CN114208625B

CN114208625B - 一种河湖底泥的脱水发酵处理方法

Info

Publication number: CN114208625B
Application number: CN202111387257.3A
Authority: CN
Inventors: 黄佳音; 侯明昱; 谭相君; 胡保安; 肖博; 史浩良
Original assignee: Cccc Tianjin Ecological Environmental Protection Design And Research Institute Co ltd
Current assignee: Cccc Tianjin Ecological Environmental Protection Design And Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2041-11-22
Also published as: CN114208625A

Abstract

本发明公开了一种河湖底泥的脱水发酵处理方法，包括以下步骤：(1)底泥脱水，与复合絮凝剂混合预处理后，脱水固结；(2)破碎混料，固结后的底泥与复合辅料破碎混合；(3)好氧发酵，将混合的发酵原料放入发酵仓内，配合好氧复合菌剂进行好氧发酵；(4)二次发酵及筛分出仓，得到发酵完成的绿化种植土。通过泵吸或绞吸的方式挖河湖底泥，合理进行疏浚施工，通过复合絮凝剂对河湖底泥进行预处理生成低含水率底泥，与复合辅料掺混同时喷洒复合菌剂，提高混合的均匀度，通过对底泥的二次好氧发酵处理后，得到高质量的绿化种植土，实现大规模处理底泥，处理过程中无二次污染，提高了生产效率，实现了河湖底泥的资源化和可持续利用。

Description

一种河湖底泥的脱水发酵处理方法

技术领域

本发明属于河湖水生态治理领域，尤其是涉及一种河湖底泥的脱水发酵处理方法。

背景技术

全球目前改善土壤结构和土壤微生态***、修复土壤、发展有机农业和绿色农牧业的根本措施是增大生物有机肥料。通过生物有机肥料的推广使用，建立良性农牧生态循环体系，即“肥多-草多-粪多-农牧产品多”的局面，充分开发农田和草场的综合生产潜力，达到增产增收最佳效果。

另一方面，水体底部淤泥大量堆积导致水体迅速萎缩，形成内源性污染源。随着我国沿海、沿江各部分地区涉水经济的迅速开发建设，产生了大量的疏浚土。能够合理、高效、无二次污染的处理疏浚土成为重要的研究内容。疏浚土脱水发酵处理，可应用于园林绿化、市政工程的绿化种植土，利用疏浚土生产生物有机肥，是国家一直提倡节能减排、资源再利用的重要措施之一，既能创造效益，又能最大限度的消除其对环境的污染，可以实现资源高效利用与生态环境治理、经济发展与社会效益的统一。

现有技术中，尚无高比例(底泥含量在70％以上)底泥好氧发酵工程实例。由于脱水后的疏浚底泥添加了一定量的絮凝剂，导致底泥粘度高、易板结，传统破碎设备破碎固结底泥效率低、破碎粒度不均匀。底泥粘度高同时也阻碍了好氧微生物吸收水分，导致传统的发酵工艺无法实现底泥的快速发酵，不易对底泥进行发酵改良。因此，大多采用协同处置的方式，从而存在处理规模小，处理成本高，且底泥制备为绿化种植土或生物肥料的制备规模小、难度大、易造成二次污染等技术问题。

因此，为了解决上述技术问题，需要设计一种能够大规模处理、发酵周期短、产品质量高、投入成本低、无二次污染的河湖底泥脱水发酵处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、处理效率高、成品率高、生产成本低、生产过程中无二次污染的河湖底泥脱水发酵处理方法。

本发明的技术方案如下：

一种河湖底泥的脱水发酵处理方法，包括以下步骤：

S1.底泥脱水：将泵吸或绞吸的疏浚底泥进行脱水固结处理，得到脱水后的底泥，其中脱水后的底泥的含水率为45％-70％，其具体步骤如下：

S1-1.底泥的预处理：将多孔生物聚合剂和助滤底泥调理剂与清水混合形成复合絮凝剂，向疏浚底泥中投入所述复合絮凝剂进行反应，得到高浓度泥浆和上清液，其中：所述多孔生物聚合剂的浓度为1wt‰-3wt‰，投加比例为疏浚底泥质量的0.3％-0.8％，所述助滤底泥调理剂的浓度为0.1wt％-0.5wt％，投加比例为疏浚底泥质量的1％-5％；

S1-2.脱水固结：对所述高浓度泥浆经进行脱水和固结处理，得到含水率为45％-70％的固结底泥；

S2.破碎混料：将所述固结底泥破碎成颗粒后，与复合辅料按体积比混合，得到混合物料，具体步骤如下；

S2-1.破碎：将所述固结底泥通过翻堆机进行破碎，直至固结底泥破碎成粒度为2-3cm的颗粒；

S2-2.制备辅料A：所述辅料A由50-70wt％的楸树木屑、10-30wt％的花生壳、10-30wt％的玉米芯和5-10wt％的柳枝均匀混合而成，辅料A中各组分的百分含量之和为100wt％；

S2-3.制备辅料B：所述辅料B由15-20wt％的木质素纤维、5-15wt％的棉籽壳、40-60wt％的香菇菌棒、7-13wt％的木糖醇、3-5wt％的磷脂、2-4wt％的酶制剂和5-10wt％的酒糟均匀混合而成，辅料B中各组分的百分含量之和为100wt％，得到的辅料B单独堆存，发酵6-12h，发酵温度≥20℃；

S2-4.制备复合辅料：将质量份数为35-65份的辅料A和15-65份发酵后的辅料B混合，得到复合辅料；

S2-5.制备混合物料：将步骤S2-1破碎的底泥与所述复合辅料按体积比为2：1-1：2混合，得到所述混合物料，通过使用翻堆机对物料进行混合，确保物料混合均匀；

S2-6.制备发酵原料：将好氧嗜热菌、好氧放线菌与水混合，得到复合菌剂溶液，而后向步骤S2-5得到的破碎后的混合物料上喷洒所述复合菌剂溶液，所述复合菌剂溶液的喷洒量与破碎的底泥的体积比为1:1000，得到发酵原料；

S3.好氧发酵：将所述发酵原料放入发酵仓内，覆盖好氧发酵膜，并通过鼓风机向发酵物料鼓风，进行好氧发酵12-15天，得到发酵底泥；

S4.二次发酵及筛分出仓：将所述发酵底泥从发酵仓内移出，筛分，筛下物为腐熟完全的发酵底泥，其含水率为25％-30％，能作为绿化种植土使用；筛上大颗粒为未腐熟完全的发酵底泥；

S5.重复步骤S1-S4对后一批河湖底泥进行脱水发酵处理，并在进行步骤S2前将前一批处理过程中未腐熟完全的发酵底泥与后一批河湖底泥处理过程的步骤S1-2得到的固结底泥混合后，一同进行后续步骤，直至所有河湖底泥处理完成。

在上述技术方案中，所述翻堆机的翻堆宽度为2.5m-5m，翻堆高度为0.8m-1.8m，铰刀直径为550-800mm，工作速度为5-15m/min。

在上述技术方案中，所述S3中采用的好氧发酵膜，以聚乙烯共混体系为基础树脂、聚烯烃弹性体为增韧剂、碳酸钙为增强填料，好氧发酵膜内部均匀分布微孔，所述微孔孔径为0.1-1μm，孔隙率为45％-65％。

在上述技术方案中，在S3中，所述鼓风机的转速为2900r/min，风量为2500m³/h，功率为3kw，风压为3500Pa。

在上述技术方案中，所述鼓风机的送风管的直径为70-120mm，沿长度方向每间隔15-25cm在送风管周围打1-2个孔径为1cm的孔。

在上述技术方案中，在S3中，所述鼓风机以开启6min、关闭4min的方式进行循环通气。

发明具有以下优点和有益效果：

1.通过泵吸或绞吸的方式挖河湖底泥，合理进行疏浚施工，通过复合絮凝剂对河湖底泥进行预处理，生成的低含水率底泥与复合辅料掺混同时喷洒复合菌剂，提高了混合的均匀度，通过对底泥进行好氧发酵处理后，得到高质量的绿化种植土，实现了大规模处理底泥，处理过程中无二次污染，提高了生产效率，实现了资源高效利用与生态环境治理、经济发展与社会效益的统一。

2.采用翻堆机能够将固结的底泥破碎均匀，并能够将破碎后底泥与复合辅料混合均匀，有效提高了混合的均匀度，加快了腐熟发酵的速度，缩短了处理生产周期，节省了生产成本。

3.通过采用楸树木屑、柳树枝、棉籽壳、香菇菌棒、花生壳、玉米芯等园林及农林废弃物作为大规模处理河湖底泥的辅料，因此具有协同处置农业、园林废弃物的效果，实现了河湖底泥的资源化和可持续利用，其处理效率高，投入人力少，利废固碳效果明显。

附图说明

图1是本发明的脱水发酵处理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。

本发明中使用的多孔生物聚合剂，其制备方法记载在公开号为CN111018282A、发明名称为“一种河湖生态清淤底泥脱水用多孔生物聚合剂”的中国发明专利中，其内容包括在本发明中。

本发明中使用的助滤底泥调理剂，其制备方法记载在公开号为CN111018308A、发明名称为“一种河湖生态清淤底泥板框压滤脱水用助滤底泥调理剂”的中国发明专利中，其内容包括在本发明中。

实施例1

本发明以河北省某湖泊清淤底泥工程为例，待清淤底泥体积为20000m³，泵吸底泥的水：泥体积比为9：1。

对上述河湖底泥进行脱水发酵的方法，包括以下步骤：

S1.底泥脱水：将疏浚底泥进行脱水固结处理，得到脱水后的底泥，其中脱水后的底泥的含水率为70％，其具体步骤如下：

S1-1.采用真空吸料装置及离心泵将疏浚底泥泵入至混凝池中，并投加公开号为CN111018282A、名称为“一种河湖生态清淤底泥脱水用多孔生物聚合剂”的发明专利中实施例一制备的多孔生物聚合剂与清水混合配置成液态絮凝剂，投加公开号为CN111018308A、名称为“一种河湖生态清淤底泥板框压滤脱水用助滤底泥调理剂”的发明专利中实施例的助滤底泥调理剂，加快泥水分离并对泥浆浓缩，同时改善上清液的水质，生成高浓度泥浆和上清液。

其中：多孔生物聚合剂的浓度为1.1wt‰，投加比例为疏浚底泥质量的0.5％，助滤底泥调理剂投加比例为疏浚底泥质量的2.3％；

S1-2.脱水：所述S1-1中的高浓度泥浆泵送至土工管袋中，脱水40天，脱水后的底泥建堆形成条垛式，生成固结底泥，其含水率为70％；

其中，脱水后底泥的初始检测指标如表1所示：

表1：脱水后底泥的初始检测指标

S2.破碎混料：将固结底泥破碎成颗粒，并与复合辅料按体积比混合，得到混合物物料，其具体步骤如下；

S2-1.破碎：所述S1-2中的固结底泥通过翻堆机(采用液压辅助履带式翻堆机，型号为XGFD-2400)进行破碎，直至固结底泥破碎成粒度为3cm的颗粒；

S2-2.制备辅料A：所述辅料A由50wt％的楸树木屑、30wt％的花生壳、8wt％的玉米芯和12wt％的柳枝均匀混合而成，辅料A中各组分的百分含量之和为100wt％；

S2-3.制备辅料B：所述辅料B由17wt％的木质素纤维、7wt％的棉籽壳、50wt％的香菇菌棒、7wt％的木糖醇、5wt％的磷脂、4wt％的酶制剂和10wt％的酒糟均匀混合而成，辅料B中各组分的百分含量之和为100wt％，得到的辅料B单独堆存，发酵6h，发酵温度≥20℃；

S2-4.制备复合辅料：将质量份数为60份的辅料A和40份发酵后的辅料B混合而成，得到复合辅料；

S2-5.制备混合物料：将步骤S2-1破碎的底泥与所述复合辅料按体积比为1：2混合，得到混合物料，并将混合物料破碎成粒度为3cm的颗粒；

S2-6.制备发酵原料：将好氧嗜热菌、好氧放线菌(包括枯草芽孢杆菌、嗜热链球菌、嗜热放线菌、酵母菌及催化酶)与水混合，得到复合菌剂溶液，而后向S2-5中的混合物料上喷洒复合菌剂溶液，其复合菌剂溶液的喷洒量与破碎的底泥的体积比为1:1000，得到发酵原料；

S3.好氧发酵：将发酵原料放入发酵仓内，覆盖好氧发酵膜，并通过鼓风机向发酵物料鼓风，通风量2500m³/h，采用开启时间：关闭时间＝3：2的方式，交替开闭，进行好氧发酵12天，得到发酵底泥；

S4.二次发酵及筛分出仓：将所述发酵底泥从发酵仓内移出，筛分，筛下物为腐熟完全的发酵底泥，其含水率为25％-30％，能作为绿化种植土使用；筛上大颗粒为未腐熟完全的发酵底泥。

S4中未腐熟完全的发酵底泥可以与后一批河湖底泥处理过程的步骤S1-2得到的固结底泥混合后，一同进行后续步骤。

上述方法中，所述翻堆机的翻堆宽度为2.5m，翻堆高度为1.6m，铰刀直径为600mm，工作速度为10m/min。所述S3中的好氧发酵膜以聚乙烯共混体系为基础树脂、聚烯烃弹性体(POE)为增韧剂、碳酸钙为增强填料，其内部均匀分布微孔，所述微孔孔径为0.1-1μm，孔隙率为65％，微孔分布十分均匀，具有只透气不透水的功能，其透气性为6000ml/(m²·min)。在所述S3中，所述鼓风机的出风口通过送风管与发酵仓连通，所述鼓风机的转速为2900r/min，风量为2500m³/h，功率为3kw，风压为3500Pa。所述送风管的直径为100mm，沿长度方向每间隔15cm在送风管周围打2个孔径为1cm的孔。

通过本实施例1中制备的绿化种植土的检测指标，如表2所示：

表2.经实施例1的方法处理后的底泥检测指标

序号	检测指标	单位	底泥指标
				1	pH	无量纲	8.13
2	含盐量	g/kg	5.56
				3	有机质	mg/kg	34
4	土壤入渗率	mm/h	54.1
				5	水解性氮	mg/kg	180
6	有效磷	mg/kg	8.5
				7	速效钾	mg/kg	226.8
8	有效镁	mg/kg	193.4
				9	有效钙	mg/kg	321.76
10	有效铁	mg/kg	113.22
				11	有效铜	mg/kg	1.04
12	有效锌	mg/kg	3.29

由表2可以看出，通过上述脱水发酵处理方法制成的绿化种植土，其土质的各项指标有明显的改善，其土质可达到《种植绿化土壤》(CJ/T 340-2016)的要求，符合国家行业标准，可以大规模处理河湖底泥，通过复合辅料来平衡C/N值，配合好氧发酵后，其处理加工过程中无二次污染，能够有效控制工程费用，降低生产成本。

实施例2

以某处水库底泥改良工程为例，该水库的底泥由于回流以及富集作用，底泥沉积了一定量的氮、磷等物质。本工程采用绞吸挖泥船进行疏浚，疏浚底泥体积为70000m³。

对上述河湖底泥进行脱水发酵的方法包括以下步骤：

S1-1.将阴离子型聚丙烯酰胺与清水混合形成絮凝剂，而后在输泥管线上通过管道混合器将其泵入到管道泥浆中，加快泥水分离并对泥浆浓缩(复合絮凝剂同时改善上清液的水质)，生成高浓度泥浆和上清液；

其中：阴离子型聚丙烯酰胺(CASNO：9003-05-08)，分子量为800万，絮凝剂的浓度为5wt‰，投加比例为疏浚底泥质量的0.8％；

S1-2.脱水：所述S1-1中的高浓度泥浆泵送至土工管袋中，脱水90天，脱水后的底泥建堆形成条垛式，生成固结底泥，由于疫情期间又自然晾晒了60天，其含水率为45％；

其中，脱水后底泥的初始检测指标如表3所示：

表3.脱水后底泥的初始检测指标

序号	检测指标	单位	底泥指标
				1	pH	无量纲	7.31
2	含盐量	g/kg	0.44
				3	有机质	mg/kg	33.6
4	土壤入渗率	mm/h	4.8
				5	水解性氮	mg/kg	379
6	有效磷	mg/kg	6.3
				7	速效钾	mg/kg	214

S2-1.破碎：所述S1-2中的固结底泥通过翻堆机(采用液压辅助履带式翻堆机，型号为XGFD-2400)进行破碎，直至固结底泥破碎成粒度为2cm的颗粒；

S2-2.制备辅料A：所述辅料A由70wt％的楸树木屑、10wt％的花生壳、10wt％的玉米芯和10wt％的柳枝均匀混合而成，辅料A中各组分的百分含量之和为100wt％；

S2-3.所述辅料B由15wt％的木质素纤维、5wt％的棉籽壳、60wt％的香菇菌棒、7wt％的木糖醇、3wt％的磷脂、4wt％的酶制剂和6wt％的酒糟均匀混合而成，辅料B中各组分的百分含量之和为100wt％，得到的辅料B单独堆存，发酵12h，发酵温度≥20℃；

S2-4.制备复合辅料：将质量份数为50份的辅料A和50份发酵后的辅料B混合而成，得到复合辅料；

S2-5.制备混合物料：将步骤S2-1破碎的底泥与所述复合辅料按体积比为2：1混合，得到所述混合物料，并将混合物料破碎成粒度为2cm的颗粒；

S2-6.制备发酵原料：将好氧嗜热菌、好氧放线菌(包括枯草芽孢杆菌、嗜热链球菌、嗜热放线菌、酵母菌及催化酶)与水混合，得到复合菌剂溶液，而后向S2-5中的混合物料上喷洒所述复合菌剂溶液，其复合菌剂溶液的喷洒量与破碎的底泥的体积比为1:1000，得到发酵原料；

S3.好氧发酵：将所述发酵原料放入发酵仓内，覆盖好氧发酵膜，并通过鼓风机向发酵物料鼓风，通风量2500m³/h，采用开启时间：关闭时间＝3：2的方式，交替开闭，进行好氧发酵15天，得到发酵底泥；

通过本实施例1中制备的绿化种植土的检测指标，如表4所示：

表4.经实施例2的方法处理后的底泥检测指标

序号	检测指标	单位	底泥指标
				1	pH	无量纲	8.02
2	含盐量	g/kg	2.39
				3	有机质	mg/kg	44.93
4	土壤入渗率	mm/h	7.74
				5	水解性氮	mg/kg	169.2
6	有效磷	mg/kg	8.5
				7	速效钾	mg/kg	181

由表4可以看出，通过上述脱水发酵处理方法制成的绿化种植土，其土质的各项指标有明显的改善，其土质可达到《种植绿化土壤》(CJ/T 340-2016)的要求，符合国家行业标准，可以大规模处理河湖底泥，通过复合辅料来平衡C/N值，配合好氧发酵后，其处理加工过程中无二次污染，能够有效控制工程费用，降低生产成本。

Claims

1.一种河湖底泥的脱水发酵处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.底泥脱水：将河湖底泥进行脱水固结处理，得到脱水后的底泥，其中脱水后的底泥的含水率为45％-70％，其具体步骤如下：

S2-5.制备混合物料：将步骤S2-1破碎的底泥与所述复合辅料通过翻堆机按体积比为(1：2)-(2：1)混合均匀，得到混合物料，将所述混合物料破碎成粒度为2-3cm的颗粒；

2.根据权利要求1所述的脱水发酵处理方法，其特征在于：所述翻堆机的翻堆宽度为2.5m-5m，翻堆高度为0.8m-1.8m，铰刀直径为550-800mm，工作速度为5-15m/min。

3.根据权利要求2所述的脱水发酵处理方法，其特征在于：所述S3中采用的好氧发酵膜，以聚乙烯共混体系为基础树脂、聚烯烃弹性体为增韧剂、碳酸钙为增强填料，好氧发酵膜内部均匀分布微孔，所述微孔孔径为0.1-1μm，孔隙率为45％-65％。

4.根据权利要求3所述的脱水发酵处理方法，其特征在于：在S3中，所述鼓风机的转速为2900r/min，风量为2500m³/h，功率为3kw，风压为3500Pa。

5.根据权利要求4所述的脱水发酵处理方法，其特征在于：所述鼓风机的送风管的直径为70-120mm，沿长度方向每间隔15-25cm在送风管周围打1-2个孔径为1cm的孔。

6.根据权利要求5所述的脱水发酵处理方法，其特征在于：在S3中，所述鼓风机以开启6min、关闭4min的方式进行循环通气。