CN109133820A - 利用炉渣制备的淤泥固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用炉渣制备的淤泥固化剂及其制备方法和应用。该固化剂是由以下质量百分比的原料配制而成15～25％的炉渣、20～25％改性硅藻土、20～25％凹凸棒土、10～15％微硅粉、4～8％粉末活性炭、5～10％过氧化物、1～3％高锰酸钾、1～2.5％铁粉、1～5％阳离子螯合物、1～5％聚轮烷、1～5％聚丙烯酸钠、0.1～0.8％碱性激发剂、0.1～0.5％减水剂、0.1～0.3％增稠剂，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌，按照淤泥的质量比5％～30％的比例掺入比将淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.5‑1h即可使用。本发明固化过程简单、固化时间短，效率高，在固化过程中可以对淤泥中的有毒有害物质进行降解，并去除淤泥中的异味，固化后的污淤泥不会造成二次污染。

Description

利用炉渣制备的淤泥固化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及淤泥处理领域，具体是一种淤泥固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

污淤泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主体，同时也混入原污水中带有的泥沙、纤维、动植物残体及吸附在其上的有机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。对于大型城市污水处理厂以及城市中的河流湖泊来说，由于有大量的工业废水排入系统，造成污水污淤泥中的含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物，水含量一般在80％以上，如果处置不当，会造成严重的二次污染。

目前污淤泥的处理方法主要是农用、焚烧和填埋，还有很大量的污淤泥没有经过任何处理，随意丢弃。由于污淤泥的含水量高，污染物含量高成分复杂，现有处理方式一般存在环境污染、处理成本过高、处理时间过长，同时也容易引起填埋场工程地质灾害等方面的问题。因此，如何合理处置污水厂以及湖泊污淤泥，解决城市污淤泥的出路已成为非常紧迫的任务。

现有大部分淤泥固化的方式都是以水泥和生石灰为主体，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，生石灰，其主要是用于吸水，如中国CN201210012249.5号专利公开了一种淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化方法，涉及淤泥处理领域，该淤泥固化剂按以下方法制成：首选将包括可膨胀石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七种成份混合，该发明也存在固化时间长，不能去除淤泥的特殊恶臭气味。

除此之外，现有的固化剂对含水率较低的软土固化有一定显著的效果，但对处理高含水率的海洋淤泥而言，处理效果不佳，不仅处理成本高，工艺复杂，而且固化后的淤泥强度低，耐久性差。

炉渣火法冶金过程中生成的浮在金属等液态物质表面的熔体，其组成以氧化物(二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁)为主，还常含有硫化物并夹带少量金属，如生产1吨生铁产生约0.3～1吨高炉渣，不返回基本冶炼流程的炉渣常被视为废弃物，以筑坝方式堆积于滩涂，这种不合理化的处理方式，不仅蚕食滩涂资源，而且严重危害生态环境。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种淤泥固化剂及其制备方法和应用，该方法固化效果好，所需固化时间短，效率高，可有效去除淤泥的恶臭气味。

本发明较优的技术方案：所述一种利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于由以下重量百分比的原料组成：

上述配方的总质量分数为100％；

所述阳离子螯合物是由螯合剂与金属离子螯合而成，其螯合剂选用乙二胺四乙酸(EDTA)、二羟乙基甘氨酸(DEG)中的一种或多种组合，金属离子选用镁离子、钙离子或铁离子；

所述微硅粉中硅含量大于90％。

本发明较优的技术方案：所述过氧化物为过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过一硫酸氢钾、过氧化锶中的一种或多种。

本发明较优的技术方案：所述的碱性激发剂为氢氧化钙、硅酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。

本发明较优的技术方案：所述改性硅藻土的制备方法：将硅藻土焙烧，降温，再加入氯化铁溶液中，恒温搅拌浸泡5-15min，减压浓缩干燥，最后加入Na2CO3溶液中，微波加热20-30min，然后除去上层溶液，真空抽滤，洗涤至中性，固液分离，烘干，粉碎得到改性硅藻土。

本发明较优的技术方案：所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂、木质素磺酸盐减水剂或氨基高效减水剂。

本发明较优的技术方案：所述的增稠剂为聚丙烯酰胺以及聚氯化铝中的一种或两种

本发明提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按照上述权利要求中的配方准备原料，然后15～25％的炉渣、20～25％改性硅藻土、20～25％凹凸棒土、10～15％微硅粉、4～8％粉末活性炭、5～10％过氧化物、1～3％高锰酸钾、1～2.5％铁粉、1～5％阳离子螯合物、1～5％聚轮烷、1～5％聚丙烯酸钠、0.1～0.8％碱性激发剂、0.1～0.5％减水剂、0.1～0.3％增稠剂，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。

本发明提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂的应用方法，包括如下步骤：将上述淤泥固化剂按照淤泥的质量比5％～30％的比例掺入比将淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.5-1h即可使用。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用具有多孔结构的改性硅藻土，通过物理吸附，去除淤泥水份，同时水份还会慢慢伸入孔隙与其中的一些寄生物质发生化学反应，进一步吸收水份，这样的结构形成一个物理吸水和化学吸水两种同时存在的方式。改性硅藻土含有的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5等氧化物和有机质，在物理吸水过程中，淤泥中的水份沿着改性硅藻土表面分布扩展到其内孔隙中，氧化物与水发生反应，将水份子完全结合，达到固化的效果；

(2)本发明利用炉渣制备固化剂，既将炉渣废物利用，优化其产业及土工材料产业结构，保护生态环境，将其添加到固化剂中，增加了固化剂的固化效果，能够提高软土强度，提高其承载力，增加保其温、隔音性能的新型建筑固化材料；

(3)本发明采用凹凸棒土作为固化剂的主要原料之一，凹凸棒土具有独特的层链状结构特征，具有强吸水性并具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力和一定的可塑性及粘结力，可以有效地除去诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等类物质，防止有害物质仍留在淤泥中，给人造成危害；

(4)本发明采用高锰酸钾和过氧化物等强氧化剂作为固化剂的主要原料，可以与水发生氧化反应，去除淤泥中的水份，同时生成碱性的氢氧化物，调节淤泥的酸性环境，改善淤泥特性；

(5)本发明的微硅粉与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，其聚丙烯酸钠具有很好的絮凝粘结作用，能很快的将淤泥中的浑浊水体进行絮凝，进而增加淤泥的粘性；且聚轮烷因其环状分子的滑移作用，能够使聚丙烯酸钠骨架产生很好的弹性，增加聚丙烯酸钠的粘度，这种粘结剂组合可以达到增粘效果的作用；

(6)本发明添加少量铁粉和粉末活性炭则在产物中形成微电解菌团，能不断进行微电解反应，对有毒有害有机物进行持续的降解，改善固化产物的微生物结构特性；而且活性炭本身具有吸附异味的性能，可以去除污泥中的异味；

(7)阳离子螯合物用于去除有毒的重金属离子，同时加入了减水剂和激发剂，激发土壤里面的氧化物反应吸水。

本发明所述淤泥固化剂，与传统方法相比，原料简单易得，固化过程简单、固化时间短，效率高，运输方便、处理费用低，在固化过程中可以对淤泥中的有毒有害物质进行降解，并去除淤泥中的异味，固化后的污淤泥不会造成二次污染。

附图说明

图1是采用本发明的淤泥固化剂后，淤泥的含水率随固化时间的变化曲线图；

图中：横坐标为固化时间，单位：min，纵坐标为含水率，单位：％。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

以下实施例中改性硅藻土的制备方法如下：将硅藻土焙烧，降温，再加入氯化铁溶液中，恒温搅拌浸泡5-15min，减压浓缩干燥，最后加入Na2CO3溶液中，微波加热20-30min，然后除去上层溶液，真空抽滤，洗涤至中性，固液分离，烘干，粉碎得到改性硅藻土。

以下实施中的炉渣为铁炉渣，微硅粉的硅含量大于90％。

实施例1提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：25％的炉渣、20％改性硅藻土、22％凹凸棒土、10％微硅粉、4％粉末活性炭、5％过氧化钾、2％高锰酸钾、1.5％铁粉、3.5％阳离子螯合物、3％聚轮烷、3％聚丙烯酸钠、0.5％氢氧化钙、0.3％萘系高效减水剂、0.2％聚丙烯酰胺，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌；所述阳离子螯合物是由乙二胺四乙酸(EDTA)与铁离子螯合而成。

将上述淤泥固化剂按照淤泥的质量比25％的比例掺入比将淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.8h即得到固化后的淤泥。

实施例2提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：20％的炉渣、23％改性硅藻土、21％凹凸棒土、14％微硅粉、6％粉末活性炭、6％过氧化镁、1％高锰酸钾、1％铁粉、2％阳离子螯合物、3％聚轮烷、2.4％聚丙烯酸钠、0.3％硅酸钠、0.2％萘系高效减水剂、0.1％聚丙烯酰胺，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌；所述阳离子螯合物是由乙二胺四乙酸(EDTA)与钙离子螯合而成。

将实施例2中的淤泥固化剂与淤泥按照质量比为15％的掺入比将所述固化剂加入淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化1h即可使用。

实施例3提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：15％的炉渣、24％改性硅藻土、20％凹凸棒土、15％微硅粉、8％粉末活性炭、5％过氧化钙、2％高锰酸钾、2.2％铁粉、4％阳离子螯合物、1.5％聚轮烷、2％聚丙烯酸钠、0.6％氢氧化钙、0.4％萘系高效减水剂、0.3％聚氯化铝，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌；所述阳离子螯合物是由二羟乙基甘氨酸(DEG)与镁离子螯合而成。

将实施例1中的淤泥固化剂与淤泥按照质量比为25％的掺入比将所述固化剂加入淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.7h即可使用。

实施例4提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：22％的炉渣、22％改性硅藻土、21％凹凸棒土、12％微硅粉、7％粉末活性炭、6％过氧化钠、3％高锰酸钾、1.5％铁粉、2.5％阳离子螯合物、1％聚轮烷、1％聚丙烯酸钠、0.4％硅酸钠、0.3％聚羧酸高效减水剂、0.3％聚氯化铝，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。所述阳离子螯合物是由乙二胺四乙酸(EDTA)与镁离子螯合而成。

将实施例4中的淤泥固化剂与淤泥按照质量比为30％的掺入比将所述固化剂加入淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.6h即可使用。

实施例5提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：18％的炉渣、24％改性硅藻土、23％凹凸棒土、11％微硅粉、5％粉末活性炭、8％过氧化钾、1％高锰酸钾、2％铁粉、3％阳离子螯合物、2％聚轮烷、2％聚丙烯酸钠、0.5％氢氧化钙、0.2％聚羧酸高效减水剂、0.3％聚丙烯酰胺，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。所述阳离子螯合物是由二羟乙基甘氨酸(DEG)与钙离子螯合而成。

将实施例5中的淤泥固化剂与淤泥按照质量比为35％的掺入比将所述固化剂加入淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.5h即可使用。

实施例6提供的一种利用炉渣制备的淤泥固化剂是由以下方法制备而成：首先按照以下质量百分比的物质准备原料：24％的炉渣、21％改性硅藻土、20％凹凸棒土、12％微硅粉、5％粉末活性炭、6.5％过氧化钠、1％高锰酸钾、1.5％铁粉、2.5％阳离子螯合物、3％聚轮烷、2.4％聚丙烯酸钠、0.5％硅酸钠、0.4％萘系高效减水剂、0.2％聚丙烯酰胺，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。

将实施例6中的淤泥固化剂与淤泥按照质量比为40％的掺入比将所述固化剂加入淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.5h即可使用。

下表是将上述实施例1-6进行固化相关的测试结果检测数据，同时以现有的某种水泥和生石灰为主体的淤泥固化剂作为对比例。

表1淤泥固化剂检测结果

从上表实验结果看出，现有的传统淤泥固化剂所需固化时间更长，且固化后淤泥的含水率降低的程度相比于本发明的更少，抗压强度也更差一点。本发明具有固化时间短，效率高的特点，且固化后的淤泥的恶臭气味更少一点。本发明针对淤泥固化的时间也做了相关测试，其他条件相同的情况下，测定了不同固化时间后淤泥的含水率的变化，如图1所示，其结果表明，刚开始加入固化剂时，淤泥含水率显著下降，到60分钟后，下降速率很慢，本发明选择了较优的固化时间为30-60min，在此条件下，已达到了固化的效果。

以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述，并不以此限制本发明，凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、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)

1.一种利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于由以下重量百分比的原料组成：

所述阳离子螯合物是由螯合剂与金属离子螯合而成，其螯合剂选用乙二胺四乙酸(EDTA)、二羟乙基甘氨酸(DEG)中的一种或多种组合，金属离子选用镁离子、钙离子或铁离子；

所述微硅粉中硅含量大于90％。

2.根据权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于：所述过氧化物为过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过一硫酸氢钾、过氧化锶中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于：所述的碱性激发剂为氢氧化钙、硅酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于：所述改性硅藻土的制备方法：将硅藻土焙烧，降温，再加入氯化铁溶液中，恒温搅拌浸泡5-15min，减压浓缩干燥，最后加入Na2CO3溶液中，微波加热20-30min，然后除去上层溶液，真空抽滤，洗涤至中性，固液分离，烘干，粉碎得到改性硅藻土。

5.根据权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂、木质素磺酸盐减水剂或氨基高效减水剂。

6.根据权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂，其特征在于：所述的增稠剂为聚丙烯酰胺以及聚氯化铝中的一种或两种。

7.一种如权利要求1-6任意一项中所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按照上述权利要求中的配方准备原料，然后15～25％的炉渣、20～25％改性硅藻土、20～25％凹凸棒土、10～15％微硅粉、4～8％粉末活性炭、5～10％过氧化物、1～3％高锰酸钾、1～2.5％铁粉、1～5％阳离子螯合物、1～5％聚轮烷、1～5％聚丙烯酸钠、0.1～0.8％碱性激发剂、0.1～0.5％减水剂、0.1～0.3％增稠剂，将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。

8.一种如权利要求1所述的利用炉渣制备的淤泥固化剂的应用方法，包括如下步骤：将上述淤泥固化剂按照淤泥的质量比5％～30％的比例掺入比将淤泥中，然后进行充分混合后，自然晾晒固化0.5-1h即可使用。