CN110204158B

CN110204158B - 一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法及设备

Info

Publication number: CN110204158B
Application number: CN201910577416.2A
Authority: CN
Inventors: 蒲诃夫; 陈训龙; 宋丁豹; 郑俊杰; 章荣军
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: CN110204158A

Abstract

本发明公开了一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法及设备，属于环境工程中江、河、湖、海、港口疏浚污染底泥的处理处置及资源化利用领域。该方法包括：将疏浚污染底泥进行除渣处理，同时，制备好的固化剂放入储药罐中；所述固化剂为高炉矿渣粉与固化稳定添加剂的混合物；将除渣后的疏浚污染底泥和定量的固化剂混合搅拌均匀，得到泥剂；将搅拌均匀的泥剂立即输送至脱水固化稳定化处理池中，在固化稳定化反应的同时，进行真空脱水处理，直至泥剂脱水且稳定固化。本发明将脱水处理和固化稳定化处理集于一体化，简化了处理工艺，同时，提高了疏浚污染底泥的处理效率，毒性浸出更低，更环保经济。

Description

一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法及设备

技术领域

本发明属于环境工程中江、河、湖、海、港口疏浚污染底泥的处理处置及资源化利用领域，更具体地，涉及一种疏浚污染底泥脱水固化稳定化一体技术方法及设备。

背景技术

随着经济社会进步、城市工业飞速发展以及人类活动的加重，河湖水环境形势不容乐观，普遍变成了各种污水的聚集地，造成严重的河湖污染及淤积问题，大大削减了河湖自身的稀释净化和冲淤能力，导致河湖水生态环境整体质量的下降及恶化，给人们的生活水平和身心健康也造成了不利影响。

清淤疏浚是改善河湖水环境、恢复生态的重要方法。但是，清淤疏浚疏挖出来的污染底泥通常具有含水率高、强度低以及易毒性浸出等特性，并不能直接用于填埋、堆放或资源化利用，还需要通过进一步的处理。

现阶段，对这种疏浚污染底泥的处理主要是采取先脱水后固化稳定化处理的方式，其中，脱水处理主要是采用压滤机或离心机等设备，但这些设备往往价格非常高昂，大大增加了疏浚底泥的处理成本；固化稳定化处理是将脱水后的污染底泥与一定质量的固化剂进行充分搅拌，运用物理或化学的方法将底泥转变成为固体且将底泥中的污染物有效地钝化、消解或固封，从而降低污染物在底泥中的迁移性和生物有效性。

目前常用的固化剂主要为水泥、石灰等胶凝材料，但该类材料成本较高且适用性差，同时，材料在生产过程中会消耗大量的矿物原料和能源，还会产生粉尘、有毒气体等一系列污染物，由此会带来不可再生资源的浪费和生态环境的污染。因此，应尽可能减少该类材料的使用以及固化剂生产对不可再生资源的依赖。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法及设备，其目的在于，通过同时进行脱水处理和固化稳定化处理，成本更低且效率更高，能够减少传统水泥、石灰等胶凝材料固化剂的使用，降低污染。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法，包括如下步骤：

(1)将疏浚污染底泥进行除渣处理，同时，制备好的固化剂放入储药罐中；所述固化剂为高炉矿渣粉与固化稳定添加剂的混合物；

(2)将除渣后的疏浚污染底泥和定量的固化剂混合搅拌均匀，得到泥剂；

(3)将搅拌均匀的泥剂立即输送至脱水固化稳定化处理池中，在固化稳定化反应的同时，进行真空脱水处理，直至泥剂脱水且稳定固化。

进一步地，步骤(1)中，固化稳定添加剂为碱性激发剂、吸附剂、纤维、粘合剂中的任意一种或两种以上的混合物。

进一步地，碱性激发剂为活性氧化镁、氢氧化钙、电石渣等中的任意一种或两种以上的混合物。

进一步地，碱性激发剂的质量为高炉矿渣粉质量的10％～20％。

进一步地，步骤(1)中，高炉矿渣粉的质量为待处理的疏浚污染底泥中干泥质量的10％～20％。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体设备，包括：清淤疏浚绞吸泵、沉渣池格栅机、搅拌机、固化剂储药罐、定量加药装置、输送机以及脱水固化稳定化处理池；

清淤疏浚绞吸泵用于采集疏浚污染底泥并输送至沉渣池格栅机；沉渣池格栅机用于疏浚污染底泥除渣，并将除渣后的疏浚污染底泥输送至搅拌机；

定量加药装置的入口连接固化剂储药罐，出口连接搅拌机；

搅拌机用于将除渣后的疏浚污染底泥与固化剂搅拌混合均匀得到泥剂；

输送机用于将搅拌机得到的泥剂输送至脱水固化稳定化处理池，脱水固化稳定化处理池包括真空抽滤装置，用于对泥剂进行真空抽滤。

进一步地，真空抽滤装置包括水平排水板、排水管、水气分离器、压力控制阀和真空泵；

多个水平排水板阵列排布于脱水固化稳定化处理池底部，且均通过排水管连接水气分离器；压力控制阀设于水气分离器顶端，真空泵连接水气分离器顶端。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)将脱水处理和固化稳定化处理集于一体化，简化了处理工艺，同时，提高了疏浚污染底泥的处理效率；

(2)采用基于水平排水板的真空预压法进行脱水处理，可节约场地和成本，简化了设备工艺，同时提高了脱水处理效率；

(3)固化稳定化处理中使用的固化剂主要为工业副产品，其生产过程无需额外消耗能源，大大降低了固化剂成本，同时，既能减少传统水泥、石灰等胶凝材料固化剂的使用，降低污染物排放，也避免了工业副产品因废弃堆放而造成的环境问题。

附图说明

图1是本发明一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法的工艺流程图；

图2是本发明中脱水处理方法的工艺流程图；

图3是具体实施例采用本发明真空脱水处理后底泥含水率变化情况；

图4是具体实施例采用本发明处理后的无侧限抗压强度效果对比图；

图5是具体实施例采用本发明处理后的毒性浸出效果对比图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

7-脱水固化稳定化处理池；8-水平排水板；9-排水管；10-水气分离器；11-压力控制阀；12-真空泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明涉及的疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法的工艺流程如图1所示，按以下步骤完成：

(1)将疏浚污染底泥通过清淤疏浚绞吸泵吸取并输送至沉渣池中，通过沉渣池和格栅机除渣，同时，将制备好的固化剂放入储药罐中；

(2)将除渣后的疏浚污染底泥和定量的固化剂输送至搅拌机中，然后，立即进行搅拌以使泥剂搅拌均匀；

(3)将搅拌均匀的泥剂立即通过输送机输送至脱水固化稳定化处理池中，然后启动真空泵施加真空压力，进行真空脱水处理，此时，固化稳定化反应也同时在进行；

(4)脱水固化稳定化处理后的底泥可通过可自卸储泥斗运输(例如自卸翻斗车等)，以进行填埋、堆放或资源化利用。

其中，如图2所示，步骤(3)中的真空脱水处理方法如下：打开真空泵12进行抽真空作业，固化稳定化底泥中的水体会通过水平排水板8和排水管9进入水气分离器10中，从而达到脱水的目的，期间，可通过压力控制阀11控制真空压力以及漏气检测。由于搅拌均匀的泥剂立即输送至脱水固化稳定化处理池7中；固化稳定化反应与真空脱水处理可以同时进行，大大提高固化效率。

下面，结合具体的应用场景对本发明的方法及效果进行更为详细的说明。

具体实施例1：

本实施例中采用的疏浚底泥为武汉南湖底泥，根据疏浚底泥的初始含水率及初始污染重金属锌的浓度值，本实施例中调配含水率至300％，污染重金属锌的浓度值为800mg/kg，以使实验组和对照组的处理对象具有一致性，便于直接对比处理效果的差异。

实验组固化流程如下：

(1)将调配后的疏浚污染底泥通过清淤疏浚绞吸泵吸取并输送至沉渣池中，通过沉渣池和格栅机除渣，同时，将制备好的固化剂放入储药罐中；本实施例中固化剂成分为高炉矿渣粉(GGBS)10％(占干泥质量比)，活性氧化镁(MgO)20％(占高炉矿渣粉质量比)。干泥质量是疏浚污染底泥去除水以后的质量，可以直接根据含水率计算。

(2)将除渣后的疏浚污染底泥和定量的固化剂输送至搅拌机中，然后，立即进行搅拌以使泥剂搅拌均匀。

(3)将搅拌均匀的泥剂立即通过输送机输送至脱水固化稳定化处理池中，然后启动真空泵施加真空压力，进行真空脱水处理，此时，固化稳定化反应也同时在进行；采用本发明的脱水处理方式为基于水平排水板的真空预压法，本实施例取真空总压力为-80kPa，真空脱水时间为6天。

对照组采用传统的直接固化法，固化剂配方(重量百分比)为：水泥10％(占干泥质量比)。

采用本发明提供的疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法的工艺流程处理之后，图3为每日真空脱水处理后底泥含水率变化情况，图4和图5分别给出了养护7天和28天的无侧限抗压强度效果对比图和毒性浸出效果对比图。从图3中可以看出，采用本发明方法脱水处理效果要优于传统水泥直接固化方法。从图4中可以看出，采用本发明方法处理后的底泥在养护7天和28天的强度都明显高于采用水泥直接固化的底泥。从图5中可以看出，两种方法处理的底泥在养护7天和28天的毒性浸出浓度均符合浸出毒性鉴别标准，且采用本发明方法处理后的底泥在养护7天和28天的毒性浸出浓度均要低于采用水泥直接固化的底泥。由此可见，本发明方法的处理效果更优于传统的直接固化处理方法。

在其他实施例中，也可以预先将含水率调配至200％至400％之间的任一指定值，污染重金属锌的浓度调配到450mg/kg至1600mg/kg之间的任一指定值，从而针对不同含水率、不同污染重金属锌浓度的淤泥处理效果进行试验，以指导实际的工程处理。在实际处理过程中，通常直接采用原始的底泥测出含水率和污染物浓度后，根据之前的试验结果，选择合适的固化剂按照本发明的方法进行处理。

在其他实施例中，按照实施例1相同的方法，分别在固化剂成分为占干泥质量15％、20％的高炉矿渣粉，活性氧化镁(MgO)占高炉矿渣粉质量比10％、15％、20％的组合下进行了固化稳定一体化处理试验。经验证，底泥含水率和污染物含量越低，本发明的固化稳定化效率越高，最快可以在3天内完成稳定固化，其中高炉矿渣粉占干泥质量比10％、活性氧化镁占高炉矿渣粉质量比20％时，能够在较低成本下达到良好的固化效果，性价比最高。

上述实施例是以污染物为锌、添加剂为活性氧化镁进行举例，以便于通过具体试验对本发明的效果进行验证。实际上，本发明的方法同样适用于其他高含水率及污染物类型(重金属污染如铜、铅、铬等，有机物污染如苯、卤代烃等)的底泥处理以及其他添加剂的使用，处理结果的变化规律与上述试验结果相似，故不赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将疏浚污染底泥进行除渣处理，同时，制备好的固化剂放入储药罐中；所述固化剂为高炉矿渣粉与固化稳定添加剂的混合物；所述固化稳定添加剂为碱性激发剂、吸附剂、纤维、粘合剂中的任意一种或两种以上的混合物，所述碱性激发剂的质量为高炉矿渣粉质量的10%~20%，所述高炉矿渣粉的质量为待处理的疏浚污染底泥中干泥质量的10%~20%；

（2）将除渣后的疏浚污染底泥和定量的固化剂混合搅拌均匀，得到泥剂；

（3）将搅拌均匀的泥剂立即输送至脱水固化稳定化处理池中，在固化稳定化反应的同时，进行真空脱水处理，直至泥剂脱水且稳定固化；

其中，在实验阶段，预先将含水率调配至200％至400％之间的任一指定值，污染重金属锌的浓度调配到450mg/kg至1600mg/kg之间的任一指定值，从而针对不同含水率、不同污染重金属锌浓度的淤泥处理效果按照步骤（1）~（3）进行试验，以指导实际的工程处理；在实际处理过程中，通常直接采用原始的底泥测出含水率和污染物浓度后，根据之前的试验结果，选择合适的固化剂按照步骤（1）~（3）进行处理；

碱性激发剂为活性氧化镁、氢氧化钙、电石渣等中的任意一种或两种以上的混合物；

所述的疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体方法，其特征在于，包括：清淤疏浚绞吸泵（1）、沉渣池格栅机（2）、搅拌机（3）、固化剂储药罐（4）、定量加药装置（5）、输送机（6）以及脱水固化稳定化处理池（7）；

清淤疏浚绞吸泵（1）用于采集疏浚污染底泥并输送至沉渣池格栅机（2）；沉渣池格栅机（2）用于疏浚污染底泥除渣，并将除渣后的疏浚污染底泥输送至搅拌机（3）；

定量加药装置（5）的入口连接固化剂储药罐（4），出口连接搅拌机（3）；

搅拌机（3）用于将除渣后的疏浚污染底泥与固化剂搅拌混合均匀得到泥剂；

输送机（6）用于将搅拌机（3）得到的泥剂输送至脱水固化稳定化处理池（7），脱水固化稳定化处理池（7）包括真空抽滤装置，用于对泥剂进行真空抽滤。

2.如权利要求1所述的一种疏浚污染底泥快速脱水固化稳定化一体设备，其特征在于，真空抽滤装置包括水平排水板（8）、排水管（9）、水气分离器（10）、压力控制阀（11）和真空泵（12）；

多个水平排水板（8）阵列排布于脱水固化稳定化处理池（7）底部，且均通过排水管（9）连接水气分离器（10）；压力控制阀（11）设于水气分离器（10）顶端，真空泵（12）连接水气分离器（10）顶端。