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湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法.pdf

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湖泊 內源 污染 資源 綜合治理 方法
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摘要
申請專利號:

CN201010165633.X

申請日:

2010.04.30

公開號:

CN101858066A

公開日:

2010.10.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):E02B 3/02申請日:20100430|||公開
IPC分類號: E02B3/02; C02F11/00; C02F11/06; C02F1/72; C05F17/00; C05F7/00; C02F101/20(2006.01)N 主分類號: E02B3/02
申請人: 北京道順國際技術開發有限責任公司
發明人: 張東翔; 董志剛
地址: 100085 北京市海淀區上地東路5-1號京蒙高科A318
優先權:
專利代理機構: 北京市卓華知識產權代理有限公司 11299 代理人: 申率
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201010165633.X

授權公告號:

101858066B||||||

法律狀態公告日:

2011.09.28|||2010.11.24|||2010.10.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,根據湖泊自凈化能力以及污染物的進出量,挖出沉積在湖底的污染底泥,由此排除超過自凈化能力的剩余污染物,依據湖泊的自凈化能力實現湖泊的凈化,對于湖泊內的污染底泥采用下列處理方式進行處理并再度利用:(1)湖泊內污染底泥的挖掘;(2)清除污染底泥漿料中的重金屬污染物;(3)清除重金屬含量達標的底泥漿料中的有毒有機污染物;(4)經重金屬污染物和有毒有機污染物處理后的底泥的再度利用。通過本發明方法對底泥內源污染湖泊進行治理,可以去除湖泊內部的大部分內源性污染物,減少底泥污染物向水體的釋放,從根本上解決水體的污染,有效地維持生態系統的平衡。

權利要求書

1.一種湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于根據湖泊自凈化能力以及污染物的進出量,挖出沉積在湖底的污染底泥,由此排除超過湖泊自凈化能力的剩余污染物,依據湖泊的自凈化能力實現湖泊的凈化,對于湖泊內的污染底泥采用下列處理方式進行處理并再度利用:(1)湖泊內污染底泥的挖掘;(2)清除污染底泥漿料中的重金屬污染物;(3)清除重金屬含量達標的底泥漿料中的有毒有機污染物;(4)經重金屬污染物和有毒有機污染物處理后的底泥的再度利用。2.如權利要求1所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于所述污染底泥漿料中的重金屬污染物通過超導強磁場重金屬分離系統進行清除,所述超導強磁場重金屬分離系統的電極為弧形金屬電極,所述電極的數量為一對或多對,對稱設置,所述電極的金屬弧形表面噴涂有高介電常數的高溫陶瓷材料。3.如權利要求2所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于清除所述污染底泥漿料中的重金屬污染物的步驟為:將所述污染底泥漿料的PH值處理在8-9之間;向PH值處理后的所述污染底泥漿料中加入改性的氨基甲酸鹽;再將污染底泥漿料注入所述超導強磁場重金屬分離系統并啟動所述超導強磁場重金屬分離系統;對所述污染底泥漿料進行攪拌后送入沉淀池;經過濾系統將富含重金屬污染物的污泥濾出。4.如權利要求3所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于根據所述富含重金屬污染物的污泥中的重金屬含量和種類的不同,分別進行固體廢物無害化處理,對于水生植物沉積成分較高的污泥,用作開發淤泥燃料,對于砂石成分含量較高的污泥,作為建筑材料使用,用于生產水泥、陶?;蚓坝^磚。5.如權利要求3所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于采用光助Feton技術清除重金屬含量達標的廢水中的有毒有機污染物,根據廢水中所含的特征持續性有機毒物的種類選擇不同的光助Feton工藝參數進行降解處理,處理后的達標水排入緩沖試驗池,處理后的污泥進行固體廢物無害化處理,對于水生植物沉積成分較高的污泥,用作開發淤泥燃料,對于砂石成分含量較高的污泥,作為建筑材料使用,用于生產水泥、陶?;蚓坝^磚。6.如權利要求3所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于采用高級氧化降解技術清除重金屬含量達標的底泥中的有毒有機污染物,處理后的底泥用作生物堆肥或試驗田土壤改良。7.如權利要求6所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于采用污泥好氧堆肥技術制作肥料,將重金屬含量達標的底泥通過接菌種并加入調理劑制成混合拌料,將所述混合拌料經過高溫堆肥發酵后進行篩分,篩分后不符合制肥工藝要求的拌料返回到制作混合拌料的工藝,繼續進行高溫堆肥發酵,篩分后符合制肥工藝要求的拌料通過混合添加劑制成有機肥和/或混合肥。8.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于所述污染底泥的挖掘采用水采水運的方式,用挖泥船進行水下疏挖,再用加壓管道將污染底泥漿料送至堆場。9.如權利要求8所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于在污染底泥的挖掘區和非挖掘區之間設置淤泥攔網或泥沙攔網,所述挖掘船采用絞吸式挖掘船,所述挖掘船的挖掘系統采用活絡拆裝式絞刀裝置,所述挖掘船的吸揚系統采用高效挖掘泵。10.如權利要求9所述的湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,其特征在于所述底泥內源污染湖泊為烏梁素海,所述烏梁素海補給水源主要為黃河河套灌區的農田退水,年輸入量為4-6億立方米,其次為工業廢水和生活污水,年輸入量為1.8-2.2億立方米,所述烏梁素海的水質為5類,主要為有機污染,其中氨氮、總氮和總磷超過地表水III類水質標準,COD和BOD5氟化物超過地表水V類水質標準,總氮平均含量為每升2.03毫克,總磷平均含量為每升0.38毫克,總氮儲量為57萬千克,總磷儲量為10萬千克,污染底泥釋放的氮、磷量占全湖總負荷量的四分之一,湖內大型水生植物總生產量達每年230萬噸,湖底以每年6-9毫米的速度提高。

說明書

湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法

技術領域

本發明涉及一種湖泊污染治理方法,尤其涉及一種由于底泥造成的內源性污染湖泊的資源化綜合治理方法。

背景技術

目前,國內及世界范圍內大部分湖泊由于周邊農業灌溉區農業污水、周邊城市污水、垃圾、農村地表徑流以及工業廢水的匯入,都不同程度地受到了污染,致使水質化學污染嚴重,礦化度越來越高,富營養化嚴重,造成水生植物迅速蔓延,湖面幾乎全部被沉水植物充塞,水生植物腐爛沉落后造成強烈的生物促淤作用,使湖底上升速度加快,湖水沼澤化進程加快,魚類資源、鳥類資源顯著減少,生物填平效應加快,生態環境受到嚴重的破壞,部分年輕湖泊已經過早地進入了老年期。

面對湖泊污染程度的日益加劇,很多國家、地區和政府均對受污染的湖泊采取不同方式的治理,治理方法主要以使用清潔水置換污染水體和采取疏挖清淤方式為主,但這些方法都是治標不治本,不但耗費大量的人力物力,還使污染日趨嚴重。使用清潔水置換污染水體,湖底的淤泥又會成為二次污染源,釋放污染物,使清潔水被污染;采取疏挖清淤的方式挖掘出的污泥不是被棄置就是被填埋,由于污泥中往往含有病菌和過量的重金屬,沒有經過無害化處理的污泥大量被棄置或填埋,最終作為資源用于土地,常常造成二次污染,嚴重影響了環境綜合治理的實際成果。

發明內容

為了解決現有技術的上述缺陷,本發明的目的在于提供一種湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,通過本治理方法可以去除湖泊底泥中的污染物,清除污染水體的內源,減少底泥污染物向水體的釋放,同時還可有效解決污染底泥的去向問題,杜絕二次污染。

本發明采用的技術方案:一種湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,根據湖泊的自凈化能力以及污染物的進出量,挖出沉積在湖底的污染底泥,由此排除超過湖泊自凈化能力的剩余污染物,依據湖泊的自凈化能力實現湖泊的凈化,對于湖泊內的污染底泥采用下列處理方式進行處理并再度利用:

(1)湖泊內污染底泥的挖掘;

(2)清除污染底泥漿料中的重金屬污染物;

(3)清除重金屬含量達標的底泥漿料中的有毒有機污染物;

(4)經重金屬污染物和有毒有機污染物處理后的底泥的再度利用。

所述污染底泥漿料中的重金屬污染物可以通過超導強磁場重金屬分離系統進行清除,所述超導強磁場重金屬分離系統的電極可以為弧形金屬電極,所述電極的數量可以為一對或多對,對稱設置,所述電極的金屬弧形表面可以噴涂有高介電常數的高溫陶瓷材料。

清除所述污染底泥漿料中的重金屬污染物的步驟可以為:將所述污染底泥漿料的PH值處理在8-9之間;向PH值處理后的所述污染底泥漿料中加入改性的氨基甲酸鹽;再將污染底泥漿料注入所述超導強磁場重金屬分離系統并啟動所述超導強磁場重金屬分離系統;對所述污染底泥漿料進行攪拌后送入沉淀池;經過濾系統將富含重金屬污染物的污泥濾出。

根據所述富含重金屬污染物的污泥中的重金屬含量和種類的不同,可以分別進行固體廢物無害化處理,對于水生植物沉積成分較高的污泥,用作開發淤泥燃料,對于砂石成分含量較高的污泥,作為建筑材料使用,用于生產水泥、陶?;蚓坝^磚。

可以采用光助Feton技術清除重金屬含量達標的廢水中的有毒有機污染物,可以根據廢水中所含的特征持續性有機毒物的種類選擇不同的光助Feton工藝參數進行降解處理,處理后的達標水可以排入緩沖試驗池,處理后的污泥可以進行固體廢物無害化處理,對于水生植物沉積成分較高的污泥,用作開發淤泥燃料,對于砂石成分含量較高的污泥,作為建筑材料使用,用于生產水泥、陶?;蚓坝^磚。

可以采用高級氧化降解技術清除重金屬含量達標的底泥中的有毒有機污染物,處理后的底泥可以用作生物堆肥或試驗田土壤改良。

可以采用污泥好氧堆肥技術制作肥料,將重金屬含量達標的底泥通過接菌種并加入調理劑制成混合拌料,將所述混合拌料經過高溫堆肥發酵后進行篩分,篩分后不符合制肥工藝要求的拌料返回到制作混合拌料的工藝,繼續進行高溫堆肥發酵,篩分后符合制肥工藝要求的拌料通過混合添加劑制成有機肥和/或混合肥。

所述污染底泥的挖掘可以采用水采水運的方式,可以用挖泥船進行水下疏挖,再用加壓管道將污染底泥漿料送至堆場。

在污染底泥的挖掘區和非挖掘區之間可以設置淤泥攔網或泥沙攔網,所述挖掘船可以采用絞吸式挖掘船,所述挖掘船的挖掘系統可以采用活絡拆裝式絞刀裝置,所述挖掘船的吸揚系統可以采用高效挖掘泵。

所述底泥內源污染湖泊為烏梁素海,所述烏梁素海補給水源主要為黃河河套灌區的農田退水,年輸入量為4-6億立方米,其次為工業廢水和生活污水,年輸入量為1.8-2.2億立方米,所述烏梁素海的水質為5類,主要為有機污染,其中氨氮、總氮和總磷超過地表水III類水質標準,COD和BOD5氟化物超過地表水V類水質標準,總氮平均含量為每升2.03毫克,總磷平均含量為每升0.38毫克,總氮儲量為57萬千克,總磷儲量為10萬千克,污染底泥釋放的氮、磷量占全湖總負荷量的四分之一,湖內大型水生植物總生產量達每年230萬噸,湖底以每年6-9毫米的速度提高。

本發明的有益效果:通過本發明方法對底泥內源污染湖泊進行資源化綜合治理,可以去除湖泊內部的大部分內源性污染物,減少底泥污染物向水體的釋放,提高湖泊水質,降低湖泊富營養化,豐富湖泊內物種,增加湖泊的庫容和自凈化能力,有效地維持生態系統的平衡。另外,挖掘出的底泥還可以通過適宜的處理再度利用,避免二次污染的同時提高經濟效益,如用作生物堆肥、土壤改良、淤泥燃料或建筑材料及化工原料等。

附圖說明

圖1為本發明的流程示意圖;

圖2為本發明的重金屬含量達標的底泥好氧堆肥及制肥的工藝示意圖。

具體實施方式

參見圖1,本發明提供了一種湖泊底泥內源污染的資源化綜合治理方法,根據湖泊自凈化能力以及污染物的進出量,挖出沉積在湖底的污染底泥,由此排除超過湖泊自凈化能力的剩余污染物,依據湖泊的自凈化能力實現湖泊的凈化,對于湖泊內的污染底泥采用下列處理方式進行處理并再度利用:

(1)湖泊內污染底泥的挖掘;

(2)清除污染底泥漿料中的重金屬污染物;

(3)清除重金屬含量達標的底泥漿料中的有毒有機污染物;

(4)經重金屬污染物和有毒有機污染物處理后的底泥的再度利用。

通過本治理方法可以有效應對內源污染湖泊的沼澤化進程和快速的生物填平效應,通過對湖泊內的底泥清除,分離污染物后,可以安全利用底泥富營養化的有機鹽生產有機肥料、改良土壤,促進農業生產,同時使湖泊的富營養化程度得到有效地控制,從根本解決湖泊污染的問題,維持生態系統平衡。

對湖泊內的所述污染底泥的挖掘可以采用水采水運的方式,可以用挖泥船進行水下疏挖,再用加壓管道將污染底泥漿料送至堆場,同時,在污染底泥的挖掘區和非挖掘區之間可以設置淤泥攔網或泥沙攔網,所述淤泥攔網或泥沙攔網可以采用尼龍塑料紡織布或其它適宜的材料制成,可以采用樁網、浮網或吊纜掛網的方式設置,以起到緩流促淤,將湖泊內在所述污染底泥的挖掘過程中產生的再懸浮顆粒限定在一定區域內的作用,如:所述污染底泥的擾動半徑不超過5m,疏浚水平定位控制在0.5-1m,垂直精度控制在5-10m,減少所述污染底泥在挖掘過程中,污染物在水中擴散所形成的二次污染。

在所述污染底泥的挖掘過程中,所述挖掘船可以采用絞吸式挖掘船,其中所述挖掘船的挖掘系統可以采用挖掘效率高、耐磨性好、拆裝方便的活絡拆裝式絞刀裝置,所述挖掘船的吸揚系統可以采用高效挖掘泵,所述挖掘船還可以配有自動挖掘系統、顯示系統和DGPS定位系統,以確保所述挖掘船的工作效率,提高定位精度,在所述污染底泥的挖掘過程中可進行動態測量,減小實時測量誤差,盡量減少對非污染底泥的挖掘,以避免破壞湖泊底部的自然湖泥層。

由于湖泊常年接受來自上游的水土流失、工業和生活污水的排放、農田灌溉的排放以及自身的生態沉積,致使湖泊內底泥中含有大量的泥沙、重金屬污染物、有機污染物和水生植物沉積,如不進行處理會對生態環境造成二次污染,因此必須對從湖泊中挖掘出的所述污染底泥進行重金屬污染物和有毒有機污染物處理。

所述污染底泥漿料中的重金屬污染物可以通過超導強磁場重金屬分離系統進行清除。優選的方法為采用通過改性的氨基甲酸有機高分子鹽類物質與所述污染底泥漿料中的重金屬離子雜質的螯合反應,并在超強磁場的作用下,實現高效的重金屬離子的去除和分離。對氨基甲酸鹽類的改性可以是使其適當的硫化,也可以是其它適宜的方式,只要能使改性后的氨基甲酸鹽類與所述污染底泥漿料中的重金屬離子發生螯合反應并在強磁場的作用下形成粗大的絮狀非溶性螯合鹽即可。

清除所述污染底泥漿料中的重金屬污染物的步驟可以為:將所述污染底泥漿料通過適宜的處理使其PH值在8-9之間;向PH值處理后的所述污染底泥漿料中加入改性的氨基甲酸鹽;再將污染底泥漿料注入所述超導強磁場重金屬分離系統并啟動所述超導強磁場重金屬分離系統;對所述污染底泥漿料進行攪拌后送入沉淀池;經過濾系統將富含重金屬污染物的污泥濾出。

所述富含重金屬污染物的污泥可以根據其中的重金屬的含量和種類不同,分別進行固體廢物無害化處理,對于砂石含量較高的污泥可以通過水泥回轉窯焚燒法處理生產水泥,采用該方法不影響水泥的正常生產,可將危險底泥無害化,也可以制造輕質高強度建筑材料,如陶粒和景觀用磚;對于水生植物沉積成分較高的污泥,可以用作開發淤泥燃料,與煤一起使用等,以防止造成新的生態環境危害或潛在威脅。富含重金屬污染物的污泥也可以再次返回所述超導強磁場重金屬分離系統中進行二次處理。

所述超導強磁場重金屬分離系統的電極可以為弧形金屬電極,所述電極的數量可以為一對或多對,對稱設置,所述電極的金屬弧形表面可以噴涂有高介電常數的高溫陶瓷材料。

工作原理為:射頻脈沖電暈等離子體放電產生的離子體對質量小的電子加速,由于其運動速度遠高于離子,因而電子與雜質顆粒頻繁碰撞,并由雜質顆粒吸收,使雜質中的各種微小顆粒帶上較多的負電荷,從而實現了對所述污染底泥整體有效電負性的調質。由射頻脈沖電暈等離子體形成的等離子矩轟擊雜質,在等離子矩的電暈噴射過程中,電子在噴射區域內將雜質局域性地分成靠前端的電負性云霧和靠后的正電性云霧。等離子矩轟擊所述污染底泥漿料所產生的快速負電性粒子、表面被活化的各種微小粒子、通過等離子矩轟擊生成的正負離子的聚合作用將使經調質后的所述污染底泥漿料中的雜質顆粒進入下級超導處理系統后的重金屬污染物分離效果顯著提高。等離子矩還可以對所述污染底泥漿料中的同類微小顆粒實現相反的電性調質,處于這種狀態的帶相反電荷的同種粒子將會聚合,聚合后的較大顆粒的粒子更容易被電離從而使得所述污染底泥漿料中的重金屬污染物的分離過程進一步得到改善。

重金屬含量達標的廢水中的有毒有機污染物可以采用光助Feton技術清除,可以根據廢水中所含的特征持續性有機毒物的種類選擇不同的光助Feton工藝參數進行降解處理,處理后的達標水可以排入緩沖試驗池,處理后的污泥可以進行固體廢物無害化處理,如歸入建筑材料生產原料,用以生產水泥、制造輕質高強度建筑材料、景觀用磚和制成淤泥燃料等。

鑒于湖泊附近多以農業生產為主的現狀,重金屬含量達標的底泥中的有毒有機污染物可以采用高級氧化降解技術清除,處理后的經檢驗合格的底泥可以用于制造高效生物活性有機堆肥農用,使底泥中含有的有機物重新進入自然環境,從而改良土壤結構、增加土壤肥力、促進作物生長;經檢驗不合格的底泥可以再次通過高級氧化降解技術進行處理。

參見圖2,可以采用污泥好氧堆肥技術制造高效生物活性有機堆肥,將重金屬含量達標的底泥通過接菌種并加入調理劑制成混合拌料,將所述混合拌料經過高溫堆肥發酵后進行篩分,將篩分后不符合制肥工藝要求的拌料返回到制作混合拌料的工藝,繼續進行高溫堆肥發酵,將篩分后符合制肥工藝要求的拌料通過混合添加劑制成有機肥,也可以將混合了添加劑的符合制肥工藝要求的拌料經過造粒和干燥工藝制成混合肥。在對所述混合拌料進行高溫堆肥發酵時,可以采用油氣換熱裝置對所述混合拌料進行加熱,高溫堆肥發酵工藝過程中產生的廢氣可以通過廢氣除臭裝置排入大氣,還可以采用適宜的通風裝置和濕度調節裝置對高溫發酵工藝過程中的混合拌料進行通風和濕度調節。

對于湖泊中沉積較少的底泥污染區域還可以采用原位生物處理控制技術進行治理,即在沉積較少的底泥污染區域投加具有高效降解作用的微生物和營養物,根據季節性氣候和水文變化添加外加電子受體或供氧劑,以減少底泥的容積、污染物的量或污染物的溶解度、毒性或遷徙性。

本發明方法在實施過程中針對的治理對象之一為烏梁素海,所述烏梁素海位于內蒙古自治區境內,處于黃河河套平原末端,西臨河套灌區,東靠烏拉山西麓,湖泊現有面積為293平方千米,庫容2.5-3億立方米,烏梁素海補給水源主要是黃河河套灌區的農田退水,年輸入量為4-6億立方米,其次為工業廢水和生活污水,年輸入量為1.8-2.2億立方米,由于多年以來,烏梁素海不僅承受來自黃河灌區農業面源的污染,還復合了周邊城市污水、垃圾、農村地表徑流以及工業廢水等的污染物使水體沉積物受到了不同程度的污染,主要為有機污染,其中,氨氮、總氮和總磷超過地表水III類水質標準,COD和BOD5氟化物超過地表水V類水質標準,總氮平均含量為每升2.03毫克,總磷平均含量為每升0.38毫克,總氮儲量為57萬千克,總磷儲量為10萬千克,污染底泥釋放的氮、磷量占全湖總負荷量的四分之一,致使湖水礦化度越來越高,湖水富營養化程度不斷增加,湖內大型水生植物總產量已達230萬噸,成為世界上典型的重度富營養化的草型湖泊,全湖蘆葦迅速蔓延,明水面幾乎全部被沉水植物充塞,蘆葦水上部分和水草每年腐爛沉落后造成了強烈的生物促淤作用,湖底以每年6-9毫米的速度提高。大量的水生植物得不到利用,沉積湖底,腐爛分解后不僅對湖水造成了一定程度的污染,使魚類缺氧死亡,更主要是加速了湖泊的生物填平作用,使僅有一百多年歷史的年輕湖過早地進入了老年期。

通過本發明方法對底泥內源污染湖泊,尤其是烏梁素海進行資源化綜合治理,有效地去除了湖泊內部的大部分內源性污染物,減少了底泥污染物向水體的釋放,提高了湖泊水質,降低了湖泊富營養化,豐富了湖泊內物種,增加了湖泊的庫容和自凈化能力,有效地維持了生態系統的平衡。另外,挖掘出的底泥還可以通過適宜的處理再度利用,避免二次污染的同時提高經濟效益。

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