CN109678582A - 治理黑臭水体的护岸专用基料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种治理黑臭水体的护岸专用基料，由10％‑50％的膨润土与50％‑90％的腐熟污泥混合而成，腐熟污泥为城市生活污水处理厂产生的污泥经堆肥发酵后的产物。本发明公开的另外一种专用基料，具体由10％‑50％的膨润土与50％‑90％的有机肥混合而成。本发明专用基料生产步骤简单，只需将选取的腐熟污泥或有机肥，与膨润土按照所需比例混合均匀后即可使用。本发明的专用基料保水性好，保肥性好，适宜动植物、微生物生长，基料的毛管持水量高、容重小，同时，本发明所使用的腐熟污泥最高占比可达90％，不仅大大增加对腐熟污泥的利用率，对污泥堆肥产业发展起到积极的推进作用，同时还减少了传统污泥填埋或堆放处理时所占用的土地面积。

Description

治理黑臭水体的护岸专用基料
技术领域
本发明涉及一种治理黑臭水体的护岸专用基料，具体为用于铺设在水体岸边(或堤岸)的专用基料。
背景技术
黑臭水体是呈现令人不悦的颜色，和(或)散发出令人不适气味的水体的统称。因为大量污染物进入水体，水体中COD、氮、磷等污染物超标，溶解氧迅速下降，厌氧条件下，微生物的作用产生NH3、H2S、硫醚类化合物等致臭物质以及FeS、MnS等致黑物质，从而导致水体变黑臭。通常在河沟、池塘、水坑等缓流水体容易出现水体黑臭现象。黑臭水体的存在不仅严重降低河流景观美感，还使水中的植物、动物以及微生物大量死亡，导致生态结构严重失衡，对居民的生活环境以及身心健康均造成严重影响。目前，黑臭水体已经成为改善城镇生态环境、推进生态文明建设急需解决的问题。
传统的黑臭水体治理的技术可分为物理治理技术、化学治理技术和生物治理技术。物理治理技术：截污分流、清淤疏浚及曝气复氧等，存在治标不治本，清出的淤泥处理不当容易引起二次污染的问题；化学治理技术主要使用氧化剂，或铝盐铁盐等混凝剂对黑臭水体进行处理，存在化学药剂使用不当容易引发二次污染，以及只能暂时消除黑臭现象等问题；生物修复技术：生态浮岛以及人工湿地技术等，则存在占地面积大，受环境因素影响大等问题。目前，传统的治理方法在彻底消除黑臭方面仍然还存在许多的问题。
为了彻底解决黑臭水体治理问题，研究通过将河岸改造为生态护岸的方式来恢复河流生态系统的自净能力，使水体通过自我修复的方式，彻底消除黑臭，而其中护岸基料是河流自净能力恢复的重要因子。
根据目前公开的技术资料显示，有关黑臭水体治理的护岸基料研究非常少。
有利用污泥发酵物来提高护坡土壤的保水性，以及促进植物生长的公开技术，但是结果显示对提高护坡土壤的保水性并没有显著效果。专利2017103679075公开一种生物活性多孔隙粗骨料生态护岸基料工程材料，包括粗骨料、粘结材料和填充材料，所述粗骨料为废弃渣石；所述粘结材料为C60及其以上的高强度泥、沙子、外加剂和粘结剂的混合；所述填充材料为土壤、活性污泥、保水剂和肥料的混合；其中填充材料虽然具有一定透气性，透水性，但是填充材料仅存在粗骨料形成的25％-30％的空隙中，使用量少，并且施工程序复杂，成本较高，而且作为废物利用的活性污泥使用量并不是很大。
专利201610229864X公开了纳米蒙脱土改性粉煤灰生态护坡材料及其制备方法和应用，其护坡材料由胶凝材料、地表土、有机肥和A-B菌组成，但是该护坡材料质地较重，无法直接进行铺设，需要利用喷播的方式使其附着到铺设的铁丝网上才能固定，施工方式过于复杂，并且其中使用了固化材料，使护坡基料的透气性不好，亲水性不够好。
专利2018105885353公开了一种基于疏浚泥原位固化的生态护岸及其制备方法，通过将底泥作为生态护岸的基础；添加固结剂等形成固化淤泥土浆料，注入仿木桩护岸模板中制备成生态护岸。但是由于添加固结剂，虽然护岸的抗侵蚀能力增强，但是护岸的孔隙率为28％，低于普通粗砂土孔隙度33％-35％，护岸基料的保水保肥性不强，透气性一般。
综合上述多项公开的技术资料，可总结现有已公开的护岸基料技术普遍存在的以下几个缺点：
(1)护岸基料使用过多的固化剂，使护岸基料的孔隙率不高，透气性一般，保水性保肥性不佳。
(2)护岸基料所用材料质地较重，基质从护岸滑落的几率高，需要用围栏或是其他方式对其进行固定，增加了施工的难度，并且提高了成本。
(3)护岸基料所使用的材料成分复杂，制作成本高，不利于大规模的生产应用。
根据发明人实际调查显示，各地污水处理厂每年都产生大量污泥，并没有得到有效的利用，例如：广元市绿山环保科技有限公司将四川省广元市行政区内生活污水处理设施所产生的城市生活污泥采用污泥生物堆肥处理实行资源化综合利用，污泥年处理量约为5万吨，所用污泥含水量为80％左右，主要添加秸秆、木屑作为堆肥发酵辅料，作为堆肥产品的腐熟污泥年产出量约为1.7万吨，含水量为35％左右，腐熟污泥中重金属含量限值均符合中华人民共和国国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB4284-2018中A级标准，可用于耕地、园地以及牧草地等，但是由于缺少对这类产品的了解，许多使用者对污泥堆肥产品持抵触态度，导致腐熟污泥的出路并不好，而大量囤积严重阻碍了污泥堆肥厂的持续运营，因此为腐熟污泥找到适宜的去处，对整个污泥堆肥行业发展都会起到积极作用，甚至可能改变目前污泥处理行业主要以焚烧填埋为主的产业格局，从而转向污泥堆肥资源化利用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种保水性保肥性好，透气性好，质地轻，容重小，并且适宜动植物、微生物生长，用于治理黑臭水体的护岸专用基料。同时该护岸专用基料还能解决污泥堆肥产物腐熟污泥无去处的困境，积极推动污泥堆肥产业的发展。
本发明公开的护岸专用基料，由膨润土与腐熟污泥混合而成，腐熟污泥为城市生活污水处理厂产生的污泥经堆肥发酵后的产物，而膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土，具有较强的吸附性，同时具有强烈的亲水性，并且阳离子交换量大，缓冲能力强。
其中，所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土10％-50％；腐熟污泥50％-90％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土20％-40％；腐熟污泥60％-80％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土25％-35％；腐熟污泥65％-75％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土30％；腐熟污泥70％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，具体为：由膨润土与腐熟污泥混合而成。
作为本发明公开的另外一种治理黑臭水体的护岸专用基料，具体为，由膨润土与有机肥混合而成，其中所述的有机肥为以养殖场粪便为原料，经堆肥发酵而成。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土10％-50％；有机肥50％-90％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土20％-40％；有机肥60％-80％。
如上述的治理黑臭水体的护岸专用基料，更优选的方式为：所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土25％-35％；有机肥65％-75％。
上述两类护岸专用基料，其中所使用的腐熟污泥，重金属含量限值均满足中华人民共和国国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB4284-2018中A级标准，A级污泥产物适用于耕地、园地，牧草地等。pH范围为5.5-8.5，含水量为35％左右，有机质含量(以干基计)大于或等于45％，总养分(以干基计)大于或等于3.5％，腐熟污泥的理化指标也完全满足《农用污泥污染物控制标准》GB4284-2018中污泥产物的理化指标限值。
本发明所述护岸专用基料使用步骤简单，只需将选取的腐熟污泥或有机肥与膨润土按照所需比例混合均匀后即可使用；由于基料质地轻，在铺设基料前，只需将河岸每隔2-3m，利用木板、竹片或者水泥板等进行简单的拦截，避免坡度过大引起基料滑落，不需要进行复杂的固定，拦截高度根据所铺设基质厚度决定；然后直接将基料均匀铺设到所治理的河道(或河沟、池塘、水坑)两侧的护岸上，铺设厚度为8-30cm；利用抽取的河水将护岸所铺设基料浇至完全湿透；在湿透后的基料表面播撒适宜当地环境的植物种子即可。黑臭水体护岸的生态系统便能快速的恢复，自净能力恢复后便能有助于使水体黑臭现象得到明显改善甚至消失。
有益效果：
(1)本发明所述护岸专用基料保水性好，保肥性好，适宜动植物、微生物生长，基料的毛管持水量为60.05％-114.84％，远高于一般土壤毛管持水量12％-35％。在一般土壤中有机质含量≥25％就算是极高的，而本发明的护岸专用基料有机质含量为40％-70％，养分含量高，适宜动植物和微生物生长。
(2)因本发明采用了质地更加轻的腐熟污泥(或有机肥)为主要材料，因此获得的护岸专用基料质地轻，容重小，为0.52g/cm3-0.91g/cm3，远低于一般土壤容重1.0g/cm3-1.5g/cm3，降低护岸基料质地过重容易向下滑落的风险。
(3)本发明所述护岸专用基料能够拦截硬质河岸上沉积的大量的N、P等营养物质，避免绝大部分这些营养物质进入水体中，减轻水体的营养负荷。
(4)本发明所述护岸专用基料在使用后，可将黑臭水体从劣Ⅴ类水恢复至地表水Ⅳ类水，且水质长期稳定，黑臭现象完全消失。
(5)本发明所述护岸专用基料铺设于河岸后，配合植物，可将毫无生机的河岸快速恢复至自然河岸，增加城市绿化面积，减缓城市热岛效应，可将夏季水泥地面高达50℃的温度调节至铺设本护岸专用基料表面的35℃，对于调节区域温度效果极佳。
(6)本发明所述护岸专用基料能够减少土地的占用面积，本发明腐熟污泥最高占比可达90％，按两侧河岸可铺设总宽度为30米计算，铺设一公里河道可利用腐熟污泥2160m3至8100m3，相对于目前已有护岸基料相关技术中活性污泥利用率非常低的特点，本发明大大增加对腐熟污泥的利用率，减少了传统污泥填埋或堆放的土地占用面积。
(7)本发明所述护岸专用基料组分简单，由两种材料混合而成，不需添加固化剂及保水剂等，配制以及铺设工序简单，生产成本低，便于规模化的生产应用，同时避免过多地使用固化剂及保水剂或其它制剂对水体造成二次污染。
(8)本发明所述护岸专用基料中材料比例可根据所处理河岸的倾斜度以及所种植的植物喜湿或是喜旱等条件而灵活的更改，调整护岸专用基料的容重以及保水性，使其适宜当地的环境条件。
(9)本发明所述护岸专用基料不仅可将其用于黑臭水体的治理，以及因氮、磷等营养物质过多所产生的富营养水体，还可以将其用于“三面光”河流河岸的植被恢复，以及生态环境被严重破坏区域的植被快速的恢复。
附图说明
图1是两种不同配方的护岸专用基料的毛管持水量示意图。
图2是两种不同配方的护岸专用基料的容重示意图。
图3是两种不同配方的护岸专用基料的pH示意图。
具体实施方式
下面结合附图对该发明的具体实施方式进行说明：
两种材料(膨润土与腐熟污泥；或膨润土与有机肥)混合后形成护岸专用基料，选取容重、毛管持水量和pH作为实验的测量指标。
容重是护岸专用基料肥力的一个重要指标，代表了基料的松紧状况，其大小会对基料的透气性、持水能力均有很大的影响。
毛管持水量是指当基料的毛管孔隙均充满水时的含水量，反映基料的蓄水保水能力。
基料的pH对植物的生长具有显著影响，同时还会影响基料中微生物的活性。
利用环刀法测定护岸专用基料的毛管持水量，护岸专用基料容重的测定按照NY/T1121.4-2006的方法进行，基料的pH的测定方法按照NY/T1377-2007进行。
示例一：
取来自城市生活污水处理厂的污泥堆肥发酵后的腐熟污泥，以及粉末状的膨润土，然后按照以下配方(见下表)进行混合均匀，配方中各材料含量为重量百分数：
然后对上表所述各配方形成的护岸专用基料，添加适量的自来水将其混匀，直至无干燥材料，放置24h后，样品待用。对护岸专用基料的毛管持水量，容重以及pH进行测定。示例二：
取养殖场粪便堆肥发酵而成的有机肥以及粉末状的膨润土，然后按照以下(见下表)配方进行混合均匀，配方中各含量为重量百分数：
然后对上表所述各配方形成的护岸专用基料，添加适量的自来水将其混匀，直至无干燥材料，放置24h后，样品待用。对护岸专用基料的毛管持水量，容重以及pH进行测定。
参考图1，两种配方形成的护岸专用基料的毛管持水量图可以看出：随着腐熟污泥或有机肥所占比例不断增大，材料组合的毛管持水量几乎呈直线趋势上升。当腐熟污泥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的毛管持水量为60.05％-101.97％，当有机肥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的毛管持水量为64.96％-114.84％，所有配方形成的护岸专用基料毛管持水量均远高于一般土壤毛管持水量12％-35％，说明护岸专用基料的保水性很好。
参考图2，两种配方形成的护岸专用基料的容重图，可以看出：随着腐熟污泥或有机肥所占比例不断增大，材料组合的容重几乎呈直线趋势下降。当腐熟污泥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的容重为0.61-0.91g/cm3，当有机肥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的容重为0.52-0.85g/cm3，此时，护岸专用基料的容重均低于一般土壤容重1.0-1.5g/cm3，说明护岸专用基料的质地轻，孔隙率大，透气性好。
参考图3，两种配方形成的护岸专用基料的pH图，可以看出：添加腐熟污泥或者有机肥进入膨润土均能降低材料组合的pH，且随着腐熟污泥或者有机肥所占比例的增加，护岸专用基料的pH呈轻微下降的趋势。当有机肥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的pH为7.34-7.55，当腐熟污泥所占比例为50％-90％时，护岸专用基料的pH为6.73-7.09，护岸专用基料过酸或者过碱，均会使基料中某些植物所需营养元素有效性发生改变，影响植物的吸收利用，还会影响基料中微生物的活性，实验中所有配方的pH处理均能使植物、微生物正常生长。
示例三：
在四川省广元市内某一黑臭河道进行现场试验，河道长约0.85km，所铺设河岸总面积约为21亩，河岸倾角为25°-30°，所采用护岸专用基料配方为腐熟污泥70％，膨润土30％。护岸专用基料总用量约为1000吨，其中腐熟污泥消耗达700吨。使用过程如下：
(1)将所述配方的护岸专用基料混合均匀。
(2)将河岸每隔2-3m，利用木板、竹片或者水泥板等具备拦截能力的设施进行简单的拦截，避免坡度过大引起基料滑落，拦截高度根据所铺设基质厚度决定。
(3)将护岸专用基料均匀的铺设到两侧河岸，铺设厚度为8-30cm。
(4)利用抽取的河水将河岸两侧所铺设基料浇湿，直至基料完全湿透。
(5)在护岸专用基料表面播撒适宜当地环境的植物种子。
从治理效果可见：
治理前：水体整体呈黑色，并且散发恶臭，水质经检测为劣Ⅴ类水，两岸均为水泥浇筑硬质河岸，无植被覆盖，河道景观效果差。
治理后：水体颜色恢复正常呈浅绿色，恶臭消失，水质经检测已恢复至地表水Ⅳ类水，河岸被植物覆盖，快速恢复至自然河岸，河流景观效果好。
上述为示例性说明，不代表本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，由膨润土与腐熟污泥混合而成。
2.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土10％-50％；
腐熟污泥50％-90％。
3.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土20％-40％；
腐熟污泥60％-80％。
4.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土25％-35％；
腐熟污泥65％-75％。
5.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与腐熟污泥按质量份配比为：
膨润土30％；
腐熟污泥70％。
6.如权利要求1-5所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，腐熟污泥为城市生活污水处理厂产生的污泥经堆肥发酵后的产物。
7.治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，由膨润土与有机肥混合而成，其中所述的有机肥以养殖场粪便为原料堆肥发酵而成。
8.如权利要求7所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土10％-50％；
有机肥50％-90％。
9.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土20％-40％；
有机肥60％-80％。
10.如权利要求1所述的治理黑臭水体的护岸专用基料，其特征在于，所述的膨润土与有机肥按质量份配比为：
膨润土25％-35％；
有机肥65％-75％。
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