一種原位處理河道底泥重金屬污染的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種原位處理河道底泥重金屬污染的裝置及快速去除河道底泥重金 屬方法，屬于河道重金屬污染防治技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 河道底泥是指水體底部的表層沉積物質(zhì)，是由微生物、腐殖質(zhì)、土壤及泥沙等組成 的混合物，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間物理化學(xué)、生物作用及水體傳輸而沉積于水體底部所形成。底泥能夠 反映水體演化的歷史過程，為河流、湖泊、河流入?？跒┩康茸匀凰w生態(tài)系統(tǒng)的重要組成 部分。
[0003] 底泥中的重金屬來自于大氣降塵、降水、土壤沖刷、地表徑流、各類污水、固體垃圾 以及農(nóng)藥等，具有長(zhǎng)期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點(diǎn)，能通過食物鏈成千百倍地富 集，最終危害人體健康。尤其是工業(yè)發(fā)展帶來的重金屬污染，因重金屬不會(huì)被生物降解，當(dāng) 環(huán)境變化時(shí)，沉積在底泥中的重金屬形態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)化并釋放到水體中造成二次污染。同時(shí) 重金屬具有生物累積性，重金屬通過生物新陳代謝可存留、積累和迀移在生物體中產(chǎn)生致 毒致畸的危害，不僅危害河流的底棲生物，同時(shí)嚴(yán)重威脅到人們的身體健康。
[0004] 目前世界各國對(duì)底泥重金屬污染的治理規(guī)劃和治理技術(shù)方案各不相同，尤其是在 我國，受污染和經(jīng)濟(jì)地域性等因素影響，尚不具備全面開展底泥重金屬污染治理工作的條 件。根據(jù)受污染水體的污染程度不同，結(jié)合污染場(chǎng)地的實(shí)施條件，
[0005] 目前常用的重金屬污染底泥的修復(fù)技術(shù)主要分為原位處理技術(shù)和異位處理技術(shù)。
[0006] 原位處理技術(shù)主要包括原位植物修復(fù)和原位固定技術(shù)，其中原位植物修復(fù)以其成 本低、操作簡(jiǎn)單、不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，但仍存在處理效率低，植物種植易 受當(dāng)?shù)貧夂颉⒑拥佬泻闋顩r影響等缺陷。原位固定技術(shù)是向底泥中添加固化劑，將重金屬固 定在底泥中，阻斷重金屬向水體中的迀移，該技術(shù)受固化藥劑的理化性能及自然水體的水 利水文特征影響較大，且目前尚無可靠的藥劑投放設(shè)備，實(shí)現(xiàn)均勻和無漏點(diǎn)覆蓋難度較大。
[0007] 異位治理技術(shù)需要將底泥進(jìn)行異位疏浚，但底泥在疏浚過程中容易重新將其中的 污染物釋放，影響上覆水水質(zhì)；同時(shí)底泥疏浚需要較大規(guī)模的土方工程展開，開挖后的底泥 需要在地面經(jīng)脫水穩(wěn)定化處理后填埋，因此需要配備相關(guān)的底泥預(yù)處理設(shè)備、脫水設(shè)備及 底泥的穩(wěn)定化固化處理工藝等多種設(shè)備與工藝，操作復(fù)雜，占地大，投資成本高，限制了異 位治理技術(shù)的應(yīng)用。
[0008] 國內(nèi)成功修復(fù)受污染底泥、沉積物的例子還不多見，仿效發(fā)達(dá)國家那樣花大量資 金用于疏浚和污泥處理來修復(fù)底泥還不現(xiàn)實(shí)，而化學(xué)修復(fù)又容易造成二次污染，不利于環(huán) 境治理的可持續(xù)性發(fā)展。開挖底泥也容易將底泥中的污染物重新釋放到水體中，對(duì)水體和 相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)造成二次污染。因此，尋找既不擾動(dòng)底泥原狀，又可以高效快速去除底泥中 污染物，同時(shí)還能減少資金投入，節(jié)約成本，操作簡(jiǎn)單的原位修復(fù)技術(shù)成為受污染底泥、沉 積物原位修復(fù)的發(fā)展方向。
[0009] 在授權(quán)公告號(hào)為CN203307188U的中國專利中公開了"受污染底泥處理裝置"，該裝 置采用底泥異位疏浚處理，利用絮凝沉淀脫水方法和底泥重金屬穩(wěn)定化治理技術(shù)對(duì)底泥進(jìn) 行異位治理，穩(wěn)定化處理后的填埋處置，底泥脫水后的污水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。但該裝置仍 然屬于底泥異位修復(fù)技術(shù)，需要對(duì)底泥進(jìn)行疏浚，增加了二次污染水體的風(fēng)險(xiǎn);底泥脫水、 穩(wěn)定化及填埋、污水處理等環(huán)節(jié)均需建設(shè)相應(yīng)構(gòu)筑物及投加藥劑，增加了治理成本。
[0010] 在授權(quán)公告號(hào)為CN204661518U的中國專利中公開了"河流重金屬污染底泥異位治 理系統(tǒng)"，該系統(tǒng)為一整套底泥處理設(shè)備的集成，包括滾筒洗石機(jī)、集泥池、螺旋洗砂機(jī)、淋 洗液溶藥裝置、泥漿混合調(diào)質(zhì)池、泥漿沉淀池、淋洗廢液反應(yīng)池7、淋洗液沉淀回收池、振動(dòng) 篩、水力旋流器、泥漿濃縮池、污泥調(diào)理池、機(jī)械脫水設(shè)備、穩(wěn)定固化攪拌設(shè)備、尾水化學(xué)反 應(yīng)池、尾水化學(xué)沉淀池、絮凝劑溶藥裝置和穩(wěn)定劑溶藥裝置。原理仍然是底泥經(jīng)預(yù)處理后混 凝沉淀脫水及機(jī)械脫水，脫水后的底泥經(jīng)穩(wěn)定化處理后填埋，底泥脫水過程中產(chǎn)生的污水 在尾水化學(xué)反應(yīng)池、尾水化學(xué)沉淀池中進(jìn)一步處理，直至達(dá)標(biāo)排放。該套底泥治理系統(tǒng)首先 需要對(duì)污染底泥進(jìn)行開挖，容易產(chǎn)生污染釋放，影響上覆水水質(zhì)，且整套系統(tǒng)所含處理單元 過多，購買、租賃設(shè)備等前期投資過大，而且需要占用過多施工場(chǎng)地，不利于該套底泥治理 設(shè)備的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有的處理河道底泥重金屬污染的設(shè)備存在的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提 供一種在處理河道底泥重金屬污染時(shí)速率快、重金屬吸附效率高，且占地面積小、可全封閉 式操作的裝置。
[0012] 針對(duì)現(xiàn)有的處理河道底泥重金屬污染的技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的另一個(gè)目的在 于提供一種能有效去除及回收河道底泥中重金屬，且無需破壞原有生態(tài)系統(tǒng)，無需截流等 高難度工藝，不造成二次污染的處理河道底泥重金屬污染的方法。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種原位處理河道底泥重金屬污染的 裝置，該裝置包括密封罩和攪拌系統(tǒng);所述的密封罩是由圓筒及圓筒頂部底板構(gòu)成的半封 閉式結(jié)構(gòu)，所述圓筒的內(nèi)壁設(shè)有重金屬吸附材料層，所述底板上設(shè)有重金屬活化劑入口；所 述的攪拌系統(tǒng)包括傳動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)桿和圓形頂板，傳動(dòng)電機(jī)與圓形頂板之間通過傳動(dòng)桿連 接，傳動(dòng)桿與圓形頂板連接處設(shè)有齒輪傳送裝置;所述的圓形頂板設(shè)置在圓筒內(nèi)部，且與圓 筒頂部底板平行，所述的圓形頂板上垂直向下設(shè)有至少兩組攪拌柱。
[0014] 優(yōu)選的裝置中，圓筒底部筒壁設(shè)置成鋸齒狀。便于密封罩插入河道底泥中，且有利 于密封罩固定。
[0015] 優(yōu)選的裝置中，重金屬吸附材料層由購買于格豐科技材料有限公司的納米多孔陶 瓷復(fù)合材料MAOI、MF01和MPO1中至少一種構(gòu)成。MAO1主要吸附鎘、鉛、汞、銅、鉈等重金屬， MFOl主要吸附砷和鉛，MPOl的特點(diǎn)是在酸性條件下對(duì)鎘、鉛、汞、銅、鉈等具有較好吸附作 用。根據(jù)不同的重金屬污染河道選擇不同的納米多孔復(fù)合陶瓷材料。本發(fā)明采用的納米多 孔陶瓷復(fù)合材料具有孔隙發(fā)達(dá)(孔徑在15納米到200納米內(nèi)可控），比表面積高（高達(dá)900m 2/ g)的特點(diǎn)，其吸附率高、吸附容量大，且具有陶瓷的物化穩(wěn)定性(耐酸堿，耐高溫，強(qiáng)度大）； 同時(shí)在陶瓷表面有序和高密度接枝具有功能機(jī)團(tuán)（不同有機(jī)基團(tuán)對(duì)不同類型重金屬離子具 有定向絡(luò)合和選擇吸附作用）的有機(jī)分子形成單分子層鍵合，使其具有極好的選擇性吸附 目標(biāo)重金屬離子的能力。優(yōu)選的重金屬吸附材料對(duì)重金屬的選擇性高、吸附量大，最大重金 屬吸附容量可達(dá)400g/kg，且擁有良好的機(jī)械強(qiáng)度、安全無毒無害、對(duì)環(huán)境無二次污染、可再 生循環(huán)使用等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明采用的納米多孔陶瓷復(fù)合材料以納米多孔陶瓷為載體，納米孔 洞內(nèi)表面密集修飾了含活性官能團(tuán)的單分子層;其工作原理是利用附著在陶瓷載體納米孔 洞內(nèi)的功能分子對(duì)重金屬污染物的吸附、絡(luò)合、螯合等作用，將其吸附截留在重金屬吸附材 料內(nèi)部，重金屬離子得到固定。
[0016] 優(yōu)選的裝置中，攪拌柱上設(shè)有若干螺旋刀片。螺旋刀片有利于提高河道底泥攪拌 過程中的傳質(zhì)效率，改善混合效果，有利于重金屬釋放。
[0017] 優(yōu)選的裝置中，傳動(dòng)電機(jī)設(shè)置在密封罩外部。
[0018] 優(yōu)選的裝置中，齒輪傳送裝置設(shè)置在圓形頂板的中央位置。
[0019] 本發(fā)明的原位處理河道底泥重金屬污染的裝置大小可以根據(jù)處理底泥的量來確 定，一般圓筒直徑為〇. 1~2米，相應(yīng)的一次污泥處理量為0.1~8立方米。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種基于所述的裝置原位處理河道底泥重金屬污染的方法，該方 法是將所述裝置的密封罩垂直插入河道底泥中，開啟傳動(dòng)電機(jī)，傳動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)桿帶動(dòng) 圓形頂板轉(zhuǎn)動(dòng)，圓形頂板上的攪拌柱對(duì)河道底泥進(jìn)行攪拌混合；同時(shí)從重金屬活化劑入口 加入重金屬活化劑，促進(jìn)底泥中重金屬溶出，并被密封罩圓筒的內(nèi)壁重金屬吸附材料層吸 附。
[0