一种原位处理河道底泥重金属污染的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种原位处理河道底泥重金属污染的装置及快速去除河道底泥重金 属方法，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。
【发明内容】
[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，本发明的目的是在于提 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] 针对现有的处理河道底泥重金属污染的技术存在的缺点，本发明的另一个目的在 于提供一种能有效去除及回收河道底泥中重金属，且无需破坏原有生态系统，无需截流等 高难度工艺，不造成二次污染的处理河道底泥重金属污染的方法。
[0013] 为了实现本发明的技术目的，本发明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。
[0014] 优选的装置中，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。
[0015] 优选的装置中，重金属吸附材料层由购买于格丰科技材料有限公司的纳米多孔陶 瓷复合材料MAOI、MF01和MPO1中至少一种构成。MAO1主要吸附镉、铅、汞、铜、铊等重金属， MFOl主要吸附砷和铅，MPOl的特点是在酸性条件下对镉、铅、汞、铜、铊等具有较好吸附作 用。根据不同的重金属污染河道选择不同的纳米多孔复合陶瓷材料。本发明采用的纳米多 孔陶瓷复合材料具有孔隙发达(孔径在15纳米到200纳米内可控），比表面积高（高达900m 2/ g)的特点，其吸附率高、吸附容量大，且具有陶瓷的物化稳定性(耐酸碱，耐高温，强度大）； 同时在陶瓷表面有序和高密度接枝具有功能机团（不同有机基团对不同类型重金属离子具 有定向络合和选择吸附作用）的有机分子形成单分子层键合，使其具有极好的选择性吸附 目标重金属离子的能力。优选的重金属吸附材料对重金属的选择性高、吸附量大，最大重金 属吸附容量可达400g/kg，且拥有良好的机械强度、安全无毒无害、对环境无二次污染、可再 生循环使用等优势。本发明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;其工作原理是利用附着在陶瓷载体纳米孔 洞内的功能分子对重金属污染物的吸附、络合、螯合等作用，将其吸附截留在重金属吸附材 料内部，重金属离子得到固定。
[0016] 优选的装置中，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。
[0017] 优选的装置中，传动电机设置在密封罩外部。
[0018] 优选的装置中，齿轮传送装置设置在圆形顶板的中央位置。
[0019] 本发明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，一般圆筒直径为〇. 1~2米，相应的一次污泥处理量为0.1~8立方米。
[0020] 本发明还提供了一种基于所述的装置原位处理河道底泥重金属污染的方法，该方 法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。
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