CN1807339A - 对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法 - Google Patents

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许国仁
李圭白
邹金龙
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Abstract

对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,涉及一种河流底泥的处理方法。现有的将河流底泥制成的陶粒存在性能低、成本高的弊端。本发明所述方法是,将河道底泥与生活污泥混合、挤压成型后,在1100~1300℃条件下烧制20~40min。本发明所述方法可以对受污染的河流底泥进行有效利用、在降低成本的同时又可以提高产品性能。经实际测试,本发明所述方法制备得到的陶粒可以达到以下性能:松散容重/(kg·m-3)610-970,颗粒容重/(kg·m-3)1932-2308,吸水率(%)3-12,空隙率(%)46-65%,比表面积/(m2·g-1)1.82-3.98。利于推广应用。

Description

对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法
技术领域
本发明涉及一种河流底泥的处理方法。
背景技术
底泥主要由粘土矿物、有机质、活性金属氧化物组成,这种天然的颗粒物具有巨大的比表面积,在水环境中发挥着重要的作用,它是水中各种污染物的源和汇,并记录着河流环境变化的丰富信息。
河道底泥中的主要污染物质可以分为以下几类:(1)营养物质,包括氮磷化合物。水体中磷的含量过高会造成藻类的大量繁殖,藻类的生长和腐烂过程中会消耗大量的溶解氧,氨的浓度过高会对水体中的有机体产生毒副作用;(2)大量的有机物,碳水化合物包括油和油脂;(3)重金属,包括Mn,Pb,Cd,Zn,Hg,Cr,Cu,Zn等;(4)非金属,As,Se等。
污染底泥的微量生物元素向水体的迁移释放,在元素的地球化学循环中是一个不可忽视的环节。由于排污倾废的增加,河道的污染加剧,沉积物-水界面间的迁移现象已经成为河道治理和保护的一个重要课题。在受污染的水体中,如果底泥的污染严重,则底泥中的有机物、重金属以及营养元素的释放也是水体的一个重要的污染源。
在河道治理过程中,污水截流工程、污水治理工程等的实施对改善河水水质有重要的作用。但是当河水水质较好时,底泥的释放对河流水质的污染就显得更为突出。底泥释放的速率与河流干流水质和水动力条件直接有关,当干流水质很差时,释放和沉积处于相对平衡状态;一旦水质提高后,底泥释放速率也会提高。当水动力条件增强时,底泥易获得启动流速而起浮,另外也易使底泥大量消耗溶解氧。因此要根治河道的污染,底泥的治理就是一个不容忽视的问题。
过去,传统的疏浚底泥的处置方法是抛于海洋、河流、湖泊、湿地和海湾中,或用封闭的装置(Confined Disposal Facility)进行填埋。随着科技的进步和人们对疏浚物质的更深入的认识,认为疏浚物质也是一种资源,因此底泥的资源化利用成为人们研究和应用的重点。
从目前底泥资源化方法的研究来看,由于底泥中重金属的存在,使得利用底泥制备高温烧结产品成为比较适合的资源化方法,而其它的方法都存在这样或那样的缺陷:例如,采用底泥作肥料对底泥的污染程度、植物的类型有较为严格的要求,由于植物体对重金属的蓄积作用以及用于土地后重金属对地下水的潜在危害,使得其应用得到很大程度的限制,因此对于用于农田的底泥,对其污染程度要严格控制;绿地、公园等对重金属的要求不象蔬菜等高,可以采用,但仍然存在对地下水的潜在危害。现在,有的学者提出对河流底泥利用的方法是将其制成陶粒,制备方法是以河流底泥及生活污泥、粘结剂为原料通过1100℃的温度烧结而成。但发明人发现,虽然粘结剂在陶粒中的含量很小,但在烧制过程中粘结剂起到了对成孔的阻碍作用,从而影响产品性能;另外由于粘结剂与河道底泥及生活污泥同时使用还存在着费用高的弊端。
发明内容
针对现有的受污染河流底泥没有被有效利用、对其处置需要浪费能源且可能会产生二次污染的弊端,针对现有的将河流底泥制成陶粒过程中使用粘结剂存在影响产品性能、成本高的弊端,本发明提供一种利用受污染的河流底泥为原料制成陶粒、在降低陶粒成本的同时又可以提高产品性能的对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,该处理方法即是将受污染水体底泥通过控制特定条件而将其制成陶粒的过程,所得陶粒可应用于建筑、石油、交通、农业、或环保行业中,都可以取得良好的应用价值。一种对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法为,将河道底泥与生活污泥按以下重量百分比制备成陶粒:脱水干燥后的河道底泥60-90%、脱水干燥后的生活污泥10-40%;将所述原料按比例混合、挤压成型后,在1100~1300℃条件下烧制20~40min。本发明采用受污染的河道底泥为主要原料,采用生活污泥为添加剂,制备了比表面积大、空隙率高的陶粒,为受污染河道底泥的处置提供了出路,为河道底泥的资源化提供了一个具有优势的方向,同时也为我国河道底泥的治理和处置提供了一定的理论依据和参考。本发明以生活污泥为原料之一,同时还在一定的程度上解决了城市污水处理厂污泥治理的问题。发明人从晶体结构的角度,采用X-射线衍射方法分析了底泥陶粒的晶体成分特别是重金属在底泥陶粒中的存在形态和晶体结构,并通过底泥陶粒X-射线衍射分析以及重金属的浸出试验和消化试验,证明了底泥陶粒的制备对底泥和生活污泥中重金属都具有良好的转化和固化作用,防止了底泥陶粒在应用过程中的二次污染问题,为底泥陶粒的进一步应用打下了良好的基础。本发明采用河道底泥陶粒作为曝气生物滤池生物膜的载体,用于城市污水的强化处理,以废治废,循环利用,体现了循环经济的要求,提高了城市污水处理厂出水达标率并达到相应的回用水水质要求。可以看出,本发明将受污染的河流底泥制成陶粒,既解决了底泥中污染物的释放对上覆水体水质的“二次污染”作用,同时又解决了底泥产品在使用过程中对环境可能造成的污染问题,还可以开发底泥资源,将底泥变“废”为“宝”,制成的陶粒可以应用于水处理领域、建筑、石油、交通、农业、或环保行业中,以废治废,创造了一定的经济效益,因此本发明从循环经济的角度出发,实现了经济效益、环境效益与社会效益和的完美结合。更为重要的是,本发明创造性的取消了现在制备陶粒过程中使用的粘结剂,发现通过提高烧制温度的方法可以代替使用粘结剂,其原理为,高温使反应物料中各种成分在特定的条件下进行了重新自组织,并发挥了污泥的适当粘结与成孔的作用,从而使所得陶粒强度和空隙率进一步增强,同时该方案还减小了现有技术中粘结剂对成孔的阻碍,因此用此种方法制得的陶粒不但达到同类产品质量,而且性能更加优良,并且因节省了粘结剂而降低了制造成本,因此更具有市场竞争力,利于推广应用。经实际测试,本发明所述方法制备得到的陶粒可以达到以下性能:松散容重/(kg·m-3)610-970,颗粒容重/(kg·m-3))1932-2308,吸水率(%)3-12,空隙率(%)46-65%,比表面积/(m2·g-1)1.82-3.98。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式为一种对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,首先,将河道底泥与生活污泥分别进行脱水、干燥,使其含水率在30%以下,然后按重量百分比河道底泥60-90%、生活污泥10-40%将原料进行充分混合,保持混合后原料的含水率在20%-30%之间,用成型机挤压成陶粒形状;将所得成型陶粒再进行干燥和预热,使其含水率在8~12%,然后在1100~1300℃条件下烧制20~40min,之后自然冷却至室温即可。
经实际测试,所述方法制备得到的陶粒可以达到以下性能:松散容重/(kg·m-3)610-970,颗粒容重/(kg·m-3))1932-2308,吸水率(%)3-12,空隙率(%)46-65%,比表面积/(m2·g-1)1.82-3.98。通过对陶粒中重金属经XRD分析可知,原料中的重金属经过高温烧结,主要以晶体的形态存在于成品中,所检出的重金属都是以稳态化合物结构存在。由于离子键具有较高的晶格能和很强的稳定性,因此重金属在陶粒中具有较好的固化能力,从而消除了所得陶粒在应用过程中可能产生的顾虑。
具体实施方式
二:本实施方式所述比例的原料制成的陶粒做为建筑材料使用。首先,将采集的污染时期的松花江底泥与生活污泥分别进行脱水、干燥,使其含水率在20%,然后各原料按重量百分比计,河道底泥占总重量的75%、生活污泥占总重量的25%,充分混合后,保持混合后原料的含水率在25%-30%之间,用成型机挤压成陶粒形状;将所得成型陶粒再进行干燥和预热,使其含水率在6~8%,然后在1120℃条件下烧制32min,之后自然冷却至室温即可;本实施方式所得陶粒结构致密、硬度高、抗腐蚀、不易风化、使用寿命长,经实际测试,所得陶粒表面光洁度高,透气性能好,不易粉化。可达到的主要指标为:粒形:球形球度>0.9、圆度>0.9;角形系数:≤1.1;粒径符合率:≥95%;破碎率:≤3%;热膨胀率:1.03%(1000℃加热10分钟),同时,由于原料中的重金属不易析出,从而可以使所得陶粒在房屋、路面、桥梁等位置的施工中使用。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式二不同之处在于,所得陶粒用于农业或石油行业中,各成分按重量百分比计,河道底泥占总重量的80%、生活污泥占总重量的20%;经脱水干燥后在1200℃条件下烧制30min。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式二不同之处在于,所得陶粒作为水处理过程中的滤料使用。各原料按重量百分比计,河道底泥占总重量的85%、生活污泥15%;所述原料经脱水干燥后在1280℃条件下烧制22min,自然冷却至室温。经实际测试,所制得的陶粒可以达到以下性能:亚甲基蓝吸附量:0.152mg/g,碘吸附量:15.8mg/g,吸水率:8.3%,空隙率:63%,松散容重:950kg/m3,颗粒表观密度:1005kg/m3。
另外,发明人考察了各地区的河道底泥及生活污泥,发现虽然由于地区性差异使底泥及生活污泥的各成分含量略有差异,但不会因为原料来源不同而影响到本发明目的的实现。

Claims (4)

1.一种对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,其特征在于将河道底泥与生活污泥按以下重量百分比制备成陶粒:脱水干燥后的河道底泥60-90%、脱水干燥后的生活污泥10-40%;将所述原料按比例混合、挤压成型后,在1100~1300℃条件下烧制20~40min。
2.根据权利要求1所述的对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,其特征在于河道底泥75%、生活污泥25%;在1120℃条件下烧制32min。
3.根据权利要求1所述的对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,其特征在于河道底泥80%、生活污泥20%;在1200℃条件下烧制30min。
4.根据权利要求1所述的对受污染水体的底泥进行无害化、资源化的处理方法,其特征在于河道底泥85%、生活污泥15%;在1280℃条件下烧制22min。
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