可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物及其施工方法
2023-05-03 19:01:16 1
可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種可用於處理底泥清淤尾水中重金屬汙染物的構築物，包括沉澱池和反應池，反應池包括調節柱和至少一根的吸附柱，調節柱和吸附柱均採用格柵網籠作為框架，調節柱中填充固體顆粒填充物，吸附柱中填充Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球組成的複合物；且調節柱和吸附柱依次沿水流方向布置。該構築物的施工包括以下步驟：建好沉澱池和反應池，在反應池中開挖出兩條以上的溝槽，使格柵網籠垂直水流方向放置於各溝槽中；向最上遊溝槽中填充固體顆粒填充物，其餘各溝槽中則填充複合型生物吸附材料，並保證填充物高出反應池的水位線。本發明具有成本低廉、製備工藝簡單、吸附效率高等優點，且可用於處理底泥清淤尾水中重金屬汙染物。
【專利說明】可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於水體淨化及水汙染防治領域，尤其涉及一種可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物及其施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業的迅猛發展和人類活動的急劇增加，工業汙水和工業垃圾、城鄉生活汙水及農業生產中化肥農藥的殘留物稍做處理或根本不處理就直接排人湖泊河道中，致使水體汙染嚴重'。與人們生活聯繫緊密的城市水系，重金屬、富營養化及其他有害化學物質的含量遠遠超過允許值，給城市環境和人們的生活健康造成很大的威脅。國內外治理汙染水系的經驗表明:在外汙染源基本得到控制的條件下，必須徹底清除內汙染源——汙染底泥，恢復重建水體生態系統，才能達到理想的治理效果。目前，世界上多採用環保疏浚的方法清除汙染底泥。
[0003]環保疏浚是治理湖泊、港口及河道內源汙染物的重要手段，疏浚過程中，汙染底泥被泥泵葉輪打成泥漿輸送到底泥堆場，經堆場自然沉澱後汙泥留存於堆場，多餘的水從堆場溢流排放，被稱為尾水。堆場尾水中含有氮、磷、有機汙染物及重金屬汙染物，這些汙染物大部分粘附在懸浮顆粒上並隨餘水排入受納水體中，將造成受納水體的二次汙染，這些懸浮顆粒比重小，短時間內難以沉澱去除，並且疏浚工程的單位產量大，以及堆場空間的限制，尾水處理已經成為環保疏浚工程正常運行的制約因素。
[0004]採用傳統的尾水處理方法時，尾水處理效果較差，棄土場容量不足時，衝填的淤泥會隨尾水大量直排，造成環境汙染，後期無法正常連續施工，並將增加大量的格埂修築費用。同時會對周邊養殖及河道造成汙染，政策處理費用大。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種成本低廉、製備工藝簡單、吸附效率高、經濟環保、且可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物，還相應提供該構築物的施工方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種可用於處理底泥清淤尾水中重金屬的構築物，所述構築物主要包括沉澱池和反應池，沉澱池與底泥清淤尾水輸送系統連通，底泥清淤尾水經抽水泵抽到沉澱池中進行初步的沉澱分離，沉澱池的出水口通過抬升泵與反應池連通，其上層尾水經抬升泵繼續流至反應池中進行處理，所述反應池中包括調節柱和至少一根的吸附柱，所述調節柱和吸附柱均採用格柵網籠作為框架，且格柵網籠的周向側面均設有網狀物，所述調節柱的格柵網籠中填充固體顆粒填充物，所述吸附柱的格柵網籠中填充複合型生物吸附材料，所述複合型生物吸附材料為Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球組成的複合物；且調節柱和吸附柱依次沿水流方向進行布置(調節柱調節水中含氧量和PH等，使複合型生物吸附材料的吸附處於較優態)。
[0007]上述的構築物中，優選的，所述固體顆粒填充物主要由CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4) 2S04、NaH2PO4混合造粒而成，所述CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4) 2S04、NaH2PO4的質量比優選為(0.5 ~1.0): (0.9 ~1.5): (0.8 ~1.2): (0.6 ~I): (0.9 ~1.2):(2.1~4.0): (1.4~3.5)。該優選的調節柱可更好地調節水中的含氧量和pH值，以為後續吸附柱的吸附反應 提供更好的前提條件和準備工作。
[0008]上述的構築物中，所述複合型生物吸附材料優選是以黃孢原毛平革菌球為載體，所述黃孢原毛平革菌球由菌絲纏繞而成，所述菌球內部包埋Fe3O4納米粒子和海藻酸鈣。
[0009]上述的構築物中，所述複合型生物吸附材料優選主要通過以下步驟製備得到:無菌條件下，在無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液中接種濃度為1.0X IO6個/mL~2.0X IO6個/mL的黃孢原毛平革菌的孢子懸浮液，每毫升混合液中的接種量為0.2ml~1.0ml，充分混合均勻後得混合溶液；將I體積的所述混合溶液逐滴滴加到4~10體積的0.1M~0.2M的無菌CaCl2溶液中，於室溫下靜置後得到含Fe3O4-海藻酸鈣_黃孢原毛平革菌微球的反應液，再對所述Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球進行固定化培養(即在Kirk培養基中，35°C~37°C、120rpm~150rpm條件下恆溫振蕩培養4~5天),培養完成後得到複合型生物吸附材料。
[0010]上述的構築物中，所述的無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液主要通過以下方法配製得到:將Fe3O4納米粒子加入到濃度為20 g/L~60 g/L的海藻酸鈉溶液中，所述Fe3O4納米粒子的添加量為0.05g/mL~0.20g/mL,然後在105°C~115°C條件下滅菌30min~60min,最後在無菌條件下冷卻60min~90min,製得無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液。
[0011]上述的構築物中，吸附柱的根數可根據實際情況增設，優選包括有兩根以上的吸附柱，所述調節柱與吸附柱之間、以及各吸附柱之間均間隔有距離。
[0012]作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述構築物的施工方法，包括以下步驟:
(1)在擬定位置建好沉澱池和反應池；
(2)在反應池的擬定位置開挖出兩條以上的溝槽，各溝槽之間留有空隙；
(3)按各溝槽的寬度、深度和厚度分別製作格柵網籠，格柵網籠的周向側面均設有網狀物，將製作好的各格柵網籠分別置放在相應的溝槽內，並使格柵網籠的前、後側面儘可能垂直於水流方向；
(4 )向位於反應池水流方向最上遊的溝槽中填充所述固體顆粒填充物，其餘各溝槽中則填充所述複合型生物吸附材料，並保證填充物的高度高出反應池的水位線,完成構築物的施工。
[0013]本發明的上述技術方案主要基於以下原理和思路:生物吸附技術是環境領域近年來迅速發展起來的處理汙染廢水的新技術，具有吸附容量大、選擇性強、效率高、能耗低、操作簡單等優點，能有效處理和淨化含重金屬離子的廢水；而固定化的生物技術是利用生物或化學的多聚體材料將微生物包埋起來，其具有通透性好、微生物密度高、反應迅速、微生物流失少、產物易分離、反應過程易控制等優點，是一種高效低耗、運轉管理容易和有廣闊應用前景的廢水處理技術。通過利用前述兩種技術的相對優勢，並進一步將其與構築物的施工製作聯繫起來，使複合型生物吸附材料作為構築物的填充材料，這不僅實現了三種技術的優勢互補，而且大大延拓了生物吸附技術的應用領域，提升了構築物對汙染物的處理效果。[0014]本發明提供的構築物在進行應用時，由於調節柱位於水流上遊，吸附柱位於水流下遊，當受重金屬汙染的清淤尾水流過時，在調節柱中CaO2遇水後釋放出氧氣，(NH4)2S04、NaH2PO4作為弱酸鹽起到了緩衝清淤尾水水中pH的作用；繼續流過吸附柱時，複合型生物吸附材料對重金屬進行降解，由於吸附柱的通透性好，且複合型生物吸附材料對重金屬進行降解時，不產生絮狀沉澱物，可有效解決構築物的牆體堵塞的弊端。本發明提供的構築物能處理的清淤尾水中重金屬汙染物的總濃度可達10mg/L~500mg/L。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在於:
1.本發明是直接將製備好的固體顆粒填充物和複合型生物吸附材料填充到構築物中，以去除清淤尾水中的重金屬，整個處理工藝成本較低，操作條件相對簡單且容易實施。
[0016]2.本發明製備的複合型生物吸附材料通透性好、吸附容量大、吸附速度快、清潔無汙染，對含重金屬廢水有很好的處理效果，能有效降低廢水處理運行成本，可以廣泛採用。
[0017]3.本發明能夠有效處理底泥清淤尾水中重金屬汙染物，具有良好的環境效益，有利於保障底泥清淤過程中重金屬汙染問題的解決。
[0018]4.本發明還可根據汙染場地的實際的情況，調整複合型生物吸附材料的使用量，調整構築物的滲透係數，增設構築物中吸附柱的根數，製成滿足汙染場地實際需要的各種構築物，具有良好的適應性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1中構築物的工作原理圖。
[0020]圖2為本發明實施例2中構築物的工作原理圖。
[0021]圖3為本發明實施例1中構築物對清淤尾水中不同濃度鉛的處理效果圖。
[0022]圖例說明:
1、水泵；2、調節柱；3、吸附柱；3』、第二吸附柱。
【具體實施方式】
[0023]以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
[0024]實施例1:
某一清淤尾水重金屬鉛汙染場地，根據現場清淤尾水的汙染範圍、程度調查及模擬預測結果，按照本發明的施工方法製作安設一可用於處理清淤尾水中重金屬汙染物的構築物，具體步驟如下:
(1)在擬定位置建好沉澱池和反應池；
(2)在反應池的擬定位置開挖出兩條溝槽，各溝槽之間留有空隙；
(3)按各溝槽的寬度、深度和厚度分別製作格柵網籠，格柵網籠的周向側面均設有網狀物，將製作好的各格柵網籠分別置放在相應的溝槽內，並使格柵網籠的前、後側面儘可能垂直於水流方向；
(4)向位於反應池水流方向最上遊的溝槽中填充所述固體顆粒填充物，其餘溝槽中則填充複合型生物吸附材料，並保證填充物的高度高出反應池的水位線，完成構築物的施工。
[0025]本實施例施工得到的構築物如圖1所示，該構築物包括沉澱池和反應池，底泥清淤尾水經抽水泵抽到沉澱池中，進行初步的沉澱分離，上層尾水經抬升泵繼續流至反應池中進行處理。反應池包括調節柱2和吸附柱3，調節柱2和吸附柱3均採用格柵網籠作為框架，且格柵網籠的周向側面均設有網狀物，調節柱2的格柵網籠中填充固體顆粒填充物，吸附柱3的格柵網籠中填充複合型生物吸附材料，複合型生物吸附材料為Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球組成的複合物；且調節柱2和吸附柱3依次沿水流方向進行布置。
[0026]本實施例中，固體顆粒填充物主要由CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4)2S04、NaH2PO4混合造粒而成，CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4) 2S04、NaH2PO4的質量比為
0.9:1.0: 1.0:0.9:1.2:3:2。[0027]本實施例中，複合型生物吸附材料是以黃孢原毛平革菌球為載體，黃孢原毛平革菌球由菌絲纏繞而成，菌球內部包埋Fe3O4納米粒子和海藻酸鈣。複合型生物吸附材料主要通過以下步驟製備得到:
(1)將Fe3O4納米粒子加入到濃度為30g/L的海藻酸鈉溶液中，Fe3O4納米粒子的添加量為0.lg/mL,然後在110°C條件下滅菌30min,最後在無菌條件下冷卻90min,製得無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液；
(2)將購自中國典型培養物保藏中心(CCTCC)的黃孢原毛平革菌(BKMF-1767)，保藏號為:CCTCC AF96007，從保藏的斜面培養基上刮取，使孢子在無菌水中均勻分散，用濁度計將其濁度調至60% (每毫升有數量級為2 X IO6個孢子)，形成孢子懸液；
(3)無菌條件下，在無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液中接種濃度為2.0X IO6個/mL的黃孢原毛平革菌的孢子懸浮液，每毫升混合液中的接種量為0.2ml，充分混合均勻後得混合溶液；將I體積的所述混合溶液逐滴滴加到6體積0.2M的無菌CaCl2溶液中，於室溫下靜置4h後得到含Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球的反應液，再對Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球進行固定化培養，即在Kirk培養基中(Kirk培養基的主要成分為:2.0g/L KH2PO4,0.71g/LMgS04.7Η20，0.0I g/L 維生素 B1,0.2g/L 酒石酸銨，10g/L 葡萄糖，100mL/L的微量元素液，20mmol/L酒石酸鈉緩衝液)，37°C、150rpm條件下恆溫振蕩培養4天，培養完成後得到複合型生物吸附材料。
[0028]如圖1所示，本實施例提供的構築物在進行應用時，由於調節柱2位於水流上遊，反應柱3位於水流下遊，當受重金屬汙染的清淤尾水穿過構築物時，在調節柱2中CaO2遇水後釋放出氧氣，(NH4)2SCV NaH2PO4作為弱酸鹽起到了緩衝清淤尾水水中pH的作用；繼續流過吸附柱時，複合型生物吸附材料對重金屬進行降解，由於吸附柱3的通透性好，且複合型生物吸附材料對重金屬進行降解時，不產生絮狀沉澱物，可有效解決構築物的牆體堵塞的弊端。如圖3所示的實驗結果表明，鉛濃度可由原來的11.56mg/L,降為0.88mg/L，滿足國家第一類汙染物的最高允許排放濃度標準(〈1.0mg/L)，去除率可高達92.38%。本發明提供的構築物能處理的清遊尾水中重金屬汙染物的總濃度可達10mg/L~500mg/L。
[0029]實施例2:
某一清淤尾水重金屬鉛汙染場地，根據現場清淤尾水的汙染範圍、程度調查及模擬預測結果，按照本發明的施工方法製作安設一可用於處理清淤尾水中重金屬汙染物的構築物，具體步驟如下:
(1)在擬定位置建好沉澱池和反應池；
(2)在在反應池的擬定位置開挖出三條溝槽，各溝槽之間留有空隙；(3)按各溝槽的寬度、深度和厚度分別製作格柵網籠，格柵網籠的周向側面均設有網狀物，將製作好的各格柵網籠分別置放在相應的溝槽內，並使格柵網籠的前、後側面儘可能垂直於水流方向；
(4)向位於反應池水流方向最上遊的溝槽中填充所述固體顆粒填充物，其餘各溝槽中則填充複合型生物吸附材料，並保證填充物的高度高出反應池的水位線，完成構築物的施工。
[0030]本實施例施工得到的構築物如圖2所示,該構築物包括沉澱池和反應池,底泥清淤尾水經抽水泵抽到沉澱池中，進行初步的沉澱分離，上層尾水經抬升泵繼續流至反應池中進行處理。反應池包括調節柱2、吸附柱3和第二吸附柱3』，調節柱2、吸附柱3和第二吸附柱3』均採用格柵網籠作為框架，且格柵網籠的周向側面均設有網狀物，調節柱2的格柵網籠中填充固體顆粒填充物，吸附柱3和第二吸附柱3』的格柵網籠中填充複合型生物吸附材料，複合型生物吸附材料為Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球組成的複合物；且調節柱2、吸附柱3和第二吸附柱3』依次沿水流方向進行布置。
[0031]本實施例中，固體顆粒填充物主要由CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4)2S04、NaH2PO4混合造粒而成，CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4) 2S04、NaH2PO4的質量比為
0.8:0.9:1.1: 1.0: 1.2:2.5:2.5。
[0032]本實施例中，複合型生物吸附材料是以黃孢原毛平革菌球為載體，黃孢原毛平革菌球由菌絲纏繞而成，菌球內部包埋Fe3O4納米粒子和海藻酸鈣。本實施例複合型生物吸附材料的製備與實施例1中的步驟相同。實驗結果表明，鉛濃度由原來的212.67mg/L，在經過吸附柱3後，降為12.97mg/L，去除率為93.9% ;當經過第二吸附柱3』後，濃度降為0.97mg/L，滿足國家第一類汙染物的最高允許排放濃度標準(〈1.0mg/L)，去除率為92.52% ;所以經過整個構築物後，總去除率達到99.54%。
【權利要求】
1.一種可用於處理底泥清淤尾水中重金屬汙染物的構築物，其特徵在於:所述構築物包括沉澱池和反應池，沉澱池與底泥清淤尾水輸送系統連通，沉澱池的出水口通過抬升泵與反應池連通，所述反應池包括調節柱和至少一根的吸附柱，所述調節柱和吸附柱均採用格柵網籠作為框架，且格柵網籠的周向側面均設有網狀物，所述調節柱的格柵網籠中填充固體顆粒填充物，所述吸附柱的格柵網籠中填充複合型生物吸附材料，所述複合型生物吸附材料為Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球組成的複合物；且調節柱和吸附柱依次沿水流方向進行布置。
2.根據權利要求1所述的構築物，其特徵在於，所述固體顆粒填充物主要由CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4)2SCV NaH2PO4混合造粒而成，所述CaO2、水泥、砂石、膨潤土、水、(NH4)2S04、NaH2PO4 的質量比為(0.5 ~1.0): (0.9 ~1.5): (0.8 ~1.2): (0.6 ~I):(0.9 ~1.2): (2.1 ~4.0): (1.4 ~3.5)。
3.根據權利要求1或2所述的構築物，其特徵在於，所述吸附柱中填充的複合型生物吸附材料是以黃孢原毛平革菌球為載體，所述黃孢原毛平革菌球由菌絲纏繞而成，所述菌球內部包埋Fe3O4納米粒子和海藻酸鈣。
4.根據權利要求3所述的構築物，其特徵在於，所述複合型生物吸附材料主要通過以下步驟製備得到:無菌條件下，在無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液中接種濃度為1.0X IO6個/mL~2.0X IO6個/mL的黃孢原毛平革菌的孢子懸浮液，每毫升混合液中的接種量為0.2ml~1.0ml，充分混合均勻後得混合溶液；將I體積的所述混合溶液逐滴滴加到4~10體積的0.1M~0.2M的無菌CaCl2溶液中，於室溫下靜置後得到含Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球的反應液，再對所述Fe3O4-海藻酸鈣-黃孢原毛平革菌微球進行固定化培養，培養完成後得到複合型生物吸附材料。
5.根據權利要求4所述的構築物，其特徵在於，所述的無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液主要通過以下方法配製得到:將Fe3O4納米粒子加入到濃度為20 g/L~60 g/L的海藻酸鈉溶液中，所述Fe3O4納米粒子的添加量為0.05g/mL~0.20g/mL，然後在105°C~115°C條件下滅菌30min~60min,最後在無菌條件下冷卻60min~90min,製得無菌Fe3O4粒子和海藻酸鈉的混合液。
6.根據權利要求1或2所述的構築物，其特徵在於，所述構築物包括兩根以上的吸附柱，所述調節柱與吸附柱之間、以及各吸附柱之間均間隔有距離。
7.—種如權利要求1~6中任一項所述構築物的施工方法，包括以下步驟: (1)在擬定位置建好沉澱池和反應池； (2)在反應池的擬定位置開挖出兩條以上的溝槽，各溝槽之間留有空隙； (3)按各溝槽的寬度、深度和厚度分別製作格柵網籠，格柵網籠的周向側面均設有網狀物，將製作好的各格柵網籠分別置放在相應的溝槽內，並使格柵網籠的前、後側面儘可能垂直於水流方向； (4)向位於反應池水流方向最上遊的溝槽中填充所述固體顆粒填充物，其餘各溝槽中則填充所述複合型生物吸附材料，並保證填充物的高度高出反應池的水位線,完成構築物的施工。
【文檔編號】C02F3/34GK103539266SQ201310528021
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】黃丹蓮, 羅湘穎, 許飄, 曾光明, 賴萃, 湯琳, 黃超, 李芳玲, 王聰, 徐娟娟 申請人:湖南大學