CN102775035A - 河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法及装置，其覆盖方法是先将铁尾矿投加到污染底泥表层，并搅匀，然后将水泥投加到底泥表层，搅拌均匀，形成固化的覆盖层；覆盖装置至少包括两个覆盖单元；各个覆盖单元串联连接在一起，相邻覆盖单元之间通过连接架连接在一起，连接架通过液压缸与起落架连接；覆盖单元包括框架、固定板、翻转板、电动搅拌机和进料口。本发明以铁尾矿颗粒和水泥为覆盖材料，可有效固定重金属，降低覆盖材料用量，避免过多投加覆盖材料导致河流或湖泊的有效容积降低，有效防止底泥再悬浮，有效阻隔深层底泥污染释放向上覆水体的迁移，减少了处理过程对上覆水体的不利影响。

Description

河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法及装置

技术领域

本发明涉及一种对河流中受重金属污染底泥进行处理的原位覆盖方法及装置，属于受污染底泥修复技术领域。

背景技术

水体一旦受到重金属污染，重金属往往会随着水体中的细小悬浮物沉积进入底泥中。

积累在底泥中的重金属污染物不是固定不变的，在pH、水温等条件改变时，重金属被释放再次进入水体造成二次污染。所以重金属污染底泥的修复是一个亟待解决的的问题。

原位覆盖技术是在20世纪70年代后期开始应用到受污染底泥的修复中，它与传统的受控自然恢复技术和疏浚技术相比,具有良好的修复效果、较小的生态风险与低廉的成本。

目前，使用较多的覆盖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、粘土（如中国专利文献CN101200315公开的《 富营养化水体底泥掩蔽修复方法》）、土工织物或一些复杂的人造地基材料等。这些覆盖材料本身对重金属的吸附能力有限，仅在受污染底泥和上覆水体之间形成一个物理隔离层，且颗粒之间只是松散的覆盖，如果覆盖层较薄，其对底泥重金属污染向水体释放的控制能力有限；而一旦覆盖层较厚，则其对河流或湖泊的有效库容能力影响较大；且在河道行洪季节，这些松散的颗粒覆盖层容易被被淘蚀，影响覆盖的效果。

原位覆盖技术的施工方式主要有: （1) 机械设备表层倾倒方式, 即将覆盖材料采用卡车、起重机等机械设备直接向水里倾倒, 通过覆盖物的重力作用自然沉降将底泥掩蔽住；(2) 移动驳船表层撒布方式，用驳船载着覆盖材料在覆盖区域内缓慢移动, 驳船底部是活底, 可将其打开撒布覆盖材料；(3) 水力喷射表层覆盖法。用平底驳船载着覆盖沙子, 然后用高压水将船上的沙子冲洗入水中；(4)驳船管道水下覆盖法。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。但是，这些施工方式仅将覆盖材料布撒在受污染底泥上，一方面，其在施工过程受流速的影响较大，在流动的水体中很难实现完全覆盖和准确的定位覆盖；另一方面，在覆盖过程中，覆盖材料从水中逐渐沉积在底泥表面，由于扰动易造成受污染底泥再悬浮，且覆盖材料本身对水体水质也会造成不利影响；再者，由于覆盖材料本身的缺陷，其在覆盖后无法形成一个稳定的固化层，从而难以抵挡行洪对覆盖材料的冲刷，导致受污染底泥再次直接暴露于上覆水体。

发明内容

本发明针对现有河流中重金属污染底泥覆盖技术存在的不足，提供一种受水体流速影响小、覆盖效果好的河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法，同时提供一种实现该方法的、不影响上覆水浊度和避免底泥悬浮的河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖装置。

本发明的河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法，是：

按重量比6∶4的比例称取铁尾矿颗粒和水泥，铁尾矿颗粒的粒径为2mm-5mm，其中2mm-3mm的占60%，3mm-5mm的占40%；先将铁尾矿投加到污染底泥表层以下30cm的厚度内，铁尾矿与污染底泥的体积比为0.4-0.6:1，并将铁尾矿与表层以下30cm厚的底泥搅匀，然后将水泥投加到表层以下10cm的厚度内，搅拌均匀，形成固化的覆盖层，一方面，铁尾矿颗粒能够有效吸附固定受污染底泥表层中的重金属，另一方面，铁尾矿、水泥和受污染底泥反应形成一个覆盖层，即能够防止底泥受水流影响而再悬浮，又能够有效阻隔污染的底泥向上覆水体的释放。

所选择的铁尾矿中的铁氧化物和铝氧化物的总含量占25%以上。

实现上述覆盖方法的覆盖装置，采用以下技术方案：

该覆盖装置，至少包括两个覆盖单元；各个覆盖单元串联连接在一起，相邻覆盖单元之间通过连接架连接在一起，连接架通过液压缸与起落架连接；覆盖单元包括框架、固定板、翻转板、电动搅拌机和进料口，框架的四周封闭，底面敞开，框架上面设置有固定板，该固定板上设置有进料口，电动搅拌机固定安装在该固定板上，框架的上部排列有翻转板，翻转板通过翻转轴安装在框架上，翻转轴的一端设有翻转控制机构。

翻转控制机构可以是液压缸、电机以及其它可以使翻转板翻转的机构。

框架上还安装有摄像头，以便对覆盖情况进行检测。

电动搅拌机的叶轮上设置有空心搅拌框，用来有效地将表层底泥与覆盖材料充分搅拌混匀。

    覆盖过程中，通过船只将整个装置和覆盖材料运至需要覆盖的底泥处，通过起落架将覆盖单元送入河底，通过液压缸调节覆盖单元使其伸入底泥，通过进料口输送覆盖材料，通过电动搅拌机使覆盖材料与底泥搅匀，待覆盖材料与底泥固化成型后，移动到下一区域进行覆盖操作。

本发明以铁尾矿颗粒和水泥为覆盖材料，与传统的砂子、底泥等覆盖材料相比，铁尾矿中的铁、铝成分可有效固定重金属，即可降低覆盖材料用量，又可避免过多投加覆盖材料导致河流或湖泊的有效容积降低。该方法不但可有效固定底泥中的重金属，而且形成一个固化的覆盖层，即可有效防止底泥再悬浮，又可有效阻隔深层底泥污染释放向上覆水体的迁移。覆盖装置可准确将覆盖材料直接注入受污染底泥中，与传统的覆盖材料投加方式相比，减少了处理过程对上覆水体的不利影响。

附图说明

图1是本发明本发明的河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖装置的结构示意图。

图2是图1的左视图。

其中： 1、覆盖单元，2、连接架，3、起落架，4、固定板，5、翻转板，6、翻转控制机构，7、进料口，8、翻转轴，9、液压缸，10、电动搅拌机，11、框架，12、空心搅拌框。

具体实施方式

图1和图2给出了本发明河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖装置的结构，该装置至少包括两个覆盖单元1，各个覆盖单元1串联连接在一起，相邻覆盖单元1之间通过连接架2连接在一起。连接架2通过液压缸9与起落架3连接，液压缸9的活塞杆与连接架2铰接，液压缸9的缸体与起落架3铰接，液压缸9的数量可以根据覆盖单元1的体积决定，其动力能够保证覆盖单元1伸入重金属污染的底泥中并且能够拔出。具体使用时将起落架3固定在岸边或移动的船体上，通过液压缸9的活塞杆的伸出与缩回使覆盖单元1伸入底泥中或由底泥中拔出。

覆盖单元1包括框架11（参见图2）、固定板4、翻转板5、电动搅拌机10和进料口7。框架11的四周封闭，底面敞开，框架上面设置有固定板4，该固定板4上设置有进料口7，电动搅拌机10固定安装在该固定板4上，电动搅拌机10的叶轮处于框架11内。为了用来有效地将表层底泥与覆盖材料充分混匀，在电动搅拌机10的叶轮上设置有空心搅拌框12。框架11的上部安装有平行的翻转轴8，每根翻转轴8上安装有一个翻转板5，翻转轴8的一端设有翻转控制机构6，通过翻转控制机构6控制翻转轴8转动，实现翻转板5的翻转，翻转控制机构6可以是液压缸、电机以及其它可以使翻转板5翻转的机构。各翻转板5翻转至竖直位置时，框架11的上面敞开，以减小框架11伸入底泥时的阻力。各翻转板5翻转至水平位置时，框架11的上面被封闭，以利于输送覆盖材料。

为了便于对底泥的覆盖情况进行检测，在框架11上可以安装有一个发光式的摄像头。

以下结合上述装置的运行过程详细说明本发明河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖的方法。

根据需要覆盖的底泥面积决定覆盖单元1的数量。将组装好的整个装置通过起落架3固定在移动的船体上，同时在船体内装有铁尾矿颗粒和水泥，铁尾矿颗粒的粒径为2mm-5mm，其中2mm-3mm的占总重量的60%，3mm-5mm的占总重量的40%，铁尾矿与需要覆盖的污染底泥的体积比为0.4-0.6:1，铁尾矿颗粒和水泥的重量比为6∶4。所选择的铁尾矿中的铁氧化物和铝氧化物的总含量占25%以上。将船移动到需要覆盖的底泥位置处。控制翻转板5翻转至竖直位置，使框架11的上面敞开。启动各液压缸9，使其活塞杆伸出，推动各覆盖单元1伸入底泥30cm深。控制翻转板5翻转至水平位置，使各框架11的上面被封闭。然后通过各覆盖单元1上的进料口7按比例投加铁尾矿，并启动电动搅拌机10进行搅拌，调节其叶轮速度由慢到快；使铁尾矿与表层以下30cm厚的底泥搅匀。然后将水泥投加到表层以下10cm的厚度内，搅拌均匀，形成固化的覆盖层，搅拌情况和固化状态可通过摄像头观察。待固化成型后，控制液压缸9的活塞杆缩回，使覆盖单元1移出底泥。将整个装置移至下一需要覆盖的区域，重复上述操作。

这样，一方面，铁尾矿颗粒能够有效吸附固定受污染底泥表层中的重金属，另一方面，铁尾矿、水泥和受污染底泥反应形成一个覆盖层，即能够防止底泥受水流影响而再悬浮，又能够有效阻隔污染的底泥向上覆水体的释放。

（1）覆盖材料：与传统的砂子、底泥等覆盖材料相比，铁尾矿中的铁、铝可有效固定重金属，即可降低覆盖材料用量，又可避免过多投加覆盖材料导致河流或湖泊的有效容积降低。另外，铁尾矿是一种固体废弃物，可以实现以废治废，降低处理成本。

（2）该方法不但可有效固定底泥中的重金属，而且形成一个固化的覆盖层，即可有效防止底泥再悬浮，又可有效阻隔深层底泥污染释放向上覆水体的迁移。

（3）覆盖装置可准确将覆盖材料注入受污染底泥中，与传统的覆盖材料投加方式相比，减少了处理过程对上覆水体的不利影响。

Claims (4)

1.一种河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法，其特征是：

按重量比6∶4的比例称取铁尾矿颗粒和水泥，铁尾矿颗粒的粒径为2mm-5mm，其中2mm-3mm的占60%，3mm-5mm的占40%；先将铁尾矿投加到污染底泥表层以下30cm的厚度内，铁尾矿与污染底泥的体积比为0.4-0.6:1，并将铁尾矿与表层以下30cm厚的底泥搅匀，然后将水泥投加到表层以下10cm的厚度内，搅拌均匀，形成固化的覆盖层，一方面，铁尾矿颗粒能够有效吸附固定受污染底泥表层中的重金属，另一方面，铁尾矿、水泥和受污染底泥反应形成一个覆盖层，即能够防止底泥受水流影响而再悬浮，又能够有效阻隔污染的底泥向上覆水体的释放。

2.一种实现权利要求1所述河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖方法的覆盖装置，其特征是：至少包括两个覆盖单元；各个覆盖单元串联连接在一起，相邻覆盖单元之间通过连接架连接在一起，连接架通过液压缸与起落架连接；覆盖单元包括框架、固定板、翻转板、电动搅拌机和进料口，框架的四周封闭，底面敞开，框架上面设置有固定板，该固定板上设置有进料口，电动搅拌机固定安装在该固定板上，框架的上部排列有翻转板，翻转板通过翻转轴安装在框架上，翻转轴的一端设有翻转控制机构。

3.根据权利要求2所述河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖装置，其特征是：所述框架上安装有摄像头。

4.根据权利要求2所述河流湖泊重金属污染底泥原位覆盖装置，其特征是：所述电动搅拌机的叶轮上设置有空心搅拌框。

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