專利名稱：利用再生凈水污泥進(jìn)行城市水體修復(fù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凈水污泥資源化用于城市水體修復(fù) 的新方法，拓寬了自來水廠凈水污泥的資源化利用范圍，以凈水污泥制成的覆蓋材料可用 于已經(jīng)控制污染源的緩流或靜止水體。
背景技術(shù)：
隨著城市人民生活水平的日漸提高，自來水用量日益增加。凈水污泥作為自來水 廠主要廢棄物，其產(chǎn)量也日益增加。通常，凈水污泥產(chǎn)量約占原水量的0.5% 3%。對(duì) 于大多數(shù)自來水廠而言，都是采用鋁鹽作為混凝劑，因此，凈水污泥的含鋁率較高，一般為 15% 40%。其成分主要為氫氧化鋁和其他金屬氧化物、氫氧化物、硅酸鹽等，這些物質(zhì)對(duì) 水體中磷具有良好的吸附和固定作用。近年來，城市水環(huán)境呈現(xiàn)日漸惡化的趨勢(shì)，其重要特征是城市水體中磷含量較高， 水華頻繁甚至藻類瘋長(zhǎng)，并出現(xiàn)黑臭。這導(dǎo)致部分城市水體的景觀功能也消失殆盡。磷是 引起城市水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。盡管隨著污水收集率的提高以及處理效果的加強(qiáng)和流 域管理措施的實(shí)施，外源磷的輸入呈逐年降低的趨勢(shì)，但內(nèi)源磷的釋放對(duì)水體磷濃度的貢 獻(xiàn)日益增加。因此，在外源磷得到控制的同時(shí)，降低內(nèi)源磷釋放量，是城市水體修復(fù)的關(guān)鍵 所在。底泥覆蓋技術(shù)是控制內(nèi)源磷釋放的有效措施之一，因其對(duì)內(nèi)源磷控制效果好以及 對(duì)水體生態(tài)環(huán)境影響較小而得到廣泛應(yīng)用。底泥覆蓋技術(shù)的核心是覆蓋材料的選擇。目前 使用較多的覆蓋材料有未污染的底泥、清潔砂子、礫石、鈣質(zhì)膨潤(rùn)土、灰渣、人工沸石、水泥， 還有諸如方解石、粉煤灰、土工織物或一些復(fù)雜的人造地基材料等。通常，在以控制內(nèi)源磷 釋放為主要目的的底泥覆蓋材料的選擇中，應(yīng)優(yōu)先選擇鐵、鋁、鈣等金屬離子含量較高的覆 蓋材料。作為自來水廠廢棄物的凈水污泥恰好符合這一特點(diǎn)。然而，因?yàn)閮羲勰嘀械匿X、 鐵等金屬離子主要以氫氧化物形態(tài)存在，對(duì)磷的吸附和固定能力相對(duì)較弱。因此，將凈水污 泥再生后用作覆蓋材料對(duì)水體進(jìn)行修復(fù)可以彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)。本發(fā)明由此而來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種凈水污泥資源化的方法，該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中凈水 污泥出路少以及鋁資源被大量浪費(fèi)的問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是—種利用再生凈水污泥進(jìn)行城市水體修復(fù)的方法，其特征在于所述方法包括以下 步驟(1)制備再生凈水污泥的步驟，包括向凈水污泥加入濃硫酸使凈水污泥中氫氧化 鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽，形成再生凈水污泥；(2)城市水體修復(fù)步驟，包括以再生凈水污泥為城市水體覆蓋材料，將再生凈水污 泥覆蓋在待修復(fù)城市水體的污染底泥上面，將污染底泥與上覆水物理性隔開，抑制污染底
3泥內(nèi)源磷向水體釋放。優(yōu)選的，所述方法步驟(1)制備再生凈水污泥包括將脫水后的凈水污泥進(jìn)行干燥 處理，然后按照H2SO4Al的質(zhì)量比為(1 5) 1的比例加入濃硫酸，在溫度為20 30°C 條件下進(jìn)行再生，形成再生凈水污泥。優(yōu)選的，所述方法步驟(1)按照如下步驟進(jìn)行將脫水后的凈水污泥在110°C干燥 3小時(shí)，然后按照H2SO4Al的質(zhì)量比為3 1的比例加入濃硫酸，再生溫度為25°C，再生時(shí) 間為30min，攪拌強(qiáng)度為500rpm，完成凈水污泥再生。優(yōu)選的，所述方法步驟(2)在城市水體污染底泥上覆蓋20cm厚再生凈水污泥。本發(fā)明技術(shù)方案中將再生凈水污泥作為城市污染底泥覆蓋新材料，通過將再生后 凈水污泥覆蓋在待修復(fù)水體的污染底泥上面，將污染底泥與上覆水物理性隔開，從而抑制 污染底泥內(nèi)源磷向水體釋放。再生凈水污泥是向凈水污泥加入一定數(shù)量的濃硫酸，使凈水 污泥中氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽后產(chǎn)生。本發(fā)明技術(shù)方案中，通過在凈水污泥中加入濃硫酸，在控制優(yōu)選的反應(yīng)條件下，促 使凈水污泥中的部分氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽，完成凈水污泥的再生，從而提高凈水污泥對(duì)磷 的捕捉、吸附能力。將再生后凈水污泥平鋪在污染底泥上面，利用凈水污泥中豐富的鋁、鐵、 鈣、二氧化硅等對(duì)磷的捕捉、吸附能力，控制污染底泥中內(nèi)源磷向水體擴(kuò)散，并將其固定在 凈水污泥中。從而達(dá)到凈水污泥資源化的目的。具體的，凈水污泥資源化主要包括二個(gè)階段，一是凈水污泥再生，二是再生后凈水 污泥用作城市污染底泥覆蓋材料。凈水污泥再生，就是指在干燥后的凈水污泥中加入適量 的濃硫酸，在優(yōu)選的反應(yīng)條件下，使凈水污泥中以氫氧化物形態(tài)存在的鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽，完成 凈水污泥的再生。凈水污泥再生的目的是增加凈水污泥對(duì)磷吸附速率、擴(kuò)大吸附容量，延緩 其吸附飽和時(shí)間，延長(zhǎng)其使用壽命。再生后凈水污泥用作城市污染底泥覆蓋材料，具體的 說，就是指將一定量的再生后的凈水污泥平鋪在需要修復(fù)的緩流或靜止水體的污染底泥上 面，達(dá)到一定的厚度。利用凈水污泥中的鋁、鐵、鈣、二氧化硅等對(duì)磷的專屬性吸附的性質(zhì)， 對(duì)污染底泥中釋放出來的磷進(jìn)行捕捉、吸附，從而避免其向水體釋放。另外，凈水污泥也會(huì) 吸附水體中磷，從而促使水體中磷向底泥遷移。磷一旦被凈水污泥中的鋁、鐵、鈣、二氧化硅 等吸附，就會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)化成難釋放態(tài)磷，從而強(qiáng)化凈水污泥對(duì)磷的固定。因此，將凈水污泥 再生用于城市水體修復(fù)，不僅解決了凈水污泥直接排放的問題，也實(shí)現(xiàn)了基于鋁的凈水污 泥資源化利用的問題。上述技術(shù)方案中，所述的凈水污泥是來自以鋁鹽為混凝劑的自來水廠，凈水污泥 中鋁(以Al2O3計(jì))含量超過20%。所選修復(fù)的水體應(yīng)該為已經(jīng)截除外源污染的緩流水體 或者靜止水體。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明的凈水污泥資源化方法是將凈水污泥再生后用作城市污染底泥覆蓋材 料，與以往凈水污泥作為渣土、燒制建筑材料等資源化方法相比，本研究實(shí)現(xiàn)了鋁資源的再 利用；與其它凈水污泥資源化方法(回收鋁鹽)相比，該技術(shù)簡(jiǎn)單，易行，產(chǎn)品應(yīng)用范圍更加 廣泛。與目前廣泛采用的底泥覆蓋材料相比，凈水污泥來源廣泛，再生后凈水污泥的鋁、鐵、 鈣、二氧化硅等含量豐富。與現(xiàn)有的城市水體修復(fù)方法相比，不破壞水體的景觀功能和水體 生態(tài)環(huán)境。
2.本發(fā)明適合于已經(jīng)控制外源污染的城市緩流水體或靜止水體，在不影響或破壞 水體景觀功能以及水體生態(tài)環(huán)境的情況下，實(shí)現(xiàn)水體修復(fù)。綜上所述，本發(fā)明提供了一種凈水污泥再生作為城市污染底泥覆蓋材料的新方 法，采用凈水污泥再生作為城市污染底泥覆蓋材料新方法，不僅實(shí)現(xiàn)了凈水污泥資源化利 用，而且可以避免在水體修復(fù)過程中破壞水體的景觀功能以及水體生態(tài)環(huán)境。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做 進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例1圓形有機(jī)玻璃容器水體的磷處理模擬實(shí)驗(yàn)以圓形有機(jī)玻璃容器(d = 17cm, h = 25cm)作為實(shí)驗(yàn)裝置，加入2. 5L河水(取自 典型富營(yíng)養(yǎng)化靜止水體，溶解性磷酸鹽含量0. 52mg/L)。加入再生后凈水污泥0. Ig(干污 泥)。采用恒速攪拌機(jī)攪拌lOmin，轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，然后，靜止沉淀30min。水體中溶解 性磷酸鹽含量低于0. Olmg/L，溶解性磷酸鹽去除率接近99%。與以上試驗(yàn)同理的，采用未再生凈水污泥，加入的凈水污泥同樣為0. Ig(干污 泥)，實(shí)驗(yàn)條件與上述一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，水體中溶解性磷酸鹽含量在0. 4mg/L左右，溶解性 磷酸鹽去除率僅有20%。實(shí)施例2某河段污染底泥的覆蓋實(shí)驗(yàn)以本實(shí)例對(duì)某富營(yíng)養(yǎng)化河段的污染底泥進(jìn)行覆蓋實(shí)驗(yàn)。該河段從2004年進(jìn)行水 質(zhì)監(jiān)測(cè)以來，水體呈重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)(溶解性磷酸鹽含量O 0. 75mg/L)。挖取未受擾動(dòng) 的污染底泥(底泥總磷含量1408mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量13%)，立即送至實(shí)驗(yàn)室，并在最短時(shí)間 內(nèi)將其鋪設(shè)在3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置(0. 6mXO. 6mX1.2m)底部，鋪設(shè)厚度為30cm。在底泥上面分別 平鋪再生凈水污泥、未再生凈水污泥和不鋪設(shè)凈水污泥，鋪設(shè)厚度為20cm。然后，分別加入 自來水，水深為50cm。該實(shí)驗(yàn)裝置有蓋，每天向水體充入氮?dú)鈒Omin，流量為5L/min，使系統(tǒng) 處于厭氧狀態(tài)，目的是加快內(nèi)源磷釋放。未鋪設(shè)任何凈水污泥系統(tǒng)，30d,水體中溶解性磷酸鹽含量達(dá)到1. 25mg/L,隨后一 直保持在高位狀態(tài)；鋪設(shè)凈水污泥系統(tǒng)，50d，水體中溶解性磷酸鹽含量達(dá)到0. 4mg/L,隨后 呈緩慢上升狀態(tài)；鋪設(shè)再生凈水污泥系統(tǒng)，100d，水體中溶解性硫酸鹽也僅有0. 06mg/L，水 體中鋁濃度小于0. 05mg/L，滿足我國(guó)飲用水源規(guī)定的< 0. 2mg/L。本發(fā)明說明，凈水污泥再生后，對(duì)內(nèi)源磷釋放控制效果良好，明顯優(yōu)于未再生凈水 污泥，而且，并未顯著增加水體中鋁含量，并未增加水體化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施例3再生凈水污泥的制備取自來水廠脫水后沉淀污泥Ikg(Al2O3含量為23. 6% )，置于烘箱中，在110°C干燥 3小時(shí)，然后碾碎。將碾碎的污泥放入IL燒杯中，按照3KgH2S04/Kg Al的比例加入196mL濃 硫酸(密度為1.84g/mL)，采用恒速攪拌機(jī)促使污泥與濃硫酸反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在25V， 反應(yīng)時(shí)間為30min。反應(yīng)結(jié)束后，將污泥放入烘箱，在110°C干燥12小時(shí)，取出備用。凈水 污泥再生完成。上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精 神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用再生凈水污泥進(jìn)行城市水體修復(fù)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)制備再生凈水污泥的步驟，包括向凈水污泥加入濃硫酸使凈水污泥中氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽，形成再生凈水污泥；(2)城市水體修復(fù)步驟，包括以再生凈水污泥為城市水體覆蓋材料，將再生凈水污泥覆蓋在待修復(fù)城市水體的污染底泥上面，將污染底泥與上覆水物理性隔開，抑制污染底泥內(nèi)源磷向水體釋放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(1)制備再生凈水污泥包括 將脫水后的凈水污泥進(jìn)行干燥處理，然后按照H2SO4Al的質(zhì)量比為(1 5) 1的比例加 入濃硫酸，在溫度為20 30°C條件下進(jìn)行再生，形成再生凈水污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步驟(1)按照如下步驟進(jìn)行將 脫水后的凈水污泥在110°c干燥3小時(shí)，然后按照H2SO4Al的質(zhì)量比為3 1的比例加入 濃硫酸，再生溫度為25°C，再生時(shí)間為30mi n，攪拌強(qiáng)度為500rpm，完成凈水污泥再生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(2)在城市水體污染底泥上 覆蓋20cm厚再生凈水污泥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用再生凈水污泥進(jìn)行城市水體修復(fù)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)制備再生凈水污泥的步驟，包括向凈水污泥加入濃硫酸使凈水污泥中氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁鹽，形成再生凈水污泥；(2)城市水體修復(fù)步驟，包括以再生凈水污泥為城市水體覆蓋材料，將再生凈水污泥覆蓋在待修復(fù)城市水體的污染底泥上面，將污染底泥與上覆水物理性隔開，抑制污染底泥內(nèi)源磷向水體釋放。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了凈水污泥資源化利用，而且可以避免在水體修復(fù)過程中破壞水體的景觀功能以及水體生態(tài)環(huán)境。
文檔編號(hào)C02F1/00GK101982432SQ20101052075
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者李大鵬, 李新, 王東田, 黃勇 申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院