CN110258654A - 一种填埋场衬垫材料的制备方法 - Google Patents

一种填埋场衬垫材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种填埋场衬垫材料的制备方法，涉及垃圾处理技术领域。所述填埋场衬垫材料的制备方法包括以下步骤：将粉煤灰于800～900℃下加热1～1.5h，得粉煤灰粗品；用水冲洗所述粉煤灰粗品至洗液呈中性；将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品；用水冲洗所述改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰；将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料。本发明利用粉煤灰细度小、具有一定的吸附能力的特性，将改性后的粉煤灰掺入到黏土垫层中，可以降低黏土的使用量，制备出一种低成本、高防渗的衬垫材料。

Description

一种填埋场衬垫材料的制备方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，特别涉及一种填埋场衬垫材料的制备方法。
背景技术
随着城市发展，城市垃圾的产量大幅度提高。垃圾填埋法成为了我国城市垃圾处理的主要手段。由于我国城市垃圾多是混合填埋，在微生物分解、降雨和地表径流等作用下，会形成含有大量的有毒重金属、有机物等有害物质的垃圾渗滤液，为避免垃圾渗滤液污染地下水及土壤，垃圾填埋场需要建立防渗防污效果好的防渗衬垫系统。黏土是填埋场衬垫系统的重要组成材料之一，现有的填埋场衬垫系统通常由下至上依次包括基础层、较厚的黏土衬垫层以及排水砂层。而由于部分地区的黏土的吸附性和抗穿透性不足，为避免出现垃圾渗滤液泄露事故，需要进一步加强黏土衬垫层的防渗、截污效果，目前常用提高衬垫层防渗能力的方法是进一步压实黏土衬垫层和铺设HDPE(高密度聚乙烯)土工膜，然而，压实黏土衬垫层的做法会大量消耗黏土，建设成本高且吸附能力有限；土工膜容易发生穿刺、拉裂、老化破坏而造成垃圾渗滤液泄露。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种填埋场衬垫材料的制备方法，旨在提供一种防渗能力强的填埋场衬垫材料。
为实现上述目的，本发明提出一种填埋场衬垫材料的制备方法，所述填埋场衬垫材料的制备方法包括以下步骤：
将粉煤灰于800～900℃下加热1～1.5h，得粉煤灰粗品；
用水冲洗所述粉煤灰粗品至洗液呈中性；
将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品；
用水冲洗所述改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰；
将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料。
可选地，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤中，所述酸性溶液为0.5～2mol/L的硫酸溶液。
可选地，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤中，所述浸泡的时间为4～5h。
可选地，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤在搅拌条件下进行。
可选地，所述将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料的步骤包括：
将所述改性粉煤灰在100～110℃下干燥22～24h，得改性粉煤灰干品；
将所述改性粉煤灰干品与所述黏土拌和并调节含水量为25～31(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
可选地，所述将所述改性粉煤灰干品与所述黏土拌和，得填埋场衬垫材料的步骤中，所述改性粉煤灰干品与所述黏土的重量比为1：(4～6)。
可选地，所述改性粉煤灰干品与所述黏土的重量比为1：5。
本发明提供的技术方案中，通过将粉煤灰改性处理，去除掉粉煤灰中含有的酸碱性杂质和可燃烧的杂质，从而获得吸附能力更强的改性粉煤灰，通过将这种改性粉煤灰与黏土混合可以获得高防渗、高吸附的复合衬垫材料，不仅提高了衬垫层的防渗能力，而且减少了黏土的投入量，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的填埋场衬垫材料制备方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于部分地区的黏土的吸附性和抗穿透性不足，为避免出现垃圾渗滤液泄露事故，需要进一步加强黏土衬垫层的防渗、截污效果，目前常用提高衬垫层防渗能力的方法是进一步压实黏土衬垫层和铺设HDPE(高密度聚乙烯)土工膜，然而，压实黏土衬垫层的做法会大量消耗黏土，建设成本高且吸附能力有限；土工膜容易发生穿刺、拉裂、老化破坏而造成垃圾渗滤液泄露。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，主要来源于燃煤电厂排放的固体废物。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，我国每年产生的粉煤灰有1亿多吨，这些粉煤灰有一部分应用在建筑领域，如改良水泥，制砖等，据统计粉煤灰的利用率约为45％。余下的粉煤灰不但占用大量的场地，而且污染环境。
鉴于此，本发明提出一种填埋场衬垫材料的制备方法，利用粉煤灰细度小、具有一定的吸附能力的特性，将改性后的粉煤灰掺入到黏土垫层中，可以降低黏土的使用量，制备出一种低成本、高防渗的衬垫材料。图1为本发明提出的填埋场衬垫材料制备方法的一实施例。
结合图1，在本实施例中，所述填埋场衬垫材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S10、将粉煤灰于800～900℃下加热1～1.5h，得粉煤灰粗品。
粉煤灰中含有大量的碱性及未充分燃烧的物质，这些物质会造成粉煤灰对污染物的吸附能力较弱，本实施例中，将粉煤灰在高温下烧结，初步去除粉煤灰中含有的部分碱性杂质及未燃烧物质。实施时，其烧结温度为800～900℃，即可以是800℃、810℃、820℃、850℃、870℃、885℃、900℃等；烧结时间为1～1.5h，即可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h等。
步骤S20、用水冲洗所述粉煤灰粗品至洗液呈中性。
本实施例中，采用大量水对烧结后的粉煤灰进行冲洗，清除掉粉煤灰表面附着的杂质，具体实施时，可以观察粉煤灰的微观形貌，当其微观形貌表现出清晰的孔隙时，即可停止冲洗；也可以测试冲洗过粉煤灰粗品后流出的洗液的pH，当其pH为7时，即可停止冲洗。
在实施时，还可以在步骤S20之后，进行固液分离以获得含杂质量更少的粉煤灰，再投入下一步骤S30，其中，固液分离的具体操作方式包括但不限于过滤、抽滤等方法。
步骤S30、将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品。
本实施例中，将水洗后的粉煤灰粗品用酸性溶液浸泡，使其含有的碱性杂质被彻底清除。其中，酸性溶液可以为常用的显酸性的溶液，例如盐酸溶液、醋酸溶液、硫酸溶液等，在本发明的其中一实施例中，酸性溶液优选浓度为0.5～2mol/L的硫酸溶液。
此外，为确保碱性杂质被清除干净，浸泡时间不可过短，但浸泡时间过长又会造成粉煤灰损失，本实施例中，浸泡时间优选4～5h。
进一步地，为确保酸性溶液和粉煤灰中含有的碱性杂质充分反应，在进行浸泡时，还可以进行搅拌，以使碱性杂质与溶液充分接触。
步骤S40、用水冲洗所述改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。
粉煤灰中含有的大量可燃烧物质以及酸碱性杂质是造成其吸附能力较低的重要因素，在经过改性处理，清除掉这些杂质后，粉煤灰的吸附能力可以得到大幅度提升。
步骤S50、将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料。
具体实施时，步骤S50可以通过如下步骤实现：
步骤S51、将所述改性粉煤灰在100～110℃下干燥22～24h，得改性粉煤灰干品；
步骤S52、将所述改性粉煤灰干品与所述黏土拌和并调节含水量为25～31(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
其中，改性粉煤灰干品与黏土的重量比为1：(4～6)，在该比例范围内，可以获得最佳防渗效果的填埋场衬垫材料。进一步地，在本发明的其中一实施例中，改性粉煤灰干品与黏土的重量比优选为1：5。
本发明制备方法将改性处理过的粉煤灰和黏土混合制成的填埋场衬垫材料具有较高的吸附性和较强的防渗能力，作为垃圾填埋场的防渗衬垫系统的组成部分，既可以提高衬垫层的防渗能力，又可以减少黏土的消耗，资源化利用固体废弃物，降低成本，提高经济价值。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
取粉煤灰并于800℃下加热1h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于1mol/L的硫酸溶液中，浸泡4h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在105℃下干燥24h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：5拌和并调节含水量为31(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
实施例2
取粉煤灰并于900℃下加热1.5h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于2mol/L的硫酸溶液中，浸泡5h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在100℃下干燥23h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：6拌和并调节含水量为28(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
实施例3
取粉煤灰并于850℃下加热1.1h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于0.5mol/L的硫酸溶液中，浸泡4.5h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在110℃下干燥22h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：4拌和并调节含水量为25(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
实施例4
取粉煤灰并于840℃下加热1.2h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于0.8mol/L的硫酸溶液中，浸泡4.2h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在105℃下干燥24h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：6拌和并调节含水量为28(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
实施例5
取粉煤灰并于820℃下加热1.2h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于1.1mol/L的硫酸溶液中，浸泡4.2h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在105℃下干燥24h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：5拌和并调节含水量为31(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
实施例6
取粉煤灰并于860℃下加热1h，然后置于出水口封有滤膜的冲洗池中。用水冲洗冲洗池中的粉煤灰至出水口处排出的洗液pH为7时，停止冲洗。捞出水洗后的粉煤灰粗品置于0.9mol/L的硫酸溶液中，浸泡4.6h，期间不断搅拌，过滤得改性粉煤灰粗品。再次用水冲洗改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰。将所述改性粉煤灰在108℃下干燥23h，得改性粉煤灰干品。将改性粉煤灰干品和黏土按重量比1：6拌和并调节含水量为28(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
对上述各实施例制备的填埋场底部垫层材料进行性能测试，测试项目包括：吸附能力测试以及防渗性能测试。测试方法如下：
吸附能力测试：根据GB/T-21851-2008化学品批平衡法检测吸附/解吸附试验测试吸附能力；
防渗性能测试：GBT 50123-1999土工试验方法标准记载的渗透试验方法检测渗透系数。
记录检测数据如下表所示。
从上表可以看出，各实施例制得的填埋场衬垫材料的吸附性能和防渗能力明显高于纯黏土，说明本发明制备方法制备的衬垫材料的具有更好的防污阻渗。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粉煤灰于800～900℃下加热1～1.5h，得粉煤灰粗品；
用水冲洗所述粉煤灰粗品至洗液呈中性；
将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品；
用水冲洗所述改性粉煤灰粗品至洗液呈中性，过滤得改性粉煤灰；
将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料。
2.如权利要求1所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤中，所述酸性溶液为0.5～2mol/L的硫酸溶液。
3.如权利要求2所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤中，所述浸泡的时间为4～5h。
4.如权利要求1所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述将水洗后的所述粉煤灰粗品置于酸性溶液中浸泡至所述粉煤灰粗品中的碱性杂质被清除，过滤得改性粉煤灰粗品的步骤在搅拌条件下进行。
5.如权利要求1所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述将所述改性粉煤灰与黏土搅拌混匀，得填埋场衬垫材料的步骤包括：
将所述改性粉煤灰在100～110℃下干燥22～24h，得改性粉煤灰干品；
将所述改性粉煤灰干品与所述黏土拌和并调节含水量为25～31(w/w)％，得填埋场衬垫材料。
6.如权利要求5所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述将所述改性粉煤灰干品与所述黏土拌和，得填埋场衬垫材料的步骤中，所述改性粉煤灰干品与所述黏土的重量比为1：(4～6)。
7.如权利要求6所述的填埋场衬垫材料的制备方法，其特征在于，所述改性粉煤灰干品与所述黏土的重量比为1：5。
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