一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法.pdf

本发明属于污染水体沉积物处理技术领域，具体涉及一种水体沉积物减量资源化综合利用的方法。为解决水体沉积物脱水难、费用高、资源化利用率低、存在重金属二次危害等技术问题，向水体沉积物中加入氧化剂提高其脱水性能，将有机与无机组分分离后，结合物理压榨得脱水泥砂，实现水体沉积物的减量化；弱碱性条件下，将得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池，提高反应速率，并易得到较纯的鸟粪石结晶；将富含有机质的浮泥与回收氮磷后的滤液作为外碳源回用至污水处理系统，实现碳源资源化利用。本发明可提高水体沉积物的处理效率、降低处置成本，在减量化基础上，充分实现水体沉积物中重金属的稳定化固化，及有机与无机组分的资源化综合利用。

权利要求书
1.  一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其步骤为：
(1)利用加药器向水体沉积物中投加氧化剂，强氧化作用下，沉积物中微生物的细胞壁、细胞膜破碎，胞内有机质及氮磷等物质被释放出来，同时降低沉积物含水率，提高脱水性能；
(2)氧化改性后的水体沉积物送入气浮沉淀一体机，经气浮、沉淀处理产生浮泥和沉砂，浮泥送入收集池，沉砂排出后进行物理压榨脱水，脱水滤液送入反应池，气浮沉淀一体机出水送入反应池与脱水滤液混合；
(3)对沉砂脱水后的脱水泥砂进行重金属浸出毒性检测，若达标，则直接用作腐殖土、路基材料或路面砖骨料；若超标，则进行安全填埋或经烧结无害化后作为无土栽培基质；
(4)向反应池中加入Mg盐，并添加碱液调节pH，不断搅拌，充分反应后，将反应液送入沉淀池；
(6)反应液在沉淀池中静置后，收集底部沉积物得到大颗粒的鸟粪石，并抽样进行重金属含量测试，若达标则用做缓释肥，若超标则进行安全填埋；
(7)对沉淀池上清液进行过滤，滤网捕集得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池，鸟粪石过滤液进入收集池与浮泥混合；
(8)收集池中的混合液有机质含量较高，作为外碳源用于污水处理系统脱氮除磷工序，或单设小型污水处理设施对其进行常规污水处理，达标后排放。

2.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述水体沉积物为市政污水处理厂污泥或积存在水体底部的沉泥，含水率为50～99.9％。

3.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠、臭氧、过氧化氢、二氧化氯、高铁酸钾、氯气中的一种或几种。

4.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述Mg盐为废盐卤，并调节镁/磷摩尔比为1.2～1.6。

5.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述碱液为NaOH或NH3·H2O溶液，并调节PH至7.2～8.8。

6.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述搅拌时间为0.5～2h。

7.  根据权利要求1所述的一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法，其特征在于：所述反应液在沉淀池中静置1～2h。

说明书一种水体沉积物的减量资源化综合利用方法
技术领域
本发明涉及污染水体沉积物处理技术领域，特别涉及一种水体沉积物的减量资源化综合 利用方法。
背景技术
受水源及排放源的影响，大量的污染物沉积于水体中，受污染的沉积物又反作用于水体， 造成一系列连带的复合污染，在影响水环境质量的同时，更对居民人体健康和水生态安全造 成危害，水体污染沉积物治理已成为水环境治理的最重要因素之一。其含水率高，体积大等 特征，更为堆放和运输带来较大的困难。
传统的水体沉积物处理方法是先采用浓缩、消化、脱水等途径减小沉积物体积，再通过 填埋、填海、焚烧、土地综合利用、堆肥等方法对其进行最终处置。而随着环境压力的增大 及环境标准的日益严格化，这些处置方式存在的脱水效率低、占用空间大、易造成二次污染、 耗费能源等缺陷日趋明显。
同时，水体沉积物中因含有丰富的有机质、氮、磷等营养物质和可用的无机组分，又可 作为一种优质的“二次资源”。而现有的水体沉积物资源化处置方法，无论是建材化技术、堆 肥利用技术、能源化技术，或材料化技术，均因水体沉积物体积大、脱水率低等问题，造成 处置费用高、工序复杂，且存在资源化利用率低、利用范围狭窄、利用组分单一、利用时未 考虑重金属的脱除问题而存在潜在危害等缺点，未能充分实现资源的综合利用。因此，建立 在减量化基础上的无害化、资源化处理应成为水体沉积物处理领域的主流发展方向。
发明内容
本发明针对现有处置技术对水体沉积物脱水难、费用高、资源化利用率低、存在重金属 二次危害等的弊端，提供了一种在高效减量化基础上，充分实现水体沉积物无害化后有机组 分与无机组分资源化综合利用的方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
(1)利用加药器向水体沉积物中投加氧化剂，强氧化作用下，沉积物中微生物的细胞壁、 细胞膜破碎，胞内有机质及氮磷等物质被释放出来，同时降低沉积物含水率，提高脱水性能；
所述水体沉积物为市政污水处理厂污泥或积存在水体底部的沉泥，含水率为50～99.9％；
所述氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠、臭氧、过氧化氢、二氧化氯、高铁酸钾、氯气中的一 种或几种；
(2)氧化改性后的水体沉积物送入气浮沉淀一体机，经气浮、沉淀处理产生浮泥和沉砂， 浮泥送入收集池；
(3)沉砂进行物理压榨脱水，得到脱水滤液和脱水泥砂，脱水滤液送入反应池；
(4)对气浮沉淀一体机内水体pH进行监测，呈弱碱性时，将水体排出送入反应池与脱 水滤液混合；
(5)抽样检测脱水泥砂中的重金属浸出毒性，若达到相关标准要求，则直接用作腐殖土、 路基材料或路面砖骨料；若超标，则进行安全填埋或利用申请人在先申请的发明专利“一种 污泥烧结制无土栽培基质处理系统”(申请号：201410324536.9)的方法将脱水泥砂经过烧结 无害化后作为无土栽培基质利用；
(6)向反应池中加入Mg盐，调节镁/磷摩尔比为1.2～1.6，回收氮磷得到鸟粪石，反应 如下式，反应过程中，对反应池内的pH进行监测，接近中性时，投加适量碱液调节pH至 7.2～8.8范围内，搅拌20～120min使其充分反应后，将反应液送入沉淀池；
Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
所述Mg盐为废盐卤；
所述碱液为NaOH或NH3·H2O溶液；
(7)反应液在沉淀池中静置1～2h后，收集底部沉积物得到大颗粒的鸟粪石，抽样进行 重金属含量测试，若达到肥料相关标准要求，则用做缓释肥；若超标，则进行安全填埋；
(8)对沉淀池上清液进行过滤，滤网捕集得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池， 鸟粪石过滤液进入收集池与浮泥混合；
(9)收集池中的混合液有机质含量较高，作为外碳源送至污水处理系统脱氮除磷工序中 的厌氧池和/或缺氧池，或单设小型污水处理设施对其进行常规污水处理，达标后排放。
本发明的有益效果：
(1)提高水体沉积物脱水性能，实现减量化。向水体沉积物中投加氧化剂，不仅可使微 生物细胞破壁释放出胞内有机质及氮磷等物质，还能释放出絮体内的水，降低沉积物含水率； 同时，利用气浮沉淀一体机可促使有机质进入浮泥、无机泥砂沉降、游离氮磷进入液相，使 有机组分与无机组分分离；再结合物理压榨工艺，很大程度上提高了沉积物的脱水性能，有 效解决了目前水体沉积物体量大、脱水难的问题，并最终实现减量化；
(2)对传统鸟粪石反应工艺进行升级优化。气浮工艺可吹脱水体沉积物中的CO2，使液 体呈弱碱性，降低了鸟粪石反应过程中碱液的用量，同时弱碱性可避免NH4+转化为NH3挥发， 以及Mg(OH)2、Mg3(PO4)2等杂质的生成，易得到高纯度的鸟粪石晶体。同时，本发明将得到 的小颗粒鸟粪石捕集并作为晶种回投至反应池，不仅提高了鸟粪石的反应速率，且回投的小 颗粒鸟粪石可继续结晶增长，沉降性提高，更利于回收；
(3)重金属分离固化，无机组分资源利用。水体沉积物中的痕量重金属可与磷酸根反应 生成沉淀，极少量进入浮泥，少量进入无机沉砂，其余随液相进入反应池，在鸟粪石结晶过 程中沉积于晶体内，实现重金属的稳定化固化，对无机沉砂及鸟粪石结晶进行重金属检测后， 再确定进一步处理或资源化利用，不仅提高了重金属的集中处理效率，且保证了资源化利用 的环境友好性，避免了重金属的二次危害；
(4)有机质作为外碳源回用，提高污水脱氮除磷效率。富含有机质的浮泥与回收氮磷后 的滤液混合，可作为外碳源回用至污水处理系统厌氧池和/或缺氧池，提高脱氮除磷效率，实 现碳源资源化利用。
总言之，本发明整体工艺有机集成、各项工序相互促进，并对关键技术进行升级优化， 提高了处理效率、降低了处置成本，解决了现有技术对水体沉积物脱水难、费用高、资源化 利用率低、存在重金属二次危害等的不足，在减量化基础上，充分实现了水体沉积物中重金 属的稳定化固化，以及有机组分与无机组分的资源化综合利用。
附图说明
图1水体沉积物减量资源化处理工艺流程图
具体实施例
实施例1
取自某水库的底泥，含水率为94.8％，向其中加入次氯酸钠溶液，使水库底泥中的有效 氯含量为2.01mg/g TSS。加药后的水库底泥送入气浮沉淀一体机，产生的浮泥进入收集池、 沉砂经物理压榨脱水得到含水率57.6％的脱水泥砂，脱水滤液进入反应池。定时检测气浮沉 淀一体机内水体pH，PH升至8.2时将水体排入反应池与脱水滤液混合。
对脱水泥砂中的重金属含量进行抽样检测，检测结果如表1所示，重金属浸出毒性达标， 可用作腐殖土、路基材料或路面砖骨料。
测定反应池中磷酸盐的浓度为194mg/L，向反应池中加入废盐卤，调节镁/磷摩尔比为 1.2∶1，反应过程中，对反应池内的pH进行监测，当PH接近中性时，投加NH3·H2O溶液 调节pH至8.0左右，搅拌85min后，将反应液送入沉淀池静置1.1h，收集沉淀池底部的大 颗粒鸟粪石。对鸟粪石抽样进行重金属含量测试，检测结果如表2所示，重金属含量达标， 可作为缓释肥用于园林绿化。
对沉淀池上清液进行过滤，滤网捕集得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池，在与 上述相同的反应体系中，回投鸟粪石晶种后，35min即出现大量结晶，反应速率约提高1.4 倍。将滤液送入收集池与浮泥混合，混合液COD为2790mg/L，适用作外碳源用于废水处理 系统脱氮除磷工序。
本实施例中脱水泥砂重金属浸出毒性检测方法参照HJ/T 300-2007《固体废物浸出毒性 浸出方法醋酸缓冲溶液法》，重金属毒性浸出含量限值参照GB 5085.3-2007《危险废物鉴别 标准浸出毒性鉴别》；鸟粪石重金属含量检测方法及限值参照GB/T 23349-2009《肥料中砷、 镉、铅、铬、汞生态指标》。
表1脱水泥砂重金属毒性浸出液含量(单位：mg/L)
重金属 脱水泥砂浸出液含量 限值 As 0.02 5 Cd 0.01 1 Pb 0.09 5 Cr 0.37 15 Hg ND 0.1 Cu 3.22 100 Zn 4.73 100 Ni 0.01 5
表2鸟粪石中重金属含量(单位：％)
重金属 鸟粪石中含量 限值 As ND 0.005 Cd ND 0.001 Pb 0.001 0.02 Cr 0.013 0.05 Hg ND 0.0005
实施例2
取自市政污水处理厂的剩余污泥，含水率为76.1％，加入质量为绝干污泥量6％的H2O2后，送入气浮沉淀一体机，产生的浮泥进入收集池、沉砂经物理压榨脱水得到含水率为38.2％ 的脱水泥砂，脱水滤液进入反应池。一段时间后，气浮沉淀一体机内水体pH升至8.5，此时 将水体排出进入反应池与脱水滤液混合。
对脱水泥砂中的重金属含量进行抽样检测，检测结果如表3所示，重金属浸出毒性达标， 可用作腐殖土、路基材料或路面砖骨料。
测定反应池中磷酸盐的浓度为376mg/L，向反应池中加入废盐卤，调节镁/磷摩尔比为 1.5∶1，反应过程中，对反应池内的pH进行监测，接近中性时，投加NaOH溶液调节pH至 8.7，搅拌55min后，将反应液送入沉淀池静置1.4h，收集沉淀池底部的大颗粒鸟粪石。对 鸟粪石抽样进行重金属含量测试，检测结果如表4所示，重金属含量达标，可作为缓释肥用 于园林绿化。
对沉淀池上清液进行过滤，滤网捕集得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池，在与 上述相同的反应体系中，回投鸟粪石晶种后，20min即出现大量结晶，反应速率约提高1.7 倍。将滤液送入收集池与浮泥混合，混合液COD为3010mg/L，适用作外碳源用于废水处理 系统脱氮除磷工序。
本实施例中脱水泥砂重金属浸出毒性检测方法及限值、鸟粪石重金属含量检测方法及限 值与实施例1相同。
表3脱水泥砂重金属毒性浸出液含量(单位：mg/L)
重金属 脱水泥砂浸出液含量 限值 As 0.06 5 Cd 0.02 1 Pb 0.18 5 Cr 0.63 15 Hg 0.01 0.1 Cu 2.18 100 Zn 3.51 100 Ni 0.04 5
表4鸟粪石中重金属含量(单位：％)
重金属 鸟粪石中含量 限值 As 0.001 0.005 Cd 0.0002 0.001 Pb 0.003 0.02 Cr 0.019 0.05 Hg ND 0.0005
实施例3
取自某工业污水处理厂的剩余污泥，含水率为87.5％，按3kg/m3污泥的量加入高铁酸 钾后，送入气浮沉淀一体机，产生的浮泥进入收集池、沉砂经物理压榨脱水得到含水率为 43.4％的脱水泥砂，脱水滤液进入反应池。一段时间后，气浮沉淀一体机内水体pH升至8.0， 此时将水体排出进入反应池与脱水滤液混合。
对脱水泥砂中的重金属含量进行抽样检测，检测结果如表5所示，重金属浸出毒性达标， 可用作腐殖土、路基材料或路面砖骨料。
测定反应池中磷酸盐的浓度为436mg/L，向反应池中加入废盐卤，调节镁/磷摩尔比为 1.3∶1，反应过程中，对反应池内的pH进行监测，当PH接近中性时，投加NaOH溶液调节 pH至7.6，搅拌100min后，将反应液送入沉淀池静置1.8h，收集沉淀池底部的大颗粒鸟粪 石。对鸟粪石抽样进行重金属含量测试，检测结果如表6所示，重金属含量达标，可作为缓 释肥用于园林绿化。
对沉淀池上清液进行过滤，滤网捕集得到的小颗粒鸟粪石作为晶种回投至反应池，在与 上述相同的反应体系中，回投鸟粪石晶种后，40min即出现大量结晶，反应速率约提高1.5 倍。将滤液送入收集池与浮泥混合，混合液COD为3560mg/L，适用作外碳源用于废水处理 系统脱氮除磷工序。
本实施例中脱水泥砂重金属浸出毒性检测方法及限值、鸟粪石重金属含量检测方法及限 值与实施例1相同。
表5脱水泥砂重金属毒性浸出液含量(单位：mg/L)
重金属 脱水泥砂浸出液含量 限值 As 0.14 5 Cd 0.05 1 Pb 1.27 5 Cr 2.03 15 Hg 0.04 0.1 Cu 7.97 100 Zn 3.64 100 Ni 0.09 5
表6鸟粪石中重金属含量(单位：％)
重金属 鸟粪石中含量 限值 As 0.002 0.005 Cd 0.0005 0.001 Pb 0.007 0.02 Cr 0.026 0.05 Hg ND 0.0005