CN111018278A - 底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统及方法,其包括EKG排水板、排水支管、排水主管、真空水气分离器、电极连接电路、真空泵、抽水泵、重金属治理试剂添加系统,EKG排水板的基板插于底泥中,真空气水分离器具有进水口、抽气口和抽水口,进水口与排水主管可拆卸地连接,抽气口与真空泵通过管路连接,抽水口与抽水泵连接,重金属治理试剂添加系统包括盛装有试剂的容器及试剂泵,容器通过管路与试剂泵的输入端连接,试剂泵的输出端与排水主管连接,待处理底泥上从下至上依次覆盖有砂垫层、土工布层和真空密封膜层。本发明实现了重金属底泥处理中的持续排水,缩短了底泥固化周期,改善了底泥加固效果,降低了固化成本。
Description
技术领域
本发明涉及底泥重金属污染治理和脱水固化的技术领域。
背景技术
与有机物不同,重金属无法被微生物降解,且能够富集在生物体内,因此重金属污染物潜在危害性大。由泥沙、黏土、有机质及各种矿物混合形成的底泥,经过一系列物理化学、生物、水体传输等作用而沉积于水体底部形成。重金属一旦进入水体,可通过吸附、络合、沉淀等作用,富集在河床表层底泥中,其在底泥中的含量可超过上覆水体含量数个数量级,成为水体重金属的储存库和归宿。底泥中的重金属具有不可逆性和长期性等特性,当环境条件发生变化时,部分重金属可能会通过解吸、溶解、氧化还原等作用,从底泥中释放出来,使水体溶液的重金属浓度增高,引起水体二次污染。底泥中重金属的不断积累不仅对水生生物、沿河居民饮用水和农田安全灌溉构成严重威胁,还可能通过食物链危害人体健康。因此,对重金属污染底泥安全处置显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时实现底泥重金属污染治理和脱水固法的系统及方法。
为实现发明的目的,本发明采用的技术方案是:
底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其包括:EKG排水板、排水支管、排水主管、真空水气分离器、电极连接电路、真空泵、抽水泵、重金属治理试剂添加系统,
EKG排水板的基板插于经抽走河涌水的待处理底泥中,EKG排水板的板头贯穿过铺设于底泥上的砂垫层并与排水支管连接,EKG排水板的电极与电极连接电路连接,
若干排水支管汇集于排水主管,排水主管具有可拆卸连接的管接头,
真空气水分离器具有进水口、抽气口和抽水口,进水口与排水主管的管接头可拆卸地连接,抽气口与真空泵通过管路连接,抽水口与抽水泵连接,
重金属治理试剂添加系统包括盛装有用于重金属治理的试剂的容器及试剂泵,容器通过管路与试剂泵的输入端连接,试剂泵的输出端与排水主管的可拆卸连接的管接头连接,待处理底泥上从下至上依次覆盖有砂垫层、土工布层和真空密封膜层。
优选地,EKG排水板在距离河涌两端各三分之一的位置、横向间隔1m设置且竖立插入待处理的重金属污染底泥中,分别通过导线与直流稳压电源连接。
优选地,EKG排水板插入底泥前底端做封口处理。
优选地,真空密封膜层周边被袋装土压实。
优选地,所述排水主管布设于砂垫层中。
优选地,相邻的两根EKG排水板用PVC钢丝软管与三通密封接头连接,并通过PVC钢丝软管将三通密封接头连通在一起作为排水支管,每条排水支管通过专用小四通汇集至排水主管。
优选地,排水主管上开设有多个小孔以用于与排水支管连接。
底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复方法,其使用如上任一所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统并包括以下步骤:
(1)将待处理底泥所在的河涌水抽走;
(2)插设EKG排水板;
(3)对待处理的重金属底泥表面自下而上铺设砂垫层、土工布层和真空密封膜层,真空密封膜层周边用袋装土压实;
(4)EKG排水板的板头贯穿过砂垫层,并与排水支管连接,EKG排水板的电极与电极连接电路连接;
(5)安置并连接好重金属治理试剂添加系统;
(6)将排水主管与重金属治理试剂添加系统的试剂泵通过管道连接,通过排水主管、排水支管向EKG排水板排水通道加入助于底泥重金属释放的试剂;
(7)待试剂与底泥内的物质反应一天后,拆除排水主管与重金属治理试剂添加系统的连接;
(8)将排水主管通过位于密封系统外的管路连接至真空水气分离器的进水口,真空泵通过真空管连接真空水气分离器的抽气口,抽水泵通过水管连接真空水气分离器的抽水口;
(9)启动真空泵进行抽真空;
(10)当真空水气分离器中水位高于四分之三水箱高时,开启抽水泵,低于四分之一水箱高时,关闭抽水泵;
(11)当底泥固化程度达到设计要求时,停机;
(12)将抽出来的含重金属污水交由有资质的公司进行进一步的处理。
优选地,所述试剂包括浓度为0.5mol/L的MgCl2、0.25mol/L的KCl和0.1mol/LNa2SO4,依次从容器中通过试剂泵泵入排水主管中。
本发明利用电渗联合真空预压的方式同时实现底泥的脱水固化和重金属污染治理,在抽真空之前先通过EKG排水板通入重金属治理试剂,随后再进行抽真空,底泥中的重金属离子受到电磁场作用汇集于排水板,与底泥中的自由水在真空负压的作用下通过排水通道排出。水分子带极性,在电渗作用下,由阳极向阴极移动,电渗作用增大了水分子的活性,加快了渗透速度,同时还促使底泥中的弱结合水脱离底泥颗粒的束缚,进一步降低底泥的含水率,加速排水。
本发明通过电渗联合真空预压实现了重金属底泥处理中的持续排水,缩短了底泥固化周期,改善了底泥加固效果,降低了固化成本,且其工艺设备少、操作简单、适用范围广、工艺成熟,具有较好的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明的用于底泥重金属污染治理联合脱水固化的一体式原位修复处理系统的立体示意图。
图2为底泥、砂垫层、土工布层和真空密封膜层分布的立面示意图。
图3为EKG排水板及测量固化修复后底泥的采样点的平面布置示意图。
图4为真空水气分离器立面示意图。
图5a为EKG排水板的正面示意图。
图5b为EKG排水板的俯向示意图。
其中:1-底泥、2-EKG排水板、2.1-基板、2.2-电极、3-砂垫层、4-导线、5-直流稳压电源、6-万能表、7-土工布层、8-真空密封膜层、9-袋装土、10-PVC钢丝软管、11-三通密封接头、12-排水支管、13-专用小四通、14-排水主管、15-真空水气分离器、15.1-进水口、15.2-抽气口、15.3-抽水口、15.4-箱内水位线、15.5-底座、15.6-压力传感器、15.7-止回阀、16-真空泵、17-真空管、18-抽水泵、19-水管、20-底泥表面、21-固化后采样点位、22-容器。
具体实施方式
如图1所示为本发明的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其包括:EKG排水板、排水支管、排水主管、真空水气分离器、电极连接电路、真空泵、抽水泵、重金属治理试剂添加系统,等。
EKG排水板由两面均设有凹槽的基板、铜丝和滤膜等组成,基板由导电塑料制成,铜丝贯穿其中。EKG排水板不易腐蚀,具有导电、过滤及排水的功能,因而不仅可以用作电极,还可以作为排水与传递真空度的通道。将EKG排水板2的基板2.1插于待处理底泥中,EKG排水板的板头贯穿过铺设于底泥上的砂垫层并与排水支管12连接,EKG排水板的电极2.2与电极连接电路连接。若干排水支管汇集于排水主管14,排水主管具有可拆卸连接的管接头。
真空气水分离器15具有进水口15.1、抽气口15.2和抽水口15.3,进水口15.1与排水主管的管接头可拆卸地连接,抽气口与真空泵17通过管路连接,抽水口与抽水泵18连接。
重金属治理试剂添加系统包括盛装有用于重金属治理的试剂的容器22及试剂泵,容器通过管路与试剂泵的输入端连接,试剂泵的输出端与排水主管的可拆卸连接的管接头连接。
待处理底泥1表面从下至上依次覆盖有砂垫层3、土工布层7和真空密封膜层8。
本发明按以下步骤实施:
(1)将待处理底泥所在的河涌水抽走;
(2)对EKG排水板2的底端做封口处理,插设EKG排水板,EKG排水板2作为阳极和阴极,以距离河涌两端各三分之一的位置、横向间隔1m设置且竖立插入待处理的底泥1中;
(3)对待处理的底泥1表面自下而上按需要设置高为500mm的砂垫层3、高为200mm的土工布层7和高为10mm的真空密封膜层8,真空密封膜层周边用袋装土压实;
(4)EKG排水板的板头贯穿过砂垫层,并与排水支管连接,EKG排水板的电极通过导线4与直流稳压电源5及万能表6连接;每两根EKG排水板2用PVC钢丝软管10与三通密封接头11连接,依此将所有EKG排水板2连接好,然后用PVC钢丝软管10将三通密封接头11连接在一起作为排水支管12,每条排水支管12通过专用小四通13汇集至排水主管14中;
(5)将重金属治理试剂添加系统的容器与试剂泵进行连接,容器中依次注入浓度为0.5mol/L的MgCl2、0.25mol/L的KCl、0.1mol/L的Na2SO4,每样试剂向排水板注入完成后再注入下一种试剂,以助于底泥重金属释放;
(6)将排水主管与重金属治理试剂添加系统的试剂泵通过管道连接,通过排水主管、排水支管向EKG排水板排水通道加入助于底泥重金属释放的试剂;
(7)待试剂与底泥内的物质反应一天后,拆除排水主管与重金属治理试剂添加系统的连接;
(8)将布置于砂垫层的排水主管通过位于密封膜外的管路连接至真空水气分离器的进水口,真空泵通过真空管连接真空水气分离器的抽气口,抽水泵通过水管连接真空水气分离器的抽水口;
(9)启动真空泵进行抽真空,并实时监控底泥排水固化状态;
(10)当真空水气分离器中水位高于四分之三水箱高时,开启抽水泵,低于四分之一水箱高时,关闭抽水泵;
(11)当底泥固化程度达到设计要求时,停机;
(12)分别测试固化后的底泥表层、中层和底层距排水板阴阳两极不同距离处的底泥含水率、重金属含量、PH值和十字剪切强度,将抽出来的含重金属污水交由有资质的公司进行进一步的处理。
Claims (9)
1.底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于包括:EKG排水板、排水支管、排水主管、真空水气分离器、电极连接电路、真空泵、抽水泵、重金属治理试剂添加系统,
EKG排水板的基板插于经抽走河涌水的待处理底泥中,EKG排水板的板头贯穿过铺设于底泥上的砂垫层并与排水支管连接,EKG排水板的电极与电极连接电路连接,
若干排水支管汇集于排水主管,排水主管具有可拆卸连接的管接头,
真空气水分离器具有进水口、抽气口和抽水口,进水口与排水主管的管接头可拆卸地连接,抽气口与真空泵通过管路连接,抽水口与抽水泵连接,
重金属治理试剂添加系统包括盛装有用于重金属治理的试剂的容器及试剂泵,容器通过管路与试剂泵的输入端连接,试剂泵的输出端与排水主管的可拆卸连接的管接头连接,
待处理底泥上从下至上依次覆盖有砂垫层、土工布层和真空密封膜层。
2.根据权利要求1所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:EKG排水板在距离河涌两端各三分之一的位置、横向间隔1m设置且竖立插入待处理的重金属污染底泥中,分别通过导线与直流稳压电源连接。
3.根据权利要求1所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:EKG排水板插入底泥前底端做封口处理。
4.根据权利要求1所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:真空密封膜层周边被袋装土压实。
5.根据权利要求1所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:所述排水主管布设于砂垫层中。
6.根据权利要求1所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:相邻的两根EKG排水板用PVC钢丝软管与三通密封接头连接,并通过PVC钢丝软管将三通密封接头连通在一起作为排水支管,每条排水支管通过专用小四通汇集至排水主管。
7.根据权利要求6所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统,其特征在于:排水主管上开设有多个小孔以用于与排水支管连接。
8.底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复方法,其特征在于使用如权利要求1~7任一所述的底泥重金属污染治理联合脱水固化的原位修复系统并包括以下步骤:
(1)将待处理底泥所在的河涌水抽走;
(2)插设EKG排水板;
(3)对待处理的重金属底泥表面自下而上铺设砂垫层、土工布层和真空密封膜层,真空密封膜层周边用袋装土压实;
(4)EKG排水板的板头贯穿过砂垫层,并与排水支管连接,EKG排水板的电极与电极连接电路连接;
(5)安置并连接好重金属治理试剂添加系统;
(6)将排水主管与重金属治理试剂添加系统的试剂泵通过管道连接,通过排水主管、排水支管向EKG排水板排水通道加入助于底泥重金属释放的试剂;
(7)待试剂与底泥内的物质反应一天后,拆除排水主管与重金属治理试剂添加系统的连接;
(8)将排水主管通过位于密封系统外的管路连接至真空水气分离器的进水口,真空泵通过真空管连接真空水气分离器的抽气口,抽水泵通过水管连接真空水气分离器的抽水口;
(9)启动真空泵进行抽真空;
(10)当真空水气分离器中水位高于四分之三水箱高时,开启抽水泵,低于四分之一水箱高时,关闭抽水泵;
(11)当底泥固化程度达到设计要求时,停机;
(12)将抽出来的含重金属污水交由有资质的公司进行进一步的处理。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述试剂包括浓度为0.5mol/L的MgCl2、0.25mol/L的KCl和0.1mol/L Na2SO4,依次从容器中通过试剂泵泵入排水主管中。
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