CN107529529B - 基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法 - Google Patents
基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法,属于生活垃圾处置及污染防治的地下工程领域。本发明的防渗浆材由普通硅酸盐水泥、膨润土、粉煤灰、聚乙烯醇、氯化铝、聚羧酸高性能减水剂、纯碱等组成,其中,聚乙烯醇与氯化铝是用来对膨润土进行共同改性。制得的防渗浆材,其结石率大于99.9%,固结体28d渗透系数为0.86×10‑8~7.7×10‑10cm/s,无侧限抗压强度为0.43~1.65MPa;浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4‑N、TP、SS等阻滞率达到96%以上,对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.95%以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性,确保防渗隔离墙在设计使用年限内不出现开裂与失效。本发明的防渗浆材成本低,无毒环保,凝结时间可控性强,便于施工现场配制和使用。
Description
技术领域
本发明涉及生活垃圾处置及污染防治的地下工程领域,更具体地说,涉及一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法。
背景技术
城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的各种固体废物以及垃圾渗滤液。我国每年产生2亿吨左右的生活垃圾,并以每年8%~10%的速度增加,据对中国近700座城市的生活垃圾状况进行调查,有230多座城市陷于垃圾包围之中。
城市生活垃圾在填埋过程中,由于垃圾微生物的厌氧分解作用、降水的淋溶作用、地表径流和地下水渗入等形成了渗滤液(或称之为沥出液)。由于渗滤液的成分复杂(CODCr、BOD5与重金属离子浓度较高)、污染性强,一旦发生渗漏将造成对垃圾场周围水体、土壤等严重污染,因此城市垃圾的处置及污染防治已成为环境保护的突出问题之一。
对垃圾场渗滤液渗漏污染最直接的控制方法是建立有效的防渗系统,将渗滤液,特别是其中的有害污染物严格控制在一定的水文地质单元体内,同时建立渗滤液处理设施进行处理,使其达到污水排放标准之后再排放,以避免污染周围地下水、地表水和土壤。工程实践证明,利用帷幕注浆等工艺技术在垃圾场的四周建立防渗系统(即防渗墙)是有效阻止渗滤液中污染物向外迁移的最有效办法之一。垃圾场防渗系统的有效性一方面取决于防渗系统是否能有效阻止渗滤液渗漏,另一方面取决于防渗系统能否有效阻止渗滤液中污染物向外迁移,同时还能有效阻止地下径流进入垃圾填埋场,避免在填埋库区产生更多渗滤液。因此选择渗透系数低,对垃圾场的渗滤液吸附阻滞作用好,成本低,便于现场使用的防渗浆材,是建立垃圾填埋场防渗墙的关键因素。
现有的垃圾场防渗浆材多采用普通的膨润土和减水剂改善浆材性能,但是对磷、铵态氮、CODCr、BOD5、Hg、As、Pb、Cd等的阻滞作用相对有限,对CODCr、BOD5的阻滞率很难达到90%以上,28d渗透系数多在10-7cm/s左右。为了对垃圾场渗滤液建立有效的防渗系统,申请人曾于2014年4月17日提出了中国专利号ZL201410156248.7,授权公告日为2016年1月6日,发明创造名称为:一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法的专利申请案,该申请案涉及一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法,其防渗浆材的配方由聚乙烯醇有机化的膨润土、普通硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂、纯碱等组成,制备出的防渗浆材的结石率大于99.8%,固结体28d渗透系数为(0.15~3.5)×10-8cm/s,无侧限抗压强度为0.5~2.0MPa,竖向极限应变为3.68%~6.42%,弹性模量为100MPa左右;浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到95%以上,对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9%以上。该垃圾填埋场防渗浆材对于垃圾场渗滤液起到了良好的作用,各项性能较传统的防渗浆材均取得了大幅提升。但是,该防渗浆材需要使用大量成本较高的纯碱,导致防渗浆材成本较高;并且,该防渗浆材存在流动度较差、可泵期较短等问题,导致其现场施工较为不便;而且,防渗浆材的防渗性能和对污染物的阻滞吸附率还有待进一步提升。同时,由于垃圾渗滤液成分复杂,现有技术中尚无一种浆材能够同时实现高阻滞率和低渗透系数。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的旨在针对上述现有防渗浆材进行改进,提供一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法,采用本发明的技术方案,通过聚乙烯醇与氯化铝共同对膨润土进行有机和无机改性,改变膨润土层间结构,使膨润土的孔隙直径更小,从而进一步地提高了防渗浆材的防渗性能,提高了防渗浆材对垃圾场的渗滤液吸附阻滞效果;并且,使得纯碱的用量大幅减少,使得防渗浆材的制作成本得到明显控制,而且还提高了防渗浆材的流动性,延长了防渗浆材的可泵期,更加便于现场施工。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,包括下述重量份组分:水泥180~220、膨润土180~220、粉煤灰160~180、聚乙烯醇1.0~3.0、氯化铝1.0~2.0、聚羧酸高性能减水剂0.3~0.7、纯碱1.5~3.5、水865~892。
优选地,所述的防渗浆材的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥;膨润土为蒙脱石矿物质量百分比为30%~80%的黏土;粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级粉煤灰;聚乙烯醇为1788型或2788型;氯化铝为无水三氯化铝;聚羧酸高性能减水剂为PCA-300P型;纯碱为碳酸钠;其中,聚乙烯醇与氯化铝用于对膨润土进行共同改性。
本发明所述的防渗浆材的流动度为150mm~230mm,可泵期为30min~150min,固结体28d渗透系数为0.86×10-8~7.7×10-10cm/s,无侧限抗压强度为0.43~1.65MPa,浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS的阻滞率达到96%以上,对Hg、Pb重金属离子阻滞率在99.95%以上。
本发明的一种上述的垃圾场防渗浆材的制备方法,按配制1m3防渗浆材计算,根据以下步骤实施:
①取纯碱1.5kg~3.5kg,放入50kg水中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇1.0kg~3.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.0kg~2.0kg,放入15kg水中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土180kg~220kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂0.3kg~0.7kg,放入15kg水中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取水泥180kg~220kg、粉煤灰160kg~180kg混合均匀后加余量水进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,以水泥、膨润土、粉煤灰等作为防渗浆材的主料,选用聚乙烯醇与氯化铝作为对膨润土的共同改性剂,改变膨润土层间结构,使膨润土的孔隙直径更小;同时,选用纯碱作为浆材的分散剂,选用聚羧酸高性能减水剂作为浆材稀释剂,提高了防渗浆材的流动性,延长了防渗浆材的可泵期,更加便于现场施工,使浆材的各项性能指标更加优良:其浆材的结石率大于99.9%,固结体28d渗透系数为0.86×10-8~7.7×10-10cm/s,无侧限抗压强度为0.43~1.65MPa,浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到96%以上,对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.95%以上;浆材结石体具有很好的耐久稳定性,抗压强度及弹性模量适宜,塑性和韧性好,与垃圾填埋场的地基变形相协调,确保防渗墙在设计使用年限内不出现开裂与失效。特别需要强调的是,与授权专利ZL201410156248.7相比,本发明的防渗浆材纯碱用量大幅减少(平均减少60%以上),浆液可灌性好(可调范围大),其流动度为150mm~230mm,可泵期为30min~150min;固结体28d渗透系数可降至7.7×10-10cm/s,无侧限抗压强度为0.43~1.65MPa,并对CODCr、BOD5的阻滞率得到一定幅度提升,达到了96%以上,对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.95%以上。
(2)本发明的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,其成本低,制备方法简单便捷,按目前浆材原材料市场价格计算,配制1m3浆材成本仅为80元~150元,而配制1m3塑性混凝土防渗浆材成本在230元以上。
(3)本发明的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,其无毒环保,凝结时间可控性强,便于施工现场配制和使用,市场潜力巨大,工程应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过实施例说明本发明的具体步骤,但不受实施例限制。在本发明中所使用的术语,除非另有说明,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本发明。应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明,而非以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中,未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
本实施例的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,各用剂组分及含量为(单位kg/m3):水泥200、膨润土200、粉煤灰170、聚乙烯醇2.0、氯化铝1.5、聚羧酸高性能减水剂0.5、纯碱2.5、水880。
制备方法如下:
①取纯碱2.5kg,倒入装有50kg水的容器中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇(1788型)2.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.5kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土(蒙脱石矿物含量为55%的黏土)200kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.5kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取42.5级的普通硅酸盐水泥200kg、火力发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰170kg混合均匀后倒入装有800kg水(余量水)的容器中进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
实施例2
本实施例的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,各用剂组分及含量为(单位kg/m3):水泥180、膨润土220、聚乙烯醇1.0、氯化铝2.0、粉煤灰160、聚羧酸高性能减水剂0.3、纯碱3.5、水865。
制备方法如下:
①取纯碱3.5kg,倒入装有50kg水的容器中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇(2788型)1.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝2.0kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土(蒙脱石矿物含量为30%的黏土)220kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.3kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取42.5级的普通硅酸盐水泥180kg、火力发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰160kg混合均匀后倒入装有785kg水(余量水)的容器中进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
实施例3
本实施例的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,各用剂组分及含量为(单位kg/m3):水泥220、膨润土180、聚乙烯醇3.0、氯化铝1.0、粉煤灰180、聚羧酸高性能减水剂0.7、纯碱1.5、水892。
制备方法如下:
①取纯碱1.5kg,倒入装有50kg水的容器中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇(1788型)3.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.0kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土(蒙脱石矿物含量为80%的黏土)180kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.7kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取42.5级的普通硅酸盐水泥220kg、火力发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰160kg混合均匀后倒入装有812kg水(余量水)的容器中进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
实施例4
本实施例的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,各用剂组分及含量为(单位kg/m3):水泥190、膨润土210、粉煤灰175、聚乙烯醇2.5、氯化铝1.25、聚羧酸高性能减水剂0.6、纯碱3.0、水882。
制备方法如下:
①取纯碱3.0kg,倒入装有50kg水的容器中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇(2788型)2.5kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.25kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土(蒙脱石矿物含量为60%的黏土)210kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.5kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取42.5级的普通硅酸盐水泥190kg、火力发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰175kg混合均匀后倒入装有802kg水(余量水)的容器中进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
实施例5
本实施例的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,各用剂组分及含量为(单位kg/m3):水泥210、膨润土190、粉煤灰165、聚乙烯醇1.5、氯化铝1.75、聚羧酸高性能减水剂0.4、纯碱3.0、水889。
制备方法如下:
①取纯碱3.0kg,倒入装有50kg水的容器中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇(1788型)1.5kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.75kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土(蒙脱石矿物含量为70%的黏土)190kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.4kg,倒入装有15kg水的容器中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取42.5级的普通硅酸盐水泥210kg、火力发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰165kg混合均匀后倒入装有809kg水(余量水)的容器中进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
采用本领域常规方法考察本发明实施例1-5制得的防渗浆材各项性能参数详见下表1。
表1:实施例的浆材配方及性能参数
本发明的一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材及其制备方法,通过聚乙烯醇与氯化铝共同对膨润土进行有机和无机改性,改变膨润土层间结构,使膨润土的孔隙直径更小,从而进一步地提高了防渗浆材的防渗性能,提高了防渗浆材对垃圾场的渗滤液吸附阻滞效果;并且,使得纯碱的用量大幅减少,使得防渗浆材的制作成本得到明显控制,而且还提高了防渗浆材的流动性,延长了防渗浆材的可泵期,凝结时间可控性强,便于施工现场配制和使用,市场潜力巨大,工程应用前景广阔。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,其特征在于,包括下述重量份组分:水泥180~220、膨润土180~220、粉煤灰160~180、聚乙烯醇1.0~3.0、氯化铝1.0~2.0、聚羧酸高性能减水剂0.3~0.7、纯碱1.5~3.5、水865~892;其中,聚乙烯醇与氯化铝用于对膨润土进行共同改性;
其制备方法包括如下步骤:
按配制1m3防渗浆材计算:
①取纯碱1.5kg~3.5kg,放入50kg水中常温下进行溶解;
②取聚乙烯醇1.0kg~3.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化浸泡,并往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇,边进行搅拌,搅拌15min~30min后,静置6h以上待用;
③取氯化铝1.0kg~2.0kg,放入15kg水中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
④取膨润土180kg~220kg,放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中,然后向其加入氯化铝溶液,常温下进行共同改性处理,即形成改性的膨润土,搅拌10min以后,静置10h以上待用;
⑤取聚羧酸高性能减水剂0.3kg~0.7kg,放入15kg水中常温下进行溶解,静置2h以上待用;
⑥取水泥180kg~220kg、粉煤灰160kg~180kg混合均匀后加余量水进行搅拌,并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌,搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂溶液,边加入边搅拌,搅拌至均匀状态即可。
2.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,其特征在于:所述的防渗浆材的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥;膨润土为蒙脱石矿物质量百分比为30%~80%的黏土;粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级粉煤灰;聚乙烯醇为1788型或2788型;氯化铝为无水三氯化铝;聚羧酸高性能减水剂为PCA-300P型;纯碱为碳酸钠。
3.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇与氯化铝共同改性的垃圾场防渗浆材,其特征在于:所述的防渗浆材的流动度为150mm~230mm,可泵期为30min~150min,固结体28d渗透系数为0.86×10-8~7.7×10-10cm/s,无侧限抗压强度为0.43~1.65MPa,浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS的阻滞率达到96%以上,对Hg、Pb重金属离子阻滞率在99.95%以上。
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