CN113371956B - 一种地表水体底泥的处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种地表水体底泥的处理方法，包括在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层；在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物。本发明提供的上述地表水体底泥的处理方法，能够将河湖底泥的清除和底泥中有机质的利用结合起来，降低运输和处理成本，同时有效提高水生植物对水质的净化能力，有效解决水体富营养化的问题。

Description

一种地表水体底泥的处理方法

技术领域

本发明属于环境生态工程技术领域，特别是涉及一种地表水体底泥的处理方法。

背景技术

随着社会的发展，城市河流和湖泊出现了污染，因此，水污染的生态修复成为当前的一个亟待解决的问题。目前国内外针对河流或湖泊修复的方法较多，但是河湖底泥利用技术较少，而河湖底泥污染物的释放是河湖水质污染一个主要原因。现有的方法一般是清淤后将底泥运输到其他地方，但这种方式的运输和处理成本都比较高，处理难度比较大，还容易带来二次污染。这种河湖底泥是河湖在运行过程中产生的沉积物，含有氮、磷和有机质等，释放到水体中，就会加速污染，清除后相当于去除污染源，同时作为植物的养分利用，能够实现资源化，但是，需要避免河湖底泥在利用过程中产生二次污染。

具体的，当前对河湖底泥的处理，主要是清淤后作为树木的肥料进行利用，但是底泥覆盖只能在运行的短期进行，不能维持长期稳定，坡面利用量有限，而剩余的大量污泥的处理难度大，在长距离运输的过程中，不仅对环境造成污染，运输费用也比较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种地表水体底泥的处理方法，将河湖底泥的清除和底泥中有机质的利用结合起来，降低运输和处理成本，同时有效提高水生植物对水质的净化能力，有效解决水体富营养化的问题。

本发明提供的一种地表水体底泥的处理方法，包括：

在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；

将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层；

在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述设置底泥处理区包括：

设置与岸边相邻的第一底泥处理区和与地表水体相邻的第二底泥处理区，二者之间利用桩体相隔且均包括位于底部的固定层和所述固定层上的隔离层，所述隔离层上面用于放置底泥。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层包括：

将底泥放入所述第一底泥处理区并将陶粒与所述底泥混合，形成混合基质层，所述混合基质层的上表面水深为0米至0.5米。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层包括：

将底泥放入所述第二底泥处理区形成底层基质层；

在所述底层基质层的上面放入底泥并将污泥生物炭与所述底泥混合，形成中层基质层；

在所述中层基质层的上面放入粉细砂，形成上层基质层，所述上层基质层的厚度为0.05米至0.1米，所述上层基质层的上表面低于所述第一底泥处理区中的所述混合基质层的上表面0.2米至0.5米。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，还包括：

利用所述底泥与净水厂污泥按1:0.55至1:0.25的干物质比例均匀混合后在1050℃至1100℃条件下加热2.7小时至3.2小时制备所述陶粒。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，还包括：

利用所述底泥在500℃至650℃条件下加热4.5小时至5.0小时制备所述污泥生物炭。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物包括：

在所述第一底泥处理区的混合层上面种植浮水植物；

在所述第二底泥处理区的混合层上面种植挺水植物。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述固定层为毛石砌筑层，所述隔离层为水泥砂浆层。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述混合基质层中的陶粒的粒径为5毫米至10毫米，且所述陶粒掺入量为底泥的15％至25％。

优选的，在上述地表水体底泥的处理方法中，所述在所述底层基质层的上面放入底泥并将污泥生物炭与所述底泥混合，形成中层基质层包括：

在所述底层基质层的上面放入底泥并将粒径为3毫米至8毫米的污泥生物炭与所述底泥混合，形成所述中层基质层，所述污泥生物炭的占比为所述中层基质层的15％至20％。

通过上述描述可知，本发明提供的上述地表水体底泥的处理方法，由于包括在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层；在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物，因此无需将底泥运输到其他地方，降低了运输和处理成本，而且将河湖底泥的清除和底泥中有机质的利用结合起来，同时有效提高水生植物对水质的净化能力，有效解决水体富营养化的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种地表水体底泥的处理方法的实施例的示意图；

图2为本发明提供的地表水体底泥的处理装置的剖面图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种地表水体底泥的处理方法，将河湖底泥的清除和底泥中有机质的利用结合起来，降低运输和处理成本，同时有效提高水生植物对水质的净化能力，有效解决水体富营养化的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种地表水体底泥的处理方法的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种地表水体底泥的处理方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：

S1：在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；

需要说明的是，这里的地表水体可以但不限于为河流、湖泊或者水库，在这些地表水体靠近岸边的浅滩区域单独设置出一片区域作为底泥处理区，这种底泥处理区是和地表水体相通的，这里只是可以将底泥集中到这里进行统一的处理，底泥是不会离开该底泥处理区的，而且该预设距离的具体数值可以根据实际需要来选择，不作具体限制。

S2：将底泥放入底泥处理区并将吸附颗粒与底泥混合，形成混合层；

需要说明的是，这里采用的吸附颗粒的作用是吸附底泥中的污染物质，起到延缓释放和减量释放底泥中污染物的作用，从而对底泥进行净化处理，不会再释放到水体中，从而实现水体的净化，可采用的吸附颗粒的种类不限，只要能够具备一定吸附作用即可，这样就能够对河湖底泥实现有效的处理，减少河湖底泥外运和处理的费用，能消纳河流或湖泊内沉积污泥总量的50％以上。

S3：在混合层上种植可吸收底泥中污染物质的水生植物。

需要说明的是，种植的这些水生植物能够在生长过程中吸收底泥中的污染物质以及被吸附颗粒吸附的底泥中的污染物，起到净化底泥的作用，这些底泥中的有机营养物质也能促进水生植物的生长，避免河湖底泥对环境的污染，当生长到一定程度之后，就可以将水生植物拔出，从而将污染物质带走，这种净化底泥的方式能够保护生态，绿化环境，对环境非常友好，另外，这些底泥被植物充分吸收之后，挖出来晾干还可进行回收再利用，再次创造价值。

一般而言，水体中的底泥每隔10年至15年就需要清理一次，采用上述方案的话，底泥中的有机质会显著减少，需要进行更换，又因底泥中含有的陶粒、生物炭、粉细砂和有机质被去除后，强度得到显著提高，因此可作为制砖材料、道路路基材料而被回收利用，将底泥取出来之后，上述底泥处理区可以加入新的底泥进行处理，不但实现地表水体的污染治理，而且获得了经济效益，另上述方法实施起来比较法简单，还能保护环境，维护方便，环境效益显著。

通过上述描述可知，本发明提供的上述地表水体底泥的处理方法的实施例中，由于包括在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；将底泥放入底泥处理区并将吸附颗粒与底泥混合，形成混合层；在混合层上种植可吸收底泥中污染物质的水生植物，因此无需将底泥运输到其他地方，降低了运输和处理成本，而且将河湖底泥的清除和底泥中有机质的利用结合起来，同时有效提高水生植物对水质的净化能力，有效解决水体富营养化的问题。

在上述地表水体底泥的处理方法的一个具体实施例中，参考图2，图2为本发明提供的地表水体底泥的处理装置的剖面图，设置底泥处理区可以具体包括：

设置与岸边相邻的第一底泥处理区3和与地表水体相邻的第二底泥处理区4，二者之间利用桩体5相隔且均包括位于底部的固定层6、10，和固定层6、10上的隔离层7、11，隔离层7和11上面用于放置底泥。

图2中还示出了其他一些部件，包括岸边的人行步道1以及用于隔开人行步道1和第一底泥处理区3的石笼2，里面装填有石块，能够防止河岸或构造物受到水流冲刷，第一底泥处理区3种植有水生植物9，第二底泥处理区4种植有水生植物15，桩体5可以选择为木桩或水泥桩，该桩体5的桩长可以为从第一底泥处理区内的混合层上表面算起，第一底泥处理区的固定层深度的1.2倍至1.5倍，桩径可以为80mm至150mm，桩间距可以为50mm至100mm，可采用两排，排间距为20mm至40mm。在一个具体例子中，优选桩径为80mm，桩间距为50mm，采用两排，排间距为20mm。需要说明的是，桩间距和排间距太大，河湖底泥和滤料会从一个底泥处理区进入另外一个底泥处理区，桩间距和排间距太小的话，桩施工时相互影响，也就是说后施工的桩会影响之前施工的桩，会引起之前桩的偏位、倾斜、侧摩阻力降低等，因此这种桩间距兼顾了这两方面的因素。

在上述地表水体底泥的处理方法的具体实施例中，将底泥放入底泥处理区并将吸附颗粒与底泥混合，形成混合层的步骤可以具体采用如下方式：

将底泥放入第一底泥处理区3并将陶粒与底泥混合，形成混合基质层8，其中，陶粒的粒径可以为5mm至10mm，陶粒的掺入量可优选为底泥的15％至25％，在一个具体的例子中，该比例可以为15％，能够降低底泥释放量的60％以上，这种范围既保证成本不高，又具有足够好的污染物吸附效果和足够高的污泥处理量，其表层可以覆盖20mm至40mm厚的细砂，在具体的例子中该细砂的厚度可以优选为20mm，混合基质层8的上表面水深为0米至0.5米，这种混合基质层8的厚度可优选为0.8米至1.5米，进一步的例子优选为1.5米，厚度越大，可以处理的河湖底泥越多，但是厚度太大则容易引起坍塌，同时太厚的话，底部的污泥不易被植物吸收，因此从有利于植物充分吸收和最大程度减少底泥污染物释放的角度确定了该优选的厚度范围。

另外，将底泥放入底泥处理区并将吸附颗粒与底泥混合，形成混合层的步骤还可以具体包括如下方式：

将底泥放入第二底泥处理区4形成底层基质层12，该底层基质层的厚度优选为0.3米至0.5米，进一步的实施例中该厚度优选为0.5米，这是为了尽量多的处理底泥，因为能够就地利用的底泥越多，则需要外运的底泥的数量就越少，处理成本就得以降低；

在底层基质层12的上面放入底泥并将污泥生物炭与底泥混合，形成中层基质层13，其优选的厚度范围可以为0.4米至0.8米，进一步的实施例中该厚度优选为0.8米，需要说明的是，这种中层基质层13为河湖底泥与污泥生物炭的混合物，随着系统的运行，里面的部分污泥生物炭会沉淀到底层的底泥中，从而进一步吸附底层的底泥，而且污泥生物炭要充分吸附污泥中的污染物，同时降低底泥释放量的70％以上，在植物的作用下，实现植物的充分吸收，其中的污泥生物炭的含量可优选为15％至20％，在具体的例子中该含量可以进一步优选为15％；

在中层基质层13的上面放入粉细砂，形成上层基质层14，上层基质层的厚度可优选为0.05米至0.1米，在一个具体的例子中该厚度进一步优选为0.05米，这种覆盖上去的上层粉细砂能够减少80％以上的底泥污染物的释放，同时促进植物生长和对污染物的吸收，而且这里的上层基质层14的上表面低于第一底泥处理区3中的混合基质层8的上表面0.2米至0.5米。

在上述地表水体底泥的处理方法的另一个具体实施例中，还可以包括如下制作陶粒的方式：

利用底泥与净水厂污泥按1:0.55至1:0.25的干物质比例均匀混合后在1050℃至1100℃条件下加热2.7小时至3.2小时制备陶粒。进一步的例子中，这二者的比例优选为1:0.25。需要说明的是，一般的城市净水厂的污泥粘度高，含有氢氧化铝，这样混合制备的陶粒强度就会更高，吸附性更强，且吸附作用具有持久性，当然也可以选用其他方式来制作，此处并不限制。还有，为了让污泥更加充分的陶瓷化，通常的制作温度要高于1000℃。

本领域技术人员可以理解的是，还可选用如下污泥生物炭的制作方式：

利用底泥在500℃至650℃条件下加热4.5小时至5.0小时制备污泥生物炭。进一步的实施例中，该温度可以为500℃且加热时间为5.0小时。还需要说明的是，温度决定产品的品质和性能，生物炭的制备温度通常在700℃以下，利用河湖底泥制备生物炭的时候，为保证充分碳化，降低碳化时间，就需要采用500℃以上的温度。

在上述地表水体底泥的处理方法的又一个具体实施例中，在混合层上种植可吸收底泥中污染物质的水生植物可以包括：

在第一底泥处理区3的混合层上面种植浮水植物9，这种浮水植物在具体的例子中可以是睡莲；

在第二底泥处理区4的混合层上面种植挺水植物15，这种挺水植物在具体的例子中可以是芦苇。

在具体实施时，上述固定层可以为毛石砌筑层，而且，第一底泥处理区的固定层厚度可优选为0.5m至0.8m，在一个具体例子中可选为0.5m，第二底泥处理区的固定层厚度可优选为0.5m至1.0m，隔离层可以为水泥砂浆层，第一底泥处理区的隔离层的厚度可优选为30mm至50mm，在一个具体例子中可选为30mm，第二底泥处理区的隔离层(防渗层)的厚度可优选为50mm至100mm，在一个具体例子中可选为50mm。

另外，还需要说明的是，在底层基质层的上面放入底泥并将污泥生物炭与底泥混合，形成中层基质层可以具体包括：在底层基质层的上面放入底泥并将粒径为3毫米至8毫米的污泥生物炭与底泥混合，形成中层基质层，污泥生物炭的占比为中层基质层的15％至20％。具体的，污泥生物炭的粒径太小的话不易加工，容易被水流带走，而粒径太大则不利于吸附，污泥生物炭的粒径通常要小于陶粒的粒径，主要是因为陶粒的孔隙结构要好于这种污泥生物炭。

利用上述实施例对城市公园湖泊底泥进行处理之后，公园湖泊水体可以得到大大的改善，原为IV水体(冬季V类)，处理后的水质为：TN浓度小于1.0mg/L，氨氮浓度小于0.5mg/L，硝态氮浓度小于1.0mg/L，总磷浓度小于0.1mg/L，COD浓度小于15mg/L，水质指标能够达到地表水III类水体标准。与现有的底泥外运处理方案相比，总成本节约35％以上，可见经济效益是非常显著的。

下面针对城市河流的例子进行说明：

仍可以参考图1，在河流人行步道1向水一侧设置第一底泥处理区3和第二底泥处理区4，第一底泥处理区3和第二底泥处理区4之间设置木桩5，长为从混合基质层8的表面算起固定层6深度的1.5倍，桩径为150mm，桩间距为100mm，采用两排，排间距为40mm；第一底泥处理区3与人行步道1的交接处设置石笼2，第一底泥处理区3设置的固定层6的上侧从下到上依次设置隔离层7、混合基质层8和浮水植物9，该浮水植物优选为浮萍，第二底泥处理区4的底部设置固定层10，固定层10之上从下到上依次设置隔离层(防渗层)11、底层基质层12、中层基质层13、上层基质层14和种植挺水植物15(菖蒲)。固定层6和固定层10均优选的采用毛石砌筑，厚度分别为0.8m和1.0m；隔离层7和隔离层(防渗层)11采用水泥砂浆，厚度分别为50mm和100mm。混合基质层8为底泥和陶粒制备，陶粒的掺入量为底泥的25％，混合基质层的表层覆盖40mm厚的细砂；第二底泥处理区4的底层基质层12为底泥，中层基质层13为底泥与污泥生物炭的混合物，混合物中污泥生物炭的含量为20％；上层基质层14采用粉细砂，厚度为100mm。陶粒的粒径为15mm至25mm，采用底泥与城市净水厂污泥按1:0.55(干物质比例)均匀混合后在1050℃至1100℃条件下加热3.2小时制备。混合污泥中的污泥生物炭的粒径为3mm至8mm，制备方法为采用底泥在650℃条件下加热4.5小时制备，第一底泥处理区3中的混合基质层8的厚度为1.5m，第二底泥处理区4的底层基质层12的厚度为0.5m，中层基质层13的厚度为0.8m。利用该实施例处理后，城市河流水体能够得到大大改善，原来的IV类水体(冬季V类)全部改善为III类水体标准。上述方案中，混合基质层8为河湖底泥和陶粒制备，陶粒仅为底泥的25％，消耗底泥的重量就是陶粒重量的4倍，这些底泥是直接被第一底泥处理区利用了，就不需要外运了，第二底泥处理区的底层基质层的厚度为0.5m，为河湖底泥，被直接消耗掉，也不需要外运，第二底泥处理区的中层基质层13为底泥与污泥生物炭的混合物，混合物中污泥生物炭的含量为20％，那么80％为底泥，这些底泥也不需要外运，因此上述方案与现有的底泥外运处理方式相比，总成本节约30％以上，经济效益非常显著。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种地表水体底泥的处理方法，其特征在于，包括：

在地表水体与岸边预设距离内的区域中设置底泥处理区；

将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层；

在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物；

所述设置底泥处理区包括：

设置与岸边相邻的第一底泥处理区和与地表水体相邻的第二底泥处理区，二者之间利用桩体相隔且均包括位于底部的固定层和所述固定层上的隔离层，所述隔离层上面用于放置底泥；

所述将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层包括：

将底泥放入所述第二底泥处理区形成底层基质层；

在所述底层基质层的上面放入底泥并将污泥生物炭与所述底泥混合，形成中层基质层；

在所述中层基质层的上面放入粉细砂，形成上层基质层，所述上层基质层的厚度为0.05米至0.1米，所述上层基质层的上表面低于所述第一底泥处理区中的所述混合基质层的上表面0.2米至0.5米；

还包括：

利用所述底泥在500℃至650℃条件下加热4.5小时至5.0小时制备所述污泥生物炭；

所述将底泥放入所述底泥处理区并将吸附颗粒与所述底泥混合，形成混合层包括：

将底泥放入所述第一底泥处理区并将陶粒与所述底泥混合，形成混合基质层，所述混合基质层的上表面水深为0米至0.5米；

还包括：

利用所述底泥与净水厂污泥按1:0.55至1:0.25的干物质比例均匀混合后在1050℃至1100℃条件下加热2.7小时至3.2小时制备所述陶粒。

2.根据权利要求1所述的地表水体底泥的处理方法，其特征在于，所述在所述混合层上种植可吸收所述底泥中污染物质的水生植物包括：

在所述第一底泥处理区的混合层上面种植浮水植物；

在所述第二底泥处理区的混合层上面种植挺水植物。

3.根据权利要求1所述的地表水体底泥的处理方法，其特征在于，所述固定层为毛石砌筑层，所述隔离层为水泥砂浆层。

4.根据权利要求1所述的地表水体底泥的处理方法，其特征在于，所述混合基质层中的陶粒的粒径为5毫米至10毫米，且所述陶粒掺入量为底泥的15％至25％。

5.根据权利要求1所述的地表水体底泥的处理方法，其特征在于，所述在所述底层基质层的上面放入底泥并将污泥生物炭与所述底泥混合，形成中层基质层包括：

在所述底层基质层的上面放入底泥并将粒径为3毫米至8毫米的污泥生物炭与所述底泥混合，形成所述中层基质层，所述污泥生物炭的占比为所述中层基质层的15％至20％。

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