一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置及方法与流程

1.本发明涉及材料学、微生物学和环境科学交叉领域，涉及一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置及方法。


背景技术：

2.矿产资源作为人类生存发展不可或缺的生产资料，长期以来被无序过度开发，不仅破坏矿山环境，而且导致矿山地质灾害越来越多。矿山生态环境恢复和综合治理首先要恢复矿区植被，由于爆破和底部掏挖矿石造成矿山边坡凹凸不平，裸露的边坡以岩石坡面为主，植物难以自然生长，亟需巨量的优质土壤覆盖，通过人工措施创造植被生长的必要条件。
3.在土地资源和优质土壤资源紧缺的情况下，巨量的江河湖泊清淤疏浚淤泥将为矿山生态环境恢复和综合治理提供天然的生态覆土。然而，江河湖泊清淤疏浚产生的淤泥具有含水率高、颗粒极细、压缩性大、强度低、存在金属污染物等特点，如不能及时有效的处理淤泥，不仅占用大量宝贵的土地资源，还会造成严重的二次污染，疏浚底泥的安全处理和综合利用成为亟待解决的关键性难题。目前，淤泥处置方式主要有卫生填埋、焚烧、建材利用和土地利用，卫生填埋占用大量土地且容易造成地下水污染，焚烧需购置专用设备、投资较大、运行维护费用高，建材利用存在能耗高、产品质量差等缺点；淤泥中的有机质、氮磷营养物等可转化为土壤营养成分，经稳定化处理后可用于林地、园林绿地、沙化地和废弃矿山修复等，这是一种绿色、生态、高效的利用方法。现有的技术中没有为污泥无害化利用提供整体解决方案的设备或系统，这导致了在淤泥无害化处理过程中需要将淤泥运输到不同的地点处理，如前期的处理需要运输到专门的固废处理厂，后续回收利用需要将处理过后的无害化淤泥运输到待施工地点。
4.公开号为cn212021761u的实用新型专利公开了一种淤泥处理装置，通过挤压过滤的方式去除污泥中的水分，但其被挤出的污水被随意排放，没有经过后处理的污水会对环境造成二次污染。
5.公开号为cn111689667a的发明专利公开了一种极端微生物降解污泥重金属的方法，通过将污泥与秸秆已经微生物混合后，采用阶梯式发酵的方式，通过微生物钝化污泥中的重金属；但是其需要经过反复升温，且处理时间长，不适合批量化的处理大量河底淤泥，实用性不强。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置及方法，能够有效脱除淤泥中的水分，安全钝化淤泥中多金属离子，强化淤泥的稳定性能，解决淤泥废弃物安全高效利用的难题，将该套装置整体安装到施工现场，只需一次运输即可实现淤泥的有效回收利用。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用生物材料安全强化的淤泥
复绿矿山的装置，包括淤泥脱水装置，所述淤泥脱水装置包括脱水箱，其顶部设有加料口，底部设有出料口，脱水箱内设置有通过伸缩杆驱动的挤压隔板，隔板内设滤布，隔板两面均设置有均匀分布的排水孔，脱水箱底部两侧各设排水出料口；还包括多金属离子钝化装置、淤泥固化装置和淤泥喷射装置，所述脱水装置通过管路分别与多金属离子钝化装置和淤泥固化装置连接，淤泥固化装置和淤泥喷射装置通过管路连接；离心泵将所述淤泥脱水装置脱出的污水输送至多金属离子钝化装置，污水在多金属离子钝化装置内矿化处理，淤泥脱水装置产出的脱水淤泥被送至淤泥固化装置进行处理，处理好的脱水淤泥经淤泥喷射装置输送到待施工表面。
8.优选的，所述多金属离子钝化装置包括夹套式的箱体，其底部设有加热介质进料口，中上部设有加热介质出料口，箱体顶部设置有搅拌器，搅拌器带动搅拌桨旋转；箱体顶部一侧设有污水加料口，污水加料口与所述离心泵相连，箱体顶部另一侧设有生物钝化材料加料口，箱体中下部设有钝化后安全水出料口，底部设有沉降室。
9.优选的，所述沉降室上方设有上截止阀，其下方设置有下截止阀。
10.优选的，所述淤泥固化装置包括锥形箱体，锥形箱体上部设置有第二搅拌器，第二搅拌器带动第二搅拌桨旋转，所述锥形箱体的顶部还设有脱水淤泥加料口、生物固化材料加料口和植被种子加料口的三口加料口，锥形箱体底部设有混合物料出料口。
11.优选的，所述第二搅拌桨设置有四组，从上到下拍立额的四组第二搅拌桨的直径逐渐变小且贴合所述锥形箱体的内壁。
12.优选的，所述锥形箱体外侧还设置有夹层，第二加热介质进料口302设置在夹层的中下部，第二加热介质出料口设置在夹层的中上部，优选的，淤泥喷射装置包括泵、增压器、蓄能器、控制器、液压器、压力表和喷嘴，所述泵通过管路连接在淤泥固化装置的出料口与蓄能器之间，液压器与增压器连接，增压器的另一接口与蓄能器出口通过控制器并联，控制器连接到喷嘴上。
13.优选的，喷嘴的管线可自动收缩，用于不同距离的喷播。
14.一种利用生物材料安全强化淤泥复绿矿山的方法，步骤如下：（1）将高含水率的淤泥加入到淤泥脱水系统；（2）脱出的污水进入多金属离子固化装置，加入生物钝化材料，加热；（3）脱水污泥进入淤泥固化装置，加入植被种子和生物固化材料，混合均匀；（4）将淤泥混合物通过淤泥喷射装置喷射到待施工面；（5）使用步骤（2）中处理后的水对施工面进行养护。
15.本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、将处理后的淤泥作为种子载体使用，多金属离子钝化系统中生物材料可将淤泥污水中的金属离子钝化为无机盐矿物，通过沉降室收集安全处置，处理后的水可用于植被生长灌溉用水，整个处理和施工过程无废弃物排放。
16.2、将淤泥脱水装置、多金属离子钝化装置、淤泥固化装置和淤泥喷射装置组成了一个有机的整体，可以实现淤泥即来即处理，不间断连续化作业，提高处理和施工效率。
17.图1为本发明的装置的示意图。
18.图中，1
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淤泥脱水装置，101
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脱水箱，102
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淤泥加料口，103
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脱水淤泥出料口，104
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挤压隔板，105
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伸缩杆，106
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滤布，107
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排水孔，108
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压缩淤泥排水出料口， 109
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离心泵；2
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多金属离子钝化装置， 201
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箱体，202
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加热介质进料口，203
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加热介质出料口，204
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搅拌器， 205
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压缩淤泥污水加料口，206
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生物钝化材料加料口，207
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安全水出料口，208
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沉降室，209
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上截止阀，210
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下截止阀；3
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淤泥固化装置， 301
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锥形箱体，302
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第二加热介质进料口，303
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第二加热介质出料口，304
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第二搅拌器，305
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脱水淤泥加料口，306
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生物固化材料加料口，307
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植被种子加料口，308
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混合物料出料口；4
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淤泥喷射装置，401
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泵，402
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增压器，403
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蓄能器，404
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控制器、405
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液压器、406
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压力表，407
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喷嘴。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
20.如图1所示为本发明的一种生物材料安全强化淤泥和复绿矿山的系统，包括淤泥脱水装置1、多金属离子钝化装置2、淤泥固化装置3和淤泥喷射装置4。所述脱水装置1通过管路分别与多金属离子钝化装置2和淤泥固化装置3连接，淤泥固化装置3和淤泥喷射装置4通过管路连接。所述淤泥脱水装置1、淤泥固化装置3和淤泥喷射装置4设置在施工现场的可移动载具上，多金属离子钝化装置2固定在施工场地，所述淤泥脱水装置1与多金属离子钝化装置2通过可收放的管路连接。
21.淤泥脱水装置1包括脱水箱101，脱水箱101顶部设有淤泥加料口102、底部设有脱水淤泥出料口103，脱水箱101内设置有可移动的挤压隔板104，挤压隔板104通过连接有电机的伸缩杆105驱动，挤压隔板104内设置有滤布106，挤压隔板104两面设有均匀分布的排水孔107；脱水箱101两侧底部各设有压缩淤泥排水出料口108，淤泥脱水装置1至多金属离子钝化装置2的管路上设置有离心泵109。
22.多金属离子钝化装置2包括夹套式的箱体201，箱体201底部设有加热介质进料口202、中上部设有加热介质出料口203，设有搅拌器204设置在所述箱体201的顶部，搅拌器204下端连接有搅拌桨用于搅拌箱体201内待处理的污水，箱体201的顶部一侧设有压缩淤泥污水加料口205，所述压缩淤泥污水加料口205与离心泵109相连，箱体201的顶部另一侧设有生物钝化材料加料口206，箱体201中下部设有钝化后安全水出料口207，箱体201底部设有沉降室208，沉降室设有上截止阀209和下截止阀210。
23.淤泥固化装置3包括夹套式的锥形箱体301，锥形箱体301的中下部设有第二加热介质进料口302，锥形箱体301的中上部设有第二加热介质出料口303，锥形箱体301的顶部设有第二搅拌器304，所述第二搅拌器304连接有第二搅拌桨，所述第二搅拌桨设置有四级从上到下逐渐缩小的桨叶，所述将夜锥形箱体301的内壁相吻合匹配，以达到更好的搅拌效果，所述锥形箱体301的顶部设有脱水淤泥加料口305、生物固化材料加料口306、植被种子加料口307的三口加料口，锥形箱体301的底部设有混合物料出料口308。
24.淤泥喷射装置4利用压力喷射，设有泵401、增压器402、蓄能器403、控制器404、液压器405、压力表406和喷嘴407；所述泵401通过管路连接在混合物料出料口308与蓄能器403之间，液压器405与增压器402连接，增压器402的另一接口与蓄能器403出口通过控制器404并联，控制器404连接到喷嘴407上。
25.基于上述装置的生物材料强化淤泥和复绿矿山的方法如下：步骤1，高含水率的淤泥通过淤泥加料口102加入到淤泥脱水装置1的脱水箱101中，挤压隔板104在连接电机驱动的伸缩杆105的作用下压缩淤泥，淤泥中的污水通过排水孔107渗出，通过隔板104两侧的排水出料口108进入多金属离子钝化装置2，淤泥脱水装置1至多金属离子钝化装置2的管路上设置有离心泵109，脱水后的淤泥经淤泥出料口103进入淤泥固化装置3，淤泥脱水过程无废水排放，无二次污染；步骤2，含有多种金属离子的非达标排放污水通过离心泵109经加料口205打入到箱体中201，生物钝化材料由顶部一侧的加料口206加入，通过搅拌器204持续搅拌混匀；加热介质在加热设备中加热后经加热介质进料口202进入，经由加热介质出料口203流出进入淤泥固化装置3；生物钝化材料将多种金属离子钝化为无机矿物，钝化后的安全水经出料口207排出，可用于植被生长灌溉用水；无机矿物通过底部的倾斜结构自主汇聚到沉降室208，沉降室208两端设有上截止阀209和下截止阀210，上截止阀209处于常开状态，下截止阀210处于关闭状态，待沉降室208中矿物积累到一定量时，关闭上截止阀209，打开下截止阀210，收集无机矿物，收集完毕后，关闭下截止阀210，打开上截止阀209，收集无机矿物时钝化过程可以正常进行，提高处理效率；步骤3，淤泥固化装置3为夹套式锥形箱体301，加热介质经第二加热介质进口302进入，经由第二加热介质出口303流出；向脱水淤泥加料口305、生物固化材料经加料口306、植被种子加料口307内分别投入脱水污泥、生物固化材料和植被种子，通过第二搅拌器304搅拌均匀，之后经混合物料出料口308进入淤泥喷射装置4；多金属离子钝化装置2、淤泥固化装置3通过加热介质加热，生物材料中的微生物在加热环境下钝化重金属、固化淤泥效果显著提升；步骤4，脱水淤泥、生物固化材料、植被种子经淤泥固化装置3拌合均匀后经由管线与淤泥喷射系统4连接，混合物料经喷嘴407喷射到矿山表层，喷嘴与控制器之间的管线可自动收缩，适用于不同距离、不同坡度的矿山喷播，灵活方便，操作简单；混合材料喷射到矿山表层后，在植被生长的养护期可采用多金属离子钝化系统钝化处理的水灌溉，为植被生长提供安全用水；可以实现淤泥处理的零排放。
26.为方便施工，施工时，淤泥运输车将淤泥逐渐分批次倾倒入淤泥脱水装置1内，挤压出的污水被输送到多金属离子钝化装置2内储存处理，脱水淤泥与种子及微生物固化剂混合后即可被淤泥喷射装置4喷射到需覆盖表面，实现连续化高效率作业。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，包括淤泥脱水装置，所述淤泥脱水装置包括脱水箱，其顶部设有加料口，底部设有出料口，脱水箱内设置有通过伸缩杆驱动的挤压隔板，隔板内设滤布，隔板两面均设置有均匀分布的排水孔，脱水箱底部两侧各设排水出料口；其特征在于，还包括多金属离子钝化装置、淤泥固化装置和淤泥喷射装置，所述脱水装置通过管路分别与多金属离子钝化装置和淤泥固化装置连接，淤泥固化装置和淤泥喷射装置通过管路连接；离心泵将所述淤泥脱水装置脱出的污水输送至多金属离子钝化装置，污水在多金属离子钝化装置内矿化处理，淤泥脱水装置产出的脱水淤泥被送至淤泥固化装置进行处理，处理好的脱水淤泥经淤泥喷射装置输送到待施工表面。2.根据权利要求1所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，所述多金属离子钝化装置包括夹套式的箱体，其底部设有加热介质进料口，中上部设有加热介质出料口，箱体顶部设置有搅拌器，搅拌器带动搅拌桨旋转；箱体顶部一侧设有污水加料口，污水加料口与所述离心泵相连，箱体顶部另一侧设有生物钝化材料加料口，箱体中下部设有钝化后安全水出料口，底部设有沉降室。3.根据权利要求2所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，所述沉降室上方设有上截止阀，其下方设置有下截止阀。4.根据权利要求1所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，所述淤泥固化装置包括锥形箱体，锥形箱体上部设置有第二搅拌器，第二搅拌器带动第二搅拌桨旋转，所述锥形箱体的顶部还设有脱水淤泥加料口、生物固化材料加料口和植被种子加料口的三口加料口，锥形箱体底部设有混合物料出料口。5.根据权利要求4所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，所述第二搅拌桨设置有四组，从上到下拍立额的四组第二搅拌桨的直径逐渐变小且贴合所述锥形箱体的内壁。6.根据权利要求4所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，所述锥形箱体外侧还设置有夹层，第二加热介质进料口302设置在夹层的中下部，第二加热介质出料口设置在夹层的中上部。7.根据权利要求1所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，淤泥喷射装置包括泵、增压器、蓄能器、控制器、液压器、压力表和喷嘴，所述泵通过管路连接在淤泥固化装置的出料口与蓄能器之间，液压器与增压器连接，增压器的另一接口与蓄能器出口通过控制器并联，控制器连接到喷嘴上。8.根据权利要求7所述的一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置，其特征在于，喷嘴的管线可自动收缩，用于不同距离的喷播。9.一种利用生物材料安全强化淤泥复绿矿山的方法，其特征在于：步骤如下：（1）将高含水率的淤泥加入到淤泥脱水系统；（2）脱出的污水进入多金属离子固化装置，加入生物钝化材料，加热；（3）脱水污泥进入淤泥固化装置，加入植被种子和生物固化材料，混合均匀；（4）将淤泥混合物通过淤泥喷射装置喷射到待施工面；（5）使用步骤（2）中处理后的水对施工面进行养护。
技术总结
本发明公开了一种利用生物材料安全强化的淤泥复绿矿山的装置及方法，包括脱水装置、多金属离子钝化装置、淤泥固化装置和淤泥喷射装置，脱水装置通过管路分别与多金属离子钝化装置和淤泥固化装置连接，淤泥固化装置和淤泥喷射装置通过管路连接；离心泵将淤泥脱水装置脱出的污水输送至多金属离子钝化装置，污水在多金属离子钝化装置内矿化处理，淤泥脱水装置产出的脱水淤泥被送至淤泥固化装置进行处理，处理好的脱水淤泥经淤泥喷射装置输送到待施工表面。本发明的有益效果为：将淤泥作为种子载体，多金属离子钝化系统中生物材料可将淤泥污水中的金属离子钝化为无机盐矿物，处理后的水可用于植被生长灌溉用水，整个处理和施工过程无废弃物排放。程无废弃物排放。程无废弃物排放。


技术研发人员：张爽爽 詹其伟 冯蕾 李涛 刘仁杰 尤俊奇
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.03.25
技术公布日：2021/6/29