CN110316936A - 一种海淤泥资源化利用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于海域清淤与固体废弃物资源化领域，公开了一种海淤泥资源化利用方法及系统。所述海淤泥资源化利用方法包括：(1)将海淤泥浆液采用水力旋流分离得粗颗粒砂和细颗粒淤泥泥浆；(2)将粗颗粒砂脱水后作为建筑材料；将细颗粒淤泥泥浆与污泥生物炭混合搅拌调质后进行脱水，得到淤泥固相；(3)当淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284‑2018时，则将其作为绿化种植土；当超出以上标准时，则将其依次进行造粒、烘干、烧结和冷却以制成陶粒。采用本发明提供的方法和系统解决了现有清淤海泥技术中砂泥混合的问题，以污泥生物炭作为调理剂，实现了海淤泥高效脱水脱盐与全流程利用，连续高效，自动化程度高，成本较低，无二次污染。

Description

一种海淤泥资源化利用方法及系统

技术领域

本发明属于海域清淤与固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种海淤泥资源化利用方法及系统。

背景技术

海淤泥伴随洋流的蠕动会堵塞航道，加剧航道清淤成本；海淤泥促使海水的富营养化，严重时还会造成海水养殖场的淤塞甚至废弃；沿海地区工程设施的建设，也会产生大量废弃的海淤泥。“不断再生的”海淤泥对近海环境及工程设施的建设、维护带来了极大的困难、隐患，不但造成了新的环境问题，而且浪费了海底淤泥潜在应用价值。因此，随着我国水利和水环境治理工程的大规模开展，每年都会产生大量的疏浚淤泥。如何对挖掘出的海底淤泥进行有效合理处理并开发利用是一个需要面对的问题。疏浚淤泥主要以细颗粒土为主，富含有机质和各类污染物，加上疏浚施工的扰动，淤泥通常被打散形成高含水率的泥浆状态，在本质上属于高含水率的固体废物。疏浚淤泥含水率高、颗粒细以及受到不同程度的污染是造成其难以规模化处理的难点：(1)高含水率：淤泥指在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，本身是一种连结松散、孔隙中充满水的低强度土，表层淤泥的原位含水率通常为100％-150％；在环保清淤工程中，通常利用绞吸、泵吸或水力冲挖的方式将淤泥扰动成泥浆状态，再用泵输送到堆泥场；1m³淤泥挖出后体积增大4-6倍，质量分数仅为10％-20％，呈流动状态；(2)细颗粒含量高：淤泥主要来自水土流失、点源和面源排放、大气降尘的颗粒物，成分主要以细粒土为主；淤泥细颗粒主要以次生黏土矿物为主，主要成分为SiO₂、Fe₂O₃、A1₂O₃、CaO、MgO和Na₂O等；这些黏土矿物具有很大的比表面积和吸附能力，与水分的结合力很强，造成淤泥脱水困难；(3)含有污染物：淤泥颗粒在水中沉积时，颗粒表面通常带有的电荷会吸附水中的N、P、重金属和许多大分子官能团到其表面，使淤泥不同程度地受到有机物和营养盐的污染。

近海地区通常以海洋抛泥方式进行处置，而内陆地区通常设置堆场进行堆放。疏浚淤泥中的泥土成分可作为海上或陆地低洼区的填土材料，通过将淤泥吹填在一定区域后，再进行真空或堆载固结方法提高地基强度。这一方法在世界上许多国家和地区已经得到了应用，如日本、新加坡、荷兰的众多海上人工岛和机场的建设中都大量使用了疏浚泥进行吹填，吹填后再进行地基加固的办法。疏浚泥吹填造陆方法的主要问题是吹填后地基软弱，施工机械长期内难以进入；另外淤泥由细颗粒组成，渗透性差，打插的排水通道容易堵塞，固结需要较长时间，待自然蒸发和固结沉降形成土地后恢复使用的过程需要持续几年至几十年。由此可见，海淤泥吹填造地的方法适用于施工周期比较宽裕的工程。另一方面，海淤泥难于进行资源化利用的主要原因是其中含有大量的盐分，含盐量在3-5％左右。只有去除海淤泥中的盐分，才能对海淤泥进行资源化利用。海淤泥中的盐分多为氯化钠等可溶性盐，溶解在海淤泥中的水中，因此将海淤泥中的水挤出，即可降低海淤泥的含盐量。目前仅有原位的堆载预压、真空预压等排水方法，但处理时间长达数年。淋洗脱盐方法主要是采用大气降水或者灌溉直接对盐碱地进行淋洗，由于盐碱地土壤渗透系数较大，淋洗液在淋洗过程中下渗较快，快速透过地层。因此在原位淋洗过程中需要耗费大量的水，不但造成水资源的浪费，淋洗脱盐的时间也相对较长。综上所述，海淤泥含水率较高，处理之前必须寻求经济可行的脱水脱盐方案，减少淤泥体积，实现减量化；同时，海淤泥最理想的处理方案必然是实现资源化利用，将其作为其他产品的原材料，实现资源循环利用将成为海淤泥处理的必然方向。

另一方面，随着我国社会经济和城镇化进程的快速发展，城市污水处理厂的规模和污泥产生量不断增加，污泥处理压力越来越大。污泥热解技术因能快速实现污泥减量化与无害化而得到广泛关注与应用，但是污泥热解后得到终端产物污泥热解生物炭的资源化利用研究不足，严重制约了该工艺的推广应用。CN105731758A公开了一种海洋疏浚淤泥脱水固化处理一体化装置及方法，通过挖泥船将疏浚淤泥吸到挖泥船上，挖泥船抵达海上处理平台后，将疏浚淤泥输送到泥水分离装置内，通过泥水分离装置对疏浚淤泥进行离心脱水，将脱水后的尾水输送到尾水处理装置进行处理，将浓缩淤泥输送到固化装置，并将固化材料罐内的固化材料一起输送到固化装置，对浓缩淤泥与固化材料进行充分搅拌得到固化土，通过运泥船将固化土运到填海区域进行填海。CN107814474A公开了一种河道淤泥的处理方法，包括如下处理步骤：(1)机械脱水至淤泥的含水量低于15％；(2)向经步骤(1)处理后的淤泥中加入微生物，搅拌反应，鼓风换气，至淤泥的含水量低于5％；(3)取经步骤(2)处理后的淤泥，电渗透脱水至恒重，具有提高脱水率的效果。该方法采用电渗透脱水，成本较高。CN1843987A公开一种淤泥固化土的施工方法，包括以下步骤：(1)先对挖出的淤泥进行脱水处理，使其含水量的重量百分数为40-60％，并接近液限；(2)再在经过脱水的淤泥中加入水泥和粉煤灰；其中，每立方米的淤泥中，水泥的加入量为50～100kg，粉煤灰的加入量为50～150kg；(3)之后搅拌30～80秒钟进行均匀混合，得到固化的淤泥土；(4)将固化的淤泥土堆放2～3天，使其继续固化反应、具有早期强度、可以机械摊铺时，即可将其分层摊铺在路基、堤坝或低凹地上，并用机械分层进行碾压。CN105622061A公开了一种新型利用海滩淤泥制砖的方法，具体涉及一种采用海岸海滩和入海口滩的淤泥为原料制砖的方法，该方法包括采掘泥沙、清洗、将淤泥浆离心、过筛、粉碎、搅拌制坯、预干燥和烧制步骤。CN106007295A公开了一种淤泥无氧裂解制炭泥系统和工艺，该系统包括吸泥装置、除杂装置、脱水装置、物料输送装置、无氧裂解炭化装置、进水装置、排水装置，无氧裂解炭化装置用于将海淤泥直接制备成裂解炭。然而，上述方法工艺相对复杂，成本较高。CN102849917A公开了一种湖泊河道疏浚淤泥的连续在线滤袋式脱水方法，通过添加PAC和PAM进行混凝反应，实现快速脱水。CN102020407A公开了一种淤泥固化剂，特别是一种实现淤泥快速脱水、改变淤泥流动状态、提高固化土强度尤其是早期强度的物理固化剂。CN102020407A公开了一种淤泥快速脱水的方法，利用高吸水树脂实现淤泥快速脱水、改善淤泥的流动状态、降低固化剂掺量、提高固化土早期强度。然而，以上方法均未涉及采用污泥生物炭作为海淤泥调理剂，更不涉及两者的协同利用。此外，有关污泥热解生物炭用于海淤泥资源化的方案，国内外研究与报道较少。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有技术对海淤泥进行处理时存在海淤泥脱水困难、周期长、效率低且难资源化利用的问题，而提供一种新的海淤泥资源化利用的方法和系统。

本发明提供了一种海淤泥资源化利用方法，其中，该方法包括以下步骤：

(1)将海淤泥浆液采用水力旋流器进行分离，所述水力旋流器底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆；

(2)将所述粗颗粒砂脱水之后作为建筑材料；将所述细颗粒淤泥泥浆与污泥生物炭进行混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆进行脱水，得到淤泥固相和脱水液；

(3)当所述淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相直接作为绿化种植土；当所述淤泥固相中重金属含量超出国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相依次进行造粒、烘干、烧结和冷却，以制成陶粒。

进一步的，步骤(1)中，所述海淤泥浆液为通过挖泥船内的绞刀系统对海淤泥清淤区进行搅动而形成的高浓度海淤泥浆液。

进一步的，步骤(1)中，所述海淤泥浆液的固相含量为5-20wt％。

进一步的，步骤(2)中，所述污泥生物炭为城市污水厂污泥经热解后得到的污泥热解生物炭。

进一步的，步骤(2)中，所述热解的条件包括热解温度为300-900℃，热解时间为0.5-1h。

进一步的，步骤(2)中，所述污泥生物炭的用量为所述细颗粒淤泥泥浆重量的10-20wt％。

进一步的，步骤(2)中，将所述粗颗粒砂进行脱水的方式为真空带式过滤机脱水。

进一步的，步骤(2)中，将所述细颗粒淤泥混合泥浆进行脱水的方式为机械压力脱水，优选为板框压滤脱水或高压带式压滤脱水。

进一步的，步骤(3)中，所述造粒的条件使所得生球的直径为3-20mm。

进一步的，步骤(3)中，所述烘干的条件包括烘干温度为105-160℃，烘干时间为2-5h。

进一步的，步骤(3)中，所述烧结的条件包括烧结温度为1000-1150℃，时间为20-60min。

进一步的，步骤(3)中，所述冷却的方式为随炉冷却，冷却速率为20℃/min以下。

本发明还提供了一种海淤泥资源化利用系统，其中，所述海淤泥资源化利用系统包括：水力旋流器、1#脱水装置、污泥生物炭储仓、调质池、2#脱水装置、成型造粒机、烘干机、焙烧机和冷却装置；所述水力旋流器的底流出口与所述1#脱水装置的入口连通，所述水力旋流器的顶部溢流口以及所述污泥生物炭储仓的出口与所述调质池的入口连通，所述调质池的出口与所述2#脱水装置的入口连通，所述2#脱水装置的固相出口与所述成型造粒机的入口连通，所述成型造粒机的出口与所述烘干机的入口连通，所述烘干机的出口与所述焙烧机的入口连通，所述焙烧机的出口与所述冷却装置的入口连通。

进一步的，所述1#脱水装置的顶部设置有淡水喷淋装置且所述海淤泥资源化利用系统还包括缓冲池，所述淡水喷淋装置用于对由所述1#脱水装置生成的固相产物进行喷淋清洗，所述1#脱水装置的滤液出口与所述缓冲池的入口连通，所述缓冲池中的水作为所述淡水喷淋装置的循环水。

进一步的，所述冷却装置采用空气直接冷却，且所述冷却装置的空气出口与所述焙烧机的燃料入口连通，以将被所述冷却装置预热后的空气抽送至所述焙烧机中作为燃料燃烧所需的空气；和/或，所述焙烧机的烟气出口与所述烘干机的能源入口连通，以将所述焙烧机产生的烟气用作所述烘干机烘干的能源；和/或，所述海淤泥资源化利用系统还包括尾气净化装置，所述烘干机的能源出口与所述尾气净化装置的入口连通。

进一步的，所述1#脱水装置为真空带式过滤机；所述真空带式过滤机的真空度大于0.03MPa。

进一步的，所述2#脱水装置为板框压滤机或高压带式压滤机。

进一步的，所述缓冲池和调质池各自独立地为配置有搅拌装置的普通钢质泥浆池或混凝土质泥浆池。

进一步的，所述成型造粒机为圆盘造粒机、滚筒造粒机、对辊成型机或挤出造粒机。

进一步的，所述烘干机为履带式干燥机、滚筒干燥机或烘箱。

进一步的，所述焙烧机为回转窑或带式焙烧炉。

进一步的，所述冷却装置为带式冷却机或滚筒冷却机。

进一步的，所述尾气净化装置为湿法烟气净化装置、半干法烟气净化装置或干法烟气净化装置。

本发明的有益效果如下：

本发明先将海淤泥浆液抽吸到水力旋流器中进行分离，水力旋流器分离得到的粗颗粒砂经脱水再任选经淡水淋洗后可作为建筑材料，解决了现有清淤海泥技术中砂泥混合的问题，实现了粗颗粒砂的高效脱盐和资源化利用；水力旋流器分离得到的细颗粒淤泥泥浆由于极难脱水，而污泥生物炭的使用能够在淤泥内部形成很好的排水通道，形成微骨架提高淤泥内部的压力传递效果，增大淤泥的孔隙，促进土体内“微小排水通道”的形成，从而加速淤泥了在压滤过程中的孔隙水压消散，大大增强了淤泥的脱水效率，同时提高了脱盐效果。此外，污泥生物炭呈碱性，采用其作为调理剂对细颗粒淤泥泥浆进行混合调质，能够使得污泥生物炭中的N、P、K等元素易被植物吸收，增强海淤泥的肥性，并使得营养土更加松散以利于作物吸收。因此，当混合搅拌调质脱水之后所得的淤泥固相中的重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，可直接作为园林绿化和花卉种植用土，所得营养土各项指标接近国家有机肥标准NY525-2012。并且，该淤泥固相可以直接在海边盐碱地用于绿化，其中含有的多孔碳能够充分发挥两方面作用：一是对于绿化植物需要的淡水具有良好的保持作用，实现“生态涵养”的功效，避免植物浇水后的水份快速流失，可就地解决海淤泥较难处置的问题；二是阻止海边盐碱地的盐份向上渗透而影响植物生长，达到“压咸”的效果。而当混合搅拌调质脱水之后所得的淤泥固相中的重金属含量超出农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，可将其进一步通过造粒、烘干、烧结、冷却工序制成陶粒，充分利用污泥生物炭中的铁、铝、硅、钙、炭等有效元素来调整海淤泥的组分，无需额外添加其它组分，拓展了海淤泥资源化利用的途径，不仅可以为海淤泥脱水产物提供绿色产品方案，而且还可以为陶粒制备提供低成本原料。此外，本发明能够实现海淤泥脱水与全流程利用，其工艺过程连续高效，自动化程度高，成本较低，无二次污染，对环境影响小，具有很好的经济效益与环境效益。

附图说明

图1为本发明提供的海淤泥资源化利用系统的一种具体连接示意图；

图2为污泥生物炭的添加对海淤泥脱盐性能的影响；

图3为污泥生物炭的添加对马尼拉草发芽率的影响。

附图标记说明

1-1#泵；2-水力旋流器；3-1#脱水装置；4-淡水喷淋装置；5-缓冲池；6-污泥生物炭储仓；7-定量给料装置；8-调质池；9-2#泵；10-2#脱水装置；11-1#皮带输送机；12-成型造粒机；13-2#皮带输送机；14-烘干机；15-3#皮带输送机；16-焙烧机；17-冷却装置；18-1#风机；19-2#风机；20-尾气净化装置。

具体实施方式

在本发明中，所述海淤泥浆液可以为现有的各种淤泥被打散形成高含水量的泥浆状态的浆液，例如，可以为通过挖泥船内的绞刀系统对海淤泥清淤区进行搅动而形成的高浓度海淤泥浆液。具体地，所述海淤泥浆液的固相含量可以为5-20wt％。

在本发明中，步骤(1)中，所述海淤泥浆液经水力旋流器分离之后，底部得到粗颗粒砂，顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆。其中，所述粗颗粒砂可以经脱水(优选为真空带式过滤机脱水)之后直接作为建筑材料，也可以经脱水之后进一步采用淡水喷淋再作为建筑材料。所述细颗粒淤泥泥浆则采用污泥生物炭进行进一步调质处理。

在本发明中，步骤(2)中，利用污泥生物炭对细颗粒淤泥泥浆进行混合调质脱水，能够改变海淤泥的物理性能，提高其渗透速率以及脱水脱盐效果。其中，所述污泥生物炭可以为城市污水厂污泥经热解后得到的污泥热解生物炭。所述热解的条件通常包括热解温度可以为300-900℃，热解时间可以为0.5-1h。在混合调质过程中，所述污泥生物炭的用量优选为所述细颗粒淤泥泥浆重量的10-20wt％。此外，将所述细颗粒淤泥混合泥浆进行脱水的方式例如可以为机械压力脱水，具体可以为板框压滤脱水或高压带式压滤脱水。所述脱水所得的脱水液可以直接排放至海中。

在本发明中，步骤(3)中，当所述淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相直接作为绿化种植土；当所述淤泥固相中重金属含量超出国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相依次进行造粒、烘干、烧结、冷却，以制成陶粒。其中，所述造粒的条件优选使所得生球的直径为3-20mm。所述烘干的条件优选包括烘干温度为105-160℃，烘干时间为2-5h。所述烧结的条件优选包括烧结温度为1000-1150℃，时间为20-60min。所述冷却的方式优选为随炉冷却，冷却速率优选为20℃/min以下。

根据本发明的一种具体实施方式，所述海淤泥资源化利用方法包括以下步骤：

(1)通过挖泥船内的绞刀系统对海淤泥清淤区进行搅动而形成的高浓度海淤泥浆液，之后将其泵送至水力旋流器中进行分离，所述水力旋流器底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆；

(2)将所述粗颗粒砂经真空带式过滤机脱水之后作为建筑材料；将所述细颗粒淤泥泥浆引入调质池，并往该调质池中添加污泥生物炭，混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆进行机械压滤脱水，得到淤泥固相和脱水液；所述脱水液排放至海中；

(3)当所述淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相直接作为绿化种植土；当所述淤泥固相中重金属含量超出国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相依次进行造粒、烘干、烧结和冷却，以制成陶粒，从而实现海淤泥全流程资源化利用。

如图1所示，本发明提供的海淤泥资源化利用系统包括：水力旋流器2、1#脱水装置3、污泥生物炭储仓6、调质池8、2#脱水装置10、成型造粒机12、烘干机14、焙烧机16和冷却装置17；所述水力旋流器2的底流出口与所述1#脱水装置3的入口连通，所述水力旋流器2的顶部溢流口以及所述污泥生物炭储仓6的出口与所述调质池8的入口连通，所述调质池8的出口与所述2#脱水装置10的入口连通，所述2#脱水装置10的固相出口与所述成型造粒机12的入口连通，所述成型造粒机12的出口与所述烘干机14的入口连通，所述烘干机14的出口与所述焙烧机16的入口连通，所述焙烧机16的出口与所述冷却装置17的入口连通。当工作时，海淤泥泥浆引入水力旋流器2中进行分离，所述水力旋流器2底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆，所述粗颗粒砂引入1#脱水装置3中进行脱水之后作为建筑用砂外排，所述细颗粒淤泥泥浆和污泥生物炭引入调质池8中进行混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆引入2#脱水装置10中进行脱水，所得脱水液排入海中，所得淤泥固相中重金属含量若符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则直接作为绿化用土，所得淤泥固相中重金属含量若超出国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则引入成型造粒机12中进行造粒，造粒所得生球引入烘干机14中进行干燥，干燥产物引入焙烧机16中进行焙烧，焙烧产物引入冷却装置17中进行冷却，得到陶粒产品。

根据本发明的一种优选实施方式，所述1#脱水装置3的顶部设置有淡水喷淋装置4且所述海淤泥资源化利用系统还包括缓冲池5，所述淡水喷淋装置4用于对由所述1#脱水装置3生成的固相产物进行喷淋清洗，所述1#脱水装置3的滤液出口与所述缓冲池4的入口连通，所述缓冲池4中的水作为所述淡水喷淋装置4的循环水。此时能够将粗颗粒砂中的盐分充分去除，使其更适合作为建筑材料使用，并实现喷淋水的循环利用。

根据本发明的一种优选实施方式，所述冷却装置17采用空气直接冷却，且所述冷却装置17的空气出口与所述焙烧机16的燃料入口连通，以将被所述冷却装置17预热后的空气抽送至所述焙烧机16中作为燃料燃烧所需的空气，这样能够实现能源的有效利用；和/或，所述焙烧机16的烟气出口与所述烘干机14的能源入口连通，以将所述焙烧机16产生的烟气用作所述烘干机14烘干的能源，这样能够实现能源的有效利用；和/或，所述海淤泥资源化利用系统还包括尾气净化装置20，所述烘干机14的能源出口与所述尾气净化装置20的入口连通，以将尾气净化之后排放。

根据本发明的一种具体实施方式，如图1所示，本发明提供的海淤泥资源化利用系统包括：1#泵1、水力旋流器2、1#脱水装置(真空带式过滤机)3、淡水喷淋装置4、缓冲池5、污泥生物炭储仓6、定量给料装置7、调质池8、2#泵9、2#脱水装置(压滤脱水装置)10、1#皮带输送机11、成型造粒机12、2#皮带输送机13、烘干机14、3#皮带输送机15、焙烧机16、冷却装置17、1#风机18、2#风机19以及尾气净化装置20。海淤泥浆液经1#泵1输送进入水力旋流器2，水力旋流器2的底流出口与1#脱水装置3的入口连通且顶部溢流口与调质池8的入口连通，1#脱水装置3配有淡水喷淋装置4；1#脱水装置3生成的固相产物(海砂)经淡水喷淋装置4喷淋清洗之后用作建筑材料；1#脱水装置3的抽滤液相出口与缓冲池5的入口连通，缓冲池5中的水作为淡水喷淋装置4的循环水；污泥生物炭储仓6的出口与1#定量给料装置7的入口连通，1#定量给料装置7的出口与调质池8的入口连通；调质池8中的淤泥浆由2#泵9抽吸输送至2#脱水装置10中进行脱水，2#脱水装置10的出口产物(包括淤泥固相和脱水液，脱水液外排)中，若淤泥固相中重金属含量不超标，则可直接作为绿化土用于绿化种植；若淤泥固相中重金属含量超标，则由1#皮带输送机11输送至成型造粒机12中进行造粒，成型造粒机12的出口与2#皮带输送机13的入口连通，2#皮带输送机13的出口与烘干机14的入口连通，烘干机14的出口与3#皮带输送机15的入口连通，3#皮带输送机15的出口与焙烧机16的入口连通，焙烧机16的出口与冷却装置17的入口连通，冷却装置17的出口产物即为陶粒产品；冷却装置17采用空气直接冷却，同时被预热后的空气由1#风机18抽送至焙烧机16中作为焙烧机中燃料燃烧所需的空气；焙烧机16产生的烟气用作烘干机14直接烘干的能源，最终经2#风机19抽送至尾气净化装置20中净化后排放。

在本发明中，所述1#泵1和2#泵9均可以为普通泥浆泵。所述1#脱水装置3可以为真空带式过滤机，其真空度优选大于0.03MPa。所述1#皮带输送机11、2#皮带输送机13与3#皮带输送机15均可以为常规皮带输送机。所述污泥生物炭储仓6可以为普通钢仓。所述1#定量给料装置7可以为螺旋称。所述缓冲池5和调质池8均可以为配有搅拌装置的普通钢质泥浆池或混凝土质泥浆池。所述2#脱水装置10可以为压滤脱水装置，具体可以为板框压滤机或高压带式压滤机。所述成型造粒机12可以为圆盘造粒机、滚筒造粒机、对辊成型机或挤出造粒机。所述烘干机14可以为履带式干燥机、滚筒干燥机或烘箱。所述焙烧机16可以为回转窑或带式焙烧炉。所述冷却装置17可以为带式冷却机或滚筒冷却机。所述1#风机18可以为普通风机。所述2#风机19可以为高温风机。所述尾气净化装置20可以为湿法烟气净化装置、半干法烟气净化装置或干法烟气净化装置。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1污泥生物炭添加比例对于海淤泥浆液脱盐性能的影响

从某两处海域取海淤泥，将其经水力旋流器分离后得细颗粒淤泥泥浆1与细颗粒淤泥泥浆2，往这两种淤泥泥浆中分别添加0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％与25wt％的污泥生物炭进行混合调质，利用净水作为水源，进行淋滤脱盐实验，考察细颗粒淤泥泥浆中盐度<0.1％所需时间。所得结果如图2所示，从图2的结果可以看出，在同等条件下，添加不同比例生物炭与细颗粒淤泥泥浆混合淋滤后，盐度<0.1％所需时间呈先减少后增加趋势；在污泥生物炭添加比例为20％时获脱盐时间最短，效果最佳，与不添加污泥生物炭相比脱水脱盐效率能够提高1.82-2.05倍。这一结果佐证了污泥生物炭能在淤泥内部形成很好的排水通道，形成微骨架提高淤泥内部的压力传递效果，增大淤泥的孔隙，促进土体内“微小排水通道”的形成，加速淤泥在压滤的过程中的孔隙水压消散，大大增强淤泥的脱水效率，同时提高脱盐效果，这对于海淤泥资源化利用具有重要作用。

实施例2海淤泥中添加污泥生物炭对种植马尼拉草的影响

通过挖泥船内的绞刀系统对某海淤泥清淤区进行搅动而形成的固含量为20wt％的海淤泥浆液，之后将该海淤泥浆液采用水力旋流器进行分离，所述水力旋流器底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆。往所述细颗粒淤泥泥浆中分别加入0wt％和10wt％的污泥生物炭(该污泥生物炭为城市污水厂污泥于600℃下热解1h后得到的污泥热解生物炭)进行混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆进行板框压滤脱水，所得淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018。

考察该淤泥固相对种植马尼拉草的影响，具体地，以所述淤泥固相作为种植土放入上口径、高和下口径分别为20cm×17cm×14cm的塑料盆中，每盆装3.0kg，每个处理设3个重复，开展盆栽实验。将马尼拉草种子采用均匀撒播的方式播入该种植土中，每盆播种50粒种子，测定对马尼拉草发芽率的影响，所得结果如图3所示。待发芽后，每天记录发芽率和株高，整个种植周期36天后，测定马尼拉草在种植前后的生物量，所得结果见表1。

从图3可以看出，将往细颗粒淤泥泥浆中添加污泥生物炭混合调质脱水之后所得淤泥固相用于种植马尼拉草，有助于其萌发。当未添加污泥生物炭(对照组)时，发芽株数为39棵，发芽率为78％；当污泥生物炭的添加比例为10wt％(试验组)时，发芽株数为50棵，发芽率为100％，相比对照组发芽率提高了22％。表1的结果表明，当添加10wt％污泥生物炭时，马尼拉草鲜重增加60％，干重增加38％，说明利用污泥生物炭作为细颗粒淤泥泥浆调理剂，最终所得淤泥固相可以作为绿化种植土，达到保水增效的目标。

表1马尼拉草生物量

注：表1中，总鲜重、叶鲜重、根鲜重、总干重、叶干重和根干重均是指50株马尼拉草的总量，若马尼拉草未发芽，则以该马尼拉草的叶鲜重和叶干重为零，根鲜重和根干重为种子的鲜重和干重。

实施例3污泥生物炭调质海淤泥用于制备陶粒材料

通过挖泥船内的绞刀系统对某海淤泥清淤区进行搅动而形成的固含量为20wt％的海淤泥浆液，之后将该海淤泥泥浆采用水力旋流器进行分离，所述水力旋流器底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆。往所述细颗粒淤泥泥浆中加入20wt％的污泥生物炭(该污泥生物炭为城市污水厂污泥于600℃下热解1h后得到的污泥热解生物炭)进行混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆进行板框压滤脱水，所得淤泥固相中重金属含量超过国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018。将该淤泥固相成型制粒，获得生料颗粒，控制生料的直径为5-8mm；接下来将生料颗粒通过输送装置输送到温度为105℃的干燥装置中烘干3h，然后将干燥后的颗粒通过输送装置送入温度为1075℃高温预烧装置中高温烧结30min，最后将高温烧结后的颗粒送入冷却装置中冷却至室温，控制冷却速度低于10℃/min，得到陶粒材料。该陶粒材料的性能满足《轻集料及其试验方法GB/T17431.1-1998标准》，对该陶粒材料的重金属浸出特性进行检测，结果表明陶粒浸出液中各项重金属含量均远低于危险废物鉴别标准(GB/T 5083.3-2007)。以上结果说明，当将污泥生物炭作为海淤泥调理剂时，所得淤泥固相可以直接作为陶粒的生产原料，无需再添加其它辅料来调整海淤泥的化学组分，降低了海淤泥的处理成本；同时，所得陶粒材料无重金属含量超标的生态安全风险。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种海淤泥资源化利用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将海淤泥浆液采用水力旋流器进行分离，所述水力旋流器底流分离得到粗颗粒砂且顶部溢流得到细颗粒淤泥泥浆；

(2)将所述粗颗粒砂脱水之后作为建筑材料；将所述细颗粒淤泥泥浆与污泥生物炭进行混合搅拌调质，之后将所得细颗粒淤泥混合泥浆进行脱水，得到淤泥固相和脱水液；

(3)当所述淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相直接作为绿化种植土；当所述淤泥固相中重金属含量超出国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将所述淤泥固相依次进行造粒、烘干、烧结和冷却，以制成陶粒。

2.根据权利要求1所述的海淤泥资源化利用方法，其特征在于，步骤(1)中，所述海淤泥浆液为通过挖泥船内的绞刀系统对海淤泥清淤区进行搅动而形成的高浓度海淤泥浆液；所述海淤泥浆液的固相含量为5-20wt％。

3.根据权利要求1或2所述的海淤泥资源化利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所述污泥生物炭为城市污水厂污泥经热解后得到的污泥热解生物炭；优选地，所述热解的条件包括热解温度为300-900℃，热解时间为0.5-1h。

4.根据权利要求1或2所述的海淤泥资源化利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所述污泥生物炭的用量为所述细颗粒淤泥泥浆重量的10-20wt％。

5.根据权利要求1或2所述的海淤泥资源化利用方法，其特征在于，步骤(2)中，将所述粗颗粒砂进行脱水的方式为真空带式过滤机脱水；将所述细颗粒淤泥混合泥浆进行脱水的方式为板框压滤脱水或高压带式压滤脱水。

6.根据权利要求1或2所述的海淤泥资源化利用方法，其特征在于，步骤(3)中，所述造粒的条件使所得生球的直径为3-20mm；所述烘干的条件包括烘干温度为105-160℃，烘干时间为2-5h；所述烧结的条件包括烧结温度为1000-1150℃，烧结时间为20-60min；所述冷却的方式为随炉冷却，冷却速率为20℃/min以下。

7.一种海淤泥资源化利用系统，其特征在于，所述海淤泥资源化利用系统包括：水力旋流器、1#脱水装置、污泥生物炭储仓、调质池、2#脱水装置、成型造粒机、烘干机、焙烧机和冷却装置；所述水力旋流器的底流出口与所述1#脱水装置的入口连通，所述水力旋流器的顶部溢流口以及所述污泥生物炭储仓的出口与所述调质池的入口连通，所述调质池的出口与所述2#脱水装置的入口连通，所述2#脱水装置的固相出口与所述成型造粒机的入口连通，所述成型造粒机的出口与所述烘干机的入口连通，所述烘干机的出口与所述焙烧机的入口连通，所述焙烧机的出口与所述冷却装置的入口连通。

8.根据权利要求7所述的海淤泥资源化利用系统，其特征在于，所述1#脱水装置的顶部设置有淡水喷淋装置且所述海淤泥资源化利用系统还包括缓冲池，所述淡水喷淋装置用于对由所述1#脱水装置生成的固相产物进行喷淋清洗，所述1#脱水装置的滤液出口与所述缓冲池的入口连通，所述缓冲池中的水作为所述淡水喷淋装置的循环水。

9.根据权利要求7或8所述的海淤泥资源化利用系统，其特征在于，

所述冷却装置采用空气直接冷却，且所述冷却装置的空气出口与所述焙烧机的燃料入口连通，以将被所述冷却装置预热后的空气抽送至所述焙烧机中作为燃料燃烧所需的空气；和/或，

所述焙烧机的烟气出口与所述烘干机的能源入口连通，以将所述焙烧机产生的烟气用作所述烘干机烘干的能源；和/或，

所述海淤泥资源化利用系统还包括尾气净化装置，所述烘干机的能源出口与所述尾气净化装置的入口连通。

10.根据权利要求9所述的海淤泥资源化利用系统，其特征在于，

所述1#脱水装置为真空带式过滤机；

所述真空带式过滤机的真空度大于0.03MPa；

所述2#脱水装置为板框压滤机或高压带式压滤机；

所述缓冲池和调质池为配置有搅拌装置的普通钢质泥浆池或混凝土质泥浆池；

所述成型造粒机为圆盘造粒机、滚筒造粒机、对辊成型机或挤出造粒机；

所述烘干机为履带式干燥机、滚筒干燥机或烘箱；

所述焙烧机为回转窑或带式焙烧炉；

所述冷却装置为带式冷却机或滚筒冷却机；

所述尾气净化装置为湿法烟气净化装置、半干法烟气净化装置或干法烟气净化装置。