CN103880262A

CN103880262A - 一种污泥生态处置床

Info

Publication number: CN103880262A
Application number: CN201410119325.1A
Authority: CN
Inventors: 万玉山; 黄利; 涂保华; 邵敏; 王莉
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明涉及一种小型污水处理厂的污泥生态处置床，利用剩余污泥和煤矸石与粘土作为填充材料直接充填到塌陷盆地中，混合生成有机充填土，解决了土地复垦缺乏适合植物生长条件的有机土的难题；解决了煤矸石存放、剩余污泥填埋的占地问题；剩余污泥直接来自污水处理厂的污泥浓缩池，省却了污泥的后续处理环节，降低了污水处理厂的运行成本。该发明操作简便、投资少、运行成本低，特别适用于小型污水处理厂产生的剩余污泥的处理、处置和大型矿山产生的大面积塌陷地的土地复垦。

Description

一种污泥生态处置床

技术领域

本发明涉及污泥处置技术领域，尤其是一种小型污水处理厂的污泥生态处置床。

背景技术

随着我国经济的快速发展，污水排放量不断扩大，同时政府的环保力度也不断强化，污水处理厂产生的剩余污泥的处理与处置难题日益显现，已经成为制约整个污水处理行业可持续发展的瓶颈问题。对于大型的污水处理厂，采用消化、热解、焚烧和制砖等技术进行处理能实现污泥的减量化和资源化利用；对于处理规模小于3万m³/d的位于小城镇的小型污水处理厂，受成本、技术、运营管理水平等限制，目前主要以填埋为主，在填埋过程中往往引发了二次污染和新的环境问题。

煤矿等矿山在开采过程中造成地表的下沉，形成大面积的塌陷盆地，这些塌陷盆地内多积水，农作物无法生长，占据大量耕地，为了恢复利用这些被破坏的土地往往需要投入大量的人力、物力和财力；另一方面煤矿等矿山企业在生产过程中产生大量的煤矸石等废弃物，堆放这些煤矸石也需要一定量的土地。目前，国内对矿区煤矸石和塌陷区治理和利用的形式多种多样，如利用煤矸石作为建筑材料、燃料和化工原料等用途，利用塌陷区进行水产养殖、建设公园等，也有很多地方把煤矸石等废弃物直接充填到塌陷盆地中，煤矸石上部覆盖土壤，再进行种植，但土壤下部的煤矸石保水性很差，造成上部土壤层缺水，树木或农作物很难成活。因此如何合理又经济地利用这些废弃的煤矸石成为各大煤矿企业的又一个难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决位于小城镇的小型污水处理厂产生的剩余污泥在填埋过程中引发的二次污染和新的环境问题,同时对于煤矿开采地区地表下沉形成塌陷盆地而又无法科学进行复垦的问题，提供一种操作简单、投资少的煤矿塌陷地复垦和剩余污泥处理利用系统，利用煤矸石作为填充材料，改造、复垦煤矿塌陷地，同时把塌陷盆地设计成污泥生态处置床来处理剩余污泥，将塌陷地的复垦和煤矸石的处理利用与剩余污泥的资源化利用结合起来，走以废治废的道路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的污泥生态处置床的建造是按如下步骤实施的：

(1)在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围和深度，确定地质开采技术条件、地表移动参数、采空区计算长度，计算走向主要影响半径和上、下边界的主要影响半径，计算地表各代表点的最大下沉量。

(2)根据塌陷地的计算结果，规划、确定塌陷盆地改造的位置、面积，计算充填的厚度、土方量；把改造目标区规划成方格网状结构，施工充填区规划成边长为10-50米的矩形田块。

(3)剥离施工充填区的表层土，把部分剥离土堆积在充填区的四周，形成污泥生态处置床的围堰。

(4)污泥生态处置床的底部设计有1-3%的水流坡度。

(5)污泥生态处置床的底部防渗处理，可采用1米的素土夯实或采用铺设防渗薄膜，防渗薄膜可采用1.5-2毫米厚的塑料膜，搭接处要处理好，以提高防渗效果。进一步的，为防止防渗薄膜免遭破坏，需在防渗薄膜下部土层和防渗薄膜上表面铺设细砂，或以土工布加细砂作为保护层。

(6)在保护层上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为总充填厚度的20-30%，煤矸石来源于矿山企业。

(7)再在煤矸石上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度为总充填厚度的65-75%，剩余污泥来源于污水处理厂。

(8)在污泥生态处置床上选种植物，选种的植物应满足以下几点要求：①耐污能力强；②采用乡土物种，因土种植，因地制宜；③抗病能力强；④易于收获、便于处置；⑤经济利用价值较高；⑥根系发达，茎叶茂密。常用的植物有芦苇、水葱、香蒲、凤眼莲等。其中凤眼莲吸收、降解能力强，水力停留时间为半个月左右后氮可降解约90%，磷酸盐减少50%左右；一个月左右，BOD可降低65%，SS为80%、有机氮60%、总磷35%；同时凤眼莲可用作牧畜饲料、造纸厂原料，也可生产混合肥料、土壤改良剂等。

来自污水处理厂的剩余污泥中含有大量的厌氧菌、兼性菌和好氧菌，可进行厌氧和好养反应，同时剩余污泥渗透到煤矸石的缝隙中，煤矸石不断粉化、分解。

(9)让污泥生态处置床自然干涸；在泥床上覆盖剥离土，减少泥床产生的臭气污染环境，剥离土的覆盖厚度为充填总厚度的的5%。

(10)保持泥床干涸状态30-60天，使混合有机土在空气中进一步发生好氧堆肥的效应，灭活病原体、虫卵等，使有机土无害化。无害化后的污泥生态处置床可用于园林绿化、生态种植，或改良成农田。

(11)在污泥生态处置床的下游设计有未充填的塌陷区改造成的氧化塘，用来处理污泥生态处置床的污泥渗滤液，污泥渗滤液排放口与氧化塘连通。

本发明的有益效果是，本发明利用煤矸石和剩余污泥与粘土作为填充材料直接充填到塌陷盆地中，混合生成有机充填土，解决了土地复垦缺乏适合植物生长条件的有机土的难题；解决了煤矸石存放、剩余污泥填埋的占地问题；剩余污泥直接来自污水处理厂的污泥浓缩池，省却了污泥的后续处理环节，降低了污水处理厂的运行成本。该发明操作方便、投资少、复垦成本低，特别适用于小城镇的小型污水处理厂产生的剩余污泥的处理和大型矿山产生的大面积塌陷地的土地复垦。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明污泥生态处置床的具体实施例的剖面图，

图2是本发明污泥生态处置床的具体实施例的平面图。

图中：1.防渗层，2.矸石层，3.污泥层，4.植物，5.围堰，6.污泥充填区，7.污泥渗滤液排放口，8.氧化塘。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例

以苏北某煤矿塌陷地为例，在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围、深度：

①确定地质开采技术条件即采厚V，煤层倾角δ，采区下边界采深H₁，上边界采深H₂，采空区倾斜长D₁，走向长D₃，倾斜水平投影长D_1s；这些数据可从当地地质勘探资料中获取。

②确定地表移动参数

下沉系数q，主要影响角正切tgβ，拐点偏距S₁、S₂、S₃、S₄，开采影响传播角θ；该矿区的地表移动观测站提供这些参数。

③确定采空区计算长度：倾向长度L、走向长度T、

L=(D_l-S₁-S₂)×sin(θ+δ)/sinθ，

T=D₃-S₃-S₄。

④建立坐标系，确定坐标原点，通过作图或坐标转换计算各点坐标X，Y值。

⑤计算走向主要影响半径R和上、下边界的主要影响半径R₁、R₂,

H=(H₁+H₂)/2，R=H/tgβ,R₁=H₁/tgβ,R₂=H₂/tgβ。

⑥按式W_cm=V×q×cosδ计算最大下沉量W_cm。

⑦计算各点坐标(X，Y)与对应开采边界主要影响半径的比值X/R,(X-T)/R,Y/R₁，(Y-L)/R₂。

⑧以(7)中的比值为引数，查分布函数表得出A(X/R),A[(X-T)/R],A(Y/R₁),A[(Y-L)/R₂]等数据。

⑨由公式：

W₁(Y)=W_cm×A(Y/R₁)；W₂(Y-L)=W_cm×A[(Y-L)/R₂]；

W₃(X)=W_cm×A(X/R)；W₄(X-T)=W_cm×A[(X-T)/R]；

W(X)=[W₃(X)-W₄(X-T)]；W(Y)=[W₁(Y)-W₂(Y-L)]；

计算X方向的下沉量W₃(X)、W₄(X-T)、W(X)和Y方向的下沉量W₁(Y)、W₂(Y-L)、W(Y)。

⑩由公式W(X,Y)=W(X)×W(Y)/W_cm求得各点的最终下沉量W(X,Y)。

通过以上计算得出塌陷盆地的长约为2000米，宽约为1000米，地面各代表点的平均下沉量是3米。

根据塌陷地的计算结果把充填目标区规划成方格网状结构，施工充填区规划成为10×50米²的矩形田块，根据该矿区的地表移动观测站提供的地表下沉速度、下沉趋势与剩余污泥的供应数量决定依次施工四个充填区块。

确定每个充填区块的充填总厚度为3米，每个充填区块的充填量为10×50×3=1500米³。

剥离施工充填区的表层土，剥离厚度为3×5%=0.15米，把剥离土堆积在充填区的四周，形成污泥生态处置床的围堰5。

污泥生态处置床的底部设计3%的水流坡度。

进一步的，污泥生态处置床的底部进行防渗处理，采用采用铺设2毫米厚的塑料膜，为防止防渗薄膜免遭破坏，在防渗薄膜下部土层和防渗薄膜上表面铺设细砂。

在防护层上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为总厚度的3×30%=0.9米，煤矸石来源于矿山企业。再在煤矸石上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度为3×65%=1.95米，剩余污泥来源于城市污水处理厂。

在污泥生态处置床上选种植物芦苇，芦苇满足耐污能力强、抗病能力强、易于收获、便于处置等要求。

让污泥生态处置床自然干涸；在泥床上覆盖剥离土，减少泥床产生的臭气，剥离土的覆盖厚度为3×5%=0.15米。保持泥床干涸状态45天，使混合有机土在空气中进一步发生好氧堆肥的效应，灭活病原体、虫卵等，使有机土无害化。

污泥生态处置床产生的污泥渗滤液通过污泥渗滤液排放口7流入污泥生态处置床下游的氧化塘8进行深度处理。

无害化后的污泥生态处置床被开垦种植园林绿化用的白杨树。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种小型污水处理厂的污泥生态处置床，其特征在于，它按照如下步骤建造实施：

(1)在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围和深度，确定地质开采技术条件、地表移动参数、采空区计算长度，计算走向主要影响半径和上、下边界的主要影响半径、地表各代表点的最大下沉量。

(3)剥离施工充填区的表层土，把部分剥离土堆积在充填区的四周形成污泥生态处置床的围堰。

(4)污泥生态处置床的底部设计有1-3%的水流坡度。

(8)在污泥生态处置床上选种植物，选种的植物应满足以下要求：①耐污能力强；②采用乡土物种，因土种植，因地制宜；③抗病能力强；④易于收获、便于处置；⑤经济利用价值较高；⑥根系发达，茎叶茂密。常用的植物有芦苇、水葱、香蒲、凤眼莲等。其中凤眼莲吸收、降解能力强，水力停留时间为半个月左右后氮可降解约90%，磷酸盐减少50%左右；一个月左右，BOD可降低65%，SS为80%、有机氮60%、总磷35%；同时凤眼莲可用作牧畜饲料、造纸厂原料，也可生产混合肥料、土壤改良剂等。

来自污水处理厂的剩余污泥中含有大量的厌氧菌、兼性菌和好氧菌，可进行厌氧和好养反应，同时剩余污泥渗透到煤矸石的缝隙中，使煤矸石不断粉化、分解。

(9)让污泥生态处置床自然干涸，在泥床上覆盖剥离土，减少泥床产生的臭气污染环境，剥离土的覆盖厚度为充填总厚度的的5%。

(10)保持泥床干涸状态30-60天，使混合有机土在空气中进一步发生好氧堆肥的效应，灭活病原体、虫卵等，使有机土无害化。

无害化后的污泥生态处置床可用于园林绿化、生态种植，或改良成农田。

(11)在污泥生态处置床的下游设计有氧化塘，用来处理污泥生态处置床的污泥渗滤液。