CN114716119A - 一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，包括以下步骤：(1)将待处理的底泥放入反应容器中；(2)配制PAC溶液；(3)复合沸石粉的制备；(4)将PAC溶液和复合沸石粉投加到反应容器中，按PAC固体与底泥干基的质量比为10～20mg/g投加，按复合沸石粉与底泥干基的质量比为0.8～1.2g/g投加，恒速搅拌，充分混合；(6)静置后压滤。该方法在提升底泥脱水性能的同时，吸附底泥在脱水过程中释放的氨氮和有机质等营养物质。
Description
技术领域
本发明涉及污水污泥处理领域，尤其涉及一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法。
背景技术
城市化与工农业发展进程加快和人们环保意识缺失导致污染物随意外排，河湖水体污染日益严重，污染物随着时间和流体动力学等因素最终富集在河湖底泥中，形成内源污染，环保疏浚被认为是解决内源污染问题的最有效手段。但是，环保疏浚不可避免的会产生大量的清淤底泥。
清淤底泥成分复杂、量大、含水率高，并且富含有机质、重金属、多环芳烃以及大量的病原菌、虫卵等有毒有害物质，若不妥善处置，污染物的释放将导致二次污染。底泥深度脱水是底泥减量化的重要手段和资源化的前提，而底泥调理是底泥深度脱水的重要过程。因此，在底泥脱水前需要进行物化方式调理改善其脱水性能，同时找到阻控污染物释放的技术手段。
目前市面上底泥处理剂成分复杂、成本较高，例如专利CN202011086162.3公开了一种用于板框压滤污泥脱水的复合调理剂，该调理剂中包括氧化剂、壳聚糖、沸石粉、无机絮凝剂、去离子水、无机高价阳离子混凝剂、生石灰和无机粉体细骨料，通过无机絮凝剂能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，从而使胶体凝聚。该用于板框压滤污泥脱水的复合调理剂及制备技术，同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了电位，使胶体微粒由原来的相斥变为相吸，破坏了胶团稳定性。但是该复合调理剂中将无机絮凝剂和沸石粉等一起加入底泥中对底泥进行处理，使得沸石粉直接与底泥中的有机质接触，有机质堵塞沸石粉孔道，降低沸石粉对氨氮的吸附性能；而且成分复杂的复合调理剂处理底泥，易导致其处理后的余泥后续难以利用，造成资源浪费和余泥处置难题，而且底泥处理成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，该方法通过聚合氯化铝(PAC)和复合沸石粉来联合调理富含营养物质的底泥，在提升底泥脱水性能的同时，吸附底泥在脱水过程中释放的氨氮和有机质等营养物质，达到优化脱水性能和阻控污染物释放的实际应用效果。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，包括以下步骤：(1)将待处理的底泥放入反应容器中；
(2)称取PAC固体配制成浓度为50～100g/L的PAC溶液；
(3)复合沸石粉的制备：称取PAC固体和预先处理的沸石粉混合均匀，按PAC固体与沸石粉的质量比为3～8mg/g混合；
(4)将步骤(2)中制备的PAC溶液以及步骤(3)中制备的复合沸石粉投加到反应容器中，充分混合；
其中PAC溶液的投加量按PAC固体与底泥干基的质量比为10～20mg/g投加；
所述复合沸石粉的投加量按复合沸石粉与底泥干基的质量比为0.8～1.2g/g投加；
(5)静置20～40min后压滤，使泥水分离。
所述步骤(4)中先投加PAC溶液，在300r/min下恒速搅拌3～5min，然后在100r/min下恒速搅拌10～15min，令PAC与底泥颗粒充分混合反应；再投加复合沸石粉，在200r/min下恒速搅拌10～15min，充分混合。
所述步骤(4)中按PAC固体与底泥干基的质量比为12～18mg/g投加。
所述步骤(4)中按复合沸石粉与底泥干基的质量比为1.0～1.2g/g投加。
所述步骤(4)中按PAC固体与底泥干基的质量比为15mg/g投加，复合沸石粉与底泥干基的质量比为1g/g投加。
所述步骤(3)中按PAC固体与沸石粉的质量比为5mg/g混合。
所述沸石粉的预先处理步骤为：称取沸石，研磨，过200目筛，获得沸石粉。
所述底泥的含水质量比≥90％。
本发明提供的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法的技术路线图见图1。
与现有技术相比，本发明提供的方法具有以下优点：(1)本发明中底泥调理及污染物阻控的耦合处理所选用的原材料为PAC和沸石粉，组分简单，而且两个原料均易制易得，成本较低。
(2)本发明中的复合沸石粉通过预先向沸石粉中掺入PAC来中和沸石粉表面和层间存在的负电荷，避免直接先投加沸石粉时，由于底泥Zeta电位的增大，不利于PAC压缩双电子层进程，而阻碍电中和进程，从而影响PAC对底泥的脱水作用；PAC提前对复合沸石粉进行改性，使得在底泥的调理时，沸石粉和PAC的投加顺序不会对底泥的脱水和污染物阻控效果产生较大的影响，从而方便工程应用时的运行管理。
(3)本发明中通过PAC破坏底泥胶体颗粒胞外聚合物聚集体的持水性能，再通过复合沸石粉吸附余水中氨氮和阻控底泥有机质的释放，极大改善了调理后底泥的脱水性能，而且对余水水质指标(NH4 +-N、COD)也有较大改善。同时，本发明中还对PAC和复合沸石粉的投加量进行了优选，为后续底泥的处理提供了更好的基础，既能够有效提高底泥处理的效果，还能够避免投加的处理剂过多而造成的后续处理问题和资源浪费。
(4)本发明中沸石粉作为矿物材料可以在压滤过程中作为骨架材料，起到助滤骨架的作用，同时可提高后续底泥建材资源化时的制砖强度。
(5)本发明将底泥调理与污染物阻控过程合二为一，降低了余水处理成本，缩短了底泥处理的过程，节省时间与劳动力，降低底泥处理处置的场地要求。
附图说明
图1为本发明提供的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法的技术路线图；
图2为本发明中不同PAC投加量条件下底泥毛细吸水时间CST的变化曲线图；
图3为本发明中不同PAC投加量条件下底泥余水氨氮浓度的变化曲线图；
图4为本发明中PAC与沸石粉不同投加顺序及不同沸石粉投加量条件下底泥CST的变化曲线图；
图5为本发明中PAC与沸石粉不同投加顺序及不同沸石粉投加量条件下底泥余水氨氮浓度的变化曲线图；
图6为本发明中PAC与沸石粉不同投加顺序及不同沸石粉投加量对底泥余水COD浓度的变化曲线图；
图7为本发明中PAC与不同PAC/沸石粉质量比的复合沸石粉耦合调理时底泥的性能变化曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
取河北保定某围堤围埝鱼塘表层(0～10cm)沉积物样品50kg，在实验室将样品通过1.7mm筛网过滤并机械均匀化，将底泥样品含水率调至≥90％，保证实验投加规律性与实际工程合理性。取样底泥的基本性质如下表所示：
本实施例中TSS为底泥干基质量，VSS为底泥干基质量经高温575℃焙烧后，计算出来获得的挥发掉的有机物的浓度，CST为取样底泥的毛细吸水时间，d0.5为取样底泥中粒度累积分布中50％所对应的直径。
实施例1
单纯PAC调理实验
分别称取300g取样底泥样品置于六个烧杯中；再分别向六个烧杯中投加浓度为50g/L的PAC溶液0mL、2.4mL、4.8mL、7.2mL、9.6mL、12mL，对应的PAC固体与底泥干基质量(TSS)比为0mg/g、4mg/g、8mg/g、12mg/g、16mg/g、20mg/g；将六个样品在300r/min下恒速搅拌3min，再在100r/min下恒速搅拌12min，沉降30min后分别测其CST和余水氨氮(NH4 +-N)浓度，其结果如图2和图3所示。
由图2可知，PAC固体与底泥干基质量比为12mg/g时，底泥的脱水性能优化达到平衡。在最优投加量，即15mg/gTSS条件下，CST降低81.5％，PAC促进底泥胶体颗粒间电中和，脱稳后悬浮颗粒聚集沉降后有较好的脱水性能。
由图3可知，随着PAC投加量增加，余水中的氨氮含量不断上升至23.87mg/L，投加PAC导致底泥胞外聚合物分解，附着在底泥颗粒表面的氨氮释放，伴随胞内水与间隙水释放到余水中，导致余水水质恶化。
实施例2
PAC与未改性沸石粉耦合调理实验
分别称取300g取样底泥样品置于六个烧杯中，首先将PAC按实施例1中最佳投加量(15mg/gTSS)投加到每一个烧杯里，在300r/min下恒速搅拌3min，再在100r/min下恒速搅拌12min；然后按沸石粉与底泥干基的质量比为0.1g/g、0.2g/g、0.4g/g、0.8g/g、1g/g、1.2g/g投加沸石粉，在200r/min下恒速搅拌10～15min，沉降30min后分别测其毛细吸水时间(CST)、余水水质指标(NH4 +-N、COD)。另外一组实验按照先加沸石粉，再加PAC的顺序开展，重复上述步骤后进行检测。图4～6中均展示了PAC及沸石粉不同投加顺序时的调理实验结果对比曲线，图标中“PAC→沸石粉”表示先向底泥中投加PAC，再向底泥中投加沸石粉；“沸石粉→PAC”表示先向底泥中投加沸石粉，再向底泥中投加PAC。本实施例中称取沸石粉由沸石研磨并过200目筛获得。
由图4可知，预先利用PAC调理后的底泥再利用沸石粉吸附的处理过程后，底泥CST降低88.13％，相比下优于单纯PAC调理效果(CST降低81.5％)。而通过预先投加沸石粉再利用PAC调理的底泥处理效果较差，CST增加，不利于脱水进程。
由图5可知，沸石粉对余水中氨氮具有较强的吸附能力，余水中氨氮的去除率随着沸石粉的投加量增加而增加，在1g/gTSS投加量下逐渐吸附平衡。氨氮含量从25.74mg/L降低到6.58mg/L，去除率达74.43％。沸石粉投加量增加，材料提供的较多吸附点位和比表面积，对氨氮的去除率增大。当沸石粉投加量超过1g/gTSS后，单位质量沸石粉的吸附点位被遮掩，吸附点位产生竞争，导致吸附效率下降。因此选择合适的投加量，节省材料，本次底泥调理沸石粉投加量选择为1g/gTSS。
由图6可知，PAC在絮凝过程中可沉降各种悬浮物并降低余水中COD含量，但未改性沸石粉带负电荷阻碍了PAC发挥电中和作用，导致底泥中的COD释放。按沸石粉→PAC投加顺序调理后的底泥，不仅脱水性能较差，且释放COD较多。按PAC→沸石粉投加顺序调理后的底泥，虽脱水性能得到保障并且有一定提升，但COD释放仍然较多。
实施例3
PAC与复合沸石粉耦合调理实验
本实施例中选择“沸石粉→PAC”的投加顺序，研究沸石粉改性后的调理效果。具体实验步骤如下：称取PAC固体与沸石粉混合均匀形成复合沸石粉，其中PAC固体与沸石粉按质量比为0mg/g、1mg/g、3mg/g、5mg/g、7mg/g和9mg/g混合，形成不同PAC/沸石粉质量比的复合沸石粉。
分别称取300g取样底泥样品置于六个烧杯中，将不同PAC/沸石粉质量比的复合沸石粉按实施例2中最佳投加量(1g/gTSS)投加到每一个烧杯里，在200r/min下恒速搅拌10～15min；再后将PAC按实施例1中最佳投加量(15mg/gTSS)投加到每一个烧杯里，在300r/min下恒速搅拌3min，再在100r/min下恒速搅拌12min；最后，沉降30min后分别测其毛细吸水时间(CST)和余水水质指标(NH4 +-N、COD)，其结果如图7所示。
由图7可知，相同投加量下，预先改性制备的复合沸石粉相对于未改性沸石粉，可有效改善底泥脱水性能，底泥CST随着预改性时PAC与沸石粉质量比的增加呈现下降的趋势，并在PAC/沸石粉质量比＝5mg/g时达到平衡值，此时底泥CST为49.1s，略优于“PAC→沸石粉”投加顺序时的最佳CST值(51.6s)；另外，复合沸石粉调理时对阻控COD的释放起到了一定的作用，阻控了约17.4％的COD释放，而且改性过程不会影响沸石粉对氨氮的吸附作用。
通过实施例2和实施例3可知，通过投加顺序可以极大改善底泥调理的效果，但是提前对沸石粉进行改性(用PAC提前处理沸石粉)，可以解决投加顺序对底泥调理效果的影响。
综上所述，本发明利用PAC和沸石粉这两种易得的工业成品作为调理剂(聚合氯化铝作絮凝剂、沸石粉作吸附剂)，实现了底泥调理与污染物阻控耦合处理的开发，为后续底泥处理处置和余水处理提供更好的基础。通过实验对比，确定了PAC与未改性沸石粉联合调理时，PAC和未改性沸石粉的投加顺序和最优投加量，在投加顺序上，“PAC→沸石粉”比“沸石粉→PAC”更能保障底泥的脱水性能，优于单纯PAC调理，且能阻控74％的氨氮释放，但底泥COD释放均难以阻控。通过利用PAC对沸石粉改性，在保障对氨氮释放阻控效果的基础上，有效解决了投加顺序为“沸石粉→PAC”时，底泥脱水性能恶化的问题，且能进一步阻控COD的释放，PAC对沸石粉改性能够解决投加顺序对底泥调理效果的影响，便于工程实践时的运行管理。
本发明提供了底泥调理的新思路，从源头阻控底泥污染物的释放，节约后续余水处理成本和场地需求，可以大规模应用于疏浚底泥的处理处置中。其次沸石粉与PAC在工业成品规模较大，成本较低。本发明为疏浚工程底泥处理与资源化起技术参考作用。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
Claims (8)
1.一种底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将待处理的底泥放入反应容器中；
(2)称取PAC固体配制成浓度为50～100g/L的PAC溶液；
(3)复合沸石粉的制备：称取PAC固体和预先处理的沸石粉混合均匀，按PAC固体与沸石粉的质量比为3～8mg/g混合；
(4)将步骤(2)中制备的PAC溶液以及步骤(3)中制备的复合沸石粉投加到反应容器中，充分混合；
其中PAC溶液的投加量按PAC固体与底泥干基的质量比为10～20mg/g投加；
所述复合沸石粉的投加量按复合沸石粉与底泥干基的质量比为0.8～1.2g/g投加；
(5)静置20～40min后压滤，使泥水分离。
2.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中先投加PAC溶液，在300r/min下恒速搅拌3～5min，然后在100r/min下恒速搅拌10～15min，令PAC与底泥颗粒充分混合反应；再投加复合沸石粉，在200r/min下恒速搅拌10～15min，充分混合。
3.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中按PAC固体与底泥干基的质量比为12～18mg/g投加。
4.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中按复合沸石粉与底泥干基的质量比为1.0～1.2g/g投加。
5.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中按PAC固体与底泥干基的质量比为15mg/g投加，复合沸石粉与底泥干基的质量比为1g/g投加。
6.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中按PAC固体与沸石粉的质量比为5mg/g混合。
7.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述沸石粉的预先处理步骤为：称取沸石，研磨，过200目筛，获得沸石粉。
8.根据权利要求1所述的底泥调理及污染物阻控的耦合处理方法，其特征在于：所述底泥的含水质量比≥90％。
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