CN104016626A

CN104016626A - 淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺

Info

Publication number: CN104016626A
Application number: CN201410254633.5A
Authority: CN
Inventors: 陈永喜; 赵志杰; 赖佑贤; 刘洪涛; 李东文; 李晓作; 陈健; 陈伟梁
Original assignee: Guangzhou City Water Conservancy & Hydropower Station Construction Engineering Co Ltd
Current assignee: Guangzhou City Water Conservancy & Hydropower Station Construction Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-06-10
Also published as: CN104016626B

Abstract

本发明涉及一种淤泥固化剂及其在淤泥固化处理中的应用，属于淤泥处理领域。针对现有技术中泥浆固化剂固化效果不佳的技术不足，本发明提供一种成本低、固化效果好的淤泥固化剂，该固化剂包括以下重量配比的组分：25～45份的粉煤灰、20～30份的膨胀树脂，15～20份的水泥，7～9份的水玻璃，10～12份的硅藻土，10～12份的生石灰，6～9份氢氧化钠,3～8份的硫酸铝,8-10份的聚丙烯酰胺，6～8份的高氯酸镁，5-15份的石英砂。其用于淤泥固化处理时具有固化效率高，硬度大的优势，非常适合水利上淤泥固化处理。

Description

淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺

技术领域

本发明涉及一种淤泥固化剂及其在淤泥固化处理中的应用，属于污水处理领域。

背景技术

随着国家经济的发展，环境污染日益严重，相较于以往，人们对环境治理有更迫切的需求，但随着工业发展的多元化，污染源也更加复杂。如城市污水中，就有来自于居民住宅、单位、学校、医院以及公共设施排水机构收集的各种污水。而污泥作为污水处理的附属品，污水中大多无法滤除或消解的成分都沉淀集中在污泥中，污泥的处理工艺主要包括浓缩、脱水、消化、发酵、干化等工艺，处理后通过卫生填埋、水体消纳、焚烧处理、堆肥处理和土地利用等方式使污泥能够减量化、资源化。但有些污泥由于成分过于复杂，或在后期处理中，污泥成分结构遭到破坏，而导致其成为无法固化的淤泥。对于这种淤泥，由于其处于流体状态，无法被妥善的处置，存在容易随水体流动，使污染面积扩大化；淤泥表面干燥后，粉尘会飘散入大气中等危害，故需要短时间内能够使其稳定下来的方法，污泥固化剂就是由此目的产生的产品之一。

现已研究开发的固化材料主要有：(1) 矿渣硅酸盐类固化剂：这一类固化剂主要成分是活性硅氧化物、铝氧化物等。它利用活性激发成分促进固化剂水化和产生胶结淤泥颗粒的胶凝物质。这类固化剂采用的是水硬性成分，所以防水性能较好，缺点是掺入量较大。(2) 高聚物类固化剂：传统的高聚物改良土壤主要包括水土保持、土壤保湿、疏松土质等方面，在此基础上，研究发现利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度。这类固化剂的掺入量较少，运输方便，一般采用水溶液的形态与淤泥混合，施工方便，且固化土早期强度和后期稳定强度均可以满足要求，但这类固化剂抗水性能比较差，遇水强度急剧下降。(3) 电离子溶液类固化剂：这一类固化剂作用机理是利用强离子来破坏淤泥颗粒表面的双电层结构，减弱淤泥表面与水的化学作用力，并且从根本上改变淤泥颗粒的表面性质，使其趋于憎水性，在压力作用下使得淤泥形成强度和良好的抗水性能。以上这些固化技术不仅仅组成复杂，原料成本高，从而增加了固化土的应用成本，同时采用的各种助剂添加剂对环境有害，极易造成土壤和环境污染。

发明内容

目前淤泥的处理方式主要有农业.焚烧和填埋，还有很大量的淤泥没有经过任何处理，随意丢弃。由于淤泥的含水率高，土力学性能差，污染物含量高，现在的处理方式都存在环境污染,处理成本过高的技术不足，同时也容易引起填埋场工程地质灾害。淤泥能否填埋取决于淤泥或者淤泥与其它添加剂形成的混合体的岩土力学性能，淤泥填埋时要求十字板抗剪强度≥25kpa,无侧限抗压强度≥50kpa。淤泥经过常规脱水后，含水率 80%以上，字板抗剪强度<10kpa，不能满足填埋的最低的要求。为此，需要提高淤泥的力学性质，降低含水率。传统的方式是添加水泥和石灰等固化剂，也使用矿化垃圾作为添加混合料，这些方式需要添加大量的材料，添加量<30%,增加了垃圾量，如果再遇水，将转变成淤泥。采用添加化学药剂的方式固化淤泥，可以使淤泥迅速达到填埋要求的强度和含水率，其在淤泥处理的实践中也越来越被接受。

本发明的技术目的是针对现实情况淤泥处理中存在的技术不足，提供一种成本低、固化效果好的淤泥固化剂，其可直接用于高含水量泥浆的固化，如来自污水处理厂、工业生产产生的污泥或淤泥，来自河道、湖泊等产生的淤泥，并同样适用于水泥浆的固化，具有广阔的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种淤泥固化剂，其包括以下重量配比的组分：25～45份的粉煤灰、20～30 份的膨胀树脂，15～20份的水泥，7～9 份的水玻璃，10～12份的硅藻土，10～12份的生石灰，6～9份氢氧化钠,3～8份的硫酸铝,8～10份的聚丙烯酰胺，6～8 份的高氯酸镁，5～15份的石英砂。

本发明上述所述的淤泥固化剂中,水泥的作用是增加淤泥的胶黏性，使淤泥粘合在一起，并使淤泥硬化。

粉煤灰包括很多密实颗粒，其粒径非常小，会发生水化作用，除此以为还存在多孔结构物质。粉煤灰内含一些金属氧化物可以与水发生反应，因此，其可以吸水。粉煤灰可以很好的填充膨胀石墨中孔隙中，由于其内也存在多孔结构，其可以作为更小颗粒的二级寄生载体。粉煤灰在膨胀石墨的孔隙中吸收水份的水份的时候存在物理吸水和化学吸水两种方式。由于粉煤灰是用于寄生在膨胀石墨中的，因此，其用量不宜多，应少于膨胀石墨的用量。

生石灰，其主要是用于吸水，并产生大量热量，使淤泥处于一个温度较高的环境中，温度较高有利于提高微粒之间的化学反应速度和效果，以及也可以加速水份的蒸发。其还用于调节淤泥的酸度，使环境呈碱性。当生石灰颗粒存在于膨胀石墨的孔隙中的时候，其可以吸收由膨胀石墨表面扩散过来的水份，并与之反应产生热量，热能蒸发周围的水份，这个过程能够加速水份在膨胀石墨的孔隙中的扩散速度，有利于其它吸水物质吸收水份。

膨胀树脂用于吸收淤泥中对于固化剂其它成份来说不能吸收的过量的水。由于可膨胀石墨主要是用于作为其它吸水物质的寄生载体，其吸水能力有限。对于含水量不同的淤泥，并不完全适用。为了适应更宽含水量范围的淤泥，加入一定量的膨胀树脂作为对可膨胀石墨的补充显得尤为必要。但是膨胀树脂吸水后柔软松散，其会减弱淤泥的硬度，即抵消膨胀石墨对淤泥产生的硬度影响。为了加强淤泥的硬度，因此，加入水玻璃作为淤泥的硬度调节。水玻璃同时可以吸收一部分的水。

发明人根据上述淤泥固花的处理效果,对淤泥固化剂进行进一步优选,所述的淤泥固化剂包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25 份的膨胀树脂，18份的水泥，8 份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠,6份的硫酸铝,9份的聚丙烯酰胺，7 份的高氯酸镁，10份的石英砂,淤泥的固化效果更好。

本发明上述所述的淤泥固化剂可应用于现有技术中所公开的淤泥处理系统，均能取得满意的淤泥固化效果。发明人经过大量实践发现，当本发明淤泥固化剂使用下述所述的淤泥固化系统处理时，其对淤泥的固化处理效果更佳，该淤泥固化处理系统包括贮泥池（1）、砼泵（2）、螺旋搅拌机（3）、粉料供给机（5）、固化剂储存罐（10）和恒压恒流泵（8），其中贮泥池（1）通过第一输料装置（4）与砼泵（2）连接并可将淤泥送入砼泵（2），砼泵（2）通过管路（6）与螺旋搅拌机（3）连接，螺旋搅拌机（3）还与粉料供给机（5）和恒压恒流泵（8）连接，并有一出口（7）；螺旋搅拌机（3）的出口（7）正对着第二输料装置（9）的入料口，第二输料装置（9）连接卸料装置（11）。所述的固化剂储存罐（10）通过管路（12）与粉料供给机（5）连接用以将粉料加入供给机中。

上述所述的淤泥固化处理方法中，所述的螺旋搅拌机（3）优选为单轴螺旋搅拌机。所述的第一输料装置（4）为挖掘机、皮带输送机或螺旋输送机。所述的第二输料装置（9）为砼泵车或皮带输送机。

本发明还公开一种利用本发明所述淤泥固化剂的淤泥固化处理的方法，其使用上述所述的淤泥固化系统，其包括以下步骤：

a. 将含水70%-90% 的淤泥通过淤泥泵从进料口送至预处理格栅进行清除杂物的预处理后再送入贮泥池（1）；

b. 将淤泥通过第一输料装置（4）将贮泥池（1）中的淤泥送至砼泵（2），再通过管路（6）送至螺旋搅拌机（3），同时将粉体固化剂通过粉料供应机将粉体固化剂及恒压恒流泵将本发明所述的固化剂一并通过固化剂添加入口（18）加入螺旋搅拌机（3）中进行搅拌；

c. 通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

其中，所述的螺旋搅拌机（3）包括一台电机（13），用以驱动搅拌轴（14）在搅拌桶（15）内转动；一个入料口（16）、一个出料口（17）及一个固化剂添加入口（18），搅拌轴（14）上靠近入料口（16）处为螺旋叶片（19），搅拌轴（14）上靠近出料口（17）处为搅拌叶片（20）。

该淤泥固化系统及淤泥固化工艺，其优点如下：其能够将均化的可流动的淤泥通过管道搅拌机的搅拌使之与固化剂充分拌合，让固化剂能够发挥高效作用而达到固化淤泥的目的；其能连续作业，自动化程度比较高，主体设备之间的连接是管道连接，容易实现半自动化施工；系统所述搅拌机采用单轴螺旋，设备的前半部分为螺旋推进，后部分为搅拌，同时将推进和搅拌功能结合在一起，减少了占地面积，提高了功效；与管道搅拌机配套的主要设备粉料供应机的供料系统是连续计量供料的，能保证整个系统可连续作业的要求；通过泵与管道配合输送，最大限度的降低了淤泥运输对道路的要求，能提高淤泥的输送效率。

有鉴于此，本发明还请求保护一种上述淤泥固化剂的应用,即所述的淤泥固化剂在淤泥固化处理中的应用。

本发明所述的淤泥固化剂与现有技术相比,具有如下技术优势: 1)本发明所述的淤泥固化剂的组成简单,所述的组分廉价易得,其用于淤泥固化处理时不仅工艺简单,而且处理成本大大降低,适合应用到水利上淤泥固化处理单元。

2）本发明所述的淤泥固化剂中含有多种固化组分，如吸水剂生石灰，水玻璃、酸碱调节剂、金属盐类以及树脂等，其对于淤泥的处理通过多种方式发挥作用从而起到固化效果，因此其对于淤泥特别是城市淤泥的固化处理效果较好。

3）本发明所述的淤泥固化剂处理后的淤泥不仅无限抗压强度和渗透系数能够满足填埋要求，而且无限抗压强度随时间延长迅速增大，淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定。其中当淤泥固化剂包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25 份的膨胀树脂，18份的水泥，8 份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠,6份的硫酸铝,9份的聚丙烯酰胺，7 份的高氯酸镁，10份的石英砂,淤泥的固化效果更好。

附图说明

图1 为本发明所述淤泥固化系统的结构示意图；

图2 为本发明所述管道搅拌机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所述的淤泥固化剂及其在淤泥固化处理中的应用，但并非局限于此。

应用如图1 所示，一种淤泥固化系统，贮泥池1 通过第一输料装置4 与砼泵2 连接并可将淤泥送入砼泵2，所述的第一输料装置4 为挖掘机、皮带输送机或螺旋输送机；砼泵2 通过管路6 与螺旋搅拌机3 连接，螺旋搅拌机3 为单轴螺旋搅拌机，还与粉料供给机5 和恒压恒流泵8 连接，其出口7 正对着第二输料装置9 的入料口，第二输料装置9 砼泵车或皮带输送机，并连接卸料装置11 ；如图2 所示，所述的螺旋搅拌机3 包括一电机13，用以驱动搅拌轴14 在搅拌桶15 内转动；一个入料口16、一个出料口17 及一个固化剂添加入口18，搅拌轴14 上靠近入料口16 处为螺旋叶片19，搅拌轴14 上靠近出料口17 处为搅拌叶片20。

本发明所述的污泥固化系统及利用所述污泥固化系统进行固化处理的工艺优点在于，自动高效并能连续作业，效率高并且固化效果好且省时省力。

实施例 1 本发明淤泥固化剂及其固化方法

淤泥固化剂的处方：25份的粉煤灰、20份的膨胀树脂，15份的水泥，7 份的水玻璃，10份的硅藻土，10份的生石灰，6份氢氧化钠,3份的硫酸铝,8份的聚丙烯酰胺，6 份的高氯酸镁，5份的石英砂。

一种利用上述所述淤泥固化剂进行淤泥固化处理的方法，其包括以下步骤：

c. 通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

本实施例中的淤泥为我国辽东、冀北、冀东南、鲁北、苏北、浙东等地的普通粉砂质海洋淤泥，并且含水率控制在40% 以下。淤泥固化后，在龄期7d 无侧限抗压强度达0.47MPa,14d 无侧限抗压强度达0.88MPa, 28d 无侧限抗压强度为1.04MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例 2 本发明淤泥固化剂及其固化方法

淤泥固化剂的处方：35份的粉煤灰、25 份的膨胀树脂，18份的水泥，8 份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠,6份的硫酸铝,9份的聚丙烯酰胺，7 份的高氯酸镁，10份的石英砂。

c. 通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

本实施例中的淤泥为我国辽东、冀北、冀东南、鲁北、苏北、浙东等地的普通粉砂质海洋淤泥，并且含水率控制在40% 以下。淤泥固化后，在龄期7d 无侧限抗压强度达0.48MPa,14d 无侧限抗压强度达0.91MPa, 28d 无侧限抗压强度为1.14MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例 3 本发明淤泥固化剂及其固化方法

淤泥固化剂的处方： 45份的粉煤灰、30 份的膨胀树脂， 20份的水泥， 9 份的水玻璃， 12份的硅藻土， 12份的生石灰， 9份氢氧化钠, 8份的硫酸铝, 10份的聚丙烯酰胺， 8 份的高氯酸镁， 15份的石英砂。

c. 通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

本实施例中的淤泥为我国辽东、冀北、冀东南、鲁北、苏北、浙东等地的普通粉砂质海洋淤泥，并且含水率控制在40% 以下。淤泥固化后，在龄期7d 无侧限抗压强度达0.45MPa,14d 无侧限抗压强度达0.86MPa, 28d 无侧限抗压强度为1.05MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

参比实施例1 CN 102583952 A实施例2所述的固化剂

制备100kg 用作处理路面底基层淤泥填料的固化剂，所用的原料及其质量配比为：普通硅酸盐水泥C42565.22Kg 有机膨润土34.78Kg

上述原料的质量份配比为：水泥15 份有机膨润土8 份。本实施例的淤泥固化剂的制备方法为：按照淤泥固化剂的原料配比，分别称取水泥和有机膨润土，将两者拌合均匀，即得淤泥固化剂。

一种利用上述所述淤泥固化剂进行淤泥固化处理的方法，其包括步骤与本发明实施例1相同。

本实施例中的淤泥为我国辽东、冀北、冀东南、鲁北、苏北、浙东等地的普通粉砂质海洋淤泥，并且含水率控制在40% 以下。淤泥固化后，在龄期7d 无侧限抗压强度达0.25MPa,14d 无侧限抗压强度达0.29MPa, 28d 无侧限抗压强度为0.41MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，淤泥固化后的渗透系数为6×10^-6cm/s。

参比实施例 2 CN 102408179 A实施例1制备脱水淤泥固化剂

所述脱水淤泥固化剂的组分包括硅酸盐水泥、改性粉煤灰、细砂、硫酸钙；其中改性粉煤灰的质量为硅酸盐水泥质量的7%，细砂的质量为硅酸盐水泥质量的3%，粒径为0.63~1.25mm，硫酸钙的质量为硅酸盐水泥质量的1.4%；

所述改性粉煤灰的制备方法为：将粉煤灰在280℃下焙烧70 分钟，使用前要密封保存。

本实施例中的淤泥为我国辽东、冀北、冀东南、鲁北、苏北、浙东等地的普通粉砂质海洋淤泥，并且含水率控制在40% 以下。淤泥固化后，在龄期7d 无侧限抗压强度达0.15MPa,14d 无侧限抗压强度达0.24MPa, 28d 无侧限抗压强度为0.29MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，淤泥固化后的渗透系数为8×10^-6cm/s。

通过上述实施例表明，本发明所述的淤泥固化剂的处理效果显著优于参比实施例1或参比实施例2，具体表现在无限抗压强度和渗透系数能够满足填埋要求，而且无限抗压强度随时间延长迅速增大，淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定。其中当淤泥固化剂包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25 份的膨胀树脂，18份的水泥，8 份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠,6份的硫酸铝,9份的聚丙烯酰胺，7 份的高氯酸镁，10份的石英砂,淤泥的固化效果更好，因此本发明实施例2为本发明的最佳实施例。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种淤泥固化剂，其包括以下重量配比的组分：25～45份的粉煤灰、20～30 份的膨胀树脂，15～20份的水泥，7～9 份的水玻璃，10～12份的硅藻土，10～12份的生石灰，6～9份氢氧化钠,3～8份的硫酸铝,8～10份的聚丙烯酰胺，6～8 份的高氯酸镁，5～15份的石英砂。

2.如权利要求1所述的淤泥固固化剂，其特征在于,其包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25 份的膨胀树脂，18份的水泥，8 份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠,6份的硫酸铝,9份的聚丙烯酰胺，7 份的高氯酸镁，10份的石英砂。

3.一种使用权利要求1或2所述淤泥固化剂的淤泥固化处理方法，其特征在于，使用该淤泥固化剂的淤泥固化处理系统包括贮泥池（1）、砼泵（2）、螺旋搅拌机（3）、粉料供给机（5）、固化剂储存罐（10）和恒压恒流泵（8），其中贮泥池（1）通过第一输料装置（4）与砼泵（2）连接并可将淤泥送入砼泵（2），砼泵（2）通过管路（6）与螺旋搅拌机（3）连接，螺旋搅拌机（3）还与粉料供给机（5）和恒压恒流泵（8）连接，并有一出口（7）；螺旋搅拌机（3）的出口（7）正对着第二输料装置（9）的入料口，第二输料装置（9）连接卸料装置（11）；所述的固化剂储存罐（10）通过管路（12）与粉料供给机（5）连接用以将粉料加入供给机中。

4.如权利要求3所述的淤泥固化处理方法，其特征在于，所述螺旋搅拌机（3）为单轴螺旋搅拌机。

5.如权利要求3所述的淤泥固化处理方法，其特征在于，所述的第一输料装置（4）为挖掘机、皮带输送机或螺旋输送机，所述的第二输料装置（9）为砼泵车或皮带输送机。

6.如权利要求3所述的淤泥固化处理的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

b. 将淤泥通过第一输料装置（4）将贮泥池（1）中的淤泥送至砼泵（2），再通过管路（6）送至螺旋搅拌机（3），同时将粉体固化剂通过粉料供应机将粉体固化剂及恒压恒流泵将权利要求1或2所述的固化剂一并通过固化剂添加入口（18）加入螺旋搅拌机（3）中进行搅拌；

c. 通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

7.如权利要求4所述的淤泥固化处理的方法，其特征在于，所述的螺旋搅拌机（3）包括一台电机（13），用以驱动搅拌轴（14）在搅拌桶（15）内转动；一个入料口（16）、一个出料口（17）及一个固化剂添加入口（18），搅拌轴（14）上靠近入料口（16）处为螺旋叶片（19），搅拌轴（14）上靠近出料口（17）处为搅拌叶片（20）。

8.权利要求1或2所述的淤泥固化剂在淤泥固化处理中的应用。