环保疏浚底泥处理技术脱水减容重金属污泥试验研究

环保疏浚底泥处理技术脱水减容重金属污泥试验研究

中国水体污染十分突出。河流和湖泊土壤中的处理率为80.1%。目前,环保疏浚是湖库水体内源污染治理的首选方法,但该方法的常规做法是将疏浚污泥输送到堆泥场进行处置,不但占用大量宝贵的土地资源,且易发生重金属渗漏、迁移,造成二次污染事故。此外,堆泥场中污泥自然干化脱水时间长,脱水效果不明显。若采用机械脱水方法(如板框压滤)处理重金属污染底泥,尽管脱水效果好,但存在设备一次性投资高、需消耗动力能源、建设车间厂房、处理能力不能满足湖库底泥现场治理的短暂工期要求等不足。土工管袋是一种由高强度土工织物(原料为聚丙烯或聚酯)制成的管袋式的包容体,主要用于包裹砂类泥土,形成柔性、抗冲击的大体积重力结构。土工管袋最初被用于护岸围堤工程中,目前其应用领域愈来愈广,在国外的污染底泥脱水等环境工程中也得到推广应用,但迄今国内在这方面仍鲜见报道。针对重金属污染湖库底泥脱水减容的问题,笔者采用土工管袋脱水减容和重金属钝化稳定相耦合的新方法,实现了对汞等多种重金属污染底泥的高效治理。1试验材料和方法1.1重金属螯合实践调质剂土工管袋:Geotube®、TitanTube®、DredgeTex®、浙江化纤等;药剂:重金属螯合钝化调质剂ECO-DEMETAL(液态),自制;原状底泥和疏浚底泥样品均取自汉沽污水库。仪器:激光粒度测定仪、快速水分测定仪、固液直接测汞仪、六联搅拌器、紫外可见分光光度计、浊度计、哈希先进污水实验室等。1.2测试方法1.2.1土工布滤、压滤、悬浮物测定①取500mL含固率约为5%的疏浚污染底泥,加入一定量的重金属钝化调质剂,充分混匀反应,观察混匀过程中的絮团大小、固液分离情况。②把反应后的底泥倒至土工布滤网上,测定沥出液的平均沥出速度,并测定最终沥出液的悬浮物(SS)含量。③对滤饼自然干化24h,分别按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299—2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T300—2007)对滤饼进行汞等重金属浸出毒性测试。1.2.2实验用重金属化取适量含固率约为5%的疏浚污染底泥,加入优化后最佳量的重金属钝化调质剂,充分混合反应后置入25L吊袋中;测定吊袋脱水过程中污泥的含固率,作出时间-含固率的吊袋脱水曲线。1.2.3污泥环保疏浚将土工管袋铺设平整,通过管路将重金属钝化调质剂输送到污泥环保疏浚管路中,充分混合反应后,送入土工管袋中进行连续脱水。待管袋充填至预设高度后,停止充填,然后测定15d左右时管袋脱水污泥的含固率。2结果与讨论2.1污水库原状底泥厚度汉沽污水库位于蓟运河下游东侧,30余年接纳汉沽工业区和化工区工业废水,生态环境极度恶化,底栖生物的生存环境难以保证。为防止污染物扰动在治理过程中带来的二次污染,经多方比选,工程上清淤拟采用环保疏浚方式。环保疏浚的污水库原状底泥厚度一般在1.3~2.5m之间,总体呈黑色,以黏土质和细粉砂质的颗粒物为主,平均粒径在5~11μm之间,属于重壤土和轻粘土之间,有机质含量较少(与市政污泥相比),有明显的臭味。该底泥部分理化性质的测定结果如下:含固率为15.6%、Hg含量为12.8mg/kg、Cd含量为4.6mg/kg、Cu含量为1012mg/kg、有机质含量为14.8%、弹筒热值为1080.2kJ/kg。可见,该污泥中汞等重金属污染较重,疏浚后污泥含水率高(含固率仅为5%),需进一步脱水减容和重金属钝化稳定治理。2.2药剂添加量的确定通过一系列试验筛选出具有重金属螯合稳定作用的药剂ECO-DEMETAL,并在此基础上进一步优化了该药剂的添加量,确定药剂最佳添加量为11.93kg/t污泥。在该最佳添加量下,经检测,平均沥出速度为165mL/min,沥出液的SS为70mg/L、色度为25倍,滤饼干化后浸出毒性如表1所示。2.32不同小型土工管袋吊袋脱泥效果比较向含固率为5%左右的疏浚污泥中添加ECO-DEMETAL药剂,混合均匀后注入吊袋进行脱水试验。随着脱水时间的延长,污泥含固率逐渐增大,0~7d的脱水曲线见图1。由图1可知,采用2种不同小型土工管袋吊袋的脱水效果比较理想,7d后污泥含固率均高于70%。经检测分析污泥脱水后重金属浸出毒性,其结果远优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)的要求,这表明污泥土工管袋脱水减容后进行填埋处置是较为可行的。2.4无砂仓泥浆减排效果在污泥土工管袋脱水小试的基础上,采用周长为27.5m、长为30m的工程用土工管袋成功进行了现场脱水工艺放大。应用工程中采用300m3/h的环保绞吸挖泥船,疏浚底泥的含固率为5%~10%,按最佳添加比例将ECO-DEMETAL药剂加至疏浚污泥中并充分混合,最后充填至大型土工管袋中。单袋最大安全充填高度约为3m,脉冲式充填5~7次,脱水15~20d后管袋高度降为2.2m左右,约合1000m3脱水污泥,污泥的含固率>50%。经分析测定,污泥脱水后重金属浸出毒性的检测结果远远优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)的要求,即重金属钝化效果能够满足填埋造岛资源化处置的环保要求。在现场工程中,共处理疏浚泥水混合物近200×104m3,最终获得脱水管袋污泥约为45×104m3,采用土工管袋方法脱水减容效果明显(见图2)。根据工程需要,脱水后污泥将被资源化应用于填埋造岛的土方,不会发生二次倒运费用。3机械脱水板框压滤首次将土工管袋脱水减容技术成功应用于重金属污染湖库治理工程,取得了较为理想的效果。与传统的机械脱水(如板框压