程施工争取了时间，在经济上减少了投资成本，节约了水资源，极大改善了当地的生态环境。张文鹏等[10]在北京平谷区泃河治理工程减渗设计中通过比选硬化处理减渗、土工膜减渗、黏土防渗、膨润土防水毯防渗，选用施工简便、工期短、可抵抗一般地形沉降、绿色环保的膨润土减渗毯。徐蕴[11]分析了膨润土防水毯在性能、施工方法、使用寿命、环境保护等方面比传统防水防渗材料的优越性，并详细阐述了针对还乡河鸦鸿桥段河道的防渗处理方案。张泽中等[12]通过给出钠基膨润土生态防渗工艺，结合生态水工学原理分析了钠基膨润土生态防渗技术在城市河流治理中的生态作用：形成河流形态天然化、河道断面多样化、河床防渗自然化、地表地下联通化、生态干扰最小化，表明：钠基膨润土生态防渗工艺是完全符合生态水工学原理的科学新工艺，值得大力推广。

3.2 对水体中氨氮、有机污染物的去除

城市河道水体中氨氮（NH3-N）和有机污染物（COD）超标是比较普遍的现象，是河道治理的重点和难点。改性膨润土对水中氨氮和有机污染物有比较好的吸附效果，可有效去除河道水体中的NH3-N和COD含量。

陈仕稳等[13]采用粘结剂聚乙烯醇、造孔剂碳酸氢钠和微波强化Al改性膨润土制备改性膨润土颗粒，研究表明在最佳条件下，其对水中有机物和氨氮的去除率可达98%和20%以上。吴光锋等[14]采用掺Al-TiO2作为改性剂制备改性膨润土，在pH值为6.0，改性膨润土投加量为40 mg/L，沉淀时间为30 min时，对微污染水中初始浓度15 mg/L的COD和5 mg/L的NH4-N去除率分别达到92%和59%以上。吴光锋等[15]采用十二烷基多糖苷季铵盐作为改性剂制备改性膨润土，在较佳条件下，改性膨润土与PAC联合后的强化混凝，对初始CODMn浓度15.3 mg/L的微污染水去除率达到95%以上。王琳对加炭焙烧改性膨润土与PAC、壳聚糖吸附-混凝联用对氨氮、CODMn去除率分别达到56.74%、65.38%。

3.3 对水体中总磷的去除

河道底泥中磷的释放和农业污水、生活污水排放到河道中，是造成河道水体总磷超标的主要原因。改性膨润土可极大降低底泥中磷的迁移通量，对水体中各种含磷物质也有很大的吸附量。

在缺氧条件下，河道底泥中磷会被释放进入间隙水中，继而会被释放进入上覆水中，王艳等[16]采用Fe3+、Fe2+、溶解性锆盐、膨润土和碱液作为原料制备得到了一种磁性锆铁改性膨润土，而磁性锆铁改性膨润土添加可以极大地降低底泥中磷向间隙水的迁移通量，最终导致了上覆水中磷数量的显著下降。肖利萍等[17]利用壳聚糖负载膨润土吸附处理含磷废水，投加量为0.5 g、吸附90 min、振荡强度为100 r/min、pH值为7，25℃下对25 mL质量浓度为2 mg/L的磷溶液去除率为78.25%。王珍等[18]以酸和Fe2+为改性剂，微波处理下对膨润土进行改性，将改性后的膨润土用于处理3种富营养化的水体(三湘江、景观池塘和达理小河)中的活性磷，去除率可达到84.67% ～ 97.30%。

3.4 对垃圾渗沥液的处理

河道边堆放垃圾或设置垃圾收集点的现象比较突出，导致垃圾渗沥液直排入河，对河道水质造成比较严重的污染。取消河道岸边垃圾收集点是最根本直接的解决方法，取消不掉的，可以对垃圾收集点进行改造，利用改性膨润土膨胀性和吸附作用，对垃圾收集点进行防渗处理，同时对垃圾渗沥液中的COD、NH3-N进行吸附去除。

刘学贵等[29]以天然钠基膨润土为原料，采用水溶液聚合法，在室温条件下，通过改性聚丙烯酰胺对膨润土进行直接插层改性，制备了一种新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料，以此防渗材料作为防渗层，选用沈阳大辛填埋场的垃圾渗透液为处理对象，在动态实验下，抗渗性能测试结果表明，改性膨润土防渗性能较好，渗透系数为1.0×10-7cm/s，达到固体废物填埋场的防渗材料国家标准1.0×10-7cm/s的使用要求；改性膨润土防渗层对COD、氨氮去除效果较好，吸附作用较强，COD和氨氮最大去除率分别达到81%和91%。刘锦伦等[20]利用双十八烷基二甲基氯化铵（DODMAC）改性膨润土在一定条件下能够低成本吸附处理垃圾渗滤液，发现早中期垃圾渗滤液处理后COD去除率达69.16% ～ 70.77%，NH3-N去除率达94.02% ～ 95.74%；中晚期垃圾渗滤液处理后COD去除率达89.09% ～ 90.64%，NH3-N去除率达97.47% ～ 97.89%。

4 结 语

膨润土在河道治理中应用前景广阔，但目前河道治理中仅有膨润土防水毯有实际应用，其对氨氮、有机污染物、磷的吸附作用仅处于试验阶段。另外，膨润土颗粒比较细小，若直接投入河道水体中会增加水体浑浊度，增大固液分离的难度。因此，加强膨润土改性工艺、应用形态及在河道治理中实际应用方法的研究十分必要和紧迫。