CN104563056A - 利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，其是通过在需要进行作业的区域设置狭缝帘幕从而在阻断沉积土及微细粘土粒子向外部流出的状态下，利用超声波将在疏浚沉积土及沉积物时产生的微细粘土粒子破碎成均等微细的粒子，投入天然凝结剂形成絮凝物后，注入空气微泡使凝聚的絮凝物浮于海水表面，从而去除沉积土。本发明不仅能够将浊度诱发物质永久性地迅速去除，相比以往的疏浚方法还可以显著地缩短时间，且对周围生态环境几乎不产生影响的情况下，能够处理成为问题的污染沉积物，从而具有持续生产质量优良的水产物的效果。

Description

利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法

技术领域

本发明涉及一种利用空气微泡浮扬（）法去除海洋沉积土的方法，该方法通过在需要进行作业的区域设置狭缝帘幕（slit curtain）以阻断沉积土及微细粘土粒子向外部流出的状态下，利用超声波对在疏浚沉积土及沉积物时产生的微细粘土粒子进行破碎而成均等微细的粒子，投入天然凝结剂形成絮凝物（floc）后，注入空气微泡使凝聚的絮凝物漂浮（）于海水表面，从而去除沉积土。

背景技术

通常海洋沉积物由于河流从陆地带入的工业及生活污水、工业及生活垃圾的沉淀而严重污染，因此不仅成为河系底层水的低氧化、富营养化、赤潮发生等破坏生态系统的重要原因（Yang and Kim,1994;Zhang,1999），而且根据2005年韩国釜山市的调查资料来看釜山港湾沉积物已经受到各种重金属（Cu、Cd、Pb、Zn、Mn）的严重污染，显示出高灼烧失重值，表明其有机物含量很高。

同时，韩国养殖业中使用广泛的网箱养殖场所带来的环境问题包括富余饲料及养殖生物排泄物导致的沉积物的有机物污染、养殖过程中使用的抗生素及药品的排出、从养殖场流失的生物与周边生物进行交配而发生的遗传学问题、海洋生物的疾病的转移等（Heggberget et al.,1993;Hirata et al.,1994;Naylor et al.,2000;Youngson et al.,2001），此外，有报道称养殖场沉积物和海水界面的有机物分解特性为，在上层分解40%以上的有机物，分解的有机物蓄积在沉积物中经长时间对海水水质产生影响（沈等，1997）。

另外，美国食品药品监督管理局（FDA）曾经在2012年3月对位于南海岸生蚝养殖场的指定海域进行了卫生检查，发现引起食物中毒的诺如病毒，从而中断了对生蚝的进口。这种措施预测给生蚝养殖渔民带来了一年多达790亿韩元的损失，而且南海湾的生蚝出口指定海域有巨济-闲山湾、紫兰-蛇梁海域、山阳海域、嘉幕湾、昌善海域、康津湾等，总面积达到1822ha，因此可能会产生连带的损失。

所述诺如病毒受到随意丢弃的粪便的影响大，但是在养殖场海底沉积物溶出、搅乱等问题发生时，可能会产生重金属及其他有机物污染的隐患。

此时，养殖场沉积物的疏通方法分为机械疏浚（mechanical dredge）方法和水力疏浚（hydraulic dredge）方法，机械疏浚方法是通过将铲子状的容器直接插入到水底污泥层把污泥铲上来的方法，其根据容器的样子和运行方法分为反铲（backhoe）、梯斗式疏浚（bucket ladder dredge）、斗轮式疏浚（bucket wheel dredge）、翻盖（clamshell）、铲斗疏浚（dipper dredge）、拉索（dragline）等方法；水力疏浚是将水底污泥以泥浆形态吸入，通过排管吸上来的方法。

此时，如果使用水力疏浚产生的疏浚土通过移送装置转移到位于陆地的处理场所，通过疏浚土分选系统分离成石子、沙、粘土等，在此过程中发生的污水通过洗涤污水处理系统进行处理后排放（金，2004），或者直接移送到填埋地，除去水分后进行填埋。此时，污染疏浚土额外地需要污染处理系统而增加处理费用及场地需求，以目前韩国的状况来说在用于处理疏浚土的额外的场地的保障上存在严重问题，因此不太现实。

另外，使用机械疏浚时为了防止产生的浮游物质的扩散，设置多种方式的污浊防止膜，所设的污浊防止膜在疏浚作业完成后要拆卸转移到其他区域，因此微细的浮游物质无法沉淀而扩散，可导致水质污染。另外，分析机械疏浚和水力疏浚的优缺点后发现，按韩国的实情来看，不需要设置于陆地的后处理设备，且选用能够将填埋体积最小化的机械疏浚可以说是更好的选择。

同时，根据海洋水产部的报告，2013年水产出口额相比前一年增加了12.2%，达到了51亿4800万美元，展望未来一段时间也将持续维持上升。这种水产出口的增加是通过在中国地区及美国等出口市场的多变化及对生产和品质的不断地管理，积极宣传韩国水产安全性获得的结果。且以2013年为基准，虽然中国、日本、欧洲等主要出口市场的出口量减少，但是俄罗斯、香港、美国、泰国等新兴市场的出口量增加。特别是，以韩美FTA为机遇，预测对美国的出口将可能急剧增加。

因此，为了持续生产出品质优良的水产，有必要对水产养殖场的环境进行大改进，从2012年的出口中断事态中也可知，养殖环境的恶化可能成为水产出口的大障碍。同时，养殖环境的改善需要从阻断来自陆地的污染物且去除养殖场自身产生的污染物两方面的措施，但是通过扩充下水处理厂的高纯处理设施及增设养殖场周边移动式洗手间等方式针对外部污染物质的流入做出了对策，但是还没有对养殖场产生的污染物浓缩而成的沉积物进行处理的对策。即，对养殖场底部沉积物的有效处理会成为对今后水产出口市场的动向带来变化的重要因素是可想而知的。

此时，养殖场沉积物疏浚时发生的微细粘土粒子强力吸附了重金属及各种有机污染物质，因此被看做是严重的水质污染物质，从沉积土浮游出的微细粘土粒子沉降需要很长时间，并且随着水流可移动到很远的距离，这种污染微细粘土粒子对水中存在的多种生物体产生恶劣影响，加速水质污染，对人类的健康也会产生影响。

另外，为了解决上述问题，专利文献1中公开了无需单独回收水中污染沉积土，直接在现场进行固化和稳定化的技术，该技术通过如下方式实现：包括在内部具备填充净化液保管筒及升降设备的驳船；包括净化液注入板，该净化液注入板设置在驳船下方的水中，并通过升降设备能够升降，与净化液的保管筒连接而被供给净化液并向下方进行喷射；净化液注入板下降并在安置于水中污染沉积土上部的状态下喷射净化液，从而净化污染沉积土。

专利文献2中公开了利用能够用作吸附剂的介质的吸附能力和吸附强度，投入最佳的吸附剂，有效吸附疏浚土内的重金属，从而稳定疏浚土的技术。

此外，专利文献3中公开了包括对江河流的沉积土进行疏浚并分类为海洋废弃物和疏浚土的步骤；将上述海洋废弃物进行热分解生成碳化物，从上述热分解过程中产生的分解气体中进行分离收集氮气、氧气及氢气的海洋废弃物处理步骤；所述疏浚土脱水并去除重金属后，分类无机物和有机物，所述有机物进行干燥及碳化生成碳化物的疏浚土处理步骤，从而将疏浚土中含有的垃圾、有机物、废弃物进行分类而去除有害物质后，再进行回收利用的综合处理技术。

同时，专利文献4中公开了如下的技术：从流入的疏浚沉积土中筛选预定粒度以下的污染土，将所述被筛选的污染土与工程水混合，在混合水中投入处理工序所需的药品或材料；从所述污染土和工程水混合的混合水中分离金属物质，对有机物进行氧化；将所述分离了金属物质并氧化了有机物的处理疏浚土和处理水进行处理，从而使疏浚土的填埋量最少化，使作为资源的回收利用最大化，特别是以环保的方式对受到有机物及重金属污染的微细疏浚土进行处理，从而提高了污染疏浚土的有效处理。

但是，上述这些专利文献不是对沉积土本身进行去除，而是单纯地净化一定期间，因此存在反复地再次发生由沉积土引起的污染，同时无法永久性地去除浊度诱发物质，且处理时间过长的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国公开专利第10-2012-0081837号“水中污染沉积土现场净化装置”

专利文献2：韩国公开专利第10-2011-0008515号“污染的疏浚沉积土稳定方法”

专利文献3：韩国公开专利第10-2011-0096782号“江河流沉积土的处理方法”

专利文献4：韩国授权专利公报第10-1033023号“扩大疏浚土再利用的污染沉积土处理方法及处理系统”

发明内容

为了解决上述问题，本发明是通过实际利用在统营地区养殖场下方采取的沉积土研究出了快速有效去除沉积土的方法，本发明的目的在于提供一种如下的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法：首先在需要作业的区域设置狭缝帘幕，在阻断沉积土及微细粘土粒子的向外部流出的状态下，利用超声波将在疏浚沉积土及沉积物时产生的微细粘土粒子破碎成均等微细的粒子，投入天然凝结剂形成絮凝物后，注入空气微泡使凝聚的絮凝物浮于海水表面，从而去除沉积土。通过上述浮扬处理方法不仅能够永久地去除浊度诱发物质，相比以往的疏浚方法还可以显著地缩短处理时间，且对周围的生态环境几乎不产生影响的情况下处理污染沉积物。

同时，本发明还可适用于其他环保领域的污染物处理系统。具体地，向液体介质内部照射超声波而通过空化作用（Cavitation）生成空穴气泡的核，该核成长为气泡，充分成长的气泡经过爆发性地破裂等进行过程，在充分成长的气泡爆发性地破裂时，气泡内的高温高压气体瞬间释放，提高自由基的生成率，受到通过气泡破裂瞬间生成的冲击波导致的高压影响，分子之间发生更强烈的冲突，从而提高各种化学反应的反应率。即，超声波照射通过空化作用生成空气微泡，生成强力的OH自由基和过氧化氢，从而能够分解水中存在的有机物质。因此，基于对上述工序的正确理解，对实际现场采集的污染沉积土进行实际的去除研究，从而确立复合融合技术，对今后水处理工程领域带来划时代的转机作为本发明的另一目的。

本发明的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法包括：

在需要去除沉积土的区域设置狭缝帘幕的步骤（S100）；

向设置狭缝帘幕的区域的沉积土照射超声波，以对沉积土进行粉碎和漂浮（）的步骤（S200）；

向经过上述S200步骤而被粉碎和漂浮的沉积土粒子中投入天然高分子凝结剂，以在水中形成絮凝物的步骤（S300）；以及

向经过上述S300步骤形成的絮凝物中注入空气微泡，以使絮凝物浮于海水表面步骤（S400）。

此时，在所述S200步骤中，优选向沉积土照射2-5分钟的10000-20000KHz频率的超声波。

另外，在所述S300步骤中，相对于沉积土粒子100重量份，投入0.1-8重量份的所述天然高分子凝结剂。

此外，在所述S400步骤中，将形成为2-20μm大小气泡的空气微泡以0.30-0.40vvm的速度注入1-3分钟。

另外，所述天然高分子凝结剂优选为多聚谷氨酸。

本发明不仅能够将浊度诱发物质永久性地迅速去除，相比以往的疏浚方法还可以显著地缩短时间，且在对周围生态环境几乎不产生影响的情况下，能够处理成为问题的污染沉积物，从而具有持续生产质量优良的水产物的效果。

特别是，通过本发明可以成功开发出养殖场沉积物去除装置，并适用于韩国南海岸和西海岸的养殖场，从而可以显著改善养殖场环境，所开发的技术可安装在小型渔船或驳船上，移动到需要净化的养殖场，迅速将污染沉积物漂浮于水面并收集之后在陆地进行处理，从而通过养殖场的环境改善对韩国水产出口的增长做出了贡献，使韩国有望成为水产大国的领导者。

另外，通过对实际现场采集的污染沉积土进行实际去除的研究，从而确立了复合融合技术，从而为今后水处理工程领域提供了划时代的转机，该技术还可以适用于其他环保领域的污染物处理系统。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式的利用空气微泡浮扬法的海洋沉积土的除去方法的流程图。

图2是适用了根据本发明的实施方式的利用空气微泡浮扬法的海洋沉积土的去除方法的养殖场净化用环境处理系统的简略图。

附图标记说明

S100：设置狭缝帘幕的步骤

S200：照射超声波的步骤

S300：投入天然高分子凝结剂的步骤

S400：注入空气微泡的步骤

具体实施方式

为了达到上述目的，本发明是关于一种利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，仅对理解本发明技术构成所必需的部分进行说明，为了避免对本发明的要旨产生混淆，对其他部分的说明进行省略。

下面，对本发明的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法进行详细说明。

根据本发明的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，如图1和图2所示，包括设置狭缝幕帘的步骤（S100）；照射超声波的步骤（S200）；投入天然高分子凝结剂的步骤（S300）；以及注入空气微泡的步骤（S400）。

所述设置狭缝帘幕的步骤（S100）是在需要去除沉积土的区域设置狭缝幕帘，以阻断沉积土及后续工序中产生的微细粘土粒子的外部流出的步骤，如图2所示，沿船舶的周围延伸设置在作业区域的周围。

所述照射超声波的步骤（S200）是向所述设置狭缝幕帘的区域的沉积土照射超声波，以对沉积土进行粉碎和漂浮的步骤，向沉积土照射2-5分钟的10000-20000KHz频率的超声波，从而将沉积土粉碎成粒度为1-4Φ的粒子而进行漂浮。

此时，如果超声波超出上述范围，沉积土可能无法正常进行粉碎和漂浮。

所述投入天然高分子凝结剂的步骤（S300）是向经过S200步骤进行粉碎和漂浮的沉积土粒子投入天然高分子凝结剂，在水中形成絮凝物的步骤，相对于沉积土粒子100重量份，投入0.1-8重量份的天然高分子凝结剂。

此时，天然高分子凝结剂使用多聚谷氨酸，所述天然高分子凝结剂的投入量不足0.1重量份时，凝结效果可能会甚微；超过8重量份时，在后续S400步骤可能无法通过空气微泡顺利将絮凝物进行漂浮。

所述注入空气微泡的步骤（S400）是向经过所述S300步骤形成的絮凝物注入空气微泡以使所述絮凝物进行漂浮并去除的步骤，在该步骤中，将形成为2-20μm大小气泡的空气微泡以0.30-0.40vvm速度注入1-3分钟。

此时，所述空气微泡大小、喷射速度及时间超过上述范围时，凝结的絮凝物可能无法正常漂浮。

另外，所述空气微泡中可包含二氧化碳。

下面本发明根据实施例更进一步进行详细说明，但本发明并不限定于所述实施例。

1、海洋沉积土的去除

实施例1

将从统营水路采集的沉积土20g用手压实后投入到500ml烧杯中，加入人工海水至525ml之后，以10000KHz频率照射2分钟的超声波，将沉积土进行粉碎和漂浮，以粉碎的沉积土粒子100重量份为基准，投入0.1重量份的多聚谷氨酸而在水中形成絮凝物，接着将形成为2μm大小气泡的空气微泡以0.30vvm的速度注入1分钟，将所述絮凝物浮于水面之后，进行去除。

实施例2

将从统营水路采集的沉积土20g用手压实后投入到500ml烧杯中，加入人工海水至525ml之后，以20000KHz频率照射5分钟超声波，将沉积土进行粉碎和漂浮，以粉碎的沉积土粒子100重量份为基准，投入8重量份的多聚谷氨酸而在水中形成絮凝物，接着将形成为20μm大小气泡的空气微泡以0.40vvm的速度注入3分钟，将所述絮凝物浮于水面之后，进行去除。

对比例1

采用与实施例1相同的方法，但不照射超声波。

2、海洋沉积土去除效率的评价

通过比较实验中所使用的人工海水和处理水的浊度，评价了沉积物的去除效率。浊度利用浊度计（型号2100AN,Hach公司,Loveland,CO）测定3次，取平均值。结果在下表1中示出。

表1

区分	实施例1	实施例2	对比例1
				初始浊度	14,000NTU	14,000NTU	14,000NTU
处理后浊度	42NTU	58NTU	9700NTU

如上述表1所示，本发明的实施例1和实施例2与对比例1相比，对于海洋沉积土的去除效率优异。

如上所述，通过优选实施方式对本发明的利用空气微泡浮扬法的海洋沉积土的去除方法进行了详细说明，并确认了其优异性，但本领域技术人员应当理解的是在不超出随附的权利要求书记载的本发明宗旨的范围内，可以对本发明进行各种修订和变更。

Claims (5)

1.一种利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，该方法包括：

在需要去除沉积土的区域设置狭缝帘幕的步骤（S100）；

向设置狭缝帘幕的区域的沉积土照射超声波，以对沉积土进行粉碎和漂浮的步骤（S200）；

向经过上述S200步骤而被粉碎和漂浮的沉积土粒子中投入天然高分子凝结剂以在水中形成絮凝物的步骤（S300）；以及

向经过上述S300步骤形成的絮凝物中注入空气微泡，以使絮凝物浮于海水表面的步骤（S400）。

2.根据权利要求1所述的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，其中，在所述S200步骤中，向沉积土照射2-5分钟的10000-20000KHz频率的超声波。

3.根据权利要求1所述的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，其中，在所述S300步骤中，相对于沉积土粒子100重量份，投入0.1-8重量份的所述天然高分子凝结剂。

4.根据权利要求1所述的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，其中，在所述S400步骤中，将形成为2-20μm大小气泡的空气微泡以0.30-0.40vvm的速度注入1-3分钟。

5.根据权利要求3所述的利用空气微泡浮扬法去除海洋沉积土的方法，其中，所述天然高分子凝结剂为多聚谷氨酸。