CN103613695A - 一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法和应用。本发明将无毒害的高分子软湿凝胶和废泥浆相结合，利用凝胶的三维网络结构凝结、固化废泥浆，无需使用大型仪器设备，无需固液分离，处理全过程具有低能耗、低污染和低排放的特点，符合绿色发展经济要求。本发明制备方法包括无机粉体的分散、凝胶预聚液的配制、废泥浆的分散、沉淀和固结、固结的废泥浆的造粒、包装。所制备凝胶固结废泥浆可用于废泥浆的固化、废水的絮凝沉降，以及钢铁厂、电镀厂、冶金厂、纺织印染厂、洗煤厂的废水处理和污泥脱水，饮用水澄清和净化处理。

Description

一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑、化工、高分子材料和环境保护领域，具体涉及一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法和应用。

背景技术

油田钻井或建筑施工等生产每天都要产生大量的废弃泥浆，废泥浆长期累积造成地表植被的严重破坏，污染土壤和水潭.威胁着人类的生存。我国每年废泥浆排放总量为39万多吨，基本上未经处理、就地堆放，存在非常严重的污染隐患。发达国家一般较为重视环境问题，美国在上世纪八十年代就严令禁止用过的泥浆任意储存或排放。废泥浆必需经过严格的处理达到当地州政府环境保护部门规定的要求，才能储存、排放、回填。日本对废泥浆的固结处理技术研究处于世界领先水平，已开发研究出针对工业污泥、高有机质土等固结材料10余种。

国内近年来对废弃泥浆处理的研究也日益增多，归纳起来主要有如下四种：

(1)机械处理方法

用振筛、旋流器及离心机等机械设备对泥浆进行处理，筛选分离出其中的固相成分，再把固相成分外运废弃。这样可以减少外运成本和购买废弃用地的成本，减少环境污染。但需要投巨资购置设备，而且处理量有限，成本较高。另外，泥浆不是泥汤，泥浆颗粒是非常微细的，机械方法是无法将泥浆颗粒与水分离的，能分离的只是成槽(孔)过程中钻出的渣土。

(2)焚烧法

用高温蒸发掉泥浆中的水分而分离出固相，但能耗大，需要专门的转窑才能得到均匀的燃烧。

(3)化学固化处理法

化学固化法是在泥浆中直接加入固化剂，使泥浆直接固化。固化剂的种类有凝聚型的树脂类、胶凝材料类、无机盐类和有机聚合物类。比较经济的是以水泥为主体的固化剂配方，它以普通硅酸盐水泥为主，辅以适当的助凝剂和调凝剂(如水玻璃、粉煤灰、石膏、硫酸铝等)。经固化处理的泥浆成为有一定强度的固体，既便于处理和废弃，也有利于保护环境。

(4)化学絮凝沉淀处理法

该方法是在废泥浆中加入少量化学处理剂对固相进行聚结絮凝，使其颗粒变粗而沉淀，再用筛子过滤絮凝物实现固、液分离。加絮凝剂后的泥浆，固相很快絮凝沉淀，用筛子将固、液分离，液体可以循环使用，节省水资源，固相物可加固结剂做固化处理。所余数量较少的泥浆固体物可以作为回填土现场使用，也可作为工程土用于道路建设或者再经过合适工艺处理后制备建筑砖代替现有的粘土砖、空心砖和粉煤灰砖。该方法投资少、设备简单，适应面广，但部分化学处理剂会造成二次污染。

中国专利CN102320714A公开了一种泥浆固化剂，其特征在于，该固化剂由硫铝酸化合物、变性淀粉、粉煤灰、石膏、激发剂混合而成。中国专利CN102010526A公开了一种潜伏型固化剂的制备方法及其制备，该固化剂加入到树脂中并与树脂组成的单组分体系，在室温下具有一定的贮存稳定性，而在加热、光照、湿气、加压等条件下能迅速进行固化反应。

传统的废泥浆固化技术对含水率较高的废物，需要使用大量的水凝，致使废物增容比较大，给后续的运输和处理带来困难，也极大地提高了处理费用。另外若废物中含有阻碍水凝固化的成分，则会发生固化强度低，有害物质浸出率高等问题。

水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，在水中能够吸收大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。为解决上述问题，本发明将无毒害的高分子软湿凝胶和废泥浆相结合，利用凝胶的三维网络结构可凝结、固化废泥浆，无需使用大型仪器设备，就地加工，无需固液分离，废泥浆中的水可直接被凝胶吸收，仅通过干燥方式即可得到高强度的凝胶/废泥浆复合材料，并可代替回填土现场循环再用，也可作为铺路材料代替生土资源，同时减少了泥浆外运造成的环境污染及储放泥浆占用土地资源，既降低了施工成本，又解决了环境污染，产生了很好的社会、环境效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法和应用。本发明通过在废泥浆中加入水凝胶预聚液，实现废泥浆的低碳固化，无需使用大型仪器设备，可节省大量电力，无需固液分离，处理全过程具有低能耗、低污染和低排放的特点，符合绿色发展经济要求。固化后的样品经造粒后可用于道路建设和花木养殖等领域。

为实现上述目的，本发明提供了一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，包括如下步骤：

1)无机粉体的分散：将无机粉体加入水中，搅拌10～30min，使其形成均一稳定的无机粉体分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将单体和引发剂过硫酸铵或过硫酸钾依次加入到步骤1)中，搅拌10～30min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将废泥浆倒入处理池，搅拌20～40min，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，继续搅拌20～40min，露天干燥1～3天；

4)固结的废泥浆的造粒：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

本发明步骤1～3中各个组分的质量百分比为：单体：3-13％，引发剂：0-1％，无机粉体：5-7％，去离子水：79-92％。

所述的无机粉体为碳酸钙、硅酸镁锂、膨润土、滑石粉、云母、高岭土、锂皂石、钛白粉中的一种或任意两种组成的混合物。

所述的单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、聚氨基酸、纤维素、壳聚糖、黄原胶、木质素、腐殖酸、海藻酸钠、胶原蛋白、线性脂肪族聚酯、丝胶状球蛋白、聚乳酸、聚谷氨酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙烯醇、淀粉中的一种或任意两种组成的混合物。

所述的处理池大小依废泥浆的用量而定，并设置有不同的网格，处理池有管道与缓冲池相连，避免处理池中的废泥浆超出设计量。

所述的干燥方式为太阳光照或鼓风加热，加热温度为30～60℃。

所述的凝胶预聚液和废泥浆的质量百分比为5-40％。

所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法除处理废泥浆外，还可处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑地基。

所述的固结的废泥浆造粒后用于废泥浆的固化、废水的絮凝沉降，以及钢铁厂、电镀厂、冶金厂、纺织印染厂、洗煤厂的废水处理和污泥脱水，还用于饮用水澄清和净化处理。

本发明处理方法经济合理，可使劣化泥浆尽快从泥浆状态转变为具有一定利用价值的工程材料，不仅关系到施工安全与便利，具有实际的经济价值，而且关系到环境保护和安全，具有重大的生态价值。

相比于其它废泥浆的絮凝剂和固化剂，本发明有如下优点：

1.制备方法操作简便、经济合理、反应时间短、条件温和，无需大型仪器设备，处理全过程具有低能耗、低污染和低排放的特点。

2.本发明无需水土分离，可现场使用，既解决了废泥浆外运成本高、污染环境的问题，又可实现废泥浆的循环再利用；

具体实施方式

本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，下述具体实施方案仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1)无机粉体的分散：将0.2t硅酸镁锂和0.1t碳酸钙加入水中，搅拌20min，使其形成均一稳定的分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将2t丙烯酰胺和20kg过硫酸铵依次加入到步骤1)中，搅拌20min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将6t废泥浆倒入处理池，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，太阳光照下干燥2天；

4)固结的废泥浆的颗粒化：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

实施例2

1)无机粉体的分散：将0.2t膨润土加入水中，搅拌30min，使其形成均一稳定的粘土分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将2t丙烯酸和20kg过硫酸铵依次加入到步骤1)中，搅拌30min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将6t废泥浆倒入处理池，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，太阳光照下干燥1天；

4)固结的废泥浆的颗粒化：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

实施例3

1)无机粉体的分散：将0.2t锂皂石加入水中，搅拌15min，使其形成均一稳定的分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将2tN-羟甲基丙烯酰胺、0.2t海藻酸钠和20kg过硫酸铵依次加入到步骤1)中，搅拌15min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将8t废泥浆倒入处理池，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，60℃鼓风加热干燥2天；

4)固结的废泥浆的颗粒化：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

实施例4

1)无机粉体的分散：将0.2t高岭土和0.1t氯化镁加入水中，搅拌15min，使其形成均一稳定的分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将1.5tN-羟甲基丙烯酰胺、0.5t丝胶状球蛋白和20kg过硫酸铵依次加入到步骤1)中，搅拌15min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将10t废泥浆倒入处理池，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，太阳光照下干燥2天；

4)固结的废泥浆的颗粒化：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

实施例5

1)无机粉体的分散：将0.1t锂皂石、0.1t云母加入水中，搅拌30min，使其形成均一稳定的分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将1.5t聚乙烯醇和20kg过硫酸钾依次加入上依次加入到步骤1)中，搅拌30min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将12t废泥浆倒入处理池，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，50℃鼓风加热干燥3天；

4)固结的废泥浆的颗粒化：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

Claims (8)

1.一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，包括如下步骤：

1)无机粉体的分散：将无机粉体加入水中，搅拌10～30min，使其形成均一稳定的无机粉体分散液；

2)凝胶预聚液的配制：将单体和引发剂过硫酸铵或过硫酸钾依次加入到步骤1)中，搅拌10～30min，至全部溶解，即得到凝胶预聚液；

3)废泥浆的分散、沉淀和固结：首先将废泥浆倒入处理池，搅拌20～40min，然后将步骤2)的凝胶预聚液倒入处理池中，继续搅拌20～40min，露天干燥1～3天；

4)固结的废泥浆的造粒：将固结的废泥浆加入到塑料颗粒机中，进行造粒；

5)包装：用自动定量包装机对颗粒化后的废泥浆进行包装。

2.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于步骤1～3中各个组分的质量百分比为：单体：3-13％，引发剂：0-1％，无机粉体：5-7％，去离子水：79-92％。

3.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于所述的无机粉体为碳酸钙、硅酸镁锂、膨润土、滑石粉、云母、高岭土、锂皂石、钛白粉中的一种或任意两种组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于所述的单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、聚氨基酸、纤维素、壳聚糖、黄原胶、木质素、腐殖酸、海藻酸钠、胶原蛋白、线性脂肪族聚酯、丝胶状球蛋白、聚乳酸、聚谷氨酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙烯醇、淀粉中的一种或任意两种组成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于所述的处理池大小依废泥浆的用量而定，并设置有不同的网格，处理池有管道与缓冲池相连，避免处理池中的废泥浆超出设计量。

6.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于所述的干燥方式为太阳光照或鼓风加热，加热温度为30～60℃。

7.根据权利要求1所述的一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的制备方法，其特征在于所述的凝胶预聚液和废泥浆的质量百分比为5-40％。

8.一种低碳可回收凝胶固结废泥浆的应用，其特征在于所述的固结的废泥浆造粒后在废泥浆的固化、废水的絮凝沉降，以及钢铁厂、电镀厂、冶金厂、纺织印染厂、洗煤厂的废水处理和污泥脱水，饮用水澄清和净化处理的应用。