CN112979113A - 一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于重金属污染底泥修复技术领域，尤其涉及一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置包括：泥浆池，在所述泥浆池的设计位置插入阳极导电滤管和阴极导电滤管，所述支线主管一端与主线主管连接后与真空水汽分离泵及尾水处理装置连接，所述主线主管与空压机连接，所述支线主管另一端与主线主管连接后与板管除垢装置连接，两侧所述主管主线上均安装有球阀。本发明提供一种可以在无需建设阳极室与阴极室条件下，对底泥中的重金属离子进行去除并进行脱水固化减量，最终实现对污染底泥进行修复的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法。

Description

一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法
技术领域
本发明属于重金属污染底泥修复技术领域，尤其涉及一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法。
背景技术
现有技术和缺陷：
中国经济在过去数十年的工业化进程中，一直伴随着严峻的环境污染问题。如矿山、选矿行业的尾矿污水，有色金属加工业和钢铁厂的酸洗水，电镀厂镀件洗涤水，农药业、医药业、油漆业、颜料业、电解行业的工业废水，大都含有一定量的重金属离子，在被不法企业偷排入河湖水体环境中后，迅速在物理沉淀、化学吸附等作用下由液相转入固相，沉积在河湖底泥中，在环境条件发生改变时就可能别释放出来，形成二次污染。近年来，随着“两山理论”的提出，国家加大了对河湖环保治理的支持，黑臭水体治理项目越来越多，伴随生成的高含水率重金属污染泥浆成为了工程实施的难点与痛点。
针对此类泥浆，满足污染物减量去除的修复技术主要有植物修复技术、化学淋洗修复技术、电动修复技术。植物修复技术实施的关键是耐性植物或超积累植物的定向培育及条件优化，而针对超标倍率高或多种重金属均超标的复合污染，遴选难度大而且修复的时间较长，工程实施难度较大。化学淋洗修复技术是向泥浆中掺入表面活性剂或络合剂，将重金属从固相转入液相，再把包含污染物的液体从泥浆中提取出来，再进行分离和污水处理，实现污染物的去除，但是泥浆中污水提取的过程存在难度，如果直接用真空抽除，很可能出现水分被快速抽除而重金属再次与土颗粒结合导致修复效率低的问题。电动修复技术可以将泥浆溶液中的离子从阳极迁移到阴极，使重金属离子以沉淀物的形式富集在阴极，但仍需要进一步采取其他措施来去除，而且对富集在土颗粒上的重金属污染物去除效果差。因此，有必要开发一种能在有限的工期内实现高含水率重金属污染泥浆中污染物的高效去除，又能实现污染泥浆脱水减量的修复技术。
在本发明之前，中国发明专利(CN 111054741 A)公开了一种电动-淋洗联用技术修复重金属-有机物复合污染土壤的方法及装置，该装置把污染底泥放在修复室，把电极放入电极室，通过电动作用下使重金属离子进入电极室内后去除，该种方法适用于在工厂内的批量处理，对于大面积纳泥坑内的污染泥浆处置，工程实施的难度较大。中国发明专利(CN 111302580 A)公开了一种去除污泥中重金属的方法，该方法将电动淋洗与植物修复相结合，进一步降低污泥中的重金属含量，但该方法也存在阳极室、阴极室和污泥室，当面对大面积纳泥坑内的污染泥浆处置，工程实施的难度较大。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供一种可以在无需建设阳极室与阴极室条件下，对底泥中的重金属离子进行去除并进行脱水固化减量，最终实现对污染底泥进行修复的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以在无需建设阳极室与阴极室条件下，对底泥中的重金属离子进行去除并进行脱水固化减量，最终实现对污染底泥进行修复的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置包括：泥浆池，在所述泥浆池的设计位置插入阳极导电滤管和阴极导电滤管，所述阳极导电滤管的阳极导线和阴极导电滤管的阴极导电均与大功率稳压直流电供应装置连接，支线支管一端与阳极导电滤管或阴极导电滤管连接，另一端与变径四通接头连接，两端用管箍锁定，支线主管通过变径四通接头分段连接，所述支线主管一端与主线主管连接后与真空水汽分离泵及尾水处理装置连接，所述主线主管与空压机连接，所述支线主管另一端与主线主管连接后与板管除垢装置连接，两侧所述主管主线上均安装有球阀。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置中，进一步的，所述泥浆池的泥面与支线主管之间由下至上依次铺设有一层编织土工布、双层荆芭、一层编织土工布，在所述支线主管上方由下至上依次铺设有一层无纺土工布、三层密封膜。
在上述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置中，进一步的，所述泥浆池上游设有搅拌池，所述搅拌池内设碎屑筛，泥浆通过输送管道输送入碎屑筛中，经所述碎屑筛过滤后的泥浆进入搅拌池内，所述搅拌池内的泥浆通过泥浆泵输送到泥浆池内。
在上述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置中，进一步的，所述阳极导电滤管和阴极导电滤管的外壁为滤膜，滤膜内部为导电塑料热塑而成的打孔滤管，所述导电塑料基材主要由聚乙烯、炭黑和石墨按比例共混、热塑而成，其侧壁按1cm行距打孔，孔径3mm，其两侧封装导电滤管铜线。
滤膜用于过滤水分；导电滤管铜线用于传递电流。
在上述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置中，进一步的，所述阳极导电滤管和阴极导电滤管插入泥浆中的厚度D＝泥浆厚度S-根据含水率变化估算的底泥沉降量H。
现场实施时滤管插入泥浆中的厚度要考虑底泥在重金属修复去除阶段沉降变形带来的影响。
在上述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置中，进一步的，所述支线主管、支线支管、主线主管的材质均为PVC树脂螺旋管。
PVC树脂螺旋管可以承受真空负压和空压机正压，且不会受HAC(乙酸)溶液的腐蚀。
施工过程：(1)用泥浆泵对清淤后的泥浆进行输送，在输送管道内，根据重金属污染物的类型和含量，掺入适当浓度的EDTA络合剂；(2)泥浆被输送入碎屑筛中，过滤掉原泥中的碎石和输送过程中形成的黏土球；(3)被过滤的污染泥浆进入搅拌池中进行搅拌，搅拌均匀后用泥浆泵输送到泥浆池中；(4)泥浆充满泥浆池后，静置72h，排除表面积水进入尾水处理装置；(5)在泥面铺设一层编织土工布(150g/m2)、双层荆芭、一层编织土工布(150g/m2)；(6)在设计位置插入阳极导电滤管和阴极导电滤管，连接阳极导线和阴极导电，导线连接至场地外，与大功率稳压直流电供应装置连接；(7)把支线支管的一端与阳极导电滤管或阴极导电滤管连接，并用管箍锁定，另一端与变径四通接头连接，并用管箍锁定；(8)把支线主管与变径四通接头分段连接，之后一侧与主线主管连接后，进一步与真空水汽分离泵、空压机及尾水处理装置连接，另一侧与主线主管连接后，与板管除垢装置连接，在两侧的主管主线上，均安装有球阀；(9)管道铺设完成后，在管道上部铺设一层无纺土工布，三层密封膜进行场地密封。
一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法采用了上述任一项所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法包括以下步骤：
步骤一：重金属修复去除，所述重金属修复去除阶段包括以下步骤：(1)开启大功率稳压直流电供应装置，外加电压在50V～70V之间，驱动土壤中的重金属阳离子从阳极向阴极移动；(2)开启真空水汽分离泵，关闭阳极管区支线主管上及板管除垢装置上的阀门，开启阴极管区支线主管上的阀门，控制支线主管内部的真空负压在20～30kPa，对阴极附近的含重金属污水进行抽除；(3)当排水速率降为初始排水速率的0.1～0.2倍时，此时在阴极导电滤管周围、管内及支线支管的内壁，会形成重金属离子的氢氧化物沉淀，依次开启板管除垢装置、阴极管区支线主管上的球阀，管内的真空负压会将板管除垢装置内的HAC(乙酸)溶液输送到阴极导电滤管、支线主管、支线支管、主线主管内；(4)待HAC(乙酸)溶液充满后，关闭真空水汽分离泵，让HAC(乙酸)溶液与板、管内的沉淀物反应6小时，之后重新开启真空水汽分离泵，抽除管内溶液，根据沉淀物在管周围及内部结垢情况，重复步骤(3)与步骤(4)，根据过程中检测结果，当底泥中的重金属污染物的含量低于修复目标值时，此步骤完成；
步骤二：脱水减量，所述脱水减量阶段包括以下步骤：(1)由于底泥细颗粒附着在滤膜上，形成淤堵，导致排水速率明显下降，关闭真空水汽分离泵及其管上阀门，开启空压机及其管上阀门，关闭板管除垢装置一侧的球阀，给管内施加空气压力，压力在50kPa左右，将滤管周围的土柱吹裂，之后关闭空压机及其管上阀门；(2)开启阳极管区支线主管上的阀门，关闭板管除垢装置上的阀门，开启真空泵水汽分离泵对修复后的底泥进行脱水处理，根据过程中的检测结果，当底泥含水率低于转运、填埋要求的目标值后，回收阳极导电滤管和阴极导电滤管，此步骤结束。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
1、本发明对于高含水率的重金属污染底泥，本发明把重金属污染底泥的修复和脱水减量处置一体化，先进行重金属污染物的减量，再进行脱水减量，脱水后的底泥可不再作为固废或者危废进行特殊处置，进一步打通底泥资源化利用途径。此外，对比于其他类似方法，本发明无需设置阳极室和阴极室，在导电滤管内部，定期补充HAC(乙酸)溶液清除重金属离子的沉淀物，实现污染物的去除，整个修复过程得到进一步简化，便于工程化实施。该技术能更好地满足了市场需求，在实际工程中具有较大的推广价值。
2、本发明综合了化学淋洗技术、电动修复技术、真空脱水技术、化学除垢及逆向增压破除“土柱”等多项技术。具体实施时，与EDTA络合剂混合的污染泥浆被输送进泥浆池过滤并搅拌均匀后，在电渗和真空负压双重作用下，重金属离子部分在阴极管周围形成沉淀，部分被管网抽入进入污水处理装置处理，通过阶段性地向管网内输送HAC(乙酸)溶液进行除垢，将阴极管和管网内的重金属沉淀物进一步溶解去除，实现重金属污染底泥修复的目的；修复完成的底泥通过真空预压进行脱水，为了避免细颗粒底泥堵塞滤膜，逆向增压反吹滤管，把滤管周围形成的土柱吹裂，提高了底泥脱水的速度和效果。本发明修复过程无需特制的阳极室和阴极室，可以实现重金属污染底泥修复、脱水减量一体化施工，具有一定的推广价值。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明河湖重金属污染底泥电助淋洗修复系统的平面图；
图2为本发明河湖重金属污染底泥电助淋洗修复系统的剖面图；
图3为本发明导电滤管平面图；
图4位本发明导电滤管A-A剖面图；
图5为本发明导电滤管B-B剖面图。
图中：1为阳极导线，2为阴极导线，3为阳极导电滤管，4为阴极导电滤管，5为变径四通接头，6为管箍，7为球阀，8为支线主管，9为支线支管，10为主线主管，11为真空水汽分离泵，12为尾水处理装置，13为板管除垢装置，14为空压机，15为大功率稳压支流电供应装置，16为输送管道，17为碎屑筛，18为搅拌池，19为泥浆泵，20为编织土工布，21为双层荆芭，22为编织土工布，23为无纺土工布，24为密封膜，25为泥浆池，26为中空排水孔，27为滤孔，28为滤膜，29为导电塑料基材，30为导电滤管铜线。
具体实施方式
下面就结合图1至图5具体说明本发明。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例一：
一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置包括：泥浆池，在所述泥浆池的设计位置插入阳极导电滤管和阴极导电滤管，所述阳极导电滤管的阳极导线和阴极导电滤管的阴极导电均与大功率稳压直流电供应装置连接，支线支管一端与阳极导电滤管或阴极导电滤管连接，另一端与变径四通接头连接，两端用管箍锁定，支线主管通过变径四通接头分段连接，所述支线主管一端与主线主管连接后与真空水汽分离泵及尾水处理装置连接，所述主线主管与空压机连接，所述支线主管另一端与主线主管连接后与板管除垢装置连接，两侧所述主管主线上均安装有球阀。
更进一步来讲，还可以在实施例中考虑，所述泥浆池的泥面与支线主管之间由下至上依次铺设有一层编织土工布、双层荆芭、一层编织土工布，在所述支线主管上方由下至上依次铺设有一层无纺土工布、三层密封膜。
需要指出的是，所述泥浆池上游设有搅拌池，所述搅拌池内设碎屑筛，泥浆通过输送管道输送入碎屑筛中，经所述碎屑筛过滤后的泥浆进入搅拌池内，所述搅拌池内的泥浆通过泥浆泵输送到泥浆池内。
更进一步来讲，还可以在实施例中考虑，所述的阳极导电滤管3和阴极导电滤管4外形见附图3～附图5，外壁为滤膜28，用于过滤水分；中间为中空的导电塑料基材29，由聚乙烯、炭黑和石墨按比例共混、热塑而成，其侧壁按1cm行距打孔，孔径3mm，其两侧封装导电滤管铜线30，用于传递电流；现场实施时滤管插入泥浆中的厚度要考虑底泥在重金属修复去除阶段沉降变形带来的影响，即插入泥浆中的厚度D＝泥浆厚度S-根据含水率变化估算的底泥沉降量H。
需要指出的是，所述的支线主管8、支线支管9、主线主管10，材质为PVC树脂螺旋管，可以承受真空负压和空压机正压，且不会受HAC(乙酸)溶液的腐蚀。
施工过程：(1)用泥浆泵对清淤后的泥浆进行输送，在输送管道16内，根据重金属污染物的类型和含量，掺入适当浓度的EDTA络合剂；(2)泥浆被输送入碎屑筛17中，过滤掉原泥中的碎石和输送过程中形成的黏土球；(3)被过滤的污染泥浆进入搅拌池18中进行搅拌，搅拌均匀后用泥浆泵19输送到泥浆池25中；(4)泥浆充满泥浆池25后，静置72h，排除表面积水进入尾水处理装置12；(5)在泥面铺设一层编织土工布20(150g/m2)、双层荆芭21、一层编织土工布22(150g/m2)；(6)在设计位置插入阳极导电滤管3和阴极导电滤管4，连接阳极导线1和阴极导电2，导线连接至场地外，与大功率稳压直流电供应装置15连接；(7)把支线支管9的一端与阳极导电滤管3或阴极导电滤管4连接，并用管箍6锁定，另一端与变径四通接头5连接，并用管箍6锁定；(8)把支线主管8与变径四通接头5分段连接，之后一侧与主线主管10连接后，进一步与真空水汽分离泵11、空压机14及尾水处理装置12连接，另一侧与主线主管10连接后，与板管除垢装置13连接，在两侧的主管主线10上，均安装有球阀7；(9)管道铺设完成后，在管道上部铺设一层无纺土工布23，三层密封膜24进行场地密封。
实施例二：
一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法采用了上述任一项所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法包括以下步骤：
重金属修复去除阶段，采用如下的方案：(1)开启大功率稳压直流电供应装置15，外加电压在50V～70V之间，驱动土壤中的重金属阳离子从阳极向阴极移动；(2)开启真空水汽分离泵11，关闭阳极管区支线主管上及板管除垢装置13上的阀门，开启阴极管区支线主管上的阀门，控制支线主管8内部的真空负压在20～30kPa，对阴极附近的含重金属污水进行抽除；(3)当排水速率降为初始排水速率的0.1～0.2倍时，此时在阴极导电滤管4周围、管内及支线支管9的内壁，会形成重金属离子的氢氧化物沉淀，依次开启板管除垢装置13、阴极管区支线主管8上的球阀7，管内的真空负压会将板管除垢装置13内的HAC(乙酸)溶液输送到阴极导电滤管4、支线主管8、支线支管9、主线主管10内；(4)待HAC(乙酸)溶液充满后，关闭真空水汽分离泵11，让HAC(乙酸)溶液与板、管内的沉淀物反应6小时，之后重新开启真空水汽分离泵11，抽除管内溶液，根据沉淀物在管周围及内部结垢情况，重复步骤(3)与步骤(4)，根据过程中检测结果，当底泥中的重金属污染物的含量低于修复目标值时，此阶段完成。
脱水减量阶段，采用如下的方案：(1)由于底泥细颗粒附着在滤膜上，形成淤堵，导致排水速率明显下降，关闭真空水汽分离泵11及其管上阀门，开启空压机14及其管上阀门，关闭板管除垢装置13一侧的球阀，给管内施加空气压力，压力在50kPa左右，将滤管周围的土柱吹裂，之后关闭空压机14及其管上阀门；(2)开启阳极管区支线主管8上的阀门，关闭板管除垢装置13上的阀门，开启真空泵水汽分离泵11对修复后的底泥进行脱水处理，根据过程中的检测结果，当底泥含水率低于转运、填埋要求的目标值后，回收阳极导电滤管3和阴极导电滤管4，此阶段结束。
综上所述，本发明提供一种可以在无需建设阳极室与阴极室条件下，对底泥中的重金属离子进行去除并进行脱水固化减量，最终实现对污染底泥进行修复的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置及方法。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置包括：泥浆池，在所述泥浆池的设计位置插入阳极导电滤管和阴极导电滤管，所述阳极导电滤管的阳极导线和阴极导电滤管的阴极导电均与大功率稳压直流电供应装置连接，支线支管一端与阳极导电滤管或阴极导电滤管连接，另一端与变径四通接头连接，两端用管箍锁定，支线主管通过变径四通接头分段连接，所述支线主管一端与主线主管连接后与真空水汽分离泵及尾水处理装置连接，所述主线主管与空压机连接，所述支线主管另一端与主线主管连接后与板管除垢装置连接，两侧所述主管主线上均安装有球阀。
2.根据权利要求1所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述泥浆池的泥面与支线主管之间由下至上依次铺设有一层编织土工布、双层荆芭、一层编织土工布，在所述支线主管上方由下至上依次铺设有一层无纺土工布、三层密封膜。
3.根据权利要求1所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述泥浆池上游设有搅拌池，所述搅拌池内设碎屑筛，泥浆通过输送管道输送入碎屑筛中，经所述碎屑筛过滤后的泥浆进入搅拌池内，所述搅拌池内的泥浆通过泥浆泵输送到泥浆池内。
4.根据权利要求1所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述阳极导电滤管和阴极导电滤管的外壁为滤膜，中间为中空的导电塑料基材，所述导电塑料基材主要由聚乙烯、炭黑和石墨按比例共混、热塑而成，其侧壁按1cm行距打孔，孔径3mm，其两侧封装导电滤管铜线。
5.根据权利要求1所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述阳极导电滤管和阴极导电滤管插入泥浆中的厚度D＝泥浆厚度S-根据含水率变化估算的底泥沉降量H。
6.根据权利要求1所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，其特征在于：所述支线主管、支线支管、主线主管的材质均为PVC树脂螺旋管。
7.一种河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法，其特征在于：所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法采用了权利要求1-6任一项所述的河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量装置，所述河湖重金属污染底泥电助淋洗修复减量方法包括以下步骤：
步骤一：重金属修复去除，所述重金属修复去除阶段包括以下步骤：(1)开启大功率稳压直流电供应装置，外加电压在50V～70V之间，驱动土壤中的重金属阳离子从阳极向阴极移动；(2)开启真空水汽分离泵，关闭阳极管区支线主管上及板管除垢装置上的阀门，开启阴极管区支线主管上的阀门，控制支线主管内部的真空负压在20～30kPa，对阴极附近的含重金属污水进行抽除；(3)当排水速率降为初始排水速率的0.1～0.2倍时，此时在阴极导电滤管周围、管内及支线支管的内壁，会形成重金属离子的氢氧化物沉淀，依次开启板管除垢装置、阴极管区支线主管上的球阀，管内的真空负压会将板管除垢装置内的乙酸溶液输送到阴极导电滤管、支线主管、支线支管、主线主管内；(4)待乙酸溶液充满后，关闭真空水汽分离泵，让乙酸溶液与板、管内的沉淀物反应6小时，之后重新开启真空水汽分离泵，抽除管内溶液，根据沉淀物在管周围及内部结垢情况，重复步骤(3)与步骤(4)，根据过程中检测结果，当底泥中的重金属污染物的含量低于修复目标值时，此步骤完成；
步骤二：脱水减量，所述脱水减量阶段包括以下步骤：(1)由于底泥细颗粒附着在滤膜上，形成淤堵，导致排水速率明显下降，关闭真空水汽分离泵及其管上阀门，开启空压机及其管上阀门，关闭板管除垢装置一侧的球阀，给管内施加空气压力，压力在50kPa左右，将滤管周围的土柱吹裂，之后关闭空压机及其管上阀门；(2)开启阳极管区支线主管上的阀门，关闭板管除垢装置上的阀门，开启真空泵水汽分离泵对修复后的底泥进行脱水处理，根据过程中的检测结果，当底泥含水率低于转运、填埋要求的目标值后，回收阳极导电滤管和阴极导电滤管，此步骤结束。
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