CN108017243A - 一种底泥处理系统及底泥处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底泥处理系统及底泥处理方法，属于水环境治理工程领域，提供一种可实现对底泥中的污染物进行预先处理后再进行固化处理的底泥处理系统以及相应的底泥处理方法。本发明中的底泥处理系统及相应的底泥处理方法，通过沸石填料的吸附作用和离子交换作用实现对底泥的预处理，可有效地去除底泥中的有机污染物和重金属污染物等；同时通过生石灰熟化过程的放热，可加热底泥温度，进而进一步促进底泥的堆肥反应，提高对有机污染物的降解作用和对病菌等的杀菌作用，并且最终可将熟石灰与底泥混合实现对底泥的固化处理，有效地提高了资源的利用效率。

Description

一种底泥处理系统及底泥处理方法

技术领域

本发明涉及水环境治理工程领域，尤其涉及一种底泥处理系统及底泥处理方法。

背景技术

我国河湖众多，在许多经济发达、人口密集地区，工农业生产等人类活动导致河湖受到不同程度的污染，大量污染物在底泥中富集造成底泥的严重污染。当外界环境变化时，底泥中蓄积的污染物会重新释放至水环境，成为长久性污染源。疏浚法是目前国内外治理污染河湖的主要措施，也是发达国家修复持久性有毒物污染底泥的重要手段。疏浚法通过机械作用将污染底泥疏浚到地面，再进行后续处理。环保疏浚旨在清除河湖水体中的受污染底泥，控制底泥内源污染，其显著特点是薄层精确局部疏浚和严格的环保工艺，并在疏浚过程中防止二次污染。目前我国多个河湖治理工程均采用了疏浚法去除底泥。

疏浚法效果明显，但疏浚后的底泥含水率高，且往往含有大量有毒重金属(如铅、汞、镉、铬等)和有机污染物(如COD、氮、磷等)，若不经处理而在环境中堆弃，易对环境造成污染，也会影响底泥的资源化利用。目前河湖底泥一种常见的处理方法是通过外加水泥、磷酸盐、石灰、粉煤灰等固化药剂，改变底泥的物理化学特性，达到固定化污染物的目的。

现有通过外加药剂固化河湖底泥技术主要有以下几个方面的缺点：

A.通常疏浚出来的底泥散堆并通过挖掘机简单掺加药剂混合，对外环境会造成一定的污染。

B.在黑臭水体等污染严重水体中疏浚出来的底泥由于有机污染物含量高，底泥均被有机污染物包裹，直接添加固化药剂反应效果不佳，难以达到固化的目的。

C.污染底泥中含有有机污染物、重金属、病菌等，直接进行固化处理后，由于污染物没有得到实质性控制，会制约后续固化底泥的资源化利用。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可实现对底泥中的污染物进行预先处理后再进行固化处理的底泥处理系统以及相应的底泥处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种底泥处理系统，包括处理塔和动力系统，在处理塔内部为用于容纳底泥的容纳腔，在容纳腔内设置有沸石填料装置和生石灰反应区；所述动力系统用于驱动容纳腔内的底泥搅动。

进一步的是：所述动力系统包括鼓风机，在容纳腔外周的侧壁上设置向容纳腔内切向进风的进风口，所述进风口通过管路与鼓风机相连。

进一步的是：在容纳腔外周的侧壁上沿周向间隔地设置有多个进风口，多个进风口分别通过管路与鼓风机相连。

进一步的是：所述沸石填料装置包括多根可拆卸地插入到容纳腔内并可自由转动的沸石填料转轴，在沸石填料转轴上设置有含有沸石的沸石填料球。

进一步的是：沿沸石填料转轴的轴向间隔地设置有多个沸石填料球，每个沸石填料球由多块沿周向间隔分布的沸石填料板组成。

进一步的是：在容纳腔的中部设置有圆筒，所述生石灰反应区为圆筒的内部腔体；在所述圆筒的外侧和/或内侧套设有可拆卸的加厚筒壁层。

进一步的是：在处理塔下方设置有反应仓，在反应仓和处理塔之间设置有可拆卸的隔板，当拆卸隔板后可使容纳腔和生石灰反应区内的物料共同排入到反应仓内；在反应仓内设置有搅拌机构；在反应仓的底部设置有卸料口，在卸料口下方为卸料区。

进一步的是：还包括集泥池和底泥泵，所述底泥泵用于将集泥池中的底泥泵入至处理塔的容纳腔内。

另外，本发明还提供一种底泥处理方法，采用上述本发明所述的底泥处理系统，包括如下步骤：

步骤一、将底泥加入至处理塔内的容纳腔内；

步骤二、利用动力系统驱动位于处理塔内的底泥搅动；利用沸石填料装置中沸石的吸附和离子交换作用，去除底泥中对应的有机污染物和重金属污染物；

步骤三、将底泥进行堆肥处理，并且在堆肥处理过程中向生石灰反应区内加入生石灰和水，以利用生石灰熟化过程产生的热量为容纳腔内的底泥加热，实现底泥的高温堆肥处理；

步骤四、在底泥堆肥处理结束后，将生石灰反应区内熟化后的熟石灰和经堆肥处理后的底泥混合，以实现底泥的固化处理。

进一步的是：在步骤三中对底泥进行堆肥处理的过程中，控制其堆肥温度为60℃-80℃。

本发明的有益效果是：本发明所述的底泥处理系统及相应的底泥处理方法，通过沸石填料的吸附作用和离子交换作用实现对底泥的预处理，可有效地去除底泥中的有机污染物和重金属污染物等；同时通过生石灰熟化过程的放热，可加热底泥温度，进而进一步促进底泥的堆肥反应，提高对有机污染物的降解作用和对病菌等的杀菌作用，并且最终可将熟石灰与底泥混合实现对底泥的固化处理，有效地提高了资源的利用效率。另外，本发明中的底泥处理系统，其具有设备简单，集约化程度高，并且实现了同时将吸附、离子交换、生物处理和固化处理等工艺融合为一体，大大节省了系统的占地面积。另外，通过鼓风机向容纳腔内切向进风，一方面可以为容纳腔内的底泥提供旋流动力，另一方面通过瀑气增氧可以加强生物好氧反应，进一步提高有机污染物的降解效率。另外，本发明中的底泥，由于对有机污染物、重金属、病菌等进行了预先处理，经过预先处理后再进行固化处理；因此最终经固化处理后的底泥资源可以重复利用，如可作为建筑材料使用，因此可提高资源的利用率。

附图说明

图1为本发明所述的底泥处理系统的立式图；

图2为处理塔部分的俯视图；

图3为沸石填料转轴的示意图；

图4为沸石填料球的示意图；

图中标记为：处理塔1、容纳腔2、生石灰反应区3、鼓风机4、进风口5、沸石填料转轴6、沸石填料球7、沸石填料板8、圆筒9、加厚筒壁层10、反应仓11、隔板12、搅拌机构13、卸料口14、集泥池15、底泥泵16、液位控制仪17、运输车18。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图4中所示，本发明所述的一种底泥处理系统，包括处理塔1和动力系统，在处理塔1内部为用于容纳底泥的容纳腔2，在容纳腔2内设置有沸石填料装置和生石灰反应区3；所述动力系统用于驱动容纳腔2内的底泥搅动。

更具体的，上述动力系统，其可以为设置在容纳腔2内的搅拌装置，通过搅拌作用驱动容纳腔2内的底泥搅动。参照附图1中所示，本发明中优选如下设置：所述动力系统包括鼓风机4，在容纳腔2外周的侧壁上设置向容纳腔2内切向进风的进风口5，所述进风口5通过管路与鼓风机4相连。及利用鼓风机4产生气流，利用气流从容纳腔2的周向切向进风，进而带动底泥搅动。同时，由于在底泥内有气流进入，因此还可对底泥起到一定的曝气作用，可通过增氧加强底泥中的生物好氧反应，提高对底泥中的有机污染物降解作用。不失一般性，参照附图2中所示，可在容纳腔2外周的侧壁上沿周向间隔地设置有多个进风口5，多个进风口5分别通过管路与鼓风机4相连；如图2中所示的设置有四个进风口5，并且四个进风口5周向间隔均匀的分布。另外，为了提进风口5对底泥的搅动作用，可在容纳腔2内的竖向设置相应的管路，然后在管路上开设缝隙开口作为进风口5。

另外，本发明中的沸石填料装置，其作用是通过沸石与底泥的接触，实现对底泥中的有机污染物、重金属等的吸附和离子交换作用，进而有效地降低底泥中有机污染物、重金属等的含量，为后续的固化处理和资源重复利用提供条件。其中，沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。沸石具有再生性能，可通过溶盐的浸泡等方法使沸石表面的污染物离子交换出来，恢复活性。本发明中利用沸石处理底泥中的有机污染物、重金属等污染物。

更具体的，本发明中进一步设置沸石填料装置为多根可拆卸地插入到容纳腔2内并可自由转动的沸石填料转轴6，在沸石填料转轴6上设置有含有沸石的沸石填料球7。这样设置的好处，一方面是随着底泥在容纳腔2内的搅动，可带动沸石填料转轴6绕自身轴线转动，以此提高沸石与底泥的接触效果；而在需要对相应的沸石进行再生时，可取出沸石填料转轴6，然后通过溶盐的浸泡等方法对沸石进行再生处理。而在沸石填料转轴6中具体含有沸石成分的则是沸石填料球7，如参照附图3中所示，沿沸石填料转轴6的轴向间隔地设置有多个沸石填料球7。更具体的，参照附图4中所示，其每个沸石填料球7可由多块沿周向间隔分布的沸石填料板8组成；这样，可进一步提高单个沸石填料球7与底泥的接触面积，进而提高其处理效果。

另外，本发明中，在容纳腔2内设置生石灰反应区3，该生石灰反应区3的作用是用于向其内部加入生石灰和水，以进行生石灰的熟化反应过程。生石灰的主要成分为氧化钙，生石灰与水反应生成氢氧化钙的过程称为生石灰的熟化或消化过程，该过程中同时放出大量的热。之所以将生石灰反应区3设置在容纳腔2内，其作用是由于在生石灰熟化反应的过程中会释放热量；进而可利用该部分热量实现对容纳腔2内的底泥进行加热，使底泥温度逐渐从环境温度升高至大约60℃-80℃，保持在60℃-80℃的范围以实现底泥的堆肥处理。通过对底泥的加热，一方面可刺激底泥中的嗜温菌、嗜热菌，产生高温堆肥作用，使底泥中的有机污染物可以有效地得到生物降解；另一方面可在底泥中实现一定的高温杀菌作用，可杀死底泥中一定的病菌和虫卵等。具体的，本发明中可在容纳腔2的中部设置有圆筒9，相应的生石灰反应区3即为圆筒9的内部腔体，如附图1和附图2中所示。更优选的，在上述设置有圆筒9的情况下，还可在圆筒9的外侧和/或内侧套设有可拆卸的加厚筒壁层10；这样，通过增加或者减少相应的加厚筒壁层10可以控制从生石灰反应区3向容纳腔2内的底泥传递的热量，进而实现对底泥的温度控制。

另外，参照附图1中所示，本发明进一步在处理塔1下方设置有反应仓11，在反应仓11和处理塔1之间设置有可拆卸的隔板12，当拆卸隔板12后可使容纳腔2和生石灰反应区3内的物料共同排入到反应仓11内；在反应仓11内设置有搅拌机构13；在反应仓11的底部设置有卸料口14，在卸料口14下方为卸料区。这样，当底泥在容纳腔2内预处理完成后，相应的在生石灰反应区3内的生石灰也熟化为熟石灰后，可进一步通过拆卸隔板12，使二者同时排入到下方的反应仓11内进行混合固化处理；混合过程中可借助相应的搅拌机构13进行搅拌；混合后的物料最终再从卸料口14排出；相应的，可通过在卸料口14的下方预留足够的卸料区，如预留可供相应的运输车18通行的通道，这样可将从卸料口14卸下的物料直接排放至运输车18上进行转运。具体的，参照附图1中所示，本发明中可通过相应的支架结构，将整个处理塔1和反应仓11等支撑起来，以在下方留出足够高度的卸料区。

更具体的，本发明中所述的底泥处理系统，在上述处理塔1以反应仓11等结构的基础上，还可进一步包括集泥池15和底泥泵16，其中，集泥池15是用于临时收集从河湖等疏浚后抽取的底泥；而底泥泵16则是根据需要将集泥池15内的底泥泵送至处理塔1的容纳腔2内以进行对底泥的处理。更优选的，本发明中进一步可在集泥池15内设置有液位控制仪17，液位控制仪17可控制集泥池15内底泥不被抽干以免损坏底泥泵16；具体的，如通过液位控制仪17监测集泥池15内底泥液位高度，当其降低到设定位置时，可由液位控制仪17发出控制信号，进而控制底泥泵16停止工作，以此实现保护底泥泵16的目的。

本发明中所述的一种底泥处理方法，采用本发明所述的底泥处理系统，包括如下步骤：

步骤一、将底泥加入至处理塔1内的容纳腔2内；如在从河湖底部疏浚处的底泥下收集在集泥池15内，在需要处理底泥时，通过底泥泵16将相应的底泥从集泥池15内泵送至处理塔1的容纳腔2内。并且，参照附图2中所示，底泥泵16在容纳腔2内的出口处也可设置为向容纳腔2内切向泵入底泥，以使底泥进入容纳腔2内后可产生一定的旋流作用。

步骤二、利用动力系统驱动位于处理塔1内的底泥搅动；利用沸石填料装置中沸石的吸附和离子交换作用，去除底泥中对应的有机污染物和重金属污染物；在底泥进入到容纳腔2内以后，则可利用动力系统驱动底泥搅动，其提高底泥的处理效果。例如在采用鼓风机4通过鼓风驱动底泥搅动时，可持续地从容纳腔2的各方向切向进风。当然，在该步骤中，其沸石填料装置可与搅动过程中的底泥充分接触，进而提高对底泥中的有机污染物、重金属等的吸附处理。

步骤三、将底泥进行堆肥处理，并且在堆肥处理过程中向生石灰反应区3内加入生石灰和水，以利用生石灰熟化过程产生的热量为容纳腔2内的底泥加热，实现底泥的高温堆肥处理；其中所谓的堆肥处理，即是通过生石灰熟化过程产生的热量加热底泥，进而使底泥温度升高，利用高温作用，一方面可刺激底泥中的嗜温菌、嗜热菌，产生高温堆肥作用，使底泥中的有机污染物可以有效的得到生物降解；另一方面可在底泥中实现一定的高温杀菌作用，可杀死底泥中一定的病菌和虫卵等。并且，上述步骤二和步骤三之间本身没有明显的先后顺序要求，二者可同时进行或者分开进行。更具体的，结合底泥的实际情况，本发明中进一步优选设置在步骤三中进行堆肥处理的过程中，控制其堆肥温度为60℃-80℃；即控制底泥内部大致在60℃-80℃的范围内，这样可起到较好的堆肥效果；当然，不失一般性，在堆肥处理的开始阶段，通过对底泥的加热，使底泥的温度将从环境温度逐渐升高至60℃-80℃的范围并维持在该范围内。更具体的，上述对堆肥的温度控制，可通过控制加入的生石灰和水的量来控制生石灰熟化过程的放热量，如在堆肥温度偏低时，可增加加入相应的生石灰和水量；反之则减少生石灰和水的量。另外，当本发明中的底泥处理系统中生石灰反应区3由圆筒9形成时，还可通过在圆筒9的外侧和/或内侧增加或者减少套设的加厚筒壁层10来实现对堆肥温度的调节控制。

步骤四、在底泥堆肥处理结束后，将生石灰反应区3内熟化后的熟石灰和经堆肥处理后的底泥混合，以实现底泥的固化处理。其中，根据实际情况，在进行堆肥处理一定时间后，将堆肥处理后的底泥连通熟石灰一起混合，然后利用熟石灰的固化效果实现对相应底泥的固化处理；一般的，在堆肥处理完成后，需要在堆肥温度降低到交底温度后再进行混合固化处理，如降低至40℃之后，再进行混合固化处理。最终经过固化处理的后的物料，可通过相应的运输车18等运输设备运走。

另外，由于本发明中所述的底泥处理方法，其预先将底泥中的有机污染物、重金属、病菌等进行了有效地处理，因此固化效果可以得到较大的提高，并且最终固化后形成的物料可以作为建筑用材料，因此可实现对物料的重复利用，提高资源利用率。

Claims (10)

1.一种底泥处理系统，其特征在于：包括处理塔(1)和动力系统，在处理塔(1)内部为用于容纳底泥的容纳腔(2)，在容纳腔(2)内设置有沸石填料装置和生石灰反应区(3)；所述动力系统用于驱动容纳腔(2)内的底泥搅动。

2.如权利要求1所述的一种底泥处理系统，其特征在于：所述动力系统包括鼓风机(4)，在容纳腔(2)外周的侧壁上设置向容纳腔(2)内切向进风的进风口(5)，所述进风口(5)通过管路与鼓风机(4)相连。

3.如权利要求2所述的一种底泥处理系统，其特征在于：在容纳腔(2)外周的侧壁上沿周向间隔地设置有多个进风口(5)，多个进风口(5)分别通过管路与鼓风机(4)相连。

4.如权利要求1所述的一种底泥处理系统，其特征在于：所述沸石填料装置包括多根可拆卸地插入到容纳腔(2)内并可自由转动的沸石填料转轴(6)，在沸石填料转轴(6)上设置有含有沸石的沸石填料球(7)。

5.如权利要求4所述的一种底泥处理系统，其特征在于：沿沸石填料转轴(6)的轴向间隔地设置有多个沸石填料球(7)，每个沸石填料球(7)由多块沿周向间隔分布的沸石填料板(8)组成。

6.如权利要求1所述的一种底泥处理系统，其特征在于：在容纳腔(2)的中部设置有圆筒(9)，所述生石灰反应区(3)为圆筒(9)的内部腔体；在所述圆筒(9)的外侧和/或内侧套设有可拆卸的加厚筒壁层(10)。

7.如权利要求1所述的一种底泥处理系统，其特征在于：在处理塔(1)下方设置有反应仓(11)，在反应仓(11)和处理塔(1)之间设置有可拆卸的隔板(12)，当拆卸隔板(12)后可使容纳腔(2)和生石灰反应区(3)内的物料共同排入到反应仓(11)内；在反应仓(11)内设置有搅拌机构(13)；在反应仓(11)的底部设置有卸料口(14)，在卸料口(14)下方为卸料区。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的一种底泥处理系统，其特征在于：还包括集泥池(15)和底泥泵(16)，所述底泥泵(16)用于将集泥池(15)中的底泥泵入至处理塔(1)的容纳腔(2)内。

9.一种底泥处理方法，采用上述权利要求1至8中任意一项所述的底泥处理系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将底泥加入至处理塔(1)内的容纳腔(2)内；

步骤二、利用动力系统驱动位于处理塔(1)内的底泥搅动；利用沸石填料装置中沸石的吸附和离子交换作用，去除底泥中对应的有机污染物和重金属污染物；

步骤三、将底泥进行堆肥处理，并且在堆肥处理过程中向生石灰反应区(3)内加入生石灰和水，以利用生石灰熟化过程产生的热量为容纳腔(2)内的底泥加热，实现底泥的高温堆肥处理；

步骤四、在底泥堆肥处理结束后，将生石灰反应区(3)内熟化后的熟石灰和经堆肥处理后的底泥混合，以实现底泥的固化处理。

10.如权利要求9所述的一种底泥处理方法，其特征在于：在步骤三中对底泥进行堆肥处理的过程中，控制其堆肥温度为60℃-80℃。