一种疏浚底泥就地处理系统及处理方法与流程

本发明涉及生态环境领域，特别是涉及一种疏浚底泥就地处理系统及处理方法，用于河湖清淤底泥的就地处理与景观建设。

背景技术：

改革开放以来，我国城市和公园发展迅速，污水排放量也因此大幅度增加，然而我国环保产业相比于城市和工业的发展相对滞后，污水处理设施的建设也起步较晚，这种滞后使得过去大量生活污水和工业废水无法得到有效处理，直接排入河湖中，不仅水质变差，随着污染物沉积在底泥中，河湖底泥的物理、化学或生物组成都发生了变化，底泥受污染也十分严重，形成了新的内源污染源，最终导致城市周围水环境发生严重破坏。而底泥的环保疏浚是解决水体内源污染问题的主要手段之一。

河湖底泥由于受纳污染物种类的不同，污染类型大致可以分为氮磷营养盐污染、重金属污染、有机物污染以及复合污染几种。目前针对污染河湖底泥的处理，我国多采用环保疏浚后对底泥进行浓缩、消化、填埋、堆肥等传统方法，然而疏浚底泥的转移与后续处理则需要花费较大的运输、挖掘与处理成本，此外疏浚底泥脱去的废水以及底泥渗滤液中常常含有大量的氮磷污染物、重金属污染物以及有机物，如不能有效处理势必会造成二次污染，形成新的环境问题。

对于疏浚底泥的处置，脱水减量化是前提，无害化是核心，而资源化利用则是底泥处置的最终目标。如何降低疏浚底泥处理成本，又能避免底泥污染物造成二次污染，还能对底泥进行资源化利用是当今生态环保领域的一个亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述疏浚底泥处理技术方面的不足，提出一种疏浚底泥就地处理系统及处理方法，以降低疏浚底泥处理成本，避免底泥污染物造成二次污染，并最终有利于对底泥进行资源化利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种疏浚底泥就地处理系统，包括上部的中空圆柱池体、与所述中空圆柱池体下部相连的碗形池体、设置在所述中空圆柱池体和碗形池体中心的实体圆柱，所述碗形池体自下而上依次设有布水排水层、第二净化层、第一净化层，所述布水排水层内设有排水管，所述中空圆柱池体内自下而上依次设有过滤层、污泥脱水网、底泥脱水单元，所述实体圆柱内设有通气竖管，所述第一净化层内设有至少两根与所述通气竖管相连通的通气横管，所述底泥脱水单元包括设置在所述实体圆柱外侧的空心主轴、设置在所述实体圆柱顶部的中心支架、呈中心对称状交错设置在空心主轴侧面的刮泥叶片和/或压水叶片、设置在中空圆柱池体外侧的圆形齿条导轨、设置在所述圆形齿条导轨上的驱动机构、两端分别与驱动机构和空心主轴相连的桁架主梁。

优选地，所述驱动机构中的电动机经减速器调速后驱动齿轮在所述圆形齿条导轨上运动，带动桁架主梁和空心主轴绕所述实体圆柱回转。

优选地，所述中心支架包括设置在所述实体圆柱上的轴承座以及设置在所述轴承座上的可调心轴承，所述轴承座与实体圆柱上的预埋螺栓连接，所述轴承座与可调心轴承中部设有圆形孔，所述通气竖管从所述圆形孔导出。

优选地，所述空心主轴呈圆筒状，所述空心主轴内部与所述可调心轴承连接，所述空心主轴上部与所述桁架主梁用螺栓连接，所述空心主轴顶部中间设有导出通气竖管的圆孔。

优选地，所述刮泥叶片由钢管拼焊而成，所述刮泥叶片整体呈三角棱柱状，所述刮泥叶片的截面为直角三角形，直角三角形的斜边为刮泥面，所述刮泥面为上疏下密的格栅；所述压水叶片由矩形钢管和角钢作骨架表面覆盖钢板焊接形成，所述压水叶片整体呈叶片状，所述压水叶片倾斜向下设置。

优选地，所述污泥脱水网为聚酯单丝编织而成的人字形网，所述污泥脱水网开孔率为20～30％，所述污泥脱水网的表面涂覆疏水性纳米防粘涂料；所述过滤层由粒径为20～30mm的砾石滤料铺设而成，铺设高度为30～40cm。

优选地，所述第一净化层由体积比为(4～5)：1的桃壳活性炭与沸石混合填料填充而成；所述第二净化层由改性超级活性炭铺设而成；所述布水排水层由卵石填充铺设而成；所述第一净化层与第二净化层之间、所述第二净化层与布水排水层之间均设有格栅层。

优选地，所述改性超级活性炭的制备步骤包括：

将煤基活性炭与koh溶液按照1：(3～5)的质量比进行混合，然后置入活化炉中，在n2氛围下于300～400℃下进行脱水干燥及低温炭化1～2h，然后以4℃/min升温至700～800℃恒温活化1～2h，之后在n2氛围下将活化产物冷却至常温，用稀盐酸洗涤1～2次后再用蒸馏水洗涤2～3次直到ph为7，将洗涤后的活化产物于干燥箱中100～110℃下干燥24h，得到超级活性炭；

在厌氧条件下，将上述制备的超级活性炭放置于厌氧氨氧化菌与氨化细菌混合悬浊液中均匀混合，密封下静置2h后放入30～35℃恒温摇床中低速晃动24h，直至超级活性炭吸附菌种达到饱和，过滤后在n2氛围下于15～20℃进行干燥，得到负载厌氧氨氧化菌和氨化细菌的改性超级活性炭。

优选地，所述通气竖管上端设有氨气吸收机构，所述氨气吸收机构由透气不透水的膜包裹醋酸制成；所述通气横管以通气竖管为中心呈中心对称均匀分布，所述通气横管的管壁上设有出气孔洞。

本发明的另一目的在于提供了一种疏浚底泥就地处理方法，所述疏浚底泥就地处理方法包括如下步骤：

a、沿清淤河道的侧面每间隔20～25m的距离构建一个人工湿地，并且所述人工湿地进水方向同河道水流方向一致，在人工湿地的进水口的前方以及远离水的侧面设置至少一个所述的疏浚底泥就地处理系统，所述疏浚底泥就地处理系统底部的排水管与人工湿地的进水口相连；

b、将疏浚底泥置入到中空圆柱池体中，并在加入絮凝剂后启动底泥脱水单元；

c、持续监测中空圆柱池体中的底泥含水率，待中空圆柱池体中疏浚底泥含水率下降到70～80％时，移开底泥脱水单元并静置3～5天；

d、向中空圆柱池体中的疏浚底泥内加入固化剂，使中空圆柱池体中疏浚底泥稳定化；

e、向中空圆柱池体中疏浚底泥的上层覆盖50～80cm厚的种植土，并在所述种植土内种植乔灌草植物。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

1)经过本发明处理后底泥占地面积大大减小，且疏浚底泥在河道附近进行就地处理，降低了底泥运输成本，减轻了底泥对环境的影响。

2)本发明中设置的底泥脱水单元，刮泥叶片上疏下密的格栅结构配合与地面有一定夹角的压水叶片，在搅拌底泥的同时实现对底泥的压缩，相较仅靠重力脱水，底泥脱水效率得到了大大的提升。此外底泥脱水单元还具有使用便捷的优势，可即时安装与拆卸，并可重复利用。

3)本发明针对脱泥废水氮磷、重金属以及有机物等污染物含量高的特点，设置了分层净化结构，并与人工湿地系统联用，保证了脱泥废水的最终处理效果，最终能够满足排入河流的标准。此外，后期底泥渗滤液以及下渗雨水，都会经过该系统的各分层净化以及人工湿地得到有效处理，从而解决底泥渗滤液以及雨水下渗引起的污染问题。

4)本发明于固化后的底泥上种植具有吸收重金属和土壤改良效果的植物，底泥中的氮磷营养物质能促进植物的生长，而植物反作用于底泥能对其进行改良，起到良好的底泥无害化效果。

5)本发明提出的疏浚底泥就地处理系统与人工湿地联用，沿河岸分布，形成了良好的景观效果，疏浚底泥得到了良好的资源化利用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为疏浚底泥就地处理系统结构示意图；

图2为疏浚底泥就地处理系统俯视示意图；

图3为疏浚底泥就地处理系统透视示意图；

图4为刮泥叶片结构示意图；

图5为压水叶片结构示意图；

图6为疏浚底泥就地处理方法示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明提供了一种疏浚底泥就地处理系统，如图1～图6所示，其中，示出了本发明的一种优选实施方式。本发明提出的疏浚底泥就地处理系统自上向下依次主包括底泥脱水单元、过滤层、第一净化层、第二净化层、布水排水层五个部分。

具体地，所述疏浚底泥就地处理系统包括上部的中空圆柱池体4、与所述中空圆柱池体4下部相连的碗形池体8、设置在所述中空圆柱池体4和碗形池体8中心的实体圆柱5，所述碗形池体8自下而上依次设有布水排水层10、第二净化层11、第一净化层12，所述布水排水层10内设有排水管9，所述中空圆柱池体4内自下而上依次设有过滤层13、污泥脱水网6、底泥脱水单元，所述实体圆柱5内设有通气竖管15，所述第一净化层12内设有至少两根与所述通气竖管15相连通的通气横管14，所述底泥脱水单元包括设置在所述实体圆柱5外侧的空心主轴16、设置在所述实体圆柱5顶部的中心支架18、呈中心对称状交错设置在空心主轴16侧面的刮泥叶片17和/或压水叶片19、设置在中空圆柱池体4外侧的圆形齿条导轨3、设置在所述圆形齿条导轨3上的驱动机构2、两端分别与驱动机构2和空心主轴16相连的桁架主梁1。

如图1所示，所述疏浚底泥就地处理系统上部砌筑为直径6～6.5m的中空圆柱池体4，下部为碗状结构，池底宽1.4～1.5m，下部碗形池体8的中间设有直径为1m的混凝土结构的实体圆柱5。所述实体圆柱5柱体内预埋通气竖管15，所述中空圆柱池体4与碗形池体8的池壁均选用不透水混凝土砌筑，池内壁需保证其光滑性，且铺设防渗材料做好防渗工作，所述疏浚底泥就地处理系统的总深度为5～5.5m。

如图6所示，本发明的疏浚底泥就地处理系统21最好能与人工湿地22联合使用，所述人工湿地22优选为垂直潜流人工湿地。沿清淤河道20的一侧或者两侧，每间隔20～25m的距离构建一个人工湿地22，人工湿地22的进水方向同河道水流方向一致。在人工湿地22的进水口的前方以及远离水的一侧设置多个疏浚底泥就地处理系统21，环绕湿地。疏浚底泥就地处理系统21底部的排水管9人工湿地22的进水口相连，经处理过后的脱泥废水需经过人工湿地22进一步净化后，就近排入河道20中。

优选地，所述底泥脱水单元包括设置在所述实体圆柱5外侧的空心主轴16、设置在所述实体圆柱5顶部的中心支架18、呈中心对称状交错设置在空心主轴16侧面的刮泥叶片17和/或压水叶片19、设置在中空圆柱池体4外侧的圆形齿条导轨3、设置在所述圆形齿条导轨3上的驱动机构2、两端分别与驱动机构2和空心主轴16相连的桁架主梁1。

桁架主梁1一端与空心主轴16固定，空心主轴16安装在中部的实体圆柱5顶部的中心支架18上，刮泥叶片17和压水叶片19固定在空心主轴16上。桁架主梁16另一端与驱动机构2相连，驱动机构中的电动机经减速器调速后驱动齿轮在圆形齿条导轨3上运动，带动桁架主梁1和空心主轴16绕所述实体圆柱5回转。桁架主梁1由角钢拼接而成，不同单元呈三角形，稳定性良好，节点处用螺连接或者焊接，保证足够强度整体结构力学性能强，稳定性好。所述驱动单元还可以采用其他传动方式，例如齿轮传动，亦可延长或增加桁架主梁1结构，在圆周上采用多点驱动，还也可以在轴心处采用中心驱动方式。

优选地，所述中心支架18包括设置在所述实体圆柱5上的轴承座以及设置在所述轴承座上的可调心轴承。所述轴承座与实体圆柱5上的预埋螺栓连接，连接后加润滑脂并用防护罩密封，便于底泥搅拌脱水完成后进行拆卸。所述轴承座与可调心轴承中部设有圆形孔，所述通气竖管15从所述圆形孔导出，轴承选用可承受竖直方向的纵向力的可调心轴承。

如图2所示，所述空心主轴16呈圆筒状，所述空心主轴16内部与所述可调心轴承连接，所述空心主轴16上部与所述桁架主梁1用螺栓连接，所述空心主轴16顶部中间设有导出通气竖管15的圆孔，便于通气竖管15引出。所述刮泥叶片17与压水叶片19呈中心对称状交错布置在空心主轴16的四周。

如图3、图4、图5所示，所述刮泥叶片17由钢管拼焊而成，所述刮泥叶片17整体呈三角棱柱状，所述刮泥叶片17的截面为直角三角形，直角三角形的斜边为刮泥面，所述刮泥面为上疏下密的格栅。所述压水叶片19由矩形钢管和角钢作骨架表面覆盖钢板焊接形成，所述压水叶片19整体呈叶片状以保证强度，所述压水叶片19倾斜向下设置。

所述底泥脱水单元在运行过程中，整体与中心支架18连接，在驱动机构2带动桁架主梁1、空心主轴16、刮泥叶片17和压水叶片19绕实体圆柱5沿顺时针旋转。所述刮泥叶片17利用与底面呈一定夹角且上疏下密的格栅结构，推动底部含水率较低的污泥向上运动，同时促进顶部含水率较高的污泥透过格栅向下运动。而处于污泥层中部的压水叶片19利用与底面呈一定夹角的完整硬质表面，产生挤压底部污泥的效果，与刮泥叶片17配合，大大促进了底泥脱水效果。另外，底泥脱水单元完成本地污泥脱水处理后，所有部件均可拆卸，以便重复使用。

本发明中刮泥叶片17和压水叶片19可以配合使用，也可以单独使用刮泥叶片17或压水叶片19，也可以调整刮泥叶片17和压水叶片19在圆周上分布的密度。所述刮泥叶片17也可采用其他材料和格栅形式，只要达到上疏下密的结构即可。所述压水叶片19也可采用其他材料和固定形式，只要达到倾斜面向下挤压的效果即可。

进一步，所述污泥脱水网6为聚酯单丝编织而成的人字形网，所述污泥脱水网6开孔率为20～30％，所述污泥脱水网6的表面涂覆疏水性纳米防粘涂料。具体地，所述污泥脱水网6以聚酯单丝为原料，人字形网，开孔率为20～30％，目数约为30目，所述污泥脱水网6透气、透水但不透泥，还具有耐酸、耐碱、耐高温的特点。通过在所述污泥脱水网6的网表面需涂抹一层纳米防粘涂料，使得底泥不能粘附在涂层的表面，而涂层表面具有疏水性，使得脱泥废水能够迅速通过网孔渗入到下层过滤层13中，而不会造成淤积堵塞。

由于污泥具有高亲水性，污泥中水与污泥固体颗粒的结合力很强，如果没有预先的处理，则绝大多数污泥的脱水是非常困难的。本发明在将疏浚底泥倒置入底泥脱水单元中后，加入絮凝剂对疏浚底泥进行调质地，破坏疏浚底泥中的胶体结构，减小底泥与水的亲和力，并配以机械搅拌后使得底泥中的水更容易脱去从而进入下层结构。

所述过滤层13位于底泥脱水单元下部，选用粒径为20～30mm的砾石滤料填充，铺设高度约为30～40cm，该层设置的目的是过滤脱泥废水中的大分子颗粒物质。

优选地，所述第一净化层12由体积比为(4～5)：1的桃壳活性炭与沸石混合填料填充而成；该层位于过滤层13下部，所述第二净化层11的上部，铺设高度约为30～40cm。所述第一净化层12与第二净化层11之间设有格栅，格栅网格为边长5～10mm的小方格，防止两层滤料的混合。

桃壳活性炭在置入所述第一净化层12前需经过蒸馏水的多次冲洗直至出水清澈，这里选用桃壳活性炭是为了吸附脱泥废水中的重金属离子，而桃壳活性炭对重金属具有十分良好的吸附效果。重金属离子对下层所述第二净化层11中厌氧氨氧化反应具有抑制作用，因此在所述第二净化层11上部设置第一净化层12从而吸附脱泥废水中的重金属离子。如图1所示，中部的实体圆柱5内预埋的通气竖管15会通入第一净化层12中。该层含有少量的沸石填料，用于吸收脱泥废水中的部分氨氮离子，在好氧条件下，部分氨氮于沸石上发生半硝化和硝化反应，微生物将部分nh4⁺-n转化为no2^--n和no3^--n。

所述第二净化层11位于第一净化层12的下部，布水排水层10的上部，选用直径为5～10mm的立柱状改性超级活性炭铺设而成，铺设高度约为80～90cm。布水排水层10和第二净化层11之间设置格栅，所述格栅的网格为边长5～10mm的小方格，以防止两层滤料混合。

常规活性炭由于比表面积较小，选择吸附性能较差等问题已不能满足要求，而经特殊方法制得的超级活性炭有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和吸附容量，因此本发明选择活性炭作为原料，采用化学活化法制备超级活性炭。此处需要注意的是，在本发明中所选活性炭为煤基活性炭，而不宜选用椰壳、秸秆等木质素活性炭制备超级活性炭，因为木质素对氨化作用有抑制的效果，不利于该层氨化反应的进行。

进一步，所述改性超级活性炭的制备步骤包括：

将煤基活性炭与koh溶液按照1：(3～5)的质量比进行混合，然后置入活化炉中，在n2氛围下于300～400℃下进行脱水干燥及低温炭化1～2h，然后以4℃/min升温至700～800℃恒温活化1～2h，之后在n2氛围下将活化产物冷却至常温，用稀盐酸洗涤1～2次后再用蒸馏水洗涤2～3次直到ph为7，将洗涤后的活化产物于干燥箱中100～110℃下干燥24h，得到超级活性炭；

在厌氧条件下，将上述制备的超级活性炭放置于厌氧氨氧化菌与氨化细菌混合悬浊液中均匀混合，密封下静置2h后放入30～35℃恒温摇床中低速晃动24h，直至超级活性炭吸附菌种达到饱和，过滤后在n2氛围下于15～20℃进行干燥，得到负载厌氧氨氧化菌和氨化细菌的改性超级活性炭。

脱泥废水中一般含有较高浓度的氨氮和有机氮，所述第二净化层11选用上述改性超级活性炭为填料，在厌氧条件下，主要发生氨化反应和厌氧氨氧化反应。在所述第二净化层11中，改性超级活性炭能够大量吸附溶解性有机氮(don)和氨氮，负载在改性超级活性炭上的氨化细菌能够将don转化为nh4⁺-n，而负载在超级活性炭上的厌氧氨氧化菌以nh4⁺-n为电子供体，以no2^--n和no3^--n为电子受体，将脱泥废水中的氨氮转化为氮气。所以，经所述第二净化层11净化后的脱泥废水，tn含量将有大幅度下降。

进一步，所述布水排水层10位于漏斗状结构的最下层，选用粒径为30～40mm的卵石填充铺设而成，铺设高度为40～50cm，最底部设置至少两根排水管9。排水管9可与垂直流人工湿地的进水口相连，将净化后的脱泥废水排入湿地中进行进一步净化，即可就近排入河道中。

本发明设置的通气管预埋在中间的混凝土实体圆柱5中，通气管由通气竖管15和通气横管14两部分组成，直径均为10cm。所述通气竖管15的高度为360～380cm，通气竖管15最下部设置在第一净化层12的位置，并且下部延伸出四根通气横管14插入到第一净化层12内部，四根第一净化层12以通气竖管15为中心呈中心对称均匀分布，相邻通气竖管15之间的角度为90°，单根通气横管14的长度为100～150cm，通气横管14上开多个孔洞，方便气体的进出。

优选地，所述通气竖管15上部出口位于所述实体圆柱5顶部的圆形孔处，且所述通气竖管15上端设有氨气吸收机构。所述氨气吸收机构由透气不透水的膜包裹醋酸制成，且可取出，能够定期替换。所述第二净化层11产生的氮气与氨气可通过通气管排出，且氨气可在通气竖管15出口处被吸收，防止氨气直接排放到大气中造成污染。

实施例2

本发明还提供了一种疏浚底泥就地处理方法，所述疏浚底泥就地处理方法包括如下步骤：

a、沿清淤河道20的侧面每间隔20～25m的距离构建一个人工湿地22，并且所述人工湿地22进水方向同河道水流方向一致。如图6所示，在人工湿地22的进水口的前方以及远离水的侧面设置至少一个所述的疏浚底泥就地处理系统21，所述疏浚底泥就地处理系统21底部的排水管9与人工湿地22的进水口相连。

b、将疏浚底泥置入到中空圆柱池体4中，并在加入絮凝剂后启动底泥脱水单元，絮凝剂优选有机絮凝剂，例如淀粉、纤维素、pam等。

c、持续监测中空圆柱池体4中的底泥含水率，待中空圆柱池体4中疏浚底泥含水率下降到70～80％时，移开底泥脱水单元并静置3～5天。

d、向中空圆柱池体4中的疏浚底泥内加入固化剂，使中空圆柱池体4中疏浚底泥稳定化，固化剂可根据底泥污染物种类具体确定，可供选择的有粉煤灰、石灰石、膨润土等。

e、向中空圆柱池体4中疏浚底泥的上层覆盖50～80cm厚的种植土，并在所述种植土内种植乔灌草植物，植物可选择能够吸收重金属、改良土壤的植物进行种植。

本发明的疏浚底泥就地处理方法至少具有以下优点：

1)经过本发明处理后底泥占地面积大大减小，且疏浚底泥在河道附近进行就地处理，降低了底泥运输成本，减轻了底泥对环境的影响。

2)本发明中设置的底泥脱水单元，刮泥叶片上疏下密的格栅结构配合与地面有一定夹角的压水叶片，在搅拌底泥的同时实现对底泥的压缩，相较仅靠重力脱水，底泥脱水效率得到了大大的提升。此外底泥脱水单元还具有使用便捷的优势，可即时安装与拆卸，并可重复利用。

3)本发明针对脱泥废水氮磷、重金属以及有机物等污染物含量高的特点，设置了分层净化结构，并与人工湿地系统联用，保证了脱泥废水的最终处理效果，最终能够满足排入河流的标准。此外，后期底泥渗滤液以及下渗雨水，都会经过该系统的各分层净化以及人工湿地得到有效处理，从而解决底泥渗滤液以及雨水下渗引起的污染问题。

4)本发明于固化后的底泥上种植具有吸收重金属和土壤改良效果的植物，底泥中的氮磷营养物质能促进植物的生长，而植物反作用于底泥能对其进行改良，起到良好的底泥无害化效果。

5)本发明提出的疏浚底泥就地处理系统与人工湿地联用，沿河岸分布，形成了良好的景观效果，疏浚底泥得到了良好的资源化利用。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。