一种处理底部污泥的组合物及处理方法和应用与流程

本发明涉及水体污泥清除领域，更具体地，涉及一种处理底部污泥的组合物及处理方法和应用。

背景技术：

城市黑臭水体是指城市建成区内，呈现令人不悦的颜色(黑色或泛黑色)，和(或)散发出令人不适气味(臭或恶臭)的水体的统称。造成这一现象的主要因原有：(1)外源有机物和氨氮消耗水中氧气:超量外源有机物会大量消耗do，当do值下降到一个过低水平值时，大量有机物进一步分解产生硫化氢、胺、氨等小分子化合物散发臭味，同时厌氧条件下，沉积物种产生的难溶于水的气体，在上升过程中，携带污泥进入水象使水体发黑；(2)内源底泥释放污染：水体被污染后，污染物累积，通过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中，使得污染物和氨氮从底泥中释放厌氧发酵产生的甲烷及氨气，携带底泥上浮导致水体黑臭；(3)藻类过量繁殖造成水体腐败：n、p等营养元素的超标，导致河道中藻类过量繁殖。藻类在生长初期给水体补充氧气，死亡后分解矿化形成耗氧有机物和氨氮，导致季节性水体黑臭现象并产生极其强烈的腥臭味道。

在黑臭水体治理过程中，上部的水体治理相对容易，而下部底泥难度较大，主要是涉及大量的土方工程，造成直接费用非常高。现在我国各级政府已对治理黑臭水体治理给予高度重视，并出台多项政策，强制在2020年彻底解决黑臭水体对生态的污染问题。但由于早期在城市建设过程对河流生态的忽视，加之现有处理方式工程量大、工艺复杂、费用很高，制约了治理进程。因此，探索一种低成本、工艺简便的黑臭水体底部污泥的处理方法非常重要。

技术实现要素：

针对现有黑臭水体底污泥以清淤移除为主，导致的工程量大、费用高，且对于一些城市建成区内狭窄街道区域内无法展开实施的问题，本发明提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物及将其处置黑臭水体中底部污泥的方法，该组合物通过将具有消毒功能的材料造粒后与多孔矿物颗粒配伍复合，该组合物中的降解材料可快速沉降至底部，进行底部污染物的消毒降解，并配伍复合多孔矿物颗粒，可中和底部悬浮污泥胶体的电性，而实现污泥胶体失稳，产生可压缩性，从而达到底部悬浮污泥减量化。

本发明的第一目的在于提供了一种处理底部污泥的组合物，该组合物包括降解材料和多孔矿物颗粒；所述降解材料由包括沸石、碳酸钙、膨润土和消毒剂的原料造粒制得。

本发明通过特定组合物降解材料造粒与多孔矿物颗粒复配，可以有效地原位处置黑臭水体的底部污泥。

在本发明一个优选实施方式中，以重量份计，制备降解材料的原料包括40～70份沸石、15～40份碳酸钙、1～15份膨润土和10～35份消毒剂；优选地是，所述原料包括45～55份沸石、20～35份碳酸钙、5～10份膨润土和20～30份消毒剂。进一步优选地是，所述原料包括50～55份沸石、20～25份碳酸钙、5～10份膨润土和20～25份消毒剂。

在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

在本发明一个优选实施方式中，所述沸石为斜发沸石、毛沸石、钙十字石、丝光沸石中的一种或多种，为了进一步提高吸附效果，优选为斜发沸石。在本发明中，上述沸石通常使用天然沸石。

在本发明一个优选实施方式中，所述碳酸钙为轻质碳酸钙和/或重质碳酸钙，优选为重质碳酸钙。

在本发明一个优选实施方式中，所述消毒剂为亚氯酸钠和/或过硫酸氢钾。

在本发明一个优选实施方式中，所述降解材料的粒径为1～7mm，优选为1～3mm，密度大于2g/cm³。

在本发明一个优选实施方式中，所述多孔矿物颗粒为天然多孔矿物颗粒，为了进一步提高吸附效果，优选为玄武岩或火山岩颗粒。

在本发明一个优选实施方式中，本发明的组合物中还包括阳离子聚丙烯酰胺颗粒(阳离子pam颗粒)。上述阳离子聚丙烯酰胺颗粒的粒径优选为0.1～2mm。所述阳离子聚丙烯酰胺颗粒的加入量可以根据水体污染程度而定。相对于待处理的水体，阳离子聚丙烯酰胺颗粒的加入量优选为10～30ppm。

在本发明一个优选实施方式中，所述多孔矿物颗粒由粒径为15～20mm的粗颗粒(即多孔矿物粗颗粒)和粒径为3～8mm的细颗粒(即多孔矿物细颗粒)组成。其中，所述粗颗粒与细颗粒的质量比优选为1:1。

在本发明一个优选实施方式中，加入的多孔矿物颗粒的平均厚度为3～5cm。当多孔矿物颗粒由粗颗粒和细颗粒组成时，加入的粗颗粒的厚度为2～3cm，细颗粒的厚度为1～2cm。

在本发明一个优选实施方式中，所述降解材料与所述多孔矿物颗粒的质量比可以根据污泥中污染物浓度来调整，优选为1:(2～5)，进一步优选为1:(3～4)。

在本发明一个优选实施方式中，上述组合物适用的污泥的固含量为2～5％，优选为2～3％。

其中，上述组合物所适用的污泥的固含量优选为2～3％。降解材料的质量为所述污泥的0.05～0.15％。

在本发明一个优选实施方式中，所述组合物包括降解材料、多孔矿物颗粒和阳离子聚丙烯酰胺颗粒，所述降解材料由包括斜发沸石、重质碳酸钙、膨润土和亚氯酸钠的原料造粒制得。其中，多孔矿物颗粒为玄武岩或火山岩颗粒，优选为玄武岩颗粒。其中，该组合物所适用的污泥的固含量优选为2～3％。降解材料的质量为所述污泥的0.05～0.15％。

在本发明一个优选实施方式中，本发明的组合物包括降解材料、火山岩多孔矿物颗粒和阳离子聚丙烯酰胺颗粒，所述降解材料由包括斜发沸石、重质碳酸钙、膨润土和过硫酸氢钾的原料造粒制得。其中，该组合物所适用的污泥的固含量优选为2～3％。降解材料的质量为所述污泥的0.05～0.15％。

基于上述优选实施方式，本发明的组合物优选由降解材料、多孔矿物颗粒和阳离子聚丙烯酰胺颗粒组成。降解材料优选由沸石、碳酸钙、膨润土和消毒剂组成。

本发明的另一目的在于提供使用上述组合物处理底部污泥的方法，该方法包括如下步骤：

将所述降解材料加入污泥中，搅拌10～30min，静置20～30min，向其中加入所述多孔矿物颗粒，使所述多孔矿物颗粒整体下降至所述污泥中。

在本发明一个优选实施方式中，所述降解材料的质量为所述污泥的0.05～0.2％，优选为0.05～0.15％，进一步优选为0.1～0.15％。

在本发明一个优选实施方式中，所述降解材料与所述多孔矿物颗粒的质量比可以根据污泥中污染物浓度来调整，可以为1:(2～5)，进一步优选为1:(3～4)。

其中，在本发明中，可以使用尼龙网格布使多孔矿物颗粒整体下降。

在本发明一个优选实施方式中，上述方法还包括在加入降解材料的同时加入阳离子聚丙烯酰胺颗粒。

在本发明一个优选实施方式中，所述多孔矿物颗粒由粒径为15～20mm的粗颗粒和粒径为3～8mm的细颗粒组成；向混合体系中先加入粒径为15～20mm的粗颗粒，待所述粗颗粒完全整体下降时，再向其中加入粒径为3～8mm的细颗粒。在该方法中，优选地是，由粗颗粒和细颗粒所组成的多孔矿物颗粒的厚度为3～5cm。

其中，优选地是，粗颗粒的厚度为2～3cm，细颗粒的厚度为1～2cm。

在本发明一个优选实施方式中，使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法优选包括如下步骤：

如图1所示，将上述降解材料和阳离子聚丙烯酰胺颗粒加入河水底部的污泥(淤泥)中，搅拌10～30min，静置20～30min，再向其中加入粒径为15～20mm的多孔矿物粗颗粒(多孔矿物颗粒1)，待所述粗颗粒能完全整体下降时，再向其中加入粒径为3～8mm的细颗粒(多孔矿物颗粒1)。

本发明的另一目的在于提供上述组合物或上述处理方法在处理黑臭水体中底部污泥中的应用。

本发明的方法尤其适用于黑臭水体中底部污泥。

本发明提供的组合物通过将具有消毒功能的材料造粒后与多孔矿物颗粒配伍复合，该组合物中的降解材料可快速沉降至底部，进行底部污染物的消毒降解，并配伍复合多孔矿物颗粒，可中和底部悬浮污泥胶体的电性，而实现污泥胶体失稳，产生可压缩性，从而达到底部悬浮污泥减量化，尤其适用于黑臭水体中的底部污泥。本发明通过造粒后的天然多孔矿物颗粒，进行底部污泥的压缩罩盖，达到污泥可渗水性的底部硬化，一是可保持水体受到扰动时，ss(悬浮物)不增加，二是将原底部污染物固定，防止其返溶而影响水体质量。本发明可在水体表面实施，工艺简单，适应在狭小空间作业，且成本低，易于大规模推广应用。本发明提供的组合物以及方法可以消除水体底部污泥臭味、降低污染物浓度，以及可原位压缩减量并实现悬浮底泥高渗水性硬化的复合材料匹配工艺技术与应用。

附图说明

图1为本发明使用组合物处置黑臭水体中底部污泥的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例，用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。

本发明中使用的原料组分均可市购获得，本发明实施例所用试剂均为化学纯。

降解材料a：

将天然斜发沸石(淡蓝色粉体)、重质碳酸钙(白色粉体)、亚氯酸钠(白色粉体)、膨润土(白色粉体)按下述比例混合，采用压制备工艺进行造粒。其中产物粒径为1～3mm；造粒过程尽可能少，密度大于2g/cm3；以能压制成型为易，蓝色沸石粉体成型后，便以在实际工程中确认使用。

具有配比：

天然斜发沸石：55％；

重质碳酸钙：20％；

膨润土：5％；

亚氯酸钠：20％。

降解材料b：

将天然斜发沸石(淡蓝色粉体)、重质碳酸钙(白色粉体)、过硫酸氢钾(白色粉体)、膨润土(白色粉体)按下述比例混合，采用压制备工艺进行造粒。其中产物粒径为1～3mm；造粒过程尽可能少，密度大于2g/cm3；以能压制成型为易，蓝色沸石粉体成型后，便以在实际工程中确认使用。

具有配比：

天然斜发沸石：50％；

重质碳酸钙：25％；

膨润土：5％；

过硫酸氢钾：20％。

多孔矿物颗粒c：

将天然玄武岩矿物(吉林靖宇)进行破碎，筛分制备成两种粒度级别的物料，粗颗粒15～20mm；细粒为3～8mm。

多孔矿物颗粒d：

将天然火山岩矿物(吉林靖宇)进行破碎，筛分制备成两种粒度级别的物料，粗颗粒15～20mm；细粒为3～8mm。

实施例1

本实施例提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物，该组合物由降解材料a、多孔矿物颗粒c和速溶阳离子pam颗粒组成。

使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法包括如下步骤：

取北京市昌平区南口镇某黑臭水体悬浮污泥(固含量3％)样品800ml，放入1l的烧杯中，加入污泥量0.1％降解材料a、同时加入20ppm的速溶阳离子pam颗粒，搅拌20min后，静止20min后，放入孔径为3～5mm尼龙网格布使天然矿物颗粒整体下降，在尼龙网格布上放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒c粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的多孔矿物颗粒c细颗粒，多孔矿物颗粒c层的总厚度3cm。

实施例2

本实施例提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物，该组合物由降解材料b、多孔矿物颗粒d和速溶阳离子pam颗粒组成。

使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法包括如下步骤：

取北京市昌平区南口镇某黑臭水体悬浮污泥(固含量3％)样品800ml，放入1l的烧杯中，加入污泥量0.1％降解材料b、同时加入20ppm的速溶阳离子pam颗粒，搅拌20min后，静止20min后，放入孔径为3～5mm尼龙网格布使天然矿物颗粒整体下降，在尼龙网格布上放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒d粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的多孔矿物颗粒d细颗粒，多孔矿物颗粒d层的总厚度3cm。

实施例3

本实施例提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物，该组合物由降解材料a、多孔矿物颗粒c和速溶阳离子pam颗粒组成。

使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法包括如下步骤：

取北京市昌平区南口镇某黑臭水体悬浮污泥(固含量5％)样品800ml，放入1l的烧杯中，加入污泥量0.2％降解材料a、同时加入20ppm的速溶阳离子pam颗粒，搅拌20min后，静止20min后，放入孔径为3～5mm尼龙网格布使天然矿物颗粒整体下降，在尼龙网格布上放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒c粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的多孔矿物颗粒c细颗粒，多孔矿物颗粒c层的总厚度3cm。

实施例4

本实施例提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物，该组合物由降解材料b、多孔矿物颗粒d和速溶阳离子pam颗粒组成。

使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法包括如下步骤：

取北京市昌平区南口镇某黑臭水体悬浮污泥(固含量5％)样品800ml，放入1l的烧杯中，加入污泥量0.2％降解材料b、同时加入20ppm的速溶阳离子pam颗粒，搅拌20min后，静止20min后，放入孔径为3～5mm尼龙网格布使天然矿物颗粒整体下降，在尼龙网格布上放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒d粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的多孔矿物颗粒d细颗粒，多孔矿物颗粒d层的总厚度3cm。

实施例5

本实施例提供了一种用于处置黑臭水体中底部污泥的组合物，该组合物由降解材料a、多孔矿物颗粒d和速溶阳离子pam颗粒组成。

使用上述组合物处置黑臭水体中底部污泥的方法包括如下步骤：

取北京市昌平区南口镇某黑臭水体悬浮污泥(固含量3％)样品800ml，放入1l的烧杯中，加入污泥量0.1％降解材料a、同时加入20ppm的速溶阳离子pam颗粒，搅拌20min后，静止20min后，放入孔径为3～5mm尼龙网格布使天然矿物颗粒整体下降，放入在尼龙网格布上放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒d粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的多孔矿物颗粒d细颗粒，多孔矿物颗粒d层的总厚度3cm。

实验例

检测实施例1～5中除臭实验效果、悬浮污泥压缩程度(体积减量比例)、上部水体cod、ss、总氮、总磷等去除率。

实施例1结果：

实验效果：臭味显著降低；ss去除率100％；cod去除率76％；总氮去除率42％；总磷去除率81％。

实施例2结果：

实验效果：臭味明显降低；ss去除率100％；cod去除率56％；总氮去除率22％；总磷去除率61％。

实施例3结果：

实验效果：臭味显著降低；ss去除率100％；cod去除率70％；总氮去除率35％；总磷去除率80％。

实施例4结果：

实验效果：臭味明显降低；ss去除率100％；cod去除率40％；总氮去除率20％；总磷去除率45％。

实施例5结果：

实验效果：臭味显著降低；ss去除率100％；cod去除率60％；总氮去除率35％；总磷去除率65％。

针对现场实际黑臭水体悬浮污泥采用方法和步骤如下：

下部污泥压缩减量：采用污泥处理置剂进行搅拌与底泥充分接触，破坏污泥体系的胶体平衡，实现污泥整体量的压缩减量；同时完成底污泥污染物的消毒、清除臭味，该过程作用时间40min。整个工程时间视处理总量而定。

上部水体污染物絮凝：待底部污泥消毒、除臭后，大部分固体污泥下沉，对上部水体进行污染物的絮凝去除，净化水体。采用矿物污水絮凝剂进行均匀填撒并同时搅拌水体，实现絮凝剂与污染物充分接触，并将污染物絮凝实现固液分离。

整体污泥底部压缩硬化：由于底部污泥仍为较松散的悬浮体，需对其进行压缩，采用网布方式将底污泥罩盖，罩盖网布采用尼龙式细格布，尽可能将大部分底泥收拢。加入本发明的降解材料，将底泥硬化。放入孔径为3～5mm尼龙网格布，放入一层平均厚度为2cm的多孔矿物颗粒c粗颗粒或多孔矿物颗粒d粗颗粒，待矿物颗粒能整体下降时，再放入一层平均厚度为1cm的小颗粒样品c或样品d。对面积较大的要处理区域，可采用先四周后中间方式，也可采用局部分段处理方式。

以昌平南口镇实际黑臭水体悬浮污泥处理为例：固含量为3～5％污泥，cod为130mg/l；总氮32mg/l；总磷87mg/l；按上述方式，加入材料量分别为降解材料a或降解材料b：0.1％；样品c和样品d总厚度为3cm。处理后，臭味显著降低；ss去除率100％；cod去除率76％；总氮去除率42％；总磷去除率81％。

材料总费用为8元/吨污泥。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。