CN103894390B - 一种水域污染底泥治理修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是关于治理河流、湖泊及特定水域中的污染底泥的工艺系统和方法。从水域中挖掘污染底泥和水的混合物，加入固化剂、某种特异性吸附剂和胶凝材料等使底泥固化从而与水分离。含污染物的淤泥经固化形成固体结构，便于运输及倾倒入填埋场所或海洋。

Description

一种水域污染底泥治理修复工艺

技术领域

本发明涉及水域中常见的污染底泥的治理修复工艺，如河流、湖泊等水域的含污染物的泥状物。从这些水域中收集、分离的污染底泥经固化处理工艺形成固体结构，便于在后期倾倒填埋处置。

背景技术

随着人口的持续增长和现代化工业的飞速发展，废物处理的问题也日益严峻。尽管当前存在普遍接受和应用的降低污染的技术手段，但各地工业废物和非工业废物的蓄积仍持续增加，如果安全的处理废物已经变成当前工业国家面临的主要问题。

在研究高效有意义的废物处理工艺的过程中，已经存进了众多于此相关的技术的发展。例如关于废物的稳定化技术和隔离技术，主要是针对危险废物但也不局限于此，长期以来人们认为废物的有效处理的结果就是被填埋。事实上，当前应用的任何处理工艺系统的总体目标就是通过采用化学可行、经济可行的方法，将废物转化为最具惰性和难溶性的物质。

具体而言，稳定化工艺系统的目的是通过改变废物的化学结构状态来降低废物的溶解度和化学活性。隔离工艺系统的目的是将废物加入易于掌控的固体中，以降低其挥发性、渗透性和溢出性等。由于两种工艺有一共同作用，即改善污染物的潜在污染性，从而便于最终的填埋，所以两种工艺经常结合实施。这两种工艺联合应用后成为“废液固化”或“封闭”。废物隔离技术和稳定化技术广泛用于放射性废物的处理，一些常见技术就能治理大多常见污染物。

毒性废物的处理要求其转变为含有微量水分的成型的固体。但在治理大多水域的污染底泥时，淤泥中的水分很难去除。而且一旦污染底泥疏浚，在达不到可接受的纯度要求时，是不能倾倒回原来水域或是其他任何水域。现有的工艺都很难达到水的治理和纯化要求、水处理条例等要求。诸如液体状态的水很难进行处理，水的纯化工艺非常耗时，更为严重的是水处理过程通常引发污染物的扩散。而且由于许多污染物的微观本质，现有的过滤设备也无法应用。

工业和非工业长期持续排污，造成众多水域诸如河流、湖泊的极为严重的污染，继续一种水处理工艺来改善。污染水域的底泥处理工艺的设计要求其经济化，而且无需运输和储存大量水。同时，能够有效的降低污染底泥的毒性，防止其在治理过程中对环境造成二次污染。

发明内容

本发明是关于废物的治理工艺方法和系统，即污染河流、湖泊、小溪等水域的污染底泥。这种污染底泥的综合治理就是从水域中疏浚的污染底泥，置于建筑中，利用多种工艺完成固化/稳定化。

首先需要吊车式或是有蛤壳样挖掘槽的设备疏浚水域污染底泥，当然重型设备的选择与水域大小和污染底泥相关。然而疏浚的水域底泥通常是含大量水的液体混合物。这种混合物置于第一个处理槽中，加入首批固化物质并混匀，固化物质以CaCO₃为宜，固化物质可结合、吸附液体混合物中含污染物的淤泥。本发明的一个新颖之处就是在污染底泥治理的第一步就向液体混合物中加入CaCO₃。如前所述，整个工艺的首个治理设施由于加入了固化剂，液体混合物总的污染底泥与固化剂结合从而可有效的去除多数污染物。

余下的水排入到第二个治理设施或池子内，再次加入固化剂为被磨细的CaCO₃结合、吸附液体混合物中的污染物。至此，水从液体混合物中被进一步分离去除，但第二个治理设施中也会残留一部分水，这部分残余的水和污染物混合。第二个治理设施中加入固化剂的作用是进一步吸附结合污染物，保证污染物和水进一步分离。经过此步分离出的水，可再经过滤工艺处理后注回原水域；经此步固化的污染物重注会第一个治理设施中，和首次固化的污染物混合。

本发明的新颖之处就在于前面提到的两次加入固化剂，尤其是第二次加入的固化剂是CaCO₃细粉，这些高质量的CaCO₃细粉可吸附结合剩余的污染物而成为用过的CaCO₃，其可从液体混合物中分离出来而去除。CaCO₃加入的多少与污染物是否被完全吸附结合相关，也与待处理液体混合物体积相关。第一个治理设施中的污染底泥含量非常高，继续应用用过的固化剂CaCO₃就可以达到预期效果。但在第二个治理设施中，最好需要加入新的被磨细的CaCO₃粉，以增大接触面积，达到预期效果。

经过上述处理，已经被固化剂吸附结合了的污染物可完全彻底的从液体混合物中分离，将其转至混合槽或混合设施中，在该设施中加入一些物质使其成为模制原料。在此之前需要先确定吸附材料加入的量、胶凝材料的加入量以及能促进快速成型的水硬水泥的量等，将这些物质加入到混合设施中，充分与含有污染物的固化物混合。经过恰当混合的含污染物的固化物即为之前提到的模制原料，下一步就是将这种模制原料加入制模设施。

模制原料最终成为适宜后期处置的固体结构。模具结构的凝固化工艺或硬化工艺的设计利于制模材料经过改工艺后，形成具有适宜硬度的固体结构。这种具有固体结构的处理后的废物最终可装卸、运输、倾倒至海洋或填埋至合适的填埋场.

图表说明

图1所示为本发明的工艺系统的结构组成图；

图2所示为本发明主体系统的各部分平面图。

具体实施方式

本发明是关于河流、湖泊等水域的污染底泥的治理工艺系统和方法，如图1和图2所示。污染底泥主要由颗粒、微粒物质和化合物及化工药物等污染性物质组成。污染底泥疏浚后经过固化工艺和稳定化工艺进行分离。如图1所示，整个治理工艺系统的基本操作平台标注为“10”。“10”号平台具有足够的面积，坚固的结构和合理的规格，用于装配该工艺系统的其他设施和元件，下文给出了具体详细的描述。本发明更具体化而言，为了使整个工艺系统高效、广泛的应用，并且便于远离海岸远程操作，这个“10”号操作平台应建成漂浮的设施，外形类似游艇。基于此，其他的全部或部分设施可以装配在这个静置或运动的海上平台上。

平台“10”上装配一个挖掘设施，编号为“12”。“12”号挖掘设施可高效地挖掘水域中的污染底泥，并将其投入到标注为“14”的第一治理设施中。从水域中疏浚的底泥通常含有一定量的水，两者组成液体混合物。将“12”号挖掘设施设计成吊车式或是类似蛤壳样的挖掘槽或挖掘筐，可减少疏浚的底泥中水的含量。出于环境保护，污染水质一旦从水域出挖出，在污染物成分去除不彻底时，不能注回原水域中。这就同样要求挖掘设施在将含有污染底泥的液体混合物投入治理设施或“14”号槽中的过程，尽量减少水的外排。

挖掘出来的污染底泥一般是包括含底泥、水和悬浮污染物等的液体混合物，第一个治理设施“14”建造的目的就是初步分离水和污染底泥。为了达到分离效果，需要向第一个治理设施中投放一定量的固化剂，固化剂加入的量有反应进程和液体混合物的量决定。虽然固化剂有很多，但本工艺中最好选用磨细的CaCO₃粉末，它可以更好的吸附、结合液体混合物中的金属或矿物质颗粒等主要污染成分。像污染底泥这种污染物，沉积于水域底部，很难通过过滤工艺去除，但可以被CaCO₃吸附结合。结合了CaCO₃的污染物成为更大、更重的颗粒可以通过过滤、离心或其他已知的方法从液体混合物中去除。选用磨细的CaCO₃粉末作为固化剂的另一好处在于CaCO₃细粉具有更小的表面积，便于进入污染物质中与其结合。

投入到第一个治理设施中的固化剂CaCO₃细粉可以是新的、未结合过污染物的，也可以是用过的，这也是本发明的一个优势。同等量的用过的CaCO₃加入到第一个治理设施“14”中，这些用过的CaCO₃可以完成该工艺中的余下反应，在图2中会详细介绍。事实上，第一个治理设施中的污染的体积和含量是非常大的，同时也有很多未处理的含污染底泥的液体混合物，也就是说通过第一个治理设施无法固化液体混合物中的所有污染底泥，所以本工艺实际操作过程中无需加入过大量的固化剂。

经过第一个治理设施，液体混合物中的水和污染底泥可以分开，水注入到第二个治理实施“16”中。图中“18”的作用是接受来自第一治理设施的经过处理而分离的水，这部分水中也含有一定量的污染物。该处可安装重力和流量控制阀门、泵水系统等。底泥疏浚后进入第一治理设施“14”中，经过处理，分离的水排出进入第二治理设施，此时应继续往第一治理设施“14”中投入疏浚的底泥，以形成一个循环。

液体混合物经过治理设施处理，大部分污染物被去除，含有较少污染物的水经过“18”流入到第二治理设施“16”中，已进行进一步净化，此时向“16”中加入新的、未使用过的固化剂CaCO₃细粉。当然此时利用过滤设施更容易去除含有污染物的底泥，但一些与水混合的污染悬浮物无法去除。往第二治理设施“16”中加入大量的固化剂，可充分吸附结合排入的水中的少量污染物。含污染物的底泥被这些新加入的固化剂或CaCO₃吸附结合，从而进一步与水分离，此时的水已经足够洁净、污染物含量复合环境保护相关规定，应注回原水域中。

第二治理设施“16”中，污染物被固化剂吸附结合，可通过过滤工艺、重力沉积或离心而与水分离。分离出的水注回原水域，优质量的用过的CaCO₃结合了剩余污染物，重新投入第一治理设施“14”中。加入到第二个治理设施的固化剂，就是上文中提到的用过的CaCO₃，本发明的一个优势就在于这些用过的固化剂CaCO₃可以再次投入到第一个治理设施“14”中。

通过两个治理设施“14”和“16”的净化，污染底泥可结合固化剂CaCO₃而从液体混合物中分离。此时治理设施“14”中的全部污染底泥转运至水上操作平台的混合设施“20”中。混合设施“20”的作用是将结合了CaCO₃细粉的污染底泥与预先定量的吸附物质和胶凝材料等混合。在混合设施“20”中，上述物质经充分混合，形成模制原料。具体而言，上述的吸附材料包括更多的粗研的CaCO₃和其他成分如粉煤灰；而胶凝材料是一些能够快速固定的水硬水泥。所有物质一旦加完并混匀就需要转运至制模设施“22”中塑成一种或多种结构的固体。模制原料引入制模设施“22”中，可塑成各种适宜废物后期处理的具有特性尺寸和形状的固体状态。也就是说，制模设施“22”就是将从混合设施“20”完成的模制原料塑形成为大量的草堆样的固体结构。操作平台“10”上还应该设置一个硬化设施“24”，它的作用是确保成型固体或固体堆符合设计的坚硬度。这些固体堆经过硬化设施后就可应用传统的处理大体积、大质量的固体废物处理手段进行后期处理。

本发明的主体工艺处理步骤为图2所示，包括了图1中所列出的整个工艺系统的组成，如治理设施和工艺、混合设施、制模设施等。在这主体工艺中，污染底泥疏浚发生在“30”，即含有一定水分的污染底泥的液体混合物从水域中疏浚。疏浚的液体混合物转运至“32”，也就是图1的第一治理设施“14”，与固化剂CaCO₃细粉或用过CaCO₃的混合。固化剂一旦与污染物结合就是“34”，水和污染物分离，水进入“36”。此时分离的水还需要进一步净化，即“38”处加入第二批固化剂，必须是新的、未用过的CaCO₃细粉。第一次分离的水流经图1的“18”，固化剂可充分吸附结合一次分离的水中的污染物。污染物和固化剂一旦充分结合，水再次分离，如“42”所示，此时的水已被最大程度的进化，可注回原水域。加入的新的CaCO₃吸附结合所有污染底泥，经过过滤工艺与水分开运回图1的“14”中，此时其中的固化剂CaCO₃即为用过的CaCO₃。

在“44”，固化剂CaCO₃和全部的污染物结合，污染物转运图1的“20”混合设施，同时加入定量的吸附材料和胶凝材料。混合设施“20”是将加入其中的物质和污染物充分混合，从而形成模制原料。这些模制原料转运至制模设施图1的“22”中，即进入步骤“46”，模制原料可被塑成各种结构，以固体堆样结构为佳，也可以是其他设计好的模体结构。步骤“46”还包括硬化工艺，即污染底泥固体堆进入“24”的硬化设施，形成具有一定硬度的坚固体可被装卸、转运，进入步骤“48”，最终采用恰当的方法处理固体堆，即为步骤“50”，如运至填埋场、倾倒至海洋或其他适当的处理方法。

固化剂或CaCO₃、粉煤灰、粗制CaCO₃等吸附剂的定量以及主要由快速成型的水硬水泥组成的胶凝材料的定量方法是：每一种物质的量大致为液体混合物体积的10%。当然，这只是个大致的量，在整个工艺系统的固化/稳定化工艺具体实施每一步时，更有效的试剂的使用可被具体确定。

Claims (2)

1.污染底泥处理工艺系统包括 ：

在含污染底泥的水域附近建造一个操作平台 ；

在操作平台上安装、 搭建挖掘设施， 用于疏浚水中的污染底泥和水组成的液体混合物，该挖掘设施可建成吊车式， 挖掘槽可形似蛤壳样 ；

操作平台上建第一个治理设施， 疏浚的液体混合物投入其中 ；

首批固化剂 ： 在第一个治理设施中加入首批固化剂， 与从水域中疏浚的含污染底泥的液体混合物混合 ；

建造分离设施 ： 和固化剂结合的污染底泥和液体混合物中的水分离 ；

建造第二治理设施， 用于接收经过第一治理设施处理的液体混合物 ；

第二批固化剂加入到第二治理设施中， 用于吸附结合液体混合物中剩余污染物 ；

安装、 建造过滤工艺设施， 用于过滤结合了污染物的第二批固化剂， 使之液体混合物的水分离 ；

安装、 建造水注回原水域设施， 将从液体混合物中分离的水注回原水域 ；

建造转运设施， 将第二治理设施中的固化剂结合的污染物转运至第一治理设施中；

在第一治理设施中，加入的固化剂为使用过的CaCO₃，在第二治理设施中，加入的固化剂为未使用过的磨细CaCO₃粉；

污染底泥处理工艺系统用于将第一治理设施中含固化剂吸附结合的污染物和一定量的吸附剂、胶凝材料充分混合形成模制原料；

所述胶凝材料为水硬水泥；

所述固化剂和胶凝材料的定量方法是：每一种物质的量为液体混合物体积的 10%。

2.根据权利要求 1 所述的污染底泥处理工艺系统，所述操作平台是一个在水域上的漂浮平台。