一種污泥生態(tài)處置床的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種小型污水處理廠的污泥生態(tài)處置床，利用剩余污泥和煤矸石與粘土作為填充材料直接充填到塌陷盆地中，混合生成有機充填土，解決了土地復墾缺乏適合植物生長條件的有機土的難題；解決了煤矸石存放、剩余污泥填埋的占地問題；剩余污泥直接來自污水處理廠的污泥濃縮池，省卻了污泥的后續(xù)處理環(huán)節(jié)，降低了污水處理廠的運行成本。該發(fā)明操作簡便、投資少、運行成本低，特別適用于小型污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的處理、處置和大型礦山產(chǎn)生的大面積塌陷地的土地復墾。
【專利說明】一種污泥生態(tài)處置床
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及污泥處置【技術(shù)領域】，尤其是一種小型污水處理廠的污泥生態(tài)處置床?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，污水排放量不斷擴大，同時政府的環(huán)保力度也不斷強化，污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的處理與處置難題日益顯現(xiàn)，已經(jīng)成為制約整個污水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。對于大型的污水處理廠，采用消化、熱解、焚燒和制磚等技術(shù)進行處理能實現(xiàn)污泥的減量化和資源化利用；對于處理規(guī)模小于3萬m3/d的位于小城鎮(zhèn)的小型污水處理廠，受成本、技術(shù)、運營管理水平等限制，目前主要以填埋為主，在填埋過程中往往引發(fā)了二次污染和新的環(huán)境問題。
[0003]煤礦等礦山在開采過程中造成地表的下沉，形成大面積的塌陷盆地，這些塌陷盆地內(nèi)多積水，農(nóng)作物無法生長，占據(jù)大量耕地，為了恢復利用這些被破壞的土地往往需要投入大量的人力、物力和財力；另一方面煤礦等礦山企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的煤矸石等廢棄物，堆放這些煤矸石也需要一定量的土地。目前，國內(nèi)對礦區(qū)煤矸石和塌陷區(qū)治理和利用的形式多種多樣，如利用煤矸石作為建筑材料、燃料和化工原料等用途，利用塌陷區(qū)進行水產(chǎn)養(yǎng)殖、建設公園等，也有很多地方把煤矸石等廢棄物直接充填到塌陷盆地中，煤矸石上部覆蓋土壤，再進行種植，但土壤下部的煤矸石保水性很差，造成上部土壤層缺水，樹木或農(nóng)作物很難成活。因此如何合理又經(jīng)濟地利用這些廢棄的煤矸石成為各大煤礦企業(yè)的又一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了解決位于小城鎮(zhèn)的小型污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥在填埋過程中引發(fā)的二次污染和新的環(huán)境問題，同時對于煤礦開采地區(qū)地表下沉形成塌陷盆地而又無法科學進行復墾的問題，提供一種操作簡單、投資少的煤礦塌陷地復墾和剩余污泥處理利用系統(tǒng)，利用煤矸石作為填充材料，改造、復墾煤礦塌陷地，同時把塌陷盆地設計成污泥生態(tài)處置床來處理剩余污泥，將塌陷地的復墾和煤矸石的處理利用與剩余污泥的資源化利用結(jié)合起來，走以廢治廢的道路。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明的污泥生態(tài)處置床的建造是按如下步驟實施的:
[0006](I)在地表尚未下沉之前采用概率積分法預測、計算塌陷盆地的大小、范圍和深度，確定地質(zhì)開采技術(shù)條件、地表移動參數(shù)、采空區(qū)計算長度，計算走向主要影響半徑和上、下邊界的主要影響半徑，計算地表各代表點的最大下沉量。
[0007](2)根據(jù)塌陷地的計算結(jié)果，規(guī)劃、確定塌陷盆地改造的位置、面積，計算充填的厚度、土方量；把改造目標區(qū)規(guī)劃成方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，施工充填區(qū)規(guī)劃成邊長為10-50米的矩形田塊。
[0008](3)剝離施工充填區(qū)的表層土，把部分剝離土堆積在充填區(qū)的四周，形成污泥生態(tài)處置床的圍堰。
[0009](4)污泥生態(tài)處置床的底部設計有1-3%的水流坡度。
[0010](5)污泥生態(tài)處置床的底部防滲處理，可采用I米的素土夯實或采用鋪設防滲薄膜，防滲薄膜可采用1.5-2毫米厚的塑料膜，搭接處要處理好，以提高防滲效果。進一步的，為防止防滲薄膜免遭破壞，需在防滲薄膜下部土層和防滲薄膜上表面鋪設細砂，或以土工布加細砂作為保護層。
[0011](6)在保護層上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度為總充填厚度的20-30%，煤矸石來源于礦山企業(yè)。
[0012](7)再在煤矸石上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度為總充填厚度的65-75%，剩余污泥來源于污水處理廠。[0013](8)在污泥生態(tài)處置床上選種植物，選種的植物應滿足以下幾點要求:①耐污能力強；②采用鄉(xiāng)土物種，因土種植，因地制宜；③抗病能力強；④易于收獲、便于處置；⑤經(jīng)濟利用價值較高；⑥根系發(fā)達，莖葉茂密。常用的植物有蘆葦、水蔥、香蒲、鳳眼蓮等。其中鳳眼蓮吸收、降解能力強，水力停留時間為半個月左右后氮可降解約90%，磷酸鹽減少50%左右；一個月左右，BOD可降低65%，SS為80%、有機氮60%、總磷35% ;同時鳳眼蓮可用作牧畜飼料、造紙廠原料，也可生產(chǎn)混合肥料、土壤改良劑等。
[0014]來自污水處理廠的剩余污泥中含有大量的厭氧菌、兼性菌和好氧菌，可進行厭氧和好養(yǎng)反應，同時剩余污泥滲透到煤矸石的縫隙中，煤矸石不斷粉化、分解。
[0015](9)讓污泥生態(tài)處置床自然干涸；在泥床上覆蓋剝離土，減少泥床產(chǎn)生的臭氣污染環(huán)境，剝離土的覆蓋厚度為充填總厚度的的5%。
[0016](10)保持泥床干涸狀態(tài)30-60天，使混合有機土在空氣中進一步發(fā)生好氧堆肥的效應，滅活病原體、蟲卵等，使有機土無害化。無害化后的污泥生態(tài)處置床可用于園林綠化、生態(tài)種植，或改良成農(nóng)田。
[0017](11)在污泥生態(tài)處置床的下游設計有未充填的塌陷區(qū)改造成的氧化塘，用來處理污泥生態(tài)處置床的污泥滲濾液，污泥滲濾液排放口與氧化塘連通。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用煤矸石和剩余污泥與粘土作為填充材料直接充填到塌陷盆地中，混合生成有機充填土，解決了土地復墾缺乏適合植物生長條件的有機土的難題；解決了煤矸石存放、剩余污泥填埋的占地問題；剩余污泥直接來自污水處理廠的污泥濃縮池，省卻了污泥的后續(xù)處理環(huán)節(jié)，降低了污水處理廠的運行成本。該發(fā)明操作方便、投資少、復墾成本低，特別適用于小城鎮(zhèn)的小型污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的處理和大型礦山產(chǎn)生的大面積塌陷地的土地復墾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1是本發(fā)明污泥生態(tài)處置床的具體實施例的剖面圖，
[0021]圖2是本發(fā)明污泥生態(tài)處置床的具體實施例的平面圖。
[0022]圖中:1.防滲層，2.矸石層，3.污泥層，4.植物，5.圍堰，6.污泥充填區(qū)，7.污泥滲濾液排放口，8.氧化塘。【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構(gòu)成。
[0024]實施例
[0025]以蘇北某煤礦塌陷地為例，在地表尚未下沉之前采用概率積分法預測、計算塌陷盆地的大小、范圍、深度:
[0026]①確定地質(zhì)開采技術(shù)條件即采厚V，煤層傾角δ，采區(qū)下邊界采深H1，上邊界采深H2,采空區(qū)傾斜長D1，走向長D3,傾斜水平投影長Dls ;這些數(shù)據(jù)可從當?shù)氐刭|(zhì)勘探資料中獲取。
[0027]②確定地表移動參數(shù)
[0028]下沉系數(shù)q，主要影響角正切tg@ ,拐點偏距Sp S2> S3、S4,開采影響傳播角Θ ;該礦區(qū)的地表移動觀測站提供這些參數(shù)。
[0029]③確定采空區(qū)計算長度:傾向長度L、走向長度T、
[0030]L= (D1-S1-S2) X sin ( Θ + δ ) /sin θ，
[0031 ] T=D3_S3_S4。
[0032]④建立坐標系,確定坐標原點,通過作圖或坐標轉(zhuǎn)換計算各點坐標X, Y值。
[0033]⑤計算走向主要影響半徑R和上、下邊界的主要影響半徑Rp R2,
[0034]H= (H^H2) /2, R=H/tg β，R1=H1Ag β，R2=H2/tg β。
[0035]⑥按式Wail=VXqXcos δ計算最大下沉量胃?。
[0036]⑦計算各點坐標(X，Y)與對應開采邊界主要影響半徑的比值X/R，(X-T) /R, YA1,(Y-L)/R2。
[0037]⑧以(7)中的比值為引數(shù)，查分布函數(shù)表得出A (X/R)，A [ (X-T) /R]，A (Y/R1)，A[ (Y-L)/R2]等數(shù)據(jù)。
[0038]⑨由公式:
[0039]W1 (Y)=WcmXA(YZR1) ；W2 (Y-L) =WcmX A[(Y-L)/R2]；
[0040]W3 ⑴=WcmX A (X/R) ；W4 (X-T) =WcmX A [ (X-T)/R]；
[0041]W⑴= [WJX)-W4(X-T)] J(Y) = DV1(Y)-W2(Y-L)]；
[0042]計算X方向的下沉量W3(X)、W4(X-T)、W(X)和Y方向的下沉量W1 (Y)、W2(Y-L) ,W(Y)0
[0043]⑩由公式W (X，Y) =W (X) X W (Y)/Wcm求得各點的最終下沉量W (X，Y)。
[0044]通過以上計算得出塌陷盆地的長約為2000米，寬約為1000米，地面各代表點的平均下沉量是3米。
[0045]根據(jù)塌陷地的計算結(jié)果把充填目標區(qū)規(guī)劃成方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，施工充填區(qū)規(guī)劃成為10X50米2的矩形田塊，根據(jù)該礦區(qū)的地表移動觀測站提供的地表下沉速度、下沉趨勢與剩余污泥的供應數(shù)量決定依次施工四個充填區(qū)塊。
[0046]確定每個充填區(qū)塊的充填總厚度為3米，每個充填區(qū)塊的充填量為10X50X3=1500 米 3 。
[0047]剝離施工充填區(qū)的表層土，剝離厚度為3X5%=0.15米，把剝離土堆積在充填區(qū)的四周，形成污泥生態(tài)處置床的圍堰5。
[0048]污泥生態(tài)處置床的底部設計3%的水流坡度。[0049]進一步的，污泥生態(tài)處置床的底部進行防滲處理，采用采用鋪設2毫米厚的塑料膜，為防止防滲薄膜免遭破壞，在防滲薄膜下部土層和防滲薄膜上表面鋪設細砂。
[0050]在防護層上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度為總厚度的3X30%=0.9米，煤矸石來源于礦山企業(yè)。再在煤矸石上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度為3X65%=1.95米，剩余污泥來源于城市污水處理廠。
[0051]在污泥生態(tài)處置床上選種植物蘆葦，蘆葦滿足耐污能力強、抗病能力強、易于收獲、便于處置等要求。
[0052]讓污泥生態(tài)處置床自然干涸；在泥床上覆蓋剝離土，減少泥床產(chǎn)生的臭氣，剝離土的覆蓋厚度為3X5%=0.15米。保持泥床干涸狀態(tài)45天，使混合有機土在空氣中進一步發(fā)生好氧堆肥的效應，滅活病原體、蟲卵等，使有機土無害化。
[0053]污泥生態(tài)處置床產(chǎn)生的污泥滲濾液通過污泥滲濾液排放口 7流入污泥生態(tài)處置床下游的氧化塘8進行深度處理。
[0054]無害化后的污泥生態(tài)處置床被開墾種植園林綠化用的白楊樹。
[0055]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范 圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種小型污水處理廠的污泥生態(tài)處置床，其特征在于，它按照如下步驟建造實施: (1)在地表尚未下沉之前采用概率積分法預測、計算塌陷盆地的大小、范圍和深度，確定地質(zhì)開采技術(shù)條件、地表移動參數(shù)、采空區(qū)計算長度，計算走向主要影響半徑和上、下邊界的主要影響半徑、地表各代表點的最大下沉量。 (2)根據(jù)塌陷地的計算結(jié)果，規(guī)劃、確定塌陷盆地改造的位置、面積，計算充填的厚度、土方量；把改造目標區(qū)規(guī)劃成方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，施工充填區(qū)規(guī)劃成邊長為10-50米的矩形田塊。 (3)剝離施工充填區(qū)的表層土，把部分剝離土堆積在充填區(qū)的四周形成污泥生態(tài)處置床的圍堰。 (4)污泥生態(tài)處置床的底部設計有1-3%的水流坡度。 (5)污泥生態(tài)處置床的底部防滲處理，可采用I米的素土夯實或采用鋪設防滲薄膜，防滲薄膜可采用1.5-2毫米厚的塑料膜，搭接處要處理好，以提高防滲效果。進一步的，為防止防滲薄膜免遭破壞，需在防滲薄膜下部土層和防滲薄膜上表面鋪設細砂，或以土工布加細砂作為保護層。 (6)在保護層上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度為總充填厚度的20-30%，煤矸石來源于礦山企業(yè)。 (7)再在煤矸石上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度為總充填厚度的65-75%，剩余污泥來源于污水處理 廠。 (8)在污泥生態(tài)處置床上選種植物，選種的植物應滿足以下要求:①耐污能力強；②采用鄉(xiāng)土物種，因土種植，因地制宜；③抗病能力強；④易于收獲、便于處置經(jīng)濟利用價值較高；⑥根系發(fā)達，莖葉茂密。常用的植物有蘆葦、水蔥、香蒲、鳳眼蓮等。其中鳳眼蓮吸收、降解能力強，水力停留時間為半個月左右后氮可降解約90%，磷酸鹽減少50%左右；一個月左右，BOD可降低65%，SS為80%、有機氮60%、總磷35% ;同時鳳眼蓮可用作牧畜飼料、造紙廠原料，也可生產(chǎn)混合肥料、土壤改良劑等。 來自污水處理廠的剩余污泥中含有大量的厭氧菌、兼性菌和好氧菌，可進行厭氧和好養(yǎng)反應，同時剩余污泥滲透到煤矸石的縫隙中，使煤矸石不斷粉化、分解。 (9)讓污泥生態(tài)處置床自然干涸，在泥床上覆蓋剝離土，減少泥床產(chǎn)生的臭氣污染環(huán)境，剝離土的覆蓋厚度為充填總厚度的的5%。 (10)保持泥床干涸狀態(tài)30-60天，使混合有機土在空氣中進一步發(fā)生好氧堆肥的效應，滅活病原體、蟲卵等，使有機土無害化。 無害化后的污泥生態(tài)處置床可用于園林綠化、生態(tài)種植，或改良成農(nóng)田。 (11)在污泥生態(tài)處置床的下游設計有氧化塘，用來處理污泥生態(tài)處置床的污泥滲濾液。
【文檔編號】C02F11/02GK103880262SQ201410119325
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】萬玉山, 黃利, 涂保華, 邵敏, 王莉 申請人:常州大學