CN106277858B - 河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，包括预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅，且以所述预胶凝材料的原料总质量为100％计，所述预胶凝材料由如下质量百分含量的下列原料组分制成：活性SiO2：37.0‑45.3％；活性Al2O3：14.6‑25.5％，活性CaO：12.5‑21.8％，活性Fe2O3：6.8‑17.5％，活性TiO2：0‑2％，活性Na2O：1.5‑2.5％，活性MgO：1‑2％。

Description

河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料
技术领域
本发明属于底泥处理技术领域，尤其涉及一种河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料。
背景技术
底泥是泥水环境的重要组成部分，是社会、经济系统存在和发展的基本因素，对区域的国民经济发展的支持能力起着至关重要的作用。由于历史的累积和近期经济建设高速发展等原因，我国90％以上的城市的泥水环境问题日益严峻，主要表现为城市河道的严重淤积、水资源短缺、水污染过重、水生态平衡遭到破坏等。泥水环境问题的日益严峻，导致城市的持续发展越来越受到严重阻碍，人居环境越来越受到严重威胁。
我国的八大流域特别是长江三角洲、珠江三角洲地区的河网水系，随着工农业的迅猛发展，大量工农业废水通过过多种途径流入河道水体。由于河流水动力与载荷污染物物质量的能力失调，致使污染物最终沉积进入河流水体底泥中，并逐步累积形成重度污染淤泥的沉积层。由于污染底泥中有机物和重金属浓度高，从而导致诸多河流、湖泊出现水体富营养化。频繁发生的水华现象、河湖的黑臭已成了各流域城市河网湖泊中的一种普遍现象，严重影响了居民生活、城市形象和城市生态、景观环境。
底泥污染问题已经对社会经济和生态环境以及人居生活造成了很大的胁迫和压力，河湖污染底泥对城市的进一步发展产生了较大的负面影响。因此，河湖清淤和对受污染底泥的“减量化”、“无害化”、“稳定化”、“资源化再生”处理处置已成为当前各级政府部门一个迫在眉睫的重要任务。
目前，对于污染底泥，一般采用两种方法处理：一是直接填埋，填埋处理不仅需要的专门填埋场地，浪费土地资源，而且不能从根本上消除污染物；二是采用固化剂进行固化处理。然而，现有的固化技术虽然能一定程度上提高底泥的力学强度，但其固化效果仍有待改善，且不能有效降低底泥中有机物和重金属浓度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，旨在解决现有的固化剂固化效果不佳、且不能有效降低底泥中有机物和重金属浓度的问题。
本发明是这样实现的，一种河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，包括预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅，且以所述预胶凝材料的原料总质量为100％计，所述预胶凝材料由如下质量百分含量的下列原料组分制成：
相应的，一种河湖泊涌污染底处理纳微米改性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述纳微米改性胶凝材料的配方称取各组分；
将所述预胶凝材料的各原料组分进行混合处理形成混合物料，将所述混合物料进行烧结处理，得到烧结物；
将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅进行混合，磨细处理后得到纳微米改性胶凝材料。
以及，一种上述纳微米改性胶凝材料在调理污染底泥领域的应用。
本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，一方面，能够与所述底泥颗粒进行反应，胶结形成钙矾石等微小固化颗粒，提高经脱水处理后泥饼的强度，有效提高泥水分离效率；另一方面，所述纳微米改性胶凝材料能够与所述底泥中的重金属形成微包裹体，使其完全被包裹钝化到底泥固结体中，从而防止重金属发生二次污染。采用本发明纳微米改性胶凝材料对河湖泊涌污染底泥进行调理调质处理，能分散破坏泥浆中的絮状、聚团物，改善泥浆的结构性能和水理特性，加速泥水分离速度，增大底泥固体的力学强度，得到的底泥泥饼浸出液污染物浓度远远低于《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准，可用于筑堤、回填、制砖或生产陶粒等资源化利用。此外，河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，适用范围广，可用于被污染的各类底泥的固化。
本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的制备方法，各原料廉价易得，且方法简单可控，具有较好的应用前景。
本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料在调理污染底泥领域的应用，不仅能够有效降低淤泥的含水率、提高淤泥的强度，而且能够显著降低底泥中有机物和重金属浓度，使经过处理的底泥达到土方填筑的要求。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了本发明是这样实现的，一种河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，，包括预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅，且以所述预胶凝材料的原料总质量为100％计，所述预胶凝材料由如下质量百分含量的下列原料组分制成：
本发明实施例中，具体的，所述预胶凝材料作为所述纳微米改性胶凝材料的主体组分，对固化底泥、包裹重金属起着非常重要的作用。其中，所述活性SiO2、活性Al2O3、活性CaO、活性Fe2O3、活性Na2O、活性MgO均为制备所述纳微米改性胶凝材料的必要组分，经烧结处理后可得到硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等活性物质，从而实现固化作用。其中，合适的所述活性CaO的含量，不仅可以与其他组分配合生成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等活性物质，其本身还可以作为消毒剂对所述污染底泥中的微生物进行消杀。为了提供光催化氧化污染物的作用，优选在上述原料的基础上添加活性TiO2，来提高光催化氧化污染物的作用。通过各组分合适的配比，可以在烧结过程中生成活性组分成分及其含量合适的预胶凝材料，既可以有效保证良好的固化效果，还能一定程度上对污染底泥中的微生物进行消杀。
为了提高底泥固化的强度和固化效率，本发明实施例中加入了半水CaSO4对预胶凝材料进行改性。所述半水CaSO4的添加，能够同时缩短胶凝时间，提高胶凝效率，进一步增加固化后的底泥强度。此外，所述半水CaSO4作为硫酸盐激发剂，可以提高烧结后的预胶凝材料的活性，使底泥的强度逐步增强。
为了促进所述纳微米改性胶凝材料在底泥颗粒中的充分分散，同时与其他成分协同生成活性成分如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等，本发明实施例中，在所述预胶凝材料中添加了纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅与烧结后的预胶凝材料协同，将所述底泥絮团分散、颗粒化，加速所述污染底泥中水的析出，在所述底泥中形成“微填充集料”和“骨架支撑”，从而快速有效地进行微固化。
优选的，为了充分得到固化效果较佳、且成本相对较低的纳微米改性胶凝材料，优选的，所述预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅的质量比为1：0.03-0.06：0.01-0.04，从而使得得到的所述纳微米改性胶凝材料具有凝结效果和强度。本发明实施例中，所述河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料各组分的含量需充分满足上述要求，才能有效发挥协同作用，同时达到降低所述底泥中重金属含量、有机污染物含量，改善水质的作用。此外，上述比例的所述纳微米改性胶凝材料能够提供一个碱性环境，一方面，与所述污染底泥中的酸性物质发生中和反应，消减酸性污染物，如硫化氢等；另一方面，碱性环境可以改变所述污染底泥中微生物特别是厌氧菌的生存条件，降低所述污染底泥中的微生物含量，减少厌氧发酵反应，从而抑制了臭气的产生。此外，碱性条件下，有利于所述污染底泥中氨气的释放，降低泥、水中的总氮含量；此外，本发明实施例所述复合材料形成的碱性条件还有利于磷的沉淀。
进一步优选的，所述纳微米改性胶凝材料的D95≤15μm。该优选粒径的所述纳微米改性胶凝材料，可以较好地分散在所述底泥颗粒粒中，从而高效发挥作用。
本发明实施例提供的河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，一方面，能够与所述底泥颗粒进行反应，胶结形成钙矾石等微小固化颗粒，提高经脱水处理后泥饼的强度，有效提高泥水分离效率；另一方面，所述纳微米改性胶凝材料能够与所述底泥中的重金属形成微包裹体，使其完全被包裹钝化到底泥固结体中，从而防止重金属发生二次污染。采用本发明实施例所述纳微米改性胶凝材料对河湖泊涌污染底泥进行调理调质处理，能分散破坏泥浆中的絮状、聚团物，改善泥浆的结构性能和水理特性，加速泥水分离速度，增大底泥固体的力学强度，得到的底泥泥饼浸出液污染物浓度远远低于《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准，可用于筑堤、回填、制砖或生产陶粒等资源化利用。此外，河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，适用范围广，可用于被污染的各类底泥的固化。
本发明实施例河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料，可以通过下述方法制备获得。
相应的，本发明实施例还提供了一种河湖泊涌污染底处理纳微米改性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照上述纳微米改性胶凝材料的配方称取各组分；
S02.将所述预胶凝材料的各原料组分进行混合处理形成混合物料，将所述混合物料进行烧结处理，得到烧结物；
S03.将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅进行混合，磨细处理后得到纳微米改性胶凝材料。
具体的，上述步骤S01中，按照上述组分含量称取各原料，各原料组分的含量如上所述，此处不再赘述。
上述步骤S02中，将上述各组分进行混合后烧结处理。所述烧结处理过程中，活性SiO2、活性Al2O3、活性CaO、活性Fe2O3、活性Na2O、活性MgO之间发生化学反应，生成化学成分稳定的硅酸三钙、硅酸二钙等活性物质。本发明实施例中，烧结处理是决定本发明实施例纳微米改性胶凝材料效果的关键步骤。优选的，所述烧结处理的温度为1000-1450℃，煅烧时间为20-45min。该优选的烧结温度和烧结时间，能够保证得到的活性物质及其含量，从而得到效果较佳的固化强度和固化时间。若所述烧结处理的温度过高或过低、时间过短，则不能有效促进各物质之间的反应，或者反应得不到硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等活性物质、或得到的活性物质的成分不稳定，无法实现所述纳微米改性胶凝材料的上述性能。
上述步骤S03中，将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅按混合、磨细后得到纳微米改性胶凝材料。其中，所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅的质量比优选为1：0.03-0.06：0.01-0.04，从而使得得到的所述纳微米改性胶凝材料具有凝结效果和强度。
本发明实施例提供的用于河湖泊涌污染底的纳微米改性胶凝材料的制备方法，各原料廉价易得，且方法简单可控，具有较好的应用前景。
以及，本发明实施例还提供的一种上述纳微米改性胶凝材料在调理污染底泥领域的应用。
具体的，所述河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料在调理污染底泥领域的应用方法，包括以下步骤：
E01.将所述污染底泥进行预处理，使所述污染底泥的质量浓度为5-20％；
E02.在所述污染底泥中加入用于污染底泥调理的所述纳微米改性胶凝材料进行混合搅拌，得到泥药混合物，其中，所述纳微米改性胶凝材料的用量为所述污染底泥干重的3-15％；
E03.将所述泥药混合物至于泥浆调理池中，调理调质后，经压滤机进行泥水分离，得到底泥泥饼。
具体的，上述步骤E01中，所述污染底泥中含有重金属、有机物质，具体的，包括汞、铅、铬、砷、镍、锌、铜等。为了促进所述河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料的溶解分散，将所述污染底泥进行预处理，使所述污染底泥的质量浓度为5-20％。所述预处理实质对含水量过低的底泥进行加水处理，使其保证一定的含水量。
上述步骤E02中，将所述污染底泥与用于污染底泥调理的所述纳微米改性胶凝材料在搅拌机中进行搅拌混合，优选的，所述混合搅拌的时间为1-5min。所述纳微米改性胶凝材料的添加量可以根据所述污染底泥中的重金属、有机质含量进行确定，在保证效果且节约成本的前提下，所述河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料的用量为所述污染底泥干重的3-15％。
当然，应当理解，该步骤中，还可以添加对污染底泥进行调理调制的其他材料。
上述步骤E03中，将混匀处理后的所述泥药混合物至于泥浆调理池，使其各组分之间、组分与所述底泥颗粒之间充分反应。优选的，所述调理调质的时间为10-30min。经过本发明实施例调理调质后的所述底泥，经压滤机中进行泥水分离、固化完全后，即能进行筑堤、回填、制砖或生产陶粒等再利用。
本发明实施例提供的河湖泊涌污染底泥处理纳微米改性胶凝材料在调理污染底泥领域的应用，不仅能够有效降低淤泥的含水率、提高淤泥的强度，而且能够显著降低底泥中有机物和重金属浓度，使经过处理的底泥达到土方填筑的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料，其特征在于，包括预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅，所述预胶凝材料、半水CaSO4和纳米二氧化硅的质量比为1：0.03-0.06：0.01-0.04，且以所述预胶凝材料的原料总质量为100％计，所述预胶凝材料由如下质量百分含量的下列原料组分制成：
2.如权利要求1所述的用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料，其特征在于，所述纳微米改性胶凝材料的D95≤15μm。
3.一种用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
按照权利要求1-2任一所述纳微米改性胶凝材料的配方称取各组分；
将所述预胶凝材料的各原料组分进行混合处理形成混合物料，将所述混合物料进行烧结处理，得到烧结物；
将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅进行混合，磨细处理后得到纳微米改性胶凝材料。
4.如权利要求3所述用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的条件为：在1000-1450℃条件下煅烧20-45min。
5.一种如权利要求1-2任一所述用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料在调理河湖泊涌污染底泥领域的应用。
6.如权利要求5所述的用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将所述污染底泥进行预处理，使所述污染底泥的质量浓度为5-20％；
在所述污染底泥中加入用于污染底泥调理的所述纳微米改性胶凝材料进行混合搅拌，得到泥药混合物，其中，所述纳微米改性胶凝材料的用量为所述污染底泥干重的3-15％；
将所述泥药混合物置于泥浆调理池中，调理调质后，经压滤机进行泥水分离，得到底泥泥饼。
7.如权利要求6所述的用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的应用，其特征在于，所述混合搅拌的时间为1-5min。
8.如权利要求6所述的用于河湖泊涌污染底泥处理的纳微米改性胶凝材料的应用，其特征在于，所述调理调质的时间为10-30min。
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