CN109205972A

CN109205972A - 一种淤泥固化剂及其生产工艺和应用

Info

Publication number: CN109205972A
Application number: CN201811083643.1A
Authority: CN
Inventors: 杨帆; 夏伟才; 周剑雄; 孙宁; 王璠; 汪文煜
Original assignee: Hangzhou Asia Pacific Construction Supervision Consulting Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Asia Pacific Construction Supervision Consulting Co Ltd
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2019-01-15

Abstract

本发明公开了一种淤泥固化剂及其生产工艺和应用，涉及固化剂领域，解决了现有技术中淤泥固化剂成分复杂，原料成本高，环保性差的问题，包括如下重量组分：胶凝剂38～62%wt、干燥剂16～34%wt、絮凝剂10～32%wt和助剂3～12%wt；胶凝剂包括聚丙烯酰胺、水性淀粉接枝共聚树脂、土壤保水剂和硅酸钠中的任意两种；絮凝剂包括粉煤灰、活性炭粉和酵母中的一种或多种；干燥剂包括氯化钙、生石灰粉和纤维干燥剂中任意两种,该固化剂具有成分简单易得、吸水率大、环保、固化时间短、方便运输的优点。

Description

一种淤泥固化剂及其生产工艺和应用

技术领域

本发明涉及淤泥处理领域，尤其涉及一种淤泥固化剂及其生产工艺和应用。

背景技术

我国目前大规模的湖泊清淤、河岸疏浚中产生了大量的清淤淤泥，对上岸泥浆的处置大多采用堆场固化的方式以淤泥的方便运输处理。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，但是掺入量较大。(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，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成分复杂，原料成本高，从而增加了固化淤泥的应用成本，同时采用的各种助剂、添加剂对环境有害，极易对土壤和环境造成污染。

发明内容

本发明的目的一在于提供一种淤泥固化剂，该固化剂具有成分简单、易得、吸水率大、环保、固化时间短、方便运输、去除异味等优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种淤泥固化剂，包括如下重量组分：胶凝剂38～62％wt、干燥剂16～34％wt、絮凝剂10～32％wt和助剂3～12％wt；

所述胶凝剂包括聚丙烯酰胺、水性淀粉接枝共聚树脂、土壤保水剂和硅酸钠中的任意两种；

所述絮凝剂包括粉煤灰、活性炭粉和酵母中的一种或多种；

所述干燥剂包括氯化钙、生石灰粉和纤维干燥剂中任意两种。

固化剂的主要作用是在掺入淤泥后，与淤泥中的自由水发生水化反应，生成的水化物，使得淤泥由胶逐渐转变成稳定状态，形成坚固的骨架，便于淤泥运输。本发明中固化剂包括吸水剂、絮凝剂、干燥剂、交联剂和助剂，吸水剂和干燥剂可以吸收淤泥中的水分，使淤泥脱水变硬从而方便搬运淤泥。

其中，所述胶凝剂包括聚丙烯酰胺、水性淀粉接枝共聚树脂、土壤保水剂和硅酸钠中的任意两种；优选所述胶凝剂为聚丙烯酰胺和硅酸钠，聚丙烯酰胺和硅酸钠分别占固化剂总重量的24～36％wt和14～26％wt，进一步优选，聚丙烯酰胺为27～33％wt、硅酸钠为18～22％wt。

聚丙烯酰胺呈白色颗粒状晶体，是高吸水性树脂，它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料，有大量酰胺和羧基亲水基团，利用树脂内部离子和基团与水溶液相关成分的浓度之差产生的渗透压及高分子电解质与水的亲和力，可大量吸水直至浓度差消失为止。聚丙烯酰胺无毒无害，原材料来源丰富，简单、易得，不会污染淤泥和环境，有利于环保。水性淀粉接枝共聚树脂由天然淀粉与乙烯基类单体制得，是一种新型功能高分子材料，原材料来源丰富，简单、易得，价格低廉且具有多羟基网状结构，其自身具有亲水性却又不易溶于水，具有良好的吸水能力。土壤保水剂即农林保水剂，是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物，可以快速吸收土壤或水中的水分，具有吸水、贮水、保水性能，原材料来源丰富，简单、易得，不会污染淤泥和环境，有利于环保。硅酸钠俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂，在固化剂中加入硅酸钠，可以使淤泥失水固化板结。聚丙烯酰胺、水性淀粉接枝共聚树脂、土壤保水剂和硅酸钠都能快速吸收淤泥中的水分或使淤泥失水固化，相互配合使用效果更好。

其中，所述絮凝剂包括粉煤灰、活性炭粉和酵母中的一种或多种；优选，所述絮凝剂为粉煤灰和活性炭粉，且所述粉煤灰和活性炭粉分别占固化剂总重量的9～21％wt和1～11％wt，进一步优选，粉煤灰为11～19％wt、活性炭粉为3～9％wt。絮凝剂中带有正(负)电性的基团和水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来，可以处理净化淤泥，吸水淤泥中的部分水分。粉煤灰与活性炭粉遇到淤泥中的水分别形成的粉煤灰水和活性炭粉水，粉煤灰水和活性炭粉水，均属于微生物絮凝剂，微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境。活性炭粉本身具有特殊的孔隙结构，因此，可以高效地吸附重金属离子，在一定pH值吸附剂加入量和振荡时间下，活性炭粉、草木灰、炉灰和木炭吸附剂对Pb，Cd，Mn，Zn，Cr，Ni均有较好的吸附效果，其中活性炭粉对Pb，Ni和Cr的吸附率最大，可达到100％，94.42％和100％，活性炭粉不仅可以吸附淤泥中的重金属，而且能吸附甚至去除淤泥中的异味，减少淤泥的异味。

其中，干燥剂包括氯化钙、生石灰粉和纤维干燥剂中任意两种；优选，所述干燥剂包括氯化钙和生石灰粉，所述氯化钙和生石灰粉分别占固化剂总重量的13～22％wt和3～12％wt，进一步优选，氯化钙为15～20％wt、生石灰粉为5～10％wt。氯化钙化学式为CaCl₂，在空气潮解，极容易与水发生反应，生产成Ca(0H)₂沉淀，可以吸收淤泥中的水分，使淤泥脱水变干燥，从而便于淤泥的运输处理；且氯化钙与水反应的同时放出大量的热，放出的大量的热量可以加快淤泥中的水分的蒸发；氯化钙还具有一定的消毒杀菌作用，可以杀害淤泥中的部分有害细菌，有利于淤泥的后期利用，例如，淤泥土地直接利用、林地和市政绿化等。水玻璃与氯化钙放入淤泥中，淤泥中的水玻璃与氯化钙溶液相互作用，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高，使得淤泥失水变硬，便于淤泥的清理搬运。

其中所述助剂包括氟硅酸钠和石膏，所述氟硅酸钠和石膏分别占固化剂总重量的1～3％wt和2～9％wt；进一步优选，氟硅酸钠为1～3％wt和石膏为4～7％wt。凝胶材料与石膏浆体作用后所需的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期左右完全硬化。固化剂内含有一定量的石膏，能在一定程度上加快于淤泥失水硬化的效率，且石膏具有微孔结构，硬化后孔隙率高，石膏浆体硬化后内部孔隙率可达50～60％，能吸收淤泥中的水分。水玻璃使用时加入氟硅酸钠，可加速水玻璃的凝结固化速度和提高淤泥固化后的强度，加快淤泥固化效率，节约时间，提高效率。

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，与Ca(0H)₂或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，本发明中，粉煤灰与Ca(0H)₂发生反应生产成具有水硬胶凝性能的化合物，可以在一定程度上加快淤泥的凝结固化速度和淤泥固化后的强度。粉煤灰、Ca(0H)₂与氟硅酸钠相互作用凝结的浆体硬化时不会像石灰、水泥那样出现收缩，反而略有膨胀，膨胀后具有较多的孔隙，孔隙还能吸收淤泥中的水分，吸水率强，使淤泥失水硬化的所需时间短，可提高处理搬运淤泥的效率。

本发明的目的二在于提供一种淤泥固化剂的生产工艺，该生产工艺具有步骤简单，便于操作，可批量化生产的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种淤泥固化剂的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤:

将石膏研磨成粉，将聚丙烯酰胺、硅酸钠、粉煤灰、活性炭粉、氯化钙、生石灰粉、氟硅酸钠和石膏粉过100～200的筛目，按设定比例称取聚丙烯酰胺、硅酸钠、粉煤灰、活性炭粉、氯化钙、生石灰粉、氟硅酸钠和石膏粉，然后将称量的各种物质混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

本发明的目的三在于提供一种使用淤泥固化剂的方法，该方法具有实用、简单的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

将固化剂与淤泥按重量比为1:10～15的比例混合均匀，搅拌混匀，固化即可。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：该固化剂成分简单易得、吸水率大、环保、固化时间短、方便运输、提高固化后的淤泥强度和硬度、一定程度上可吸附甚至去除淤泥中的异味、能杀菌；固化剂的生产工艺简单，操作方便；固化应用步骤简单，条件下固化、一定程度上节约资源、能源，经济性好、实用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过100的筛目，分别称取过筛后的24kg聚丙烯酰胺、26kg硅酸钠、13kg氯化钙、3kg生石灰粉、11kg粉煤灰、11kg活性炭粉、3kg氟硅酸钠和9kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:10的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例2

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过120的筛目，分别称取过筛后的27kg聚丙烯酰胺、18kg硅酸钠、20kg氯化钙、5kg生石灰粉、11kg粉煤灰、9kg活性炭粉、3kg氟硅酸钠和7kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:11的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例3

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过140的筛目，分别称取过筛后的33kg聚丙烯酰胺、18kg硅酸钠、13kg氯化钙、9kg生石灰粉、19kg粉煤灰、3kg活性炭粉、1kg氟硅酸钠和4kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:12的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例4

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过160的筛目，分别称取过筛后的27kg聚丙烯酰胺、14kg硅酸钠、22kg氯化钙、12kg生石灰粉、21kg粉煤灰、1kg活性炭粉、1kg氟硅酸钠和2kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:13的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例5

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过180的筛目，分别称取过筛后的28kg聚丙烯酰胺、20kg硅酸钠、17kg氯化钙、7kg生石灰粉、15kg粉煤灰、6kg活性炭粉、2kg氟硅酸钠和5kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:14的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例6

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过200的筛目，分别称取过筛后的36kg聚丙烯酰胺、26kg硅酸钠、14kg氯化钙、8kg生石灰粉、9kg粉煤灰、1kg活性炭粉、1kg氟硅酸钠和5kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

使用固化剂时，将制得粉固化剂与淤泥按重量比为1:15的比例混合均匀，自然状态下固化淤泥。

实施例7

将石膏研磨成粉，分别将聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉过150的筛目，分别称取过筛后的30kg聚丙烯酰胺、22kg硅酸钠、15kg氯化钙、10kg生石灰粉、10kg粉煤灰、5kg活性炭粉、2kg氟硅酸钠和6kg石膏粉，然后将称量的聚丙烯酰胺、硅酸钠、氯化钙、生石灰粉、粉煤灰、活性炭粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，即可得到固化剂。

以实施例1作为参照组

对比例1

对比例1与实施1的区别在于对比例1中没有加入聚丙烯酰胺，其它均与实施例1保持一致。

对比例2

对比例2与实施1的区别在于对比例2中没有加入硅酸钠和氯化钙，其它均与实施例1保持一致。

结果测试:

采取当地的河道、湖泊中疏浚的淤泥，按实施例1-7和对比例1-2所制得的固化剂处理淤泥，观察处理前后的淤泥，观察结果如表1所示。

表1淤泥处理墙后的表观对比表

样品	固化前	固化后
			实施例1	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
实施例2	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
			实施例3	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
实施例4	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
			实施例5	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
实施例6	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
			实施例7	软、肉眼可见含水、有点异味	硬、肉眼可将不含水、无异味
对比例1	软、肉眼可见含水、有点异味	比较软，肉眼可见含一点点水，无异味
			对比例2	软、肉眼可见含水、有点异味	比较软，肉眼可见含一点点水，无异味

分别检测用实施例1-7和对比例1-2所制得的固化剂处理前后的淤泥的含水率、抗压强度和压缩性，检测结果如表2所示。

表2检测结果记录表

观察表1和表2可知，本发明的固化剂处理淤泥后，大大的降低淤泥的含水率，从而便于搬运淤泥；本发明的固化剂成分简单、易得，不会污染环境，不会污染淤泥，不影响淤泥的后期利用；且固化剂中的各种成分相互配合，共同作用，可增强固化剂处理淤泥，降低淤泥含水率的能力；用本发明的固化剂处理淤泥时，只需在自然条件下固化，不需要特地养护，一定程度上可节约资源，且所需的固化时间短。

Claims

1.一种淤泥固化剂，其特征在于包括如下重量组分：胶凝剂38～62%wt、干燥剂16～34%wt、絮凝剂10～32%wt和助剂3～12%wt；

所述絮凝剂包括粉煤灰、活性炭粉和酵母中的一种或多种；

2.根据权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述胶凝剂为聚丙烯酰胺和硅酸钠。

3.根据权利要求2所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺和硅酸钠分别占固化剂总重量的24～36%wt和14～26%wt。

4.根据权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述干燥剂包括氯化钙和生石灰粉，所述氯化钙和生石灰粉分别占固化剂总重量的13～22%wt和3～12%wt。

5.根据权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述絮凝剂为粉煤灰和活性炭粉，所述粉煤灰和活性炭粉分别占固化剂总重量的9～21%wt和1～11%wt。

6.根据权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述助剂为氟硅酸钠和石膏。

7.根据权利要求6所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述氟硅酸钠和石膏分别占固化剂总重量的1～3%wt和2～9%wt。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述固化剂包括如下重量组分：聚丙烯酰胺27～33%wt、硅酸钠18～22%wt、粉煤灰11～19%wt、活性炭粉3～9%wt、氯化钙15～20%wt、生石灰粉5～10%wt、氟硅酸钠1～3%wt和石膏4～7%wt。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种淤泥固化剂的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括如下步骤:

将石膏研磨成粉，将聚丙烯酰胺、硅酸钠、粉煤灰、活性炭粉、氯化钙、生石灰粉、氟硅酸钠和石膏粉混合均匀，挤出、制粒、干燥、筛分，可得到固化剂。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种使用淤泥固化剂的方法，其特征在于，将固化剂与淤泥按重量比为1:10～15的比例混合均匀，固化。