CN106007314B - 一种二氧化钛光催化修复湖泊底泥的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化钛光催化修复湖泊底泥的方法和装置，该装置包括反应器本体、污泥泵，进料口位于反应器本体一侧下方，出水口和出料口分别位于反应器本体另一侧的上方和下方，反应器本体内设有光催化部件，光催化部件与反应器本体之间可拆卸地配合布置。使用时，采用污泥泵向反应器本体内泵入淤泥，向顶板上的开口中加入二氧化钛光催化材料，通电，使得顶板进行旋转，盛有二氧化钛光催化材料的盒体从其下方的出口均匀撒出，保护钢筒搅拌淤泥，使得淤泥充分进行有效的降解反应。采用本发明的方法和装置，提高了光催化处理污泥的效率，节省了污泥处理装置的占地面积，有效地节省能耗，降低了污泥处理成本。

Description

一种二氧化钛光催化修复湖泊底泥的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种淤泥的处理方法和装置，特别涉及一种采用光催化方法除去湖泊底泥中有毒物质、微生物和重金属，对湖泊底泥进行修复的方法和装置。

背景技术

“污泥”往往是指污染的湿物料，例如沉积物，还有污染的土地，以及来自采矿、农业(例如牧场废物与生物量生产和废物)和其他产生需要治理的有毒湿物质或可湿的物质的活动的其它污染副产物。污泥中往往包括各种不同的污染物，其中包括例如化合物(例如二噁英、PCBs、杀虫剂以及酚类，其中许多都是挥发性的)、重金属(例如砷、铜、铅和汞)、以及微生物(肝炎、大肠杆菌、霍乱)。世界上有一部分湖泊、河流、和海湾被有毒污染物严重污染，对鱼类和人类以及食鱼的野生动物都造成潜在的危险。污染的沉积物影响了亿万元的经济活动，其中包括休闲娱乐业和商业性捕鱼业的损失，以及高成本处置曾为有利于航行而挖掘的污染物。

现有处理污泥污染的技术，例如包括外部生物处理(即堆制肥料和大地农业)，外部物理/化学处理(即土壤固化，土壤稳定化和溶剂提取)以及其他处理，例如挥发作用、土壤洗涤、泥浆相的生物治理等。外部热处理(即高温热解吸作用，热气体去污作用，煅烧，低温热解吸作用，旋转炉)或生物转化，都可以用于除去有机污染物。

近年来我国对污泥问题开始密切关注，各级部门也曾试图效仿国外先进技术，如：焚烧和热能利用、好氧厌氧消化等。然而，焚烧和热能利用技术虽然可利用能源，但国内淤泥相对国外发达国家的淤泥有机质含量低，因此能源自身利用率不及国外，而且设备和运行费用昂贵，仍造成如二噁英等有机质大气污染和残留约1/3左右固体量的无机物(属危险品)需进一步处置。湖泊、河流底泥也属于污泥的一种，但是与污水处理厂含水量为98～99％的剩余污泥还存在差异：(1)河流、湖泊底泥通过污泥泵直接从河底、湖底吸取，由于经过长期的沉淀，经污泥泵吸取的淤泥含水量相对较低，通常为93.5～96.5％左右；(2)河流、湖泊淤泥经过长期的沉淀与自然发酵，其有机质含量较低，有机质含量为绝干淤泥8％～19％；(3)河流、湖泊淤泥处理量大，设备移动性要求高。因此采用目前已知的工艺方法，不能满足河流、湖泊底泥的高效快速处理要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种高效光催化修复湖泊底泥的方法和结构紧凑的处理装置。另一个目的是提供一种原位修复湖泊底泥的方法和装置。

本发明提供一种反应装置，该装置包括反应器本体、污泥泵，进料口位于反应器本体一侧下方，出水口和出料口分别位于反应器本体另一侧的上方和下方，反应器本体内设有光催化部件，光催化部件与反应器本体之间可拆卸地配合布置。

所述光催化部件垂直位于反应器本体上方，光催化部件包括顶板、盒体、透光保护钢筒、紫外灯管、旋转驱动，盒体固定于顶板下方并具有喷洒口，顶板上具有一个以上的盒体入口，二氧化钛光催化材料置于盒体中，顶板中心设置旋转驱动，顶板下方固定两个以上透光保护钢筒，紫外灯管设置在钢筒内。使用时，采用污泥泵向反应器本体内泵入底泥，向顶板上的开口中加入二氧化钛光催化材料，通电，使得顶板进行旋转，盛有二氧化钛光催化材料的盒体从其下方的喷洒口均匀撒出，保护钢筒搅拌淤泥，使得淤泥充分进行有效的降解反应；停止反应，静置沉降后，排出上层水，泵出淤泥进行后续脱水处理。

优选地，在反应器本体底部设有曝气系统。

优选地，保护钢筒上设置有多层搅拌叶片。

优选地，向盒体内加入絮凝剂，对污泥进行凝聚沉降处理。

优选地，将光催化部件用于原位处理湖泊底泥，使保护钢筒插入底泥中。

经过本发明的反应装置处理后的污泥，可以根据所要求的污泥性质进行进一步处理。例如可以用膨润土、粘土、火山灰、石灰或沸石之类的混合物改善污泥。也可以进一步进行如压滤进行脱水。当然，可以实施进一步处理，其中包括例如用高温转炉通过热量产生骨料。

本发明的有益效果如下：

本发明根据湖泊、河流底泥处理量大、含水量较低、有机质含量较低等特点，对负载二氧化钛催化剂的光催化处理污泥方法进行研究与优化，降低了光催化反应时间，提高了光催化处理污泥的效率，节省了污泥处理装置的占地面积；并且，采用本发明的装置，可以自由地选择原位处理湖泊底泥或者将其泵入到反应器中进行处理，在目前已知的处理装置中，并未曾被提出，采用该装置可有效地节省能耗，降低了污泥处理成本。采用本发明的装置，将盛放药剂(包括光催化剂、絮凝剂等)的盒体置于顶板下方，使得通过旋转药剂撒出，既便利地简化了加药机构，也可以使得药剂与污泥更加均匀地反应，还可以便捷地根据处理要求控制加入的光催化剂的量；将紫外灯管内置于钢筒中，既可以在搅拌的同时进行光催化反应，也可以单独用于搅拌其他药剂如絮凝剂，大大地节约了能耗，并且加快了反应的进行，缩短了反应的时间。在保护钢筒表面增加多层搅拌叶片，特别适用于含水率较低的湖泊底泥，对其进行有效的充分搅拌，在能耗较低的情况下提高了反应的效率。采用本发明的装置和方法可以高效快速、节能环保地进行该类淤泥的处理。

附图说明

图1为本发明的优选的反应装置结构示意图。

附图标记：1反应器本体，2污泥泵，3光催化部件，4顶板，5盒体，6透光保护钢筒，7紫外灯管，8旋转驱动，9出泥泵，10出水管，11曝气系统，12搅拌叶片

具体实施方式

本发明人详细地研究了在反应器中或原位地对环境相对比较安全方式的低成本处理含水率较低的湖泊底泥。

实施例一

结合附图1，本发明的装置包括反应器本体1、污泥泵2，进料口位于反应器本体一侧下方，出水口和出料口分别位于反应器本体另一侧的上方和下方，反应器本体内设有光催化部件3，光催化部件3与反应器本体之间可拆卸地配合布置。光催化部件垂直位于反应器本体上方，光催化部件包括顶板4、盒体5、透光保护钢筒6、紫外灯管7、旋转驱动8，盒体固定于顶板下方并具有喷洒口，顶板4上具有一个以上的盒体入口，二氧化钛光催化材料置于盒体中，顶板中心设置旋转驱动，顶板下方固定两个以上透光保护钢筒6，紫外灯管7设置在钢筒6内。反应器本体底部设有曝气系统。保护钢筒上设置有多层搅拌叶片12。

首先采用淤泥泵(未示出)吸取含水率92～95％左右的湖泊底泥，湖泊底泥经过长期沉淀与发酵以后，有机质含量约为绝干污泥质量10～15％。将湖泊底泥用污泥泵2输入反应器本体1内，顶板4在旋转驱动的带动下进行旋转，盒体5中的二氧化钛光催化材料均匀撒入污泥中，保护钢筒6和搅拌叶片对污泥进行搅拌，曝气系统对污泥进行曝气。本实施例中利用了紫外光源与曝气系统，有效地进行了光催化氧化反应，降低了污泥中有机污染物和有毒重金属的含量，减轻了后续处理系统的压力；污泥进行曝气还有助于TiO₂光催化材料与污泥中的污染物质更加充分地接触，有利于对污染物的吸附降解及氧化反应的顺利进行。紫外线灯的功率为4～7KW；曝气量为0.4-0.8L/min，反应进行0.5-2h后，关闭空气泵(未示出)和紫外灯。

向盒体中加入絮凝剂，絮凝剂为PAC与PAM混合物，使得光催化降解后的污泥颗粒进行沉聚，继续搅拌20-30min，使有毒的重金属进行鳌合，静置沉降，实现泥水的快速分离；排出反应后的污泥，进一步压滤处理，得到污泥的含水率为30-35％，有机质含量约为绝干污泥质量2～3％。

实施例二

在这个实施方案中，对湖泊底泥进行原位处理。底泥面积10-800平方米，优选为50-500平方米。待处理面积的深度优选为0.1-2米，优选地是0.2-1米深。将保护钢筒的整体或部分垂直插入湖泊底泥中，顶板进行旋转，二氧化钛光催化材料均匀撒入底泥中，保护钢筒6对污泥进行搅拌。反应0.5-2h后，取处理后的底泥中污染物样品，经检测经这种处理污泥中有机污染物有机质含量由15％～19％降低为4-6％，底泥中的有毒物质、微生物含量较低，并且改变了重金属氧化态，降低其化学反应性，使其成为低毒性。

当然，本技术领域的技术人员在阅读本说明书后很容易理解对本文中提出的实施方案所作的变动和修改，此外这样的变动和修改可能都是在权利要求范围内实施的。

Claims (7)

1.一种二氧化钛光催化修复湖泊底泥的装置，包括反应器本体(1)、污泥泵(2)，进料口位于反应器本体(1)一侧下方，出水口和出料口分别位于反应器本体另一侧的上方和下方，反应器本体内设有光催化部件(3)，光催化部件(3)与反应器本体之间可拆卸地配合设置，所述光催化部件(3)垂直位于反应器本体(1)上方，光催化部件包括顶板(4)、盒体(5)、透光保护钢筒(6)、紫外灯管(7)、旋转驱动(8)，盒体(5)固定于顶板(4)下方并具有喷洒口，顶板(4)上具有一个以上的盒体入口，二氧化钛光催化材料置于盒体(5)中，顶板(4)中心设置旋转驱动(8)，顶板(4)下方固定两个以上透光保护钢筒(6)，紫外灯管(7)设置在透光保护钢筒(6)内。

2.如权利要求1所述的装置，反应器本体底部设有曝气系统。

3.如权利要求1或2所述的装置，所述透光保护钢筒上设置有多层搅拌叶片(12)。

4.一种使用权利要求1所述装置修复湖泊底泥的方法，采用污泥泵(2)向反应器本体(1)内泵入湖泊底泥，向顶板(4)上的盒体入口中加入二氧化钛光催化材料，通电使顶板进行旋转，盒体中所盛二氧化钛光催化材料从其下方的喷洒口均匀撒出，透光保护钢筒搅拌底泥，使得底泥充分反应，反应0.5-2小时后，静置沉降，从反应器上方排水，出泥泵泵出底泥后进入后续处理。

5.如权利要求4所述的方法，在底泥光催化反应结束后，向盒体内加入絮凝剂，对污泥进行凝聚沉降处理。

6.如权利要求4所述的方法，在光催化反应的同时进行曝气。

7.一种原位修复湖泊底泥的方法，将权利要求1所述的光催化部件从所述装置中卸下，使用时，将透光保护钢筒插入底泥中，原位修复湖泊底泥。