一種清淤底泥制備生物碳土的工程化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種清淤底泥制備生物碳土的工程化方法，屬于固體廢物資源化利用 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 河湖底泥（又稱(chēng)淤泥）主要源自于地表徑流所攜帶的泥沙，陸生動(dòng)植物殘?bào)w，以及 水生動(dòng)植物殘?bào)w，大氣干濕沉降所攜帶的污染物質(zhì)，在物理、化學(xué)、生物的共同作用下水體 沉淀所形成的。底泥不但會(huì)阻塞河道，同時(shí)在一定PH、溶解氧、氧化還原電位等條件下會(huì)成 為污染物質(zhì)的"源"，營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬等物質(zhì)會(huì)釋放至水體，給水生態(tài)安全帶來(lái)了巨大的威 脅。
[0003] 生態(tài)清淤是解決河湖內(nèi)源污染、疏通航道的有效措施，但是疏浚上來(lái)的底泥大量 底泥如不妥善處置會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。以太湖上游某流域?yàn)槔?，平均淤積深 度0.9m，擬對(duì)該流域進(jìn)行清淤，其中總清淤量斤兩百萬(wàn)立方米。清淤上來(lái)的底泥，通常被作 為固體廢物堆放在貯泥場(chǎng)中，不僅占用大量土地，而且易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，清淤底泥的 因地制宜、高效、經(jīng)濟(jì)的資源化利用已成為生態(tài)清淤工程大規(guī)模開(kāi)展的制約瓶頸。國(guó)內(nèi)外關(guān) 于底泥資源化方面已取得了大量專(zhuān)利技術(shù)，主要集中在底泥制造建筑材料、水處理材料、植 物基質(zhì)及堆肥三個(gè)方面，但均未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工程化應(yīng)用。
[0004] 關(guān)于用底泥制備建筑材料方面，張建等人(授權(quán)公告號(hào):CN103102133 B)公開(kāi)了一 種淤泥免燒磚及其制備方法，以疏浚淤泥、粉煤灰、生石灰、生石膏、膠凝劑、促進(jìn)劑、硅酸鈉 為原料，通過(guò)蒸汽烘干的工藝制造免燒磚;黃民生等人(授權(quán)公告號(hào):CN102826818B)公開(kāi)了 一種底泥磚的制備方法，以河道底泥為原料，將所述河道底泥、植物秸桿、廢玻璃粉、粘結(jié)劑 按比例混合，通過(guò)加壓燒結(jié)的方式制成底泥磚;張大磊等人(授權(quán)公告號(hào):CN 102030491 B) 公開(kāi)了采用疏浚底泥和近岸高砂泥制備超輕高強(qiáng)度陶質(zhì)骨料的方法，仍然是通過(guò)燒結(jié)的方 式得到建筑材料;詹旭等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?01210111551.6)公開(kāi)了一種河道淤泥資源化應(yīng)用的 方法，將淤泥摻雜其它組分在一定的條件下燒制成粘土磚；馬彩鳳等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?201510288573.3)公開(kāi)了一種以河湖底泥為主要原料的炻瓷磚及其制備方法，將河湖底泥 鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石通過(guò)一定的工藝制備炻瓷磚;祝建中等人（申請(qǐng)?zhí)?：201510242654.X)公開(kāi) 了一種利用淤泥制備仿植生混凝土的方法，將脫水后的淤泥通過(guò)其它膠結(jié)材料制成混凝土 骨料;高玉峰等人（申請(qǐng)?zhí)?:2015102132.X)公開(kāi)了一種免燒免壓淤泥磚及其制備方法，以疏 浚淤泥、水泥、石膏、礦渣、粉煤灰、石灰、早強(qiáng)劑為原料制造免壓免燒磚;于洋等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?201410555785.9)公開(kāi)了一種利用湖泊淤泥制備新型節(jié)能燒結(jié)墻體材料的方法，主要方法 是通過(guò)添加化學(xué)試劑后進(jìn)行燒結(jié)；胡保安等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?01410415220.0)公開(kāi)了一種河湖 疏浚底泥為主料的免燒磚及其自然養(yǎng)護(hù)制作方法，以河湖疏浚底泥、水泥、沙子、粉煤灰、生 石灰、硅酸鈉、防凍劑為原料一定的工藝制備免燒磚;宋迪等人（申請(qǐng):201410326354.5)公 開(kāi)了一種用疏浚底泥免燒結(jié)制磚的方法，將脫水后底泥加2，4，6-三硫基-1，3，5-三嗪三鈉 鹽混合，然后加生石灰、水泥、天然沸石通過(guò)模具制造免燒磚。以上底泥制備建筑材料的共 同的特點(diǎn)是需要添加外源性化學(xué)試劑，或者商品化其他建筑原材料，而且大多數(shù)需要通過(guò) 加壓燒結(jié)相結(jié)合的工藝，回避經(jīng)濟(jì)節(jié)能這一重要原則。
[0005] 關(guān)于用底泥制備水處理用材料方面，宋永會(huì)等人(授權(quán)公告號(hào):CN 10209307 1 B) 公開(kāi)了一種城市重污染河流清淤底泥改性制造陶粒的方法，將干燥的湖泊底泥粉末與添加 劑碳酸鈣、硅酸鈉及氧化鋁造粒，通過(guò)燒結(jié)的方式制成陶粒；任治忠等人（公告號(hào)：CN 101747900 B)公開(kāi)了一種炭化湖泊底泥制備土壤改良劑的方法，主要技術(shù)原理仍然是對(duì)底 泥進(jìn)行碳化制成修復(fù)劑；寧平等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?01410689998.0)公開(kāi)了一種用滇池底泥制備 吸附劑的方法及應(yīng)用，通過(guò)對(duì)清淤底泥化學(xué)預(yù)處理，碳化等步驟制得重金屬吸附劑;李春華 等人（申請(qǐng)?zhí)?：201410240993.X)公開(kāi)了一種利用湖泊底泥和廢料添加劑制備水處理輕質(zhì)陶 粒的方法，將干燥的湖泊底泥粉末與鋼渣、秸桿粉末以一定的比例混合造粒，通過(guò)燒結(jié)的方 式制成；詹恒等人（申請(qǐng)?zhí)?：201210111554.X)公開(kāi)了一種湖泊底泥制備高性能水處理濾料 的方法，利用湖泊清淤后的底泥與其它添加組分，在一定的孔徑、壓力條件下燒結(jié)制成陶 粒;潘嘉芬（【申請(qǐng)?zhí)枴?01510413073.8)公開(kāi)了水處理用鐵碳微電解陶粒填料的制備方法，其 技術(shù)原理也是對(duì)底泥在高溫條件下進(jìn)行的碳化。在以上案例中，底泥制備的水處理材料沒(méi) 有與現(xiàn)有的成品材料進(jìn)行性能、經(jīng)濟(jì)方面的比較，回避了高效經(jīng)濟(jì)的原則。
[0006] 關(guān)于用底泥制備植物基質(zhì)和堆肥方面，崔保山等人(授權(quán)公告號(hào)：CN 101828512 B)公開(kāi)了利用湖泊底泥和煤渣為培養(yǎng)土的制作方法，通過(guò)用煤渣篩分為大小兩種粒徑分 級(jí)，依次鋪在培養(yǎng)盤(pán)中，最后在上層鋪上湖泊底泥，該專(zhuān)利忽略了底泥長(zhǎng)期處于還原的環(huán)境 條件下，對(duì)種子發(fā)芽、植物生長(zhǎng)的消極影響，同時(shí)回避培養(yǎng)基質(zhì)的通氣、保水保肥效能;何強(qiáng) 等人（【申請(qǐng)?zhí)枴?01410653670.3)公開(kāi)了一種利用河道淤泥治理石漠化的方法，即在河道淤 泥中加入粉煤灰，混合均勻，用模具制成球體，再將先鋒植物的秧苗根系埋入球體中，均勻 施放在石漠化地域，該法同樣忽略了底泥的種子發(fā)芽率，沒(méi)有對(duì)底泥進(jìn)行預(yù)處理;周立祥等 人（【申請(qǐng)?zhí)枴?01210437144.4)公開(kāi)了一種藍(lán)藻和污染底泥共堆肥的方法，該發(fā)明以生物瀝 浸的方法除去底泥中的重金屬，以底泥、秸桿、藍(lán)藻為原料進(jìn)行混合堆肥。該專(zhuān)利僅考慮了 底泥中的重金屬，回避了底泥中的持久性有機(jī)污染物，且沒(méi)有給出具體的堆肥原料添加比 例，堆肥工藝以及參數(shù)以及堆肥終點(diǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)秸桿和藍(lán)藻在堆肥初期不利于微生 物生長(zhǎng)。
[0007] 盧長(zhǎng)松等人(授權(quán)公告號(hào):CN 102060583 B)公開(kāi)了污泥靜態(tài)好氧堆肥制生物碳土 的方法，通過(guò)取鮮市政污水處理廠污泥、返混料、污泥堆肥調(diào)理劑，按一定的質(zhì)量比例混合 靜態(tài)堆肥制成生物碳土，并對(duì)生物碳土按粒徑大小進(jìn)行分級(jí)包裝。但早在2013年3月份國(guó)務(wù) 院辦公廳就已經(jīng)發(fā)布《近期土壤環(huán)境保護(hù)和綜合治理工作安排》，文件中首次公開(kāi)提出，在 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)禁止使用含重金屬、難降解有機(jī)污染物的污水，以及未經(jīng)檢驗(yàn)和安全處理的 污水處理廠污泥、清淤底泥等，本發(fā)明全文未提及污泥中的重金屬，持久性有機(jī)污染物質(zhì)含 量的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。以上底泥制備植物基質(zhì)和堆肥方面專(zhuān)利案例均回避了生態(tài)利用可行的分 析。
[0008] 上述清淤底泥資源化利用三種方案中，底泥制備建筑材料和制備水處理材料，由 于制備成本較高、社會(huì)認(rèn)可度低，較難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用;底泥制備植物基質(zhì)或者堆肥 的技術(shù)案例中，沒(méi)有對(duì)底泥作為基質(zhì)進(jìn)行污染物質(zhì)含量的評(píng)價(jià)，以及土壤學(xué)中基質(zhì)所具備 的的保水保肥通氣性能評(píng)價(jià)。鑒于此，本發(fā)明在充分比較國(guó)內(nèi)現(xiàn)有底泥、污泥農(nóng)林應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 的基礎(chǔ)上，首次提出清淤底泥、畜禽糞便、農(nóng)作物干秸桿制備生物碳土的工程化方法，最終 形成具有高附加值、成本低、性能好，可實(shí)現(xiàn)底泥的大規(guī)模生產(chǎn)的生物碳土。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種清淤底泥制備生物碳土的工程化方法，以解決大規(guī)模生 態(tài)清淤所帶來(lái)的底泥處置問(wèn)題。
[0010] 為解決上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0011] (1)生物碳土原料：
[0012] 清淤底泥:含水率在75~85%之間，有機(jī)質(zhì)含量在4~20%之間，其中污染物含量 符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995》中規(guī)定的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0013] 家禽糞便:為干糞便，是牛糞、豬糞、雞糞、鴨糞、鵝糞中的一種或幾種組合。
[0014]秸桿:為水稻、小麥、油菜、玉米中干秸桿的一種或幾種，并粉碎至粒徑5mm以下。
[0015] 保氮保水劑:使用水稻、小麥、油菜、玉米等秸桿中的一種或幾種，在無(wú)氧或缺氧的 條件下經(jīng)600°C左右干餾制成。具有孔隙率大，吸附能力強(qiáng)，持水率高等特點(diǎn)。
[0016] 上述原料清淤底泥、家禽糞便、秸桿按質(zhì)量比例1:(0.2~0.5) :(0.1~0.3)，保氮 保水劑添加量為相對(duì)于清淤底泥的質(zhì)量的0.5~1%，初始C/N調(diào)節(jié)至30:1左右，含水率為 55 %~65 %，并用翻拋機(jī)將原料均勻混合，準(zhǔn)備條垛堆肥，進(jìn)入下一步。
[0017] ⑵堆肥過(guò)程：
[0018] 條垛堆場(chǎng):位于清淤堆場(chǎng)附近，地勢(shì)平坦，寬度:3~6m，高度：1.0~1.6m，長(zhǎng)度：10 ~60m，條垛之間相隔10~15m。條垛場(chǎng)的防滲措施:地面依次為2層防滲布，5~10 cm粒徑為 2cm的石子，5~10cm厚的粘土，并做好滲濾液收集措施，滲濾液用于調(diào)節(jié)堆肥原料和堆肥過(guò) 程中的含水率。條垛場(chǎng)的防雨措施:防雨為在條垛堆場(chǎng)建設(shè)可卸載式彩鋼結(jié)構(gòu)大棚，兼具遮 陽(yáng)和防雨的雙重功效。
[0019] 溫度：當(dāng)堆垛長(zhǎng)< l〇m時(shí)，選擇三個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)分別測(cè)表面，中間，底部的溫度， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定測(cè)定深度，并取平均值；當(dāng)堆場(chǎng)>l〇m時(shí)，每增加10m增加一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，不 足l〇m的按10m計(jì)，每個(gè)點(diǎn)分別測(cè)表面，中間，底部的溫度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定測(cè)定深度，并取 平均值，溫度測(cè)定頻率為每6個(gè)小時(shí)1次。
[0020] 翻堆與通氣:翻堆的頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的天氣狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p，但總體上控制為 堆肥前期，每2~5天機(jī)械翻堆一次，當(dāng)堆體溫度升至50°C以上時(shí)，對(duì)堆體以0.1~1L.min 一 、kg原料4進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，并每天翻堆1~2次，當(dāng)再次處于50°C以下時(shí)，對(duì)條垛每1~2天翻 堆1次。
[0021] 腐熟:混合原料經(jīng)過(guò)10~15天5