CN205328831U - 一种原位处理河道底泥重金属污染的装置 - Google Patents

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王健
戴佰林
赵轶
程坤
江幸
周磊
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Abstract

本实用新型公开了一种原位处理河道底泥重金属污染的装置,装置包括密封罩和搅拌系统;密封罩由圆筒及圆筒顶部底板构成,圆筒内壁设有重金属吸附材料层,搅拌系统包括传动电机、传动杆和圆形顶板,圆形顶板上设有搅拌柱;该装置用于处理河道底泥重金属污染,具有速率快、对重金属吸附效率高,且占地面积小、可全封闭式操作的特点,能有效去除河道底泥中重金属,且无需破坏原有生态系统,无需截流等高难度工艺,不造成二次污染。

Description

一种原位处理河道底泥重金属污染的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种原位处理河道底泥重金属污染的装置,属于河道重金属污染防治技术领域。
背景技术
[0002]河道底泥是指水体底部的表层沉积物质,是由微生物、腐殖质、土壤及泥沙等组成的混合物,经过长时间物理化学、生物作用及水体传输而沉积于水体底部所形成。底泥能够反映水体演化的历史过程,为河流、湖泊、河流入海口滩涂等自然水体生态系统的重要组成部分。
[0003]底泥中的重金属来自于大气降尘、降水、土壤冲刷、地表径流、各类污水、固体垃圾以及农药等,具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点,能通过食物链成千百倍地富集,最终危害人体健康。尤其是工业发展带来的重金属污染,因重金属不会被生物降解,当环境变化时,沉积在底泥中的重金属形态将发生转化并释放到水体中造成二次污染。同时重金属具有生物累积性,重金属通过生物新陈代谢可存留、积累和迀移在生物体中产生致毒致畸的危害,不仅危害河流的底栖生物,同时严重威胁到人们的身体健康。
[0004]目前世界各国对底泥重金属污染的治理规划和治理技术方案各不相同,尤其是在我国,受污染和经济地域性等因素影响,尚不具备全面开展底泥重金属污染治理工作的条件。根据受污染水体的污染程度不同,结合污染场地的实施条件,
[0005]目前常用的重金属污染底泥的修复技术主要分为原位处理技术和异位处理技术。
[0006]原位处理技术主要包括原位植物修复和原位固定技术,其中原位植物修复以其成本低、操作简单、不易产生二次污染等优势而备受关注,但仍存在处理效率低,植物种植易受当地气候、河道行洪状况影响等缺陷。原位固定技术是向底泥中添加固化剂,将重金属固定在底泥中,阻断重金属向水体中的迀移,该技术受固化药剂的理化性能及自然水体的水利水文特征影响较大,且目前尚无可靠的药剂投放设备,实现均匀和无漏点覆盖难度较大。
[0007]异位治理技术需要将底泥进行异位疏浚,但底泥在疏浚过程中容易重新将其中的污染物释放,影响上覆水水质;同时底泥疏浚需要较大规模的土方工程展开,开挖后的底泥需要在地面经脱水稳定化处理后填埋,因此需要配备相关的底泥预处理设备、脱水设备及底泥的稳定化固化处理工艺等多种设备与工艺,操作复杂,占地大,投资成本高,限制了异位治理技术的应用。
[0008]国内成功修复受污染底泥、沉积物的例子还不多见,仿效发达国家那样花大量资金用于疏浚和污泥处理来修复底泥还不现实,而化学修复又容易造成二次污染,不利于环境治理的可持续性发展。开挖底泥也容易将底泥中的污染物重新释放到水体中,对水体和相应的生态系统造成二次污染。因此,寻找既不扰动底泥原状,又可以高效快速去除底泥中污染物,同时还能减少资金投入,节约成本,操作简单的原位修复技术成为受污染底泥、沉积物原位修复的发展方向。
[0009]在授权公告号为CN203307188U的中国专利中公开了 “受污染底泥处理装置”,该装置采用底泥异位疏浚处理,利用絮凝沉淀脱水方法和底泥重金属稳定化治理技术对底泥进行异位治理,稳定化处理后的填埋处置,底泥脱水后的污水经处理后达标排放。但该装置仍然属于底泥异位修复技术,需要对底泥进行疏浚,增加了二次污染水体的风险;底泥脱水、稳定化及填埋、污水处理等环节均需建设相应构筑物及投加药剂,增加了治理成本。
[0010] 在授权公告号为CN204661518U的中国专利中公开了“河流重金属污染底泥异位治理系统”,该系统为一整套底泥处理设备的集成,包括滚筒洗石机、集泥池、螺旋洗砂机、淋洗液溶药装置、泥浆混合调质池、泥浆沉淀池、淋洗废液反应池7、淋洗液沉淀回收池、振动筛、水力旋流器、泥浆浓缩池、污泥调理池、机械脱水设备、稳定固化搅拌设备、尾水化学反应池、尾水化学沉淀池、絮凝剂溶药装置和稳定剂溶药装置。原理仍然是底泥经预处理后混凝沉淀脱水及机械脱水,脱水后的底泥经稳定化处理后填埋,底泥脱水过程中产生的污水在尾水化学反应池、尾水化学沉淀池中进一步处理,直至达标排放。该套底泥治理系统首先需要对污染底泥进行开挖,容易产生污染释放,影响上覆水水质,且整套系统所含处理单元过多,购买、租赁设备等前期投资过大,而且需要占用过多施工场地,不利于该套底泥治理设备的推广使用。
实用新型内容
[0011]针对现有的处理河道底泥重金属污染的设备存在的缺陷,本实用新型的目的是在于提供一种在处理河道底泥重金属污染时速率快、重金属吸附效率高,且占地面积小、可全封闭式操作的装置。
[0012]为了实现上述技术目的,本实用新型提供了一种原位处理河道底泥重金属污染的装置,该装置包括密封罩和搅拌系统;所述的密封罩是由圆筒及圆筒顶部底板构成的半封闭式结构,所述圆筒的内壁设有重金属吸附材料层,所述底板上设有重金属活化剂入口;所述的搅拌系统包括传动电机、传动杆和圆形顶板,传动电机与圆形顶板之间通过传动杆连接,传动杆与圆形顶板连接处设有齿轮传送装置;所述的圆形顶板设置在圆筒内部,且与圆筒顶部底板平行,所述的圆形顶板上垂直向下设有至少两组搅拌柱。
[0013]优选的方案,圆筒底部筒壁设置成锯齿状。便于密封罩插入河道底泥中,且有利于密封罩固定。
[0014]优选的方案,纳米多孔陶瓷复合材料层由购买于格丰科技材料有限公司的MA01、MFOI和MPOI中至少一种构成C3MAOI对镉、铅、汞、锌、铜和铊具有选择性吸附作用;MFOI对砷和铅具有选择性吸附作用,MPOl在酸性条件下,对镉、铅、汞、铜和铊具有选择性吸附作用。根据不同重金属污染的河道可以选择不同的纳米多孔陶瓷复合材料。
[0015]本实用新型采用的纳米多孔陶瓷复合材料以纳米多孔陶瓷为载体,纳米孔洞内表面密集修饰了含活性官能团的单分子层。纳米多孔陶瓷具有以下特点:1、以陶瓷材料为载体,其具有陶瓷的物理化学稳定性,如耐酸碱、耐高温、机械强度大;2、陶瓷材料表面及内部具有发达的纳米孔系结构,其比表面积大,孔径由15纳米到200纳米范围内可控,比表面积高达900m2/g,吸附重金属的容量大;3、纳米孔洞的内表面密集有序地接枝有含活性官能团的有机单分子层,而活性官能团对重金属离子具有吸附、络合、螯合等作用,其表现出较强的吸附重金属的能力;4、不同的活性官能团对不同的重金属离子吸附能力不同,其对不同重金属表现出选择性吸附效果。
[0016]本实用新型提出的装置中,重金属吸附柱中填充的颗粒状纳米多孔陶瓷复合材料吸附的重金属可以通过EDTA溶液或盐酸溶液进行洗脱,使纳米级多孔陶瓷复合材料再生,同时得到含重金属的溶液,使重金属得到回收,再生重金属吸附柱重复使用。
[0017]优选的方案,搅拌柱上设有若干螺旋刀片。螺旋刀片有利于提高河道底泥搅拌过程中的传质效率,改善混合效果,有利于重金属释放。
[0018]优选的方案,传动电机设置在密封罩外部。
[0019]优选的方案,齿轮传送装置设置在圆形顶板的中央位置。
[0020]本实施例的原位处理河道底泥重金属污染的装置大小可以根据处理底泥的量来确定,一般圆筒直径为0.1〜2米,相应的一次污泥处理量为0.1〜8立方米。
[0021]相对现有技术,本实用新型带来的有益技术效果:
[0022] 1、本实用新型提供的装置具有良好的密封性,不需要截流,围堰等高难度施工,在处理河道底泥重金属过程中,不会对下游河流造成污染,且处理河道污泥为原位处理,不会破坏河道原有生态及大面积占用河道周围场地。
[0023] 2、采用的装置能够快速、永久去除河道底泥中重金属。
[0024] 3、本实用新型的装置采取模块式组装,便于操作、移动、维护,使用成本低。
[0025] 4、本实用新型的装置处理河道底泥重金属污染的过程可连续操作、速率快、效率高,设备及作业不需要占用大面积场地,投资成本低,适应于中小河流的河道底泥重金属处理。
[0026] 5、装置中采用的纳米多孔陶瓷复合材料不但可以去除河道底泥中的重金属,而且可以回收重金属,使资源得到充分利用;同时纳米多孔陶瓷复合材料可再生,重复利用,大大降低了处理成本。
附图说明
[0027]【图1】为原位处理河道底泥重金属污染的装置示意图;I为密封罩,2为圆筒结构,3为圆筒顶部底板,4为重金属吸附材料层,5为活化剂入口,6为传动电机,7为传动杆,8为圆形顶板,9为齿轮传送装置,10为搅拌柱,11为螺旋刀片;
[0028]【图2】为纳米多孔陶瓷复合材料剖面图:12为纳米多孔陶瓷,13为纳米孔,14为含活性官能团的单分子层。
具体实施方式
[0029]以下实施例旨在结合附图对本实用新型的内容进一步说明,而不是限制本实用新型的保护范围。
[0030]图1为本实用新型原位处理河道底泥重金属污染的装置;该装置包括密封罩I和搅拌系统;所述的密封罩I是由圆筒2及圆筒顶部底板3构成的半封闭式结构,在处理河道底泥时可以直接由圆筒2的非封闭端插入底泥中,形成封闭体系,且圆筒2底部设置成锯齿状,用于装置在河道底泥中的固定;所述圆筒2的内壁设有重金属吸附材料层4,纳米多孔陶瓷复合材料以纳米多孔陶瓷12为载体,纳米多孔陶瓷复合材料的纳米孔13内表面密集修饰了含活性官能团的单分子层,用来吸附重金属离子;所述底板3上设有重金属活化剂入口 5,在处理底泥过程中,用来向圆筒2内部添加活化剂;所述的搅拌系统包括传动电机6、传动杆7和圆形顶板8,传动电机6与圆形顶板8之间通过传动杆7连接,传动杆7与圆形顶板8之间设有齿轮传送装置9,齿轮传送装置9设置在圆形顶板8的中央位置;所述的圆形顶板8设置在圆筒2内部,且与圆筒2顶部底板3平行,传动电机6启动后,由传动杆7带动圆形顶板8转动,而圆形顶板8上设有多组搅拌柱10,搅拌柱10对底泥进行搅拌,搅拌柱10至少设有两组以上,搅拌柱10上设有螺旋刀片。
[0031]用图1装置处理河道底泥的过程是:将所述装置的密封罩垂直插入河道底泥中,开启传动电机,传动电机通过传动杆带动圆形顶板转动,圆形顶板上的搅拌柱对河道底泥进行搅拌混合;同时从重金属活化剂入口加入重金属活化剂,促进底泥中重金属溶出,并被密封罩圆筒的内壁重金属吸附材料层吸附;待重金属吸附完全后,在从河道底泥中抽出密封罩时,利用传动杆将圆形顶板向下挤压,对搅拌混合过的河道底泥进行平整压实处理。
[0032] 实施例1
[0033]湘东地区某河流底泥中重金属镉含量为4.3mg/kg、锌含量为652mg/kg、铜含量为210mg/kg,选用直径为0.5m的处理圆筒装置,吸附材料为MAOl,一次性处理污泥量为
0.781113,加入?!1为3.0的柠檬酸溶液4(^,控制传动电机在8(^/1^11的转速下201^11。如1^01吸附的多重金属离子达到饱和,可以将MAOl用浓度为1.5wt %的E:DTA溶液洗脱后,回收重金属镉、锌和铜,MAOl再生后的吸附容量达到原始材料的95%,可重复使用,如吸附的重金属离子量未达到饱和,可以继续使用;
[0034] 对河道底泥通过一次理后,检测河流底泥中的重金属镉含量降低至0.5mg/kg、锌含量降低至367mg/kg、铜含量降低至130mg/kg。如果在此基础上重复操作进行多次处理,河道底泥中镉、锌和铜的去除率都可以达到95%以上。

Claims (6)

1.一种原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:包括密封罩(I)和搅拌系统;所述的密封罩(I)是由圆筒(2)及圆筒顶部底板(3)构成的半封闭式结构,所述圆筒(2)的内壁设有重金属吸附材料层(4),所述底板(3)上设有重金属活化剂入口(5);所述的搅拌系统包括传动电机(6)、传动杆(7)和圆形顶板(8),传动电机(6)与圆形顶板(8)之间通过传动杆(7)连接,传动杆(7)与圆形顶板(8)连接处设有齿轮传送装置(9);所述的圆形顶板(8)设置在圆筒(2)内部,且与圆筒(2)顶部底板(3)平行,所述的圆形顶板(8)上垂直向下设有至少两组搅拌柱(10)。
2.根据权利要求1所述的原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:所述的圆筒(2)底部筒壁设置成锯齿状。
3.根据权利要求1所述的原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:所述的重金属吸附材料层由纳米多孔陶瓷复合材料MAOl、MF01和MPOl中至少一种构成。
4.根据权利要求1所述的原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:所述的搅拌柱(1)上设有若干螺旋刀片(11)。
5.根据权利要求1所述的原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:所述的传动电机(6)设置在密封罩(I)外部。
6.根据权利要求1所述的原位处理河道底泥重金属污染的装置,其特征在于:所述圆筒(2)的内径为0.1〜2米。
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