CN101858066B - 湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，根据湖泊自净化能力以及污染物的进出量，挖出沉积在湖底的污染底泥，由此排除超过自净化能力的剩余污染物，依据湖泊的自净化能力实现湖泊的净化，对于湖泊内的污染底泥采用下列处理方式进行处理并再度利用：(1)湖泊内污染底泥的挖掘；(2)清除污染底泥浆料中的重金属污染物；(3)清除重金属含量达标的底泥浆料中的有毒有机污染物；(4)经重金属污染物和有毒有机污染物处理后的底泥的再度利用。通过本发明方法对底泥内源污染湖泊进行治理，可以去除湖泊内部的大部分内源性污染物，减少底泥污染物向水体的释放，从根本上解决水体的污染，有效地维持生态系统的平衡。

Description

湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法

技术领域

本发明涉及一种湖泊污染治理方法，尤其涉及一种由于底泥造成的内源性污染湖泊的资源化综合治理方法。

背景技术

目前，国内及世界范围内大部分湖泊由于周边农业灌溉区农业污水、周边城市污水、垃圾、农村地表径流以及工业废水的汇入，都不同程度地受到了污染，致使水质化学污染严重，矿化度越来越高，富营养化严重，造成水生植物迅速蔓延，湖面几乎全部被沉水植物充塞，水生植物腐烂沉落后造成强烈的生物促淤作用，使湖底上升速度加快，湖水沼泽化进程加快，鱼类资源、鸟类资源显著减少，生物填平效应加快，生态环境受到严重的破坏，部分年轻湖泊已经过早地进入了老年期。

面对湖泊污染程度的日益加剧，很多国家、地区和政府均对受污染的湖泊采取不同方式的治理，治理方法主要以使用清洁水置换污染水体和采取疏挖清淤方式为主，但这些方法都是治标不治本，不但耗费大量的人力物力，还使污染日趋严重。使用清洁水置换污染水体，湖底的淤泥又会成为二次污染源，释放污染物，使清洁水被污染；采取疏挖清淤的方式挖掘出的污泥不是被弃置就是被填埋，由于污泥中往往含有病菌和过量的重金属，没有经过无害化处理的污泥大量被弃置或填埋，最终作为资源用于土地，常常造成二次污染，严重影响了环境综合治理的实际成果。

发明内容

为了解决现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，通过本治理方法可以去除湖泊底泥中的污染物，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放，同时还可有效解决污染底泥的去向问题，杜绝二次污染。

本发明采用的技术方案：一种湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，根据湖泊的自净化能力以及污染物的进出量，挖出沉积在湖底的污染底泥，由此排除超过湖泊自净化能力的剩余污染物，依据湖泊的自净化能力实现湖泊的净化，对于湖泊内的污染底泥采用下列处理方式进行处理并再度利用：

(1)湖泊内污染底泥的挖掘；

(2)清除污染底泥浆料中的重金属污染物；

(3)清除重金属含量达标的底泥浆料中的有毒有机污染物；

(4)经重金属污染物和有毒有机污染物处理后的底泥的再度利用。

所述污染底泥浆料中的重金属污染物可以通过超导强磁场重金属分离系统进行清除，所述超导强磁场重金属分离系统的电极可以为弧形金属电极，所述电极的数量可以为一对或多对，对称设置，所述电极的金属弧形表面可以喷涂有高介电常数的高温陶瓷材料。

清除所述污染底泥浆料中的重金属污染物的步骤可以为：将所述污染底泥浆料的PH值处理在8-9之间；向PH值处理后的所述污染底泥浆料中加入改性的氨基甲酸盐；再将污染底泥浆料注入所述超导强 磁场重金属分离系统并启动所述超导强磁场重金属分离系统；对所述污染底泥浆料进行搅拌后送入沉淀池；经过滤系统将富含重金属污染物的污泥滤出。

根据所述富含重金属污染物的污泥中的重金属含量和种类的不同，可以分别进行固体废物无害化处理，对于水生植物沉积成分较高的污泥，用作开发淤泥燃料，对于砂石成分含量较高的污泥，作为建筑材料使用，用于生产水泥、陶粒或景观砖。

可以采用光助Feton技术清除重金属含量达标的废水中的有毒有机污染物，可以根据废水中所含的特征持续性有机毒物的种类选择不同的光助Feton工艺参数进行降解处理，处理后的达标水可以排入缓冲试验池，处理后的污泥可以进行固体废物无害化处理，对于水生植物沉积成分较高的污泥，用作开发淤泥燃料，对于砂石成分含量较高的污泥，作为建筑材料使用，用于生产水泥、陶粒或景观砖。

可以采用高级氧化降解技术清除重金属含量达标的底泥中的有毒有机污染物，处理后的底泥可以用作生物堆肥或试验田土壤改良。

可以采用污泥好氧堆肥技术制作肥料，将重金属含量达标的底泥通过接菌种并加入调理剂制成混合拌料，将所述混合拌料经过高温堆肥发酵后进行筛分，筛分后不符合制肥工艺要求的拌料返回到制作混合拌料的工艺，继续进行高温堆肥发酵，筛分后符合制肥工艺要求的拌料通过混合添加剂制成有机肥和/或混合肥。

所述污染底泥的挖掘可以采用水采水运的方式，可以用挖泥船进行水下疏挖，再用加压管道将污染底泥浆料送至堆场。

在污染底泥的挖掘区和非挖掘区之间可以设置淤泥拦网或泥沙拦网，所述挖泥船可以采用绞吸式挖泥船，所述挖泥船的挖掘系统可以采用活络拆装式绞刀装置，所述挖泥船的吸扬系统可以采用高效挖掘泵。

所述底泥内源污染湖泊为乌梁素海，所述乌梁素海补给水源主要为黄河河套灌区的农田退水，年输入量为4-6亿立方米，其次为工业废水和生活污水，年输入量为1.8-2.2亿立方米，所述乌梁素海的水质为5类，主要为有机污染，其中氨氮、总氮和总磷超过地表水III类水质标准，COD和BOD5氟化物超过地表水V类水质标准，总氮平均含量为每升2.03毫克，总磷平均含量为每升0.38毫克，总氮储量为57万千克，总磷储量为10万千克，污染底泥释放的氮、磷量占全湖总负荷量的四分之一，湖内大型水生植物总生产量达每年230万吨，湖底以每年6-9毫米的速度提高。

本发明的有益效果：通过本发明方法对底泥内源污染湖泊进行资源化综合治理，可以去除湖泊内部的大部分内源性污染物，减少底泥污染物向水体的释放，提高湖泊水质，降低湖泊富营养化，丰富湖泊内物种，增加湖泊的库容和自净化能力，有效地维持生态系统的平衡。另外，挖掘出的底泥还可以通过适宜的处理再度利用，避免二次污染的同时提高经济效益，如用作生物堆肥、土壤改良、淤泥燃料或建筑材料及化工原料等。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的重金属含量达标的底泥好氧堆肥及制肥的工艺示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，根据湖泊自净化能力以及污染物的进出量，挖出沉积在湖底的污染底泥，由此排除超过湖泊自净化能力的剩余污染物，依据湖泊的自净化能力实现湖泊的净化，对于湖泊内的污染底泥采用下列处理方式进行处理并再度利用：

(1)湖泊内污染底泥的挖掘；

(2)清除污染底泥浆料中的重金属污染物；

(3)清除重金属含量达标的底泥浆料中的有毒有机污染物；

(4)经重金属污染物和有毒有机污染物处理后的底泥的再度利用。

通过本治理方法可以有效应对内源污染湖泊的沼泽化进程和快速的生物填平效应，通过对湖泊内的底泥清除，分离污染物后，可以安全利用底泥富营养化的有机盐生产有机肥料、改良土壤，促进农业生产，同时使湖泊的富营养化程度得到有效地控制，从根本解决湖泊污染的问题，维持生态系统平衡。

对湖泊内的所述污染底泥的挖掘可以采用水采水运的方式，可以用挖泥船进行水下疏挖，再用加压管道将污染底泥浆料送至堆场，同时，在污染底泥的挖掘区和非挖掘区之间可以设置淤泥拦网或泥沙拦网，所述淤泥拦网或泥沙拦网可以采用尼龙塑料纺织布或其它适宜的材料制成，可以采用桩网、浮网或吊缆挂网的方式设置，以起到缓流促淤，将湖泊内在所述污染底泥的挖掘过程中产生的再悬浮颗粒限定在一定区域内的作用，如：所述污染底泥的扰动半径不超过5m，疏浚水平定位控制在0.5-1m，垂直精度控制在5-10m，减少所述污染底泥在挖掘过程中，污染物在水中扩散所形成的二次污染。

在所述污染底泥的挖掘过程中，所述挖泥船可以采用绞吸式挖泥船，其中所述挖泥船的挖掘系统可以采用挖掘效率高、耐磨性好、拆装方便的活络拆装式绞刀装置，所述挖泥船的吸扬系统可以采用高效挖掘泵，所述挖泥船还可以配有自动挖掘系统、显示系统和DGPS定位系统，以确保所述挖泥船的工作效率，提高定位精度，在所述污染底泥的挖掘过程中可进行动态测量，减小实时测量误差，尽量减少对非污染底泥的挖掘，以避免破坏湖泊底部的自然湖泥层。

由于湖泊常年接受来自上游的水土流失、工业和生活污水的排放、农田灌溉的排放以及自身的生态沉积，致使湖泊内底泥中含有大量的泥沙、重金属污染物、有机污染物和水生植物沉积，如不进行处理会对生态环境造成二次污染，因此必须对从湖泊中挖掘出的所述污染底泥进行重金属污染物和有毒有机污染物处理。

所述污染底泥浆料中的重金属污染物可以通过超导强磁场重金属分离系统进行清除。优选的方法为采用通过改性的氨基甲酸有机高分子盐类物质与所述污染底泥浆料中的重金属离子杂质的螯合反应，并在超强磁场的作用下，实现高效的重金属离子的去除和分离。对氨基甲酸盐类的改性可以是使其适当的硫化，也可以是其它适宜的方式，只要能使改性后的氨基甲酸盐类与所述污染底泥浆料中的重金属离子发生螯合反应并在强磁场的作用下形成粗大的絮状非溶性螯合盐即可。

清除所述污染底泥浆料中的重金属污染物的步骤可以为：将所述污染底泥浆料通过适宜的处理使其PH值在8-9之间；向PH值处理后的所述污染底泥浆料中加入改性的氨基甲酸盐；再将污染底泥浆料注入所述超导强磁场重金属分离系统并启动所述超导强磁场重金属分离系统；对所述污染底泥浆料进行搅拌后送入沉淀池；经过滤系统将富含重金属污染物的污泥滤出。

所述富含重金属污染物的污泥可以根据其中的重金属的含量和种类不同，分别进行固体废物无害化处理，对于砂石含量较高的污泥可以通过水泥回转窑焚烧法处理生产水泥，采用该方法不影响水泥的正常生产，可将危险底泥无害化，也可以制造轻质高强度建筑材料，如陶粒和景观用砖；对于水生植物沉积成分较高的污泥，可以用作开发淤泥燃料，与煤一起使用等，以防止造成新的生态环境危害或潜在威胁。富含重金属污染物的污泥也可以再次返回所述超导强磁场重金属分离系统中进行二次处理。

所述超导强磁场重金属分离系统的电极可以为弧形金属电极，所述电极的数量可以为一对或多对，对称设置，所述电极的金属弧形表面可以喷涂有高介电常数的高温陶瓷材料。

工作原理为：射频脉冲电晕等离子体放电产生的离子体对质量小的电子加速，由于其运动速度远高于离子，因而电子与杂质颗粒频繁 碰撞，并由杂质颗粒吸收，使杂质中的各种微小颗粒带上较多的负电荷，从而实现了对所述污染底泥整体有效电负性的调质。由射频脉冲电晕等离子体形成的等离子矩轰击杂质，在等离子矩的电晕喷射过程中，电子在喷射区域内将杂质局域性地分成靠前端的电负性云雾和靠后的正电性云雾。等离子矩轰击所述污染底泥浆料所产生的快速负电性粒子、表面被活化的各种微小粒子、通过等离子矩轰击生成的正负离子的聚合作用将使经调质后的所述污染底泥浆料中的杂质颗粒进入下级超导处理系统后的重金属污染物分离效果显著提高。等离子矩还可以对所述污染底泥浆料中的同类微小颗粒实现相反的电性调质，处于这种状态的带相反电荷的同种粒子将会聚合，聚合后的较大颗粒的粒子更容易被电离从而使得所述污染底泥浆料中的重金属污染物的分离过程进一步得到改善。

重金属含量达标的废水中的有毒有机污染物可以采用光助Feton技术清除，可以根据废水中所含的特征持续性有机毒物的种类选择不同的光助Feton工艺参数进行降解处理，处理后的达标水可以排入缓冲试验池，处理后的污泥可以进行固体废物无害化处理，如归入建筑材料生产原料，用以生产水泥、制造轻质高强度建筑材料、景观用砖和制成淤泥燃料等。

鉴于湖泊附近多以农业生产为主的现状，重金属含量达标的底泥中的有毒有机污染物可以采用高级氧化降解技术清除，处理后的经检验合格的底泥可以用于制造高效生物活性有机堆肥农用，使底泥中含有的有机物重新进入自然环境，从而改良土壤结构、增加土壤肥力、 促进作物生长；经检验不合格的底泥可以再次通过高级氧化降解技术进行处理。

参见图2，可以采用污泥好氧堆肥技术制造高效生物活性有机堆肥，将重金属含量达标的底泥通过接菌种并加入调理剂制成混合拌料，将所述混合拌料经过高温堆肥发酵后进行筛分，将筛分后不符合制肥工艺要求的拌料返回到制作混合拌料的工艺，继续进行高温堆肥发酵，将筛分后符合制肥工艺要求的拌料通过混合添加剂制成有机肥，也可以将混合了添加剂的符合制肥工艺要求的拌料经过造粒和干燥工艺制成混合肥。在对所述混合拌料进行高温堆肥发酵时，可以采用油气换热装置对所述混合拌料进行加热，高温堆肥发酵工艺过程中产生的废气可以通过废气除臭装置排入大气，还可以采用适宜的通风装置和湿度调节装置对高温发酵工艺过程中的混合拌料进行通风和湿度调节。

对于湖泊中沉积较少的底泥污染区域还可以采用原位生物处理控制技术进行治理，即在沉积较少的底泥污染区域投加具有高效降解作用的微生物和营养物，根据季节性气候和水文变化添加外加电子受体或供氧剂，以减少底泥的容积、污染物的量或污染物的溶解度、毒性或迁徙性。

本发明方法在实施过程中针对的治理对象之一为乌梁素海，所述乌梁素海位于内蒙古自治区境内，处于黄河河套平原末端，西临河套灌区，东靠乌拉山西麓，湖泊现有面积为293平方千米，库容2.5-3亿立方米，乌梁素海补给水源主要是黄河河套灌区的农田退水，年输 入量为4-6亿立方米，其次为工业废水和生活污水，年输入量为1.8-2.2亿立方米，由于多年以来，乌梁素海不仅承受来自黄河灌区农业面源的污染，还复合了周边城市污水、垃圾、农村地表径流以及工业废水等的污染物使水体沉积物受到了不同程度的污染，主要为有机污染，其中，氨氮、总氮和总磷超过地表水III类水质标准，COD和BOD5氟化物超过地表水V类水质标准，总氮平均含量为每升2.03毫克，总磷平均含量为每升0.38毫克，总氮储量为57万千克，总磷储量为10万千克，污染底泥释放的氮、磷量占全湖总负荷量的四分之一，致使湖水矿化度越来越高，湖水富营养化程度不断增加，湖内大型水生植物总产量已达230万吨，成为世界上典型的重度富营养化的草型湖泊，全湖芦苇迅速蔓延，明水面几乎全部被沉水植物充塞，芦苇水上部分和水草每年腐烂沉落后造成了强烈的生物促淤作用，湖底以每年6-9毫米的速度提高。大量的水生植物得不到利用，沉积湖底，腐烂分解后不仅对湖水造成了一定程度的污染，使鱼类缺氧死亡，更主要是加速了湖泊的生物填平作用，使仅有一百多年历史的年轻湖过早地进入了老年期。

通过本发明方法对底泥内源污染湖泊，尤其是乌梁素海进行资源化综合治理，有效地去除了湖泊内部的大部分内源性污染物，减少了底泥污染物向水体的释放，提高了湖泊水质，降低了湖泊富营养化，丰富了湖泊内物种，增加了湖泊的库容和自净化能力，有效地维持了生态系统的平衡。另外，挖掘出的底泥还可以通过适宜的处理再度利用，避免二次污染的同时提高经济效益。

Claims (9)

1.一种湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于根据湖泊自净化能力以及污染物的进出量，挖出沉积在湖底的污染底泥，由此排除超过湖泊自净化能力的剩余污染物，依据湖泊的自净化能力实现湖泊的净化，对于湖泊内的污染底泥采用下列处理方式进行处理并再度利用：

(1)湖泊内污染底泥的挖掘；

(2)清除污染底泥浆料中的重金属污染物；

(3)清除重金属含量达标的底泥浆料中的有毒有机污染物；

(4)经重金属污染物和有毒有机污染物处理后的底泥的再度利用；

所述污染底泥浆料中的重金属污染物通过超导强磁场重金属分离系统进行清除，所述超导强磁场重金属分离系统的电极为弧形金属电极，所述电极的数量为一对或多对，对称设置，所述电极的金属弧形表面喷涂有高介电常数的高温陶瓷材料。

2.如权利要求1所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于清除所述污染底泥浆料中的重金属污染物的步骤为：将所述污染底泥浆料的PH值处理在8-9之间；向PH值处理后的所述污染底泥浆料中加入改性的氨基甲酸盐；再将污染底泥浆料注入所述超导强磁场重金属分离系统并启动所述超导强磁场重金属分离系统；对所述污染底泥浆料进行搅拌后送入沉淀池；经过滤系统将富含重金属污染物的污泥滤出。

3.如权利要求2所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于根据所述富合重金属污染物的污泥中的重金属含量和种类的不同，分别进行固体废物无害化处理，对于水生植物沉积成分较高的污泥，用作开发淤泥燃料，对于砂石成分含量较高的污泥，作为建筑材料使用，用于生产水泥、陶粒或景观砖。

4.如权利要求2所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于采用光助Feton技术清除重金属含量达标的废水中的有毒有机污染物，根据废水中所含的特征持续性有机毒物的种类选择不同的光助Feton工艺参数进行降解处理，处理后的达标水排入缓冲试验池，处理后的污泥进行固体废物无害化处理，对于水生植物沉积成分较高的污泥，用作开发淤泥燃料，对于砂石成分含量较高的污泥，作为建筑材料使用，用于生产水泥、陶粒或景观砖。

5.如权利要求2所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于采用高级氧化降解技术清除重金属含量达标的底泥中的有毒有机污染物，处理后的底泥用作生物堆肥或试验田土壤改良。

6.如权利要求5所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于采用污泥好氧堆肥技术制作肥料，将重金属含量达标的底泥通过接菌种并加入调理剂制成混合拌料，将所述混合拌料经过高温堆肥发酵后进行筛分，筛分后不符合制肥工艺要求的拌料返回到制作混合拌料的工艺，继续进行高温堆肥发酵，筛分后符合制肥工艺要求的拌料通过混合添加剂制成有机肥和/或混合肥。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于所述污染底泥的挖掘采用水采水运的方式，用挖泥船进行水下疏挖，再用加压管道将污染底泥浆料送至堆场。

8.如权利要求7所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于在污染底泥的挖掘区和非挖掘区之间设置淤泥拦网或泥沙拦网，所述挖泥船采用绞吸式挖泥船，所述挖泥船的挖掘系统采用活络拆装式绞刀装置，所述挖泥船的吸扬系统采用高效挖掘泵。

9.如权利要求8所述的湖泊底泥内源污染的资源化综合治理方法，其特征在于所述底泥内源污染湖泊为乌梁素海，所述乌梁素海补给水源主要为黄河河套灌区的农田退水，年输入量为4-6亿立方米，其次为工业废水和生活污水，年输入量为1.8-2.2亿立方米，所述乌梁素海的水质为5类，主要为有机污染，其中氨氮、总氮和总磷超过地表水Ⅲ类水质标准，COD和BOD5氟化物超过地表水V类水质标准，总氮平均含量为每升2.03毫克，总磷平均含量为每升0.38毫克，总氮储量为57万千克，总磷储量为10万千克，污染底泥释放的氮、磷量占全湖总负荷量的四分之一，湖内大型水生植物总生产量达每年230万吨，湖底以每年6-9毫米的速度提高。

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