CN114804585A - 一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，属于污染底泥处理技术领域。电渗焚烧联合处理污染底泥的方法包括：将预处理后的污泥进行电渗处理，然后进行焚烧处理得到固态物质并产生气体及热量。本发明的处理方法可以去除河道底泥中的绝大多数重金属和全部的有害有机物；本发明采用的外掺剂可以有效地降低河道底泥中的Cu、Zn、Pt等重金属离子的含量，焚烧处理可以将河道底泥中的有害有机物完全去除，并且还可以将焚烧产生的热量回收利用，降低整个过程的资源消耗和浪费，达到了使底泥完全无害化的效果。
Description
技术领域
本发明涉及污染底泥处理技术领域，特别是涉及一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法。
背景技术
为了满足当代社会飞速发展的需求，一大批高新工业技术产业崛起。飞速发展的工业带来资源的大规模开采消耗，废料的堆积与环境污染的日趋严重。生活污水和工业废水随意排放，导致众多水系水环境污染日益严重，河道底泥造成的一系列问题越来越受到人们的重视。其中，冶金工业的发展产生了大量的对环境有严重影响的废水和废渣，由于重金属在水体中不能被微生物降解，只能发生形态间的相互转化，重金属进入水体后，通过沉淀、络合、鳌合、吸附、氧化还原等作用，不断在底泥中富集，导致河道底泥中重金属的含量不断增加，造成污染。沉积在底泥中的N、P营养元素，易形成营养物质的内负荷。当外源排入河流水系的N、P营养元素负荷量减少后，沉积物中的营养元素会逐步释放，成为河流水系富营养化的主导因子。当气温升高时，淤泥中的有机物迅速分解N、P等物质，使得水体极富营养化，同时底泥还会发酵释放恶臭气味，影响周边环境。河道底泥的淤积还会导致河道淤塞，河湖调蓄能力降低，水位抬高，从而极大增加了洪水和内涝的隐患。并且污染底泥对环境的作用具有累积性和滞后性，如果处置不当会造成二次污染。疏浚作为河湖修复的主要技术，是水域污染治理过程中常用的措施。对河流、湖泊等水体的沉积物进行疏浚作业而产生的泥水混合物，即疏浚底泥。随着河湖污染程度的加剧，挖出来的底泥量也日益增加，如何实现底泥的资源化利用是目前亟待解决的问题之一。疏浚底泥具有较高的含水率，且污染情况严重，很多科研人员为实现疏浚底泥的无害化、资源化、稳定化和减量化处理做出了大量努力。要改变目前河湖污染现状，环保疏浚变得尤为重要，但是在疏浚过程中产生的大量的污染底泥，想要进行资源化利用就必须对其进行深度脱水和重金属、有机物等污染物的去除。
面对上述情况河道底泥的处理已经出现了许多技术包括原位掩蔽法、化学萃取修复法、生物修复法、电动修复法以及相关修复技术的联合修复功能等等。上述修复技术中化学萃取修复技术处理河道底泥具有见效快的优势，但操作过程较为复杂，操作难度较大，且再氧化还原的过程中容易带来新的污染，河道底泥的污染修复不够彻底。原位掩蔽法通常用来修复一些持久有害污染物的底泥，修复的成本较低。但原位隐蔽法也会增加河道底泥的含量，减小河流的断面面积，使河流流速增加，导致一些掩蔽材料会被冲走，造成河道底泥重新暴露。生物修复技术中植物-微生物联合修复技术可以直接使轻微污染的河道底泥修复，但植物-微生物联合修复技术速度较慢，也容易受到气候、季节等外在因素的影响。同时由于河道水质的因素，微生物的生长速度及质量都会受到影响，进而影响河道底泥修复质量。
焚烧是一种河道底泥的处理方法，适合用来处理含有矿物质和持久性有机物较为丰富的河道底泥，也适用于部分土地资源较为紧张的地区。焚烧工艺能消灭底泥中的所有微生物，持久性有机物等有害物质能被焚烧降解，同时还能去除河道底泥中的水分，但该工艺会使重金属大部分留在底泥中，无法达到完全的处理河道底泥，所以需要提前去除河道底泥中的重金属，这就用到了电渗的方法，而现有的电渗法，也称电动修复技术或者电化学修复技术，一般是先添加一些外掺剂，比如有机酸或络合物等能够降低Zn、Pd、Cu等重金属离子于土壤颗粒之间的作用，使重金属脱离土颗粒，这样脱离开的土颗粒就可以随着电迁移完成迁出，这样的电动修复技术的特点是前期效果很好，但是由于后期重金属离子的浓度逐渐降低，所需要消耗的能量也就变高，导致效果变差，同时某些外掺剂还可能带来二次污染。
ZL201921328658.X公开了一种电渗联合真空预压的底泥修复固化模型试验装置，首先进行真空预压，抽出软土中的孔隙水，使软土含水率降低固结，强度提高，当一段时间抽真空后，加固的效果无法再次提高时，将河道底泥进行电渗，进一步排除真空预压作用无法排出的那部分自由水和弱结合水；但上述的这种装置对于含有重金属离子的河道底泥不具有普适性，还有就是河道底泥中的有机物等有害物质无法去除。
发明内容
本发明的目的是提供一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过污泥预处理、电渗处理、焚烧处理等方法相结合得到一种施工较为方便的电渗焚烧联合处理污染河道底泥的方法，该方法仅需要少量的能耗、外掺剂就能够达到很好的排水固结，同时可以达到去除河道底泥中各类有害物质的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，包括以下步骤：将预处理后的污泥进行电渗处理，然后进行焚烧处理及气体二次焚烧处理得到固态物质并产生气体及热量。
进一步地，所述预处理具体包括：将污泥底泥表面水分过滤后得到过滤底泥，然后将过滤底泥进行晾晒处理。
进一步地，所述过滤底泥的含水率为68～72wt％。
进一步地，所述电渗处理具体包括：将污泥与外掺剂以质量比100：8混合均匀后进行电渗处理。
进一步地，所述电渗处理的通电时间为5～48h；所述电渗处理采用的电渗装置包括底泥处理池、电极、直流电源和导线。
电渗时间根据初始功率和要达到的效果决定，但都不会超过48h，这样充分利用电渗前期的优势，节约能耗，有效降低含水率的同时，基本去除了底泥中的重金属，再进行焚烧，与一般单纯焚烧相比大量减少了天然气的用量，降低了最终的能耗。
初始功率常规采用恒定电压的加载方式，随着时间的增加，电阻增大，功率逐步降低，初始24V电压时3.5W的功率。通过电渗处理将含水率降低到标准要求的含水率，重金属去除基本完成，便于下一步的焚烧。
单纯焚烧前的底泥中的含水率比较高，焚烧时需要花更多的能量用于水的气化，本发明在焚烧前经过了晾晒和电渗处理，使用于焚烧底泥的能量更多，如果实例1的天然气使用量为7m3，而单纯焚烧要使用10m3的天然气。
更进一步地，所述电渗处理可以使底泥中的重金属含量符合国家标准，同时将底泥的含水量降低到50％以下。
更进一步地，所述电渗装置的电极中包括设在处理池右侧壁的阴极和设在左侧壁的阳极，阴极和阳极分别通过导线和直流电源相连接；所述电渗处理指开启直流电源，使预处理底泥中的水、重金属离子由阳极迁移到阴极，并在阴极聚集；
更进一步地，所述底泥处理池为室内的模型箱或室外的空地。
底泥处理池，也称电渗池或电解池，是用于电渗的场所。在处理污染底泥时因地制宜，如果需要处理的底泥体量较少，或者河道附近很方便建设电渗处理室，则在室内采用模型箱作处理池，将底泥运输到模型箱来处理；如果需要处理的底泥体量较大，且在室内用模型箱运输费时费力，则在河道、江边的空地上开挖出一定体积的处理池，用于设置电渗装置并处理底泥。
更进一步地，所述底泥处理池为室外的空地时，采用限值为240V、1A的直流电源和5mm2的铜导线。
由于室外的空地较大，电渗所需的功率较大，所以采用上述直流电源和铜导线来更快速的完成电渗处理。
更进一步地，所述电极材料为不锈钢电极板或电动土工合成材料。
由于电化学作用的存在，在对电极通电时电极会出现腐蚀现象，而采用上述电动土工合成材料(简称EKG材料)或不锈钢电极板都能够有效地避免电极腐蚀的出现，降低电渗施工成本。
更进一步地，所述阴极为两个圆环相连构成的8字型铜导线。
采用上述结构的阴极，能够显著加大吸收面积，进而促进水、重金属离子运移，加快电渗速度。
进一步地，所述外掺剂包括以下质量份数的组分：氧化剂1～5份、螯合剂5～10份、酸性助剂45～55份、碱性助剂45～55份、活性剂1～5份。
进一步地，所述外掺剂包括以下质量份数的组分：氧化剂5份、螯合剂8份、酸性助剂50份、碱性助剂50份、活性剂3份。
进一步地，所述氧化剂包括次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾中的一种或两种；所述螯合剂包括EDTA、DTC、TMT中的一种或两种；所述酸性助剂乳酸、草酸、富里酸中的一种或两种；所述碱性助剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙中的一种或两种；所述活性剂包括鼠李糖脂、皂苷、槐糖脂中的一种或两种。
采用上述组分的外渗剂，能够进一步降低外掺剂用量，显著增加重金属的去除率。由于大多数的河道底泥中有机质的含量会比较高，而有机质可能会影响重金属的去除效率，氧化剂可以起到分解有机质的作用，螯合剂则可以使重金属与其螯合，使重金属去除率增加。酸性助剂和碱性助剂则是用来调节电极附近的PH值，增强电渗的效率。
进一步地，所述焚烧处理的温度为800～1100℃。
更进一步地，所述焚烧处理产生的热量可以通过蒸汽发电机进行发电，所发的电用于之前的电渗处理。
更进一步地，所述焚烧采用的焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉，底泥在焚烧炉中粉烧产生烟气在炉内停留时间在2s以上，烟道出口处的废弃温度不高于350℃，辅助燃料为天然气。
通过控制焚烧温度可以降低能耗，提高焚烧的效率和确保底泥中的有害物质被完全焚烧，控制烟气在炉内停留时间可以保证焚烧产生的烟气不会对环境造成二次污染。
进一步地，还包括对所述气体进行二次焚烧处理；所述二次焚烧处理的温度为1100℃。
更进一步地，所述二次焚烧处理可使气体中的有害物质完全分解，随后将气体经过布袋除尘器，使气体达到排放标准。
更进一步地，所述固态物质可以作为路基填土或陶粒原材料。
经过电渗焚烧联合处理后，重金属几乎被完全迁出，有机物被完全焚烧，所以焚烧灰能够运用在其他工程中，实现河道底泥的二次利用。
更进一步地，所述二次焚烧处理后产生的气体通入蒸汽发电机，可以推动发电机发电，充分降低整个过程的能耗。
后期焚烧时可以由底泥自身作为燃烧物，所以只需要添加少量的天然气用来二次燃烧，发电既使用底泥焚烧产生的热量，也使用二次焚烧产生的热量。
本发明公开了以下技术效果：
本发明从河道、江边捞出污染底泥，滤除绝大部分的自由水，使底泥的含水率约为68％～72％，这样有针对性的从水体中把污染底泥捞出来，可以使施工时底泥的总量大大减少，有助于减少后期电渗和焚烧的资源消耗量。然后将预处理好的底泥放入电渗装置进行电渗，即通过电渗装置给预处理底泥提供有方向的电场。在有向电场的作用下，水及水中的带电粒子会随电场方向移动，水由阳极往阴极运移；而带电粒子，主要是离子的移动会受到电渗透、电迁移、弥散和对流等多重作用，其中弥散和对流作用在底泥中相对较弱，所以离子主要通过电渗透和电迁移两种方式移动。电渗透主要针对溶解在水中的离子，如Ca2+、Na+等离子会在电渗透的作用下随水一起由阳极往阴极运动；电迁移则主要针对的是吸附在土颗粒上的离子，如Zn2+、Pd+、Cu2+等重金属离子就是主要通过电迁移完成运移，同时由于不同重金属的活跃程度不同，重金属离子与土颗粒之间的吸附能力也不相同，其中Cu2+、Zn2 +离子较为容易运移，而Pd+离子与土颗粒之间的吸附作用较强，无外掺剂参与的情况下几乎不会运移。将草酸作为外掺剂加入电渗池中，可以促进电渗的进行。而且电渗时排水的速率和土颗粒的粒径大小无关，经过电渗处理后，底泥的含水率快速降低，同时还可以带走底泥中全部的水溶性离子和绝大部分的重金属离子，降低了重金属在底泥中的总含量。待达到所需的含水率后，从处理池中取出底泥，进行晾晒，晾晒完成后将底泥放入焚烧炉中进行焚烧，由于之前经过电渗和晾晒所以焚烧所需要的能量大大减少，而且焚烧所产生的热量我们还能用于发电，进一步减少整个过程的能耗。同时将焚烧产生的气体导入二次焚烧室进行二次燃烧，使气体中的有害物质完全分解，经过二次燃烧后将燃烧后气体排入布袋除尘器，使其符合国家排放标准。
本发明充分发挥了电渗技术和焚烧技术的优点，先通过电渗技术快速降低底泥含水率的同时带走底泥中绝大部分的Cu2+、Zn2+、Pd+等重金属，紧接着和焚烧技术有效的结合，去除了底泥中的有害有机物。而且由于电渗和晾晒步骤，极大的减少了焚烧时的资源消耗量，还能有效回收利用焚烧时产生的热量用于发电，降低成本。同时由于本发明采用了外掺剂，所以在电渗时可以去除绝大多数的重金属，重金属的去除率可以达到95％以上。而且在电渗之后又进行了焚烧，将外掺剂在焚烧过程中烧掉，焚烧后尾气会进行二次焚烧和经过布袋除尘器，达到国家的排放标准，所以不会对环境造成二次污染，不仅可以在室内处理，而且完全可以在河道底泥附近的空地进行应用。前期采用电渗处理，施工荷载小，通电的时间一般在1～2天，耗电量较少，施工较为方便，而后期焚烧时可以由底泥自身作为燃烧物，所以只需要添加少量的天然气用来二次燃烧。本发明只需要少量的能耗和外掺剂就可以达到很好的去除重金属和有害有机物的效果。
本发明将河道底泥预处理后电渗48～72h，然后焚烧，整个过程施工时间不到一周，即可去除河道底泥中的绝大多数重金属和全部的有害有机物；电渗中加入外掺剂可以有效地去除河道底泥中的Cu、Zn、Pt等重金属离子的含量，具体地通过电渗将Cu、Zn、Pt、Cr的含量从100％降低到底泥质量的10％以下；电渗过后采用焚烧可以将河道底泥中的有害有机物完全去除，并且还可以将焚烧产生的热量回收利用，降低整个过程的资源消耗和浪费；本发明先电渗处理，使河道底泥的含水率快速下降到50％左右，而后再焚烧处理，相比于直接焚烧降低了辅助燃料的用量，以及去除了底泥中的重金属，达到了使底泥完全无害化的效果。
本发明的电渗焚烧联合处理技术电渗时间根据初始功率和要达到的效果决定，但都不会超过48h，这样充分利用电渗前期的优势，节约能耗，有效降低含水率的同时，基本去除了底泥中的重金属，再进行焚烧，与一般单纯焚烧相比大量减少了天然气的用量，降低了最终的能耗。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电渗焚烧联合处理河道底泥的流程示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
一种电渗焚烧联合处理河道底泥的方法：
(1)预处理：捞出河道底泥，过滤除掉河道底泥表面的水，使底泥含水率为70wt％左右，再将河道底泥进行晾晒2d，得到预处理的底泥。
(2)将1500g预处理底泥加入放入电渗装置，并在电渗装置中添加120g外掺剂进行电渗处理(电渗处理采用直流电源，电压为240V，电流为1A，初始电渗梯度为0.5V/cm)40h得到电渗后底泥；然后去除电渗装置中的阴阳电极，并向底泥处理池中添加固化剂(固化剂为无机胶凝材料水泥、石灰、石膏等，掺量为6～10wt％)，充分搅拌，得到固化底泥。
电渗装置由底泥处理池(室内的模型箱，试验槽用于安插阴阳电极和填入土样，内径尺寸为180mm×120mm×130mm)、电极、直流电源和导线(5mm2的铜导线)构成，电极中包括设在处理池右侧壁的阴极(两个圆环相连构成的8字型铜导线)和设在左侧壁的阳极(阳极为铁材料，多块304不锈钢拼接而成)，阴极和阳极分别通过导线和直流电源相连接。
外渗剂由以下成分组成：次氯酸钠5份、EDTA 8份、乳酸50份、氢氧化钠50份、鼠李糖脂3份。
(3)将步骤(2)处理得到的固化底泥放入鼓泡流化床焚烧炉中，在1000℃左右的温度下进行焚烧处理得到固态物质(作为建筑原料)，并产生气体、热量；产生的热量可以通过蒸汽发电机进行发电，所发的电用于之前的电渗处理。
(4)将步骤(3)产生的气体导入二次焚烧室，在1100℃的温度下进行二次焚烧处理，使气体中的有害物质完全分解，随后将气体经过布袋除尘器，使气体达到排放标准。
底泥电渗处理前的含水率为70％，Cu、Zn、Cr含量均为100％。
底泥进行电渗处理：含水率由原来的70％降低到50％，底泥中Cu总量降为原来的9％、Zn总量降为原来的6％，Cr总含量降为原来的13％。
实施例2
同实施例1，区别在于，外渗剂由以下成分组成：次氯酸钠1份、EDTA5份、乳酸45份、氢氧化钠45份、鼠李糖脂1份。
实施例3
同实施例1，区别在于，外渗剂由以下成分组成：次氯酸钠2份、双氧水3份、EDTA 4份、DTC 4份、乳酸25份、草酸25份、氢氧化钠25份、碳酸钠25份、鼠李糖脂1份、皂苷2份。
实施例2的相对于实施例1的氧化剂，螯合剂，酸性碱性助剂和活性剂的量均有减少，实施例3的相对于1和2的各种成分的总的量是没有变化的，只是各种成分的类型变多了，氧化剂可以起到分解有机质的作用，螯合剂则可以使重金属与其螯合，使重金属去除率增加。酸性助剂和碱性助剂则是用来调节电极附近的PH值，增强电渗的效率。三个实施例的重金属去除效果和电渗效率的排序是3>1>2。
实施例4
同实施例1，区别在于，预处理底泥和外掺剂的质量比为(100)：(16)。
对比例1
同实施例1，区别在于，外渗剂由以下成分组成：EDTA 5份、乳酸45份、氢氧化钠45份。
外掺剂组分中的氧化剂和活性剂没有添加，会使底泥中的有机质难以分解，使重金属的活性降低，在电渗过程中的重金属和有机质去除效率低下，从而增加焚烧时的能耗，本发明可以有效改善底泥处理时的效率。
效果例1
测定实施例1～2和对比例1～2中电渗处理前后的底泥重金属、有害有机物含量，焚烧处理后的底泥的重金属、有害有机物含量，结果见表1。
表1
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：将预处理后的污泥进行电渗处理，然后进行焚烧处理得到固态物质并产生气体及热量。
2.根据权利要求1所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述预处理具体包括：将污泥底泥表面水分过滤后得到过滤底泥，然后将过滤底泥进行晾晒处理。
3.根据权利要求2所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述过滤底泥的含水率为68～72wt％。
4.根据权利要求1所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述电渗处理具体包括：将污泥与外掺剂以质量比100：8混合均匀后进行电渗处理。
5.根据权利要求4所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述电渗处理的时间为5～48h；所述电渗处理采用的电渗装置包括底泥处理池、电极、直流电源和导线。
6.根据权利要求4所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述外掺剂包括以下质量份数的组分：氧化剂1～5份、螯合剂5～10份、酸性助剂45～55份、碱性助剂45～55份、活性剂1～5份。
7.根据权利要求6所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述外掺剂包括以下质量份数的组分：氧化剂5份、螯合剂8份、酸性助剂50份、碱性助剂50份、活性剂3份。
8.根据权利要求7所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述氧化剂包括次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾中的一种或两种；所述螯合剂包括EDTA、DTC、TMT中的一种或两种；所述酸性助剂乳酸、草酸、富里酸中的一种或两种；所述碱性助剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙中的一种或两种；所述活性剂包括鼠李糖脂、皂苷、槐糖脂中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，所述焚烧处理的温度为800～1100℃。
10.根据权利要求1所述的电渗焚烧联合处理污染底泥的方法，其特征在于，还包括对所述气体进行二次焚烧处理；所述二次焚烧处理的温度为1100℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220729 |
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