CN109534514A - 一种河道生态修复填料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道生态修复填料及其制备方法与应用，属于环境保护技术领域。通过将干燥的沉积物泥焙烧成多孔状，将筛选出的优势土著微生物附着过膜并大量繁殖在该多孔的填料上，然后再经过过膜的填料置于悬浮的球状填料内，连成串固定在生态浮床下端，进行河道生态修复。本发明解决了河道清淤所产生污泥的处置问题，恶臭直接被焙烧去除，同时废物利用；由于该淤泥颗粒中含有的植物纤维被碳化，且碳表面暴露在多孔内壁上，直接能将污染物吸附去除，使得吸附性能大大提升；由于该填料的原物质是微生物所熟悉的最佳环境，通过在多孔颗粒填料上固定优势土著微生物，能够快速适应环境，发挥污染物降解功能，进一步提高净化效果。

Description

一种河道生态修复填料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种河道生态修复填料及其制备方法与应用，属于环境保护技术领域。

背景技术

技术经济快速发展的同时，产生的大量污染物直接排入河流，导致水体中氮磷等污染物持续增加，水体呈严重富营养化，甚至黑臭。针对这一现状，有一系列的治理手段，化学、物理以及生物修复方法。由于化学和物理方法存在投资大、维护成本高以及治理效果难以长久，现基本提倡采用生物修复技术来治理河道，运行费用低、适用能力强，降解污染物力度大以及无二次污染。常规的生物治理方法包括生态浮床、填料以及微生物菌剂等。

目前微生物修复技术有：

(1)现在河道中制作生态浮床悬挂填料，然后向河道中喷洒经过筛选的高效优势菌种；但是，投加菌种为实验室或工厂培养，菌种较为单一，环境适应性差，存活率低，菌种的利用率较低，在水体中容易随水流流失，成本高；

(2)通过昂贵的机械设备向需要治理的河道中投加微生物激活剂从而现激活该河道的土著微生物；虽然激活培养的微生物环境适应能力强，存活率高，但是投加的微生物激活剂需要一定的时间才能发挥效用，促进土著微生物的生长繁殖，此外还需要昂贵的设备辅助才能投加激活剂，投资大，复合剂费用高，激活效率低。

目前常用的填料：无机材质的和有机材料，通过改性手段在一定的程度上能提高填料的比表面积，供微生物附着从而生长繁殖；虽经改性，与微生物有一定的亲和性，但是成本高，在低浓度污染物的河道水环境中，挂膜效果不佳。

目前河道治理清淤出的污泥，堆放在河道岸边或送至填埋场填埋。如果堆放在河岸，一方面恶臭，同时其中的污染物随着雨水径流至河中，产生二次污染；如果将淤泥运行至填埋场，处置费用昂贵的同时，产生的恶臭也会对周边环境产生很大的影响，因而填埋也还是合适的淤泥处置办法。

发明内容

为解决常规微生物修复技术所存在菌种单一，环境适应能力差、存活率低以及效率低，易流失的问题，同时解决河道清淤所产生污泥的处置问题，废物利用，本发明提供一种河道生态修复填料及其制备方法与应用，通过将干燥的沉积物泥焙烧成多孔状，然后将筛选出的优势土著微生物附着过膜并大量繁殖在该多孔的填料上，然后再经过过膜的填料置于悬浮的球状填料内，连成串固定在生态浮床下端，进行河道生态修复。

本发明的第一个目的是提供一种河道生态修复填料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在沉积淤泥中加入稀土元素化合物，然后进行搅拌；

(2)脱水：将步骤(1)搅拌过后的沉积淤泥分成两部分；其中一部分采用自然风干，形成含水率为10～20％的干淤泥，另一部分通过机械脱水，形成含水率为40～50％的淤泥；然后将自然风干得到的干淤泥和机械脱水得到的淤泥进行混合，得到含水率在20～30％的淤泥；

(3)粉碎：将步骤(2)得到的淤泥采用粉碎机进行粉碎，得到粘稠状淤泥；

(4)通气：将步骤(3)粘稠状淤泥进行高速搅拌，同时向淤泥中用气泵通入气体，使气泡与粘稠状淤泥充分混合；

(5)造粒：将步骤(4)得到的淤泥放进造粒机中进行造粒，得到淤泥颗粒；

(6)固化：将步骤(5)的淤泥颗粒置于回转窑中进行固化，得到河道生态修复填料。

进一步地，所述的固化具体包括如下步骤：在400～900℃预热0.5～2h，对需要烧结的淤泥颗粒进行干燥预热，同时将有机纤维碳化；然后在1000～1500℃固化2～4h，将整个颗粒焙烧成多孔状，得到河道生态修复填料。

进一步地，所述的稀土元素化合物作为稳定剂。

进一步地，所述的稀土元素化合物为镧系稀土元素的化合物。如镧的化合物可以与C、N、P等结合成致密稳定的不溶性沉淀，从而不易分离出来，以防止后期反释放。

进一步地，所述的稀土元素稳定剂的添加量为0.01～1wt％。

进一步地，所述的机械脱水是采用淤泥脱水机或压滤机进行脱水。

进一步地，所述的自然风干得到的干淤泥和机械脱水得到的淤泥按照体积比为1:1～5:1进行混合。

进一步地，所述的高速搅拌的转速为400～500r/min。

进一步地，所述的气体的通入速率为0.01～0.2m/s。

进一步地，在步骤(5)中，所述的淤泥颗粒粒径为1～3mm。

本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的河道生态修复填料。

本发明的第三个目的是提供所述的河道生态修复填料在河道生态修复中的应用，所述应用具体包括：将河道生态修复填料、水和微生物按照质量比为100:4～15:0.1～0.5进行混合，得到含有异位挂膜微生物的填料，将所述的填料至于河道中进行河道生态修复。

进一步地，填料、水和微生物的混合时间为15～40min。

进一步地，所述的微生物是从待修复的河道中筛选得到的优势土著微生物，所述的优势土著微生物为低温、中温或高温培养微生物。

进一步地，所述的优势土著微生物能够在25～60℃进行培养。

进一步地，所述的优势土著微生物存在于底部泥浆颗粒的孔隙中，因此不会因水温低或水流量增加而损失。

进一步地，所述的水为添加过落叶或分解纤维状碱性植物纤维的水。

进一步地，所述的填料置于悬浮填料球中，悬挂于生态浮床。

本发明的有益效果是：

1)解决河道清淤所产生污泥的处置问题，恶臭直接被焙烧去除，同时废物利用；

2)由于该淤泥颗粒中含有的植物纤维被碳化，且碳表面暴露在多孔内壁上，因而直接能将污染物吸附去除，其多孔结构使得吸附性能大大提升；

3)由于该多孔填料的原物质是微生物所熟悉的最佳环境，通过在多孔颗粒填料上固定其净化的优势土著微生物，既能够快速适应环境，发挥污染物降解功能，进一步提高净化效果；

4)将该填料置于悬浮填料球中，可直接悬挂于生态浮床，即时发挥微生物功能效果；

5)该填料产品成本低，与微生物配合发挥效果优；

6)该填料中的污染物质不会反释放出来。

附图说明

图1是本发明河道生态修复填料的示意图；

图2是本发明河道生态修复填料置于悬浮填料球中的示意图；

图3是本发明悬浮填料球成串示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

河南周口某黑臭河道清淤出的污泥，经检测无重金属，但氮磷含量超标《地表水环境质量标准》四类水要求6-10倍。将河道分为五段，中间进行阻隔不连通，分别进行下面的试验。

实施例1：

向收集的泥浆中加入镧系稀土元素化合物，添加量为0.1wt％，混匀后采用带式压滤机将泥浆压滤至45％，然后研磨在空气中自然风干至含水率为18％的污泥，再将其按照体积比为1:3混合，获得含水率约25％的污泥。接下来，用辊式粉碎机粉碎该污泥，然后混合形成粘稠状态。用转速400r/min的高速搅拌机进行搅拌，同时气泵通入空气，气体的通入速率为0.2m/s，使得空气与上述粘稠的污泥几乎混合均匀。完成上述步骤后，采用造粒机进行造粒，颗粒在1-3mm。

将颗粒置于回转窑中固化，分两次。第一次固化温度400摄氏度固化2h，第二次固化温度1200摄氏度固化3h。等上述颗粒冷却后，按照填料、水和微生物按照质量比100:15:0.5混合，混合15min。采用筛选出来的低温微生物，在上述配比的水中加入从该河中捞出的落叶，供微生物繁殖挂膜。

然后将该固定了微生物的填料置于塑料悬浮填料内，然后悬挂于生态浮床上。悬挂后，3天水质黑臭有明显改善，透明度从原来的28cm提升至45cm，15天后透明度提高到了80cm，修复好的水体达到了《地表水环境质量标准》四类水的要求，具体的水体修复效果如表1所示。

表1水体修复效果

实施例2：

向收集的泥浆中加入镧系稀土元素化合物，添加量为0.01wt％，混匀后采用带式压滤机将泥浆压滤至40％，然后研磨在空气中自然风干至含水率为10％的污泥，再将其按照体积比为1:2混合，获得含水率20％的污泥。接下来，用辊式粉碎机粉碎该污泥，然后混合形成粘稠状态。用转速500r/min的高速搅拌机进行搅拌，同时气泵通入空气，气体的通入速率为0.05m/s，使得空气与上述粘稠的污泥几乎混合均匀。完成上述步骤后，采用造粒机进行造粒，颗粒在1-3mm。

将颗粒置于回转窑中固化，分两次。第一次固化温度900摄氏度固化0.5h，第二次固化温度1500摄氏度固化2h。等上述颗粒冷却后，按照填料、水和微生物按照质量比100:4:0.1混合，混合40min。采用筛选出来的低温微生物，在上述配比的水中加入从该河中捞出的落叶，供微生物繁殖挂膜。

然后将该固定了微生物的填料置于塑料悬浮填料内，然后悬挂于生态浮床上。悬挂后，3天水质黑臭有明显改善，透明度从原来的28cm提升至38cm，15天后透明度提高到了73cm，修复好的水体达到了《地表水环境质量标准》四类水的要求，具体的水体修复效果如表2所示。

表2水体修复效果

实施例3：

向收集的泥浆中加入镧系稀土元素化合物，添加量为0.05wt％，混匀后采用带式压滤机将泥浆压滤至50％，然后研磨在空气中自然风干至含水率为15％的污泥，再将其按照体积比为1:4混合，获得含水率22％的污泥。接下来，用辊式粉碎机粉碎该污泥，然后混合形成粘稠状态。用转速480r/min的高速搅拌机进行搅拌，同时气泵通入空气，气体的通入速率为0.1m/s，使得空气与上述粘稠的污泥几乎混合均匀。完成上述步骤后，采用造粒机进行造粒，颗粒在1-3mm。

将颗粒置于回转窑中固化，分两次。第一次固化温度600摄氏度固化1h，第二次固化温度1000摄氏度固化4h。等上述颗粒冷却后，按照填料、水和微生物按照质量比100:8:0.3混合，混合30min。采用筛选出来的低温微生物，在上述配比的水中加入从该河中捞出的落叶，供微生物繁殖挂膜。

然后将该固定了微生物的填料置于塑料悬浮填料内，然后悬挂于生态浮床上。悬挂后，3天水质黑臭有明显改善，透明度从原来的28cm提升至40cm，15天后透明度提高到了78cm，修复好的水体达到了《地表水环境质量标准》四类水的要求，具体的水体修复效果如表3所示。

表3水体修复效果

对比例1：

向收集的泥浆中加入镧系稀土元素化合物，添加量为0.05wt％，混匀后采用带式压滤机将泥浆压滤，获得含水率22％的污泥。接下来，用辊式粉碎机粉碎该污泥，然后混合形成粘稠状态。用转速480r/min左右的高速搅拌机进行搅拌，同时气泵通入空气，使得空气与上述粘稠的污泥几乎混合均匀。完成上述步骤后，采用造粒机进行造粒，颗粒在1-3mm。

将颗粒置于回转窑中固化，分两次。第一次固化温度600摄氏度固化1h，第二次固化温度1000摄氏度固化3h。等上述颗粒冷却后，按照填料、水和微生物按照质量比100:8:0.3混合，混合30min。采用筛选出来的低温微生物，在上述配比的水中加入从该河中捞出的落叶，供微生物繁殖挂膜。

然后将该固定了微生物的填料置于塑料悬浮填料内，然后悬挂于生态浮床上。悬挂后，15天水质黑臭略有改善，透明度从原来的28cm提升至46cm，经过15天修复后的水体未达到了《地表水环境质量标准》四类水的要求，具体的水体修复效果如表4所示。结果分析，机械脱水会对淤泥中的有机组分造成破坏，导致后期微生物生长条件不佳，不利于优势土著微生物更好的发挥功效。

表4水体修复效果

对比例2：

向收集的泥浆中加入镧系稀土元素化合物，添加量为0.05wt％，混匀后采用带式压滤机将泥浆压滤至50％，然后研磨在空气中自然风干至含水率为15％的污泥，再将其按照体积比为3:1混合，获得含水率22％的污泥。接下来，用辊式粉碎机粉碎该污泥，然后混合形成粘稠状态。用转速480r/min左右的高速搅拌机进行搅拌，同时气泵通入空气，使得空气与上述粘稠的污泥几乎混合均匀。完成上述步骤后，采用造粒机进行造粒，颗粒在1-3mm。

将颗粒置于回转窑中固化。第一次固化温度1000摄氏度固化4h。等上述颗粒冷却后，按照填料、水和微生物按照质量比100:8:0.3混合，混合30min。采用筛选出来的低温微生物，在上述配比的水中加入从该河中捞出的落叶，供微生物繁殖挂膜。

然后将该固定了微生物的填料置于塑料悬浮填料内，然后悬挂于生态浮床上。悬挂后，15天水质黑臭略有改善，透明度从原来的28cm提升至37cm，经过15天修复后的水体未达到了《地表水环境质量标准》四类水的要求，具体的水体修复效果如表5所示。结果分析，如果没有对淤泥颗粒进行干燥预热，直接进行焙烧，会导致淤泥颗粒形成裂缝，固化效果较差，并且吸附效果较差，一方面直接吸附污染物的效果较差，另一方面，微生物的挂膜效果也较差，修复十天左右，填料中的微生物含量就很低了。

表5水体修复效果

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种河道生态修复填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在沉积淤泥中加入稀土元素化合物，然后进行搅拌；

(2)脱水：将步骤(1)搅拌过后的沉积淤泥分成两部分；其中一部分采用自然风干，形成含水率为10～20％的干淤泥，另一部分通过机械脱水，形成含水率为40～50％的淤泥；然后将自然风干得到的干淤泥和机械脱水得到的淤泥进行混合，得到含水率在20～30％的淤泥；

(3)粉碎：将步骤(2)得到的淤泥进行粉碎，得到粘稠状淤泥；

(4)通气：将步骤(3)粘稠状淤泥进行高速搅拌，同时向淤泥中通入气体，使气泡与粘稠状淤泥充分混合；

(5)造粒：将步骤(4)得到的淤泥进行造粒，得到淤泥颗粒；

(6)固化：将步骤(5)的淤泥颗粒进行固化，得到河道生态修复填料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固化具体包括如下步骤：在400～900℃预热0.5～2h；然后在1000～1500℃焙烧2～4h，得到河道生态修复填料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的稀土元素化合物为镧系稀土元素的化合物，添加量为0.01～1wt％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的自然风干得到的干淤泥和机械脱水得到的淤泥按照体积比为1:1～5:1进行混合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速搅拌的转速为400～500r/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的气体的通入速率为0.01～0.2m/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的淤泥颗粒粒径为1～3mm。

8.一种权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的河道生态修复填料。

9.权利要求8所述的河道生态修复填料在河道生态修复中的应用，其特征在于，所述应用具体包括：将河道生态修复填料、水和微生物按照质量比为100:4～15:0.1～0.5进行混合，得到固定有微生物的填料，将所述的填料至于河道中进行河道生态修复。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的微生物是从待修复的河道中筛选得到的优势土著微生物，所述的优势土著微生物为低温、中温或高温培养微生物。