CN116040897B - 一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，包括如下步骤：利用吸泥装置将河道底泥清污泥浆连续抽送进入筛分单元；筛分处理后的泥浆进入高速搅拌装置，完成底泥中有机组分与无机组分的物理分离；将高速搅拌装置排出的泥水混合液输送至离心单元；通过离心单元的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层，其中高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井。本发明在河道底泥有机污染物快速清出过程中同步进行资源化利用，有效解决了传统河道清淤工程量大、清淤底泥处理处置困难等现实问题，可显著提升水体自净能力和污水处理厂进水有机物浓度，减少水体黑臭风险和温室气体产排量，过程无需投加药剂，有助于行业的绿色低碳发展。

Description

一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法
技术领域
本发明属于城镇排水与污水处理技术领域，具体涉及一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法。
背景技术
生活污水直排、旱季污水冒溢以及降雨溢流污染等引发的污染物入河，污染物在河道内沉积并厌氧发黑发臭，是很多城市需要长期面临的水环境治理难题。污染入河导致的底泥沉积、黑臭使得定期清污成为水体水质长效保持的重要工作内容，还容易成为CH4等非二氧化碳温室气体产生及排放的重要来源。
传统河道清淤多采用排干清淤方式，不仅会对水体生态环境造成破坏，清淤过程极易影响水体沿线的截污箱涵、道路、建筑物及其他市政基础设施的功能和结构安全。其次，清淤产生大量含水率较高的底泥，需要额外设置底泥清淤工程的施工场地、底泥运输线路和临时存贮用地，甚至需要现场脱水流程，此外，还要提前确定底泥处理处置出路，相关管理规定、要求繁琐复杂，清淤过程具有施工量大、成本高、耗时长等特点。
经调研分析，很多城市河道污染底泥的挥发分占比VSS/SS基本在10%以上，有的甚至达到20%-30%，表层富含有机污染物的底泥发生厌氧反应是导致水体黑臭的主要因素，清出底泥中的有机物就可以解决水体黑臭的问题；另一方面，将从污染底泥中清出的大量有机物原位排入污水管道进入城镇污水处理厂，提高进水有机物浓度，提升生物处理效能也成为可能。因此，底泥清污同步提取有机碳源不仅解决了传统底泥清淤带来的工程量大、清淤底泥处理处置压力大等实际难题，对于提升水体自净能力和污水处理厂进水有机物（COD、BOD5）浓度、降低水体返黑返臭风险，减少非二氧化碳温室气体产排量都具有积极作用。
因此，亟需研发形成河道底泥清污同步提取有机碳源的方法，对于创新河道清污治理和资源化利用方式，实现水体自净能力和污水处理系统运行效能提升，助力排水行业绿色低碳高质量发展都具有重要意义。
与相关专利进行对比，中国发明专利CN201811611507.5“一种对水体底部清淤的底泥洗脱船”，提出了总体构造为含有绞吸头、船载式污泥调理系统、螺杆泵和船载式旋转压滤机的船式底泥洗脱装置，该装置仅利用绞吸头吸取底泥后进行除渣、压缩、沉淀等脱水处理，不存在碳源提取及有机、无机分离功能，且整体构造均和本专利有较大区别。中国发明专利CN202110154231.8“一种多仓离心式底泥洗脱净化平台”，提出了一种多仓离心式底泥洗脱净化平台，包括能够在水面上移动的平台主体，该装置主要利用可视化单元和智控单元对底泥进行固液分离，然后对分离污水进行氮污染的削减，主要功能与本专利显著不同，且主要构造以及离心装置的设置目的也与本专利不同。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，特别适用于目前我国大部分城市为消除水体黑臭，维持水体水质定期开展的河道底泥清污工作。本发明在河道底泥清污过程中实现底泥中有机污染物的快速清出并原位资源化利用，有效解决了传统河道清淤工程量大、清淤底泥处理处置困难等现实问题，提升水体自净能力和污水处理厂进水有机物（COD、BOD5）浓度，减少水体黑臭风险和温室气体产排量，过程无需投加药剂，有助于行业的绿色低碳发展。
为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，包括以下步骤：
步骤S1，利用吸泥装置将河道底泥清污泥浆连续抽送进入筛分单元；
步骤S2，经过筛分处理后的泥浆通过重力或者压力进入变频高速搅拌装置，以大于200 r/min的搅拌速度快速搅拌混合，搅拌混合过程中有机物质从无机颗粒上剥离进入液相；
步骤S3，通过泥浆输送泵将所述高速搅拌装置排出的有机无机混合液输送至离心单元；
步骤S4，通过所述离心单元的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层；
步骤S5，通过输送管道将所述离心单元中上部排出口流出的比重＜1的高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井，不断随污水一并进入城镇污水处理厂进行资源化利用；下部比重＞1的以无机惰性组分为主的污泥在旋流离心和重力作用下进入泥斗并排出，用于清污后河道底部和边坡的修整。
进一步地，进入所述筛分单元的泥浆的含水率高于90%，所述筛分单元的栅板孔径范围0.2 ~ 5 mm。
进一步地，所述筛分单元分离得到的包括砂石在内的无机颗粒物原位用于河道和边坡的修整。
进一步地，所述高速搅拌装置的搅拌强度、停留时间根据清污泥浆中有机、无机物质分离特性确定，切向表观流速不低于0.2 m/s，水力停留时间不小于30 s，最长停留时间不超过2 min。
进一步地，所述离心单元内部设置有低速搅拌桨，底部设有泥斗，1/2 ~ 2/3高度处设有高有机物浓度混合液排出口。
进一步地，所述泥浆输送泵输送泥浆混合液切向进入离心单元，切向角度20° ~45°，泥浆混合液在＜50 r/min的低速搅拌作用下形成旋流，经过低速旋流离心，以有机组分为主的比重＜1的泥浆混合液聚集于所述离心单元的中上部，比重＞1的无机惰性组分在离心力和重力的作用下沉积进入所述离心单元下部的泥斗，过程中无需投加化学药剂。
进一步地，所述筛分单元、高速搅拌装置及离心单元可根据需要设置成分体结构或合体结构。
进一步地，所述提取得到的高有机物浓度混合液的VSS/SS≥0.5，可资源化用于城镇污水处理厂生物处理碳源。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明通过物理分离方法将河道底泥中有机污染物快速清出，并通过有机物排放管线直接与市政污水管网连接，同步实现清出有机物的就地资源化利用，可有效解决传统河道底泥清淤底泥处理处置压力大、污水处理厂生物碳源不足、水体黑臭和温室气体产生及排放等多重问题。
2、与现有传统河道底泥清淤处理方式相比，本发明通过清污底泥原位处理及资源化利用，改变了河道黑臭底泥需要全部清出并外运处理处置的河道清污方式，节省了脱水、运输、堆放和处理处置成本。
3、本发明创新将底泥中有机污染物作为生物处理用碳源，在遏制水体黑臭、降低水体碳排放量的同时，有效提升了污水处理厂进水有机物浓度，改善了生物处理效能，具有绿色、低碳、高效等优点。
4、本发明针对性、实用性和可操作性强，可为河道底泥清污同步资源化利用提供新模式，对助力我国城镇排水行业绿色低碳高质量发展具有重要现实意义。
5、本发明在河道底泥有机污染物的快速清出过程中同步进行资源化利用，有效解决了传统河道清淤工程量大、清淤底泥处理处置困难等现实问题，可显著提升水体自净能力和污水处理厂进水有机物浓度，减少水体黑臭风险和温室气体产排量，过程无需投加药剂，有助于行业的绿色低碳发展。
附图说明
图1是本发明的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的流程示意图。
附图标记说明：1-吸泥装置；2-筛分单元；3-高速搅拌装置；4-泥浆输送泵；5-离心单元；6-输送管道；7-污水检查井。
具体实施方式
一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，包括以下步骤：
步骤S1，利用吸泥装置将河道底泥清污泥浆连续抽送进入筛分单元；
其中进入筛分单元的泥浆的含水率高于90%，筛分单元的栅板孔径范围0.2 ~ 5mm；筛分单元分离得到的砂石等无机颗粒物原位用于河道和边坡的修整。
步骤S2，经过筛分处理后的泥浆通过重力或者压力进入变频高速搅拌装置，以大于200 r/min的搅拌速度快速搅拌混合，搅拌混合过程中有机物质从无机颗粒上剥离进入液相；
其中高速搅拌装置的搅拌强度、停留时间根据清污泥浆中有机、无机物质分离特性确定，切向表观流速不低于0.2 m/s，水力停留时间不小于30 s，最长停留时间不超过2min。
步骤S3，通过泥浆输送泵将高速搅拌装置排出的有机无机混合液输送至离心单元；
其中离心单元内部设置有低速搅拌桨，底部设有泥斗，1/2 ~ 2/3高度处设有高有机物浓度混合液排出口。
步骤S4，通过离心单元的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层；
具体地，泥浆输送泵输送泥浆混合液切向进入离心单元，切向角度20° ~ 45°，泥浆混合液在＜50 r/min的低速搅拌作用下形成旋流，经过低速旋流离心，以有机组分为主的比重＜1的泥浆混合液聚集于离心单元的中上部，比重＞1的无机惰性组分在离心力和重力的作用下沉积进入离心单元下部的泥斗，过程中无需投加化学药剂。
步骤S5，通过输送管道将离心单元中上部排出口流出的比重＜1的高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井，不断随污水一并进入城镇污水处理厂进行资源化利用；下部比重＞1的以无机惰性组分为主的污泥在旋流离心和重力作用下进入泥斗并排出，用于清污后河道底部和边坡的修整。
进一步地，筛分单元、高速搅拌装置及离心单元可根据需要设置成分体结构或合体结构。
步骤S5中提取得到的高有机物浓度混合液的VSS/SS≥0.5，可资源化用于城镇污水处理厂生物处理碳源。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，应用于某地运河水环境治理工程为例，同步原位处理包括以下步骤：
步骤S1，利用吸泥装置1将运河底泥清污形成的含水率98%的泥浆连续抽送进入筛分单元2，筛分单元2的栅板孔径为2 mm，筛分单元2分离得到的直径2mm以上的无机颗粒物用于河道和边坡的修整；
步骤S2，经过筛分处理后的泥浆通过重力或者压力进入变频高速搅拌装置3，以平均1000 r/min的搅拌速度快速搅拌混合，搅拌混合过程中颗粒物相互摩擦使得有机物质从无机颗粒上剥离进入液相，完成底泥中有机组分与无机组分的物理分离；
其中高速搅拌装置3的搅拌强度、停留时间根据清污泥浆中有机、无机物质分离特性确定，切向表观流速0.5 m/s，水力停留时间1 min。
步骤S3，通过泥浆输送泵4将高速搅拌装置3排出的泥水混合液输送至离心单元5，泥浆输送泵4输送泥浆混合液切向进入离心单元5，切向角度30°；
其中离心单元5内部设置有低速搅拌桨，底部设有泥斗，2/3高度处设有高有机物浓度混合液排出口；
步骤S4，通过离心单元5的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层；
具体地，泥浆混合液在30 r/min的低速搅拌作用下形成旋流，经过低速旋流离心，以有机组分为主的比重＜1的泥浆混合液聚集于离心单元5的中上部，比重＞1的无机惰性组分在离心力和重力的作用下沉积进入离心单元5下部的泥斗，离心保持1 min。
步骤S5，通过输送管道6将离心单元5中上部排出口重力流出的比重＜1的高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井7，不断随污水一同进入城镇污水处理厂，提高进水有机碳源含量；下部比重＞1的以无机惰性组分为主的污泥重力进入泥斗并排出，用于清污后河道边坡的修整。
筛分单元2、高速搅拌装置4及离心单元5合体结构，减少装置整体体积。
步骤S5中提取得到的高有机物浓度混合液的VSS/SS=0.6，可资源化用于城镇污水处理厂生物处理碳源。
实施例2
一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，应用于某地池塘底泥改善工程，包括以下步骤：
步骤S1，利用吸泥装置1将河道底泥清污形成的含水率96%的泥浆连续抽送进入筛分单元2，筛分单元2的栅板孔径为5 mm，筛分单元2分离得到的直径5mm以上的无机颗粒物用于河道和边坡的修整；
步骤S2，经过筛分处理后的泥浆通过重力或者压力进入变频高速搅拌装置3，以平均500 r/min的搅拌速度快速搅拌混合，搅拌混合过程中颗粒物相互摩擦使得有机物质从无机颗粒上剥离进入液相，完成底泥中有机组分与无机组分的物理分离；
其中高速搅拌装置3的搅拌强度、停留时间根据清污泥浆中有机、无机物质分离特性确定，切向表观流速0.2 m/s，水力停留时间2 min。
步骤S3，通过泥浆输送泵4将高速搅拌装置3排出的泥水混合液输送至离心单元5，泥浆输送泵4输送泥浆混合液切向进入离心单元5，切向45°；
离心单元5内部设置有低速搅拌桨，底部设有泥斗，1/2高度处设有高有机物浓度混合液排出口；
步骤S4，通过离心单元5的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层；
具体地，泥浆混合液在20 r/min的低速搅拌作用下形成旋流，经过低速旋流离心，以有机组分为主的比重＜1的泥浆混合液聚集于离心单元5的中上部，比重＞1的无机惰性组分在离心力和重力的作用下沉积进入离心单元5下部的泥斗，离心时间1 min。
步骤S5，通过输送管道6将离心单元5中上部排出口重力流出的比重＜1的高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井7，不断随污水一同进入城镇污水处理厂，提高进水有机碳源含量；下部比重＞1的以无机惰性组分为主的污泥重力进入泥斗并排出，用于清污后边坡的修整。
进一步地，筛分单元2、高速搅拌装置4及离心单元5设置成分体结构，降低操作难度，易于清理和维修。
提取得到的高有机物浓度混合液的VSS/SS=0.8，可作为池塘周围草地和树木的营养土，并且提高土壤肥力。
最后应该说明的是，以上实施例仅用来说明本发明的技术方案而非限制，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改和等同替换也均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，利用吸泥装置将含水率高于90%的河道底泥清污泥浆连续抽送进入筛分单元，所述筛分单元的栅板孔径范围0.2 ~ 5 mm；
步骤S2，经过筛分处理后的泥浆通过重力或者压力进入变频高速搅拌装置，以大于200r/min的搅拌速度快速搅拌混合，搅拌混合过程中有机物质从无机颗粒上剥离进入液相；
步骤S3，通过泥浆输送泵将所述高速搅拌装置排出的有机无机混合液输送至离心单元，所述有机无机混合液切向进入离心单元，切向角度20° ~ 45°；
步骤S4，通过所述离心单元的旋流离心作用持续实现不同比重物质的上下分层，过程中无需投加化学药剂；
步骤S5，通过输送管道将所述离心单元中上部排出口流出的比重＜1的高有机物浓度混合液就近排入市政污水检查井，随污水一并进入城镇污水处理厂进行资源化利用；下部比重＞1的以无机惰性组分为主的污泥在旋流离心和重力作用下进入泥斗并排出，用于清污后河道底部和边坡的修整。
2.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述筛分单元分离得到的包括砂石在内的无机颗粒物原位用于河道和边坡的修整。
3.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述高速搅拌装置的搅拌强度、停留时间根据清污泥浆中有机、无机物质分离特性确定，切向表观流速不低于0.2 m/s，水力停留时间不小于30 s，最长停留时间不超过2 min。
4.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述离心单元内部设置有低速搅拌桨，底部设有泥斗，1/2 ~ 2/3高度处设有高有机物浓度混合液排出口。
5.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述有机无机混合液在＜50 r/min的低速搅拌作用下形成旋流，经过低速旋流离心，以有机组分为主的比重＜1的泥浆混合液聚集于所述离心单元的中上部，比重＞1的无机惰性组分在离心力和重力的作用下沉积进入所述离心单元下部的泥斗。
6.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述筛分单元、高速搅拌装置及离心单元可根据需要设置成分体结构或合体结构。
7.根据权利要求1所述的河道底泥清污同步原位提取有机碳源的方法，其特征在于，所述提取得到的高有机物浓度混合液的VSS/SS≥0.5，可资源化用于城镇污水处理厂生物处理碳源。
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