CN111925083B - 一种疏浚淤泥固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏浚淤泥固化方法，涉及淤泥固化技术领域，具体为将疏浚淤泥进行筛分，去除淤泥中的垃圾，转移至初沉池，在初沉池内静置沉淀初沉池内的浓缩污泥转移至絮凝池，在絮凝池中加入氯化铁溶液，搅拌混合均匀得到预絮凝污泥，将预絮凝污泥通过螺杆泵打至均化池，向均化池内加入硫酸亚铁溶液和双氧水，持续搅拌混合1‑2h，加入固化剂，得到预固化淤泥；将预固化淤泥输送至隔膜压滤机压滤，通过压缩空气加压压滤固化，得到的固化淤泥运出进行资源重复利用。本发明的一种疏浚淤泥固化方法，能够有效降低固化剂的使用量，且固化效果较好，得到的固化淤泥的强度较好。

Description

一种疏浚淤泥固化方法
技术领域
本发明涉及淤泥固化技术领域，尤其涉及一种疏浚淤泥固化方法。
背景技术
我国江南及华南经济发达地区城市河道众多，每年都开展大规模疏浚、清淤工程，产生大量淤泥，河道疏浚、湖泊清淤过程中产生大量的淤泥，为处理这些淤泥，往往需要大量的人力和资源。目前，疏浚淤泥的处理方法主要是抛海、填埋和固化，抛海会产生二次污染；填埋需要大量的专门填埋场地，耗费人力，运输成本高，且疏浚淤泥大多不同程度含有重金属污染物，填埋也必然造成二次污染；固化，从经济性和实用性角度出发，适用范围广、成本较低的方法。
淤泥固化技术近年来被广泛应用于河道清淤疏浚工程中，常用的淤泥固化技术主要包括物理方法、热处理方法和化学方法。其中物理方法和热处理方法因为投资较大，导致应用受限，淤泥固化技术的主要原理是通过在高孔隙率的淤泥中加入固化材料，使固化材料与淤泥之间发生化学反应，最终形成胶凝结构使淤泥变为土工材料，达到资源再利用的目的。
我国每年淤泥的产量很高，传统的淤泥固化技术大多在淤泥含水率较高、呈流动状态下进行，在进行固化时需要大量的固化剂，且固化效果不佳。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种疏浚淤泥固化方法，能够有效降低固化剂的使用量，且固化效果较好，得到的固化淤泥的强度较好。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种疏浚淤泥固化方法，具体包括以下步骤：
1)将疏浚淤泥进行筛分，去除淤泥中的垃圾，转移至初沉池，在初沉池内静置沉淀10-12h；
2)将初沉池内的上清液转入二沉池进行二次沉淀，二沉池中上清液经处理后达标排放，将二沉池内的沉淀污泥和初沉池内的浓缩污泥均转移至絮凝池，在絮凝池中加入氯化铁溶液，搅拌混合均匀得到预絮凝污泥，所述初沉池内浓缩污泥的含固率为15％-20％；
3)将预絮凝污泥通过螺杆泵打至均化池，向均化池内加入硫酸亚铁溶液和双氧水，持续搅拌混合1-2h，得到预固化淤泥；
4)将预固化淤泥输送至隔膜压滤机压滤，通过压缩空气加压压滤固化，得到的固化淤泥运出进行资源重复利用，压滤尾水收集后转移至初沉池。
本发明的淤泥固化方法，先将淤泥进行浓缩，使得其含固率为15％-20％，再通过氯化铁的絮凝作用结合芬顿氧化处理，使得淤泥能够快速脱水，最后再通过隔膜压滤机压滤固化，和传统的工艺相比，不仅能够大大减少固化剂的用量，且得到的固化淤泥具有较低的含水率，满足资源化重复利用的要求。
进一步，所述步骤2)中氯化铁溶液的质量浓度为10％-12％，氯化铁的投加量为干泥的10％。
进一步，所述步骤3)中的硫酸亚铁溶液的质量浓度为10％，双氧水的质量浓度为27.5％。
进一步，所述步骤3)中硫酸亚铁的投加量为干泥的3％，双氧水的投加量为干泥的1％。
进一步，所述步骤3)中，在均化池内还加入了固化剂，所述固化剂的投加量为，每100g淤泥投加固化剂4-8g。
进一步，所述固化剂包括以下重量份原料：改性纳米二氧化硅18-22份、丙烯酸酯20-24份、聚丙烯酰胺3-5份、水玻璃5-8份。
本发明使用的固化剂，摒弃了传统的石灰，通过水玻璃的碱性能够在一定程度上中和氯化铁、硫酸亚铁带来的酸性，使得最终得到的固化土的pH至更趋近于中性，更有利于固化淤泥的再利用；且将其加入淤泥中后，其中的丙烯酸酯和聚丙烯酰胺吸水形成压敏凝胶颗粒对淤泥起到预稳定效果，再利用其压敏性能，当受到隔膜压滤机挤压时，胶体产生类似液体的流动性能，流入淤泥之间，增加了和淤泥之间的接触面积，使得淤泥之间粘合更紧密，提高了淤泥之间的粘接强度和稳定性，同时加入的改性纳米二氧化硅能够起到一定的支撑作用，进一步提高了固化淤泥的强度。
进一步，所述改性纳米二氧化硅是由纳米介孔二氧化硅经聚乙烯亚胺修饰后，再与单宁酸复合而成。
采用聚乙烯亚胺对纳米介孔二氧化硅进行修饰，再通过聚乙烯亚胺与单宁酸进行交联，从而将单宁酸包裹在纳米介孔二氧化硅表面，一方面，单宁酸对铁离子具有较好的络合作用，通过将单宁酸复合在纳米介孔二氧化硅表面，能够将加入的铁离子固定在纳米介孔二氧化硅的表面，从而赋予了丙烯酸酯、聚丙烯酰胺额外的物理交联点，使得改性纳米二氧化硅能够更好的和丙烯酸酯、聚丙烯酰胺协同作用，提高固化淤泥的强度，另一方面，通过聚乙烯亚胺和单宁酸对纳米介孔二氧化硅的包裹，还能够在一定程度上降低纳米介孔二氧化硅的团聚性，使其在淤泥中分散更好，对固化淤泥的增强效果更均匀，另外，采用纳米介孔二氧化硅，由于起较高的比表面积，因此能够增加和聚乙烯亚胺的反应活性位点，从而增加聚乙烯亚胺的引入量，更有利于和单宁酸的复合。
进一步，所述改性纳米二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：
修饰：将经过活化处理的纳米介孔二氧化硅加入去离子水中，超声分散均匀，加入聚乙烯亚胺，持续搅拌，于80-85℃温度下回流反应24h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤，恒温干燥后得到聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅；
复合：称取单宁酸加入去离子水，持续搅拌至固体完全溶解配制得到质量浓度为15g/L的单宁酸溶液，将聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅超声分散于单宁酸溶液中，以5-15d/s的速度滴加10％的甲醛溶液，滴加完成后，于室温下持续搅拌反应5h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，恒温烘干、碾磨后得到改性纳米二氧化硅。
进一步，所述活化处理为：将纳米介孔二氧化硅置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，在100℃温度下回流6h，反应完成冷却至室温后，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液成中性，烘干，再置于等离子体反应器中进行低温等离子体处理。
通过对纳米介孔二氧化硅进行活化处理，在纳米介孔二氧化硅表面引入更多的羟基等基团，能够进一步增加纳米介孔二氧化硅的反应活性，更有利于聚乙烯亚胺的引入。
进一步，所述低温等离子体处理是以空气作为工作气体，电压为4-6KV、频率为12-15KHz、气体流量为1.5L/min，处理时间为2-5min。
本发明的有益效果：
1.本发明的一种疏浚淤泥固化方法，先通过浓缩降低污泥中的含水量，从而降低固化剂的使用量，再通过氯化铁、芬顿氧化协同作用，提高淤泥的脱水性能，最后通过固化剂和隔膜压滤机协同作用对淤泥进行固化，能够有效提高固化淤泥的强度，固化效果好。
2.本发明中的固化剂，利用其压敏性能，结合隔膜压滤机，使得固化剂能够更好的和淤泥相接触，提高淤泥之间的粘接强度和稳定性，同时通过改性纳米二氧化硅的协同作用，能够进提高固化淤泥的强度。
3.本发明的一种淤泥固化方法，摒弃了传统的石灰，固化得到的固化淤泥趋近于中性，能有有效提高固化淤泥的可利用性能。
附图说明
图1是本发明一种疏浚淤泥固化方法实施例四的流程方框图；
图2是本发明一种疏浚淤泥固化方法实施例五的流程方框图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种疏浚淤泥固化方法，将疏浚淤泥经过浓缩后再加入进行后续固化处理，能够大大减少固化剂的使用量，同时采用氯化铁和芬顿氧化相结合，能够增加疏浚淤泥的可脱水性，且本发明中的固化剂和隔膜压滤机结合使用，得到的固化淤泥趋近于中性，且强度较好，有利于后续的资源利用。具体为：
实施例一固化剂的制备1
改性纳米二氧化硅的制备
活化：将浓硝酸和浓硫酸按照3:1的体积比进行搅拌混合均匀得到混酸溶液，将纳米介孔二氧化硅按照1.5g/L的固液比置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，持续搅拌，在100℃温度下保温回流6h，反应完成冷却至室温后，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液成中性，于50℃温度下烘干，再置于等离子体反应器中以空气作为工作气体，在电压为5KV、频率为12KHz、气体流量为1.5L/min的条件下进行低温等离子体处理5min。
修饰：将经过活化处理的纳米介孔二氧化硅按照20g/L的固液比加入去离子水中，超声分散均匀，加入等纳米介孔二氧化硅质量的聚乙烯亚胺，持续搅拌，于82℃温度下回流反应24h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤，于45℃温度下恒温干燥后得到聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅。
复合：称取单宁酸加入去离子水，持续搅拌至固体完全溶解配制得到质量浓度为15g/L的单宁酸溶液，将聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅按照3g/L的固液比超声分散于单宁酸溶液中，以15d/s的速度滴加1/10单宁酸溶液体积，浓度为10％的甲醛溶液，滴加完成后，于室温下持续搅拌反应5h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，恒温烘干、碾磨后得到改性纳米二氧化硅。
固化剂的制备
按照配比，分别称取改性纳米二氧化硅18份、丙烯酸酯22份、聚丙烯酰胺5份、水玻璃8份，搅拌混合均匀得到固化剂。
实施例二固化剂的制备2
改性纳米二氧化硅的制备
活化：将浓硝酸和浓硫酸按照3:1的体积比进行搅拌混合均匀得到混酸溶液，将纳米介孔二氧化硅按照1.5g/L的固液比置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，持续搅拌，在100℃温度下保温回流6h，反应完成冷却至室温后，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液成中性，于50℃温度下烘干，再置于等离子体反应器中以空气作为工作气体，在电压为4KV、频率为14KHz、气体流量为1.5L/min的条件下进行低温等离子体处理2min。
修饰：将经过活化处理的纳米介孔二氧化硅按照20g/L的固液比加入去离子水中，超声分散均匀，加入等纳米介孔二氧化硅质量的聚乙烯亚胺，持续搅拌，于85℃温度下回流反应24h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤，于45℃温度下恒温干燥后得到聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅。
复合：称取单宁酸加入去离子水，持续搅拌至固体完全溶解配制得到质量浓度为15g/L的单宁酸溶液，将聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅按照3g/L的固液比超声分散于单宁酸溶液中，以5d/s的速度滴加1/10单宁酸溶液体积，浓度为10％的甲醛溶液，滴加完成后，于室温下持续搅拌反应5h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，恒温烘干、碾磨后得到改性纳米二氧化硅。
固化剂的制备
按照配比，分别称取改性纳米二氧化硅22份、丙烯酸酯20份、聚丙烯酰胺4份、水玻璃5份，搅拌混合均匀得到固化剂。
实施例三固化剂的制备3
改性纳米二氧化硅的制备
活化：将浓硝酸和浓硫酸按照3:1的体积比进行搅拌混合均匀得到混酸溶液，将纳米介孔二氧化硅按照1.5g/L的固液比置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，持续搅拌，在100℃温度下保温回流6h，反应完成冷却至室温后，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液成中性，于50℃温度下烘干，再置于等离子体反应器中以空气作为工作气体，在电压为6KV、频率为12KHz、气体流量为1.5L/min的条件下进行低温等离子体处理3min。
修饰：将经过活化处理的纳米介孔二氧化硅按照20g/L的固液比加入去离子水中，超声分散均匀，加入等纳米介孔二氧化硅质量的聚乙烯亚胺，持续搅拌，于80℃温度下回流反应24h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤，于45℃温度下恒温干燥后得到聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅。
复合：称取单宁酸加入去离子水，持续搅拌至固体完全溶解配制得到质量浓度为15g/L的单宁酸溶液，将聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅按照3g/L的固液比超声分散于单宁酸溶液中，以10d/s的速度滴加1/10单宁酸溶液体积，浓度为10％的甲醛溶液，滴加完成后，于室温下持续搅拌反应5h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，恒温烘干、碾磨后得到改性纳米二氧化硅。
固化剂的制备
按照配比，分别称取改性纳米二氧化硅20份、丙烯酸酯24份、聚丙烯酰胺3份、水玻璃6份，搅拌混合均匀得到固化剂。
实施例四疏浚淤泥固化1
如图1所示，本实施例的疏浚淤泥固化包括以下步骤：
1)将疏浚淤泥进行筛分，去除淤泥中的垃圾，转移至初沉池，在初沉池内静置沉淀10-12h；
2)将初沉池内的上清液转入二沉池进行二次沉淀，二沉池中上清液经处理后达标排放，将二沉池内的沉淀污泥和初沉池内的浓缩污泥均通过挖泥船转移至絮凝池，在絮凝池中投加10％质量浓度为10％-12％的氯化铁溶液，搅拌混合均匀得到预絮凝污泥，所述初沉池内浓缩污泥的含固率为15％-20％；
3)将预絮凝污泥通过螺杆泵打至均化池，向均化池内投加3％质量浓度为10％的硫酸亚铁溶液，投加1％质量浓度为27.5％的双氧水，持续搅拌混合1-2h后，得到预固化淤泥；
4)将预固化淤泥输送至隔膜压滤机压滤，通过压缩空气加压压滤固化，得到的固化淤泥运出进行资源重复利用，压滤尾水收集后转移至初沉池。
对固化得到的固化淤泥的无侧限抗压强度和pH值进行检测，无侧限抗压强度为2.49MPa，pH为7.3。
实施例五疏浚淤泥固化2
如图2所示，本实施例和实施例四的区别在于，本实施例的步骤3)具体为：
3)将预絮凝污泥通过螺杆泵打至均化池，向均化池内投加3％质量浓度为10％的硫酸亚铁溶液，投加1％质量浓度为27.5％的双氧水，持续搅拌混合1-2h后，按照每100g淤泥投加固化剂4-8g的投加量加入实施例一制备得到的固化剂，持续搅拌30min，得到预固化淤泥。
对固化得到的固化淤泥的无侧限抗压强度和pH值进行检测，无侧限抗压强度为3.37MPa，pH为7.5。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将疏浚淤泥进行筛分，去除淤泥中的垃圾，转移至初沉池，在初沉池内静置沉淀10-12h；
2)将初沉池内的上清液转入二沉池进行二次沉淀，二沉池中上清液经处理后达标排放，将二沉池内的沉淀污泥和初沉池内的浓缩污泥均转移至絮凝池，在絮凝池中加入氯化铁溶液，搅拌混合均匀得到预絮凝污泥，所述初沉池内浓缩污泥的含固率为15%-20%；
3）将预絮凝污泥通过螺杆泵打至均化池，向均化池内加入硫酸亚铁溶液和双氧水，持续搅拌混合1-2h，加入了固化剂，持续搅拌30min，得到预固化淤泥；所述固化剂包括以下重量份原料：改性纳米二氧化硅18-22份、丙烯酸酯20-24份、聚丙烯酰胺3-5份、水玻璃5-8份，所述改性纳米二氧化硅是由纳米介孔二氧化硅经聚乙烯亚胺修饰后，再与单宁酸复合而成；
4）将预固化淤泥输送至隔膜压滤机压滤，通过压缩空气加压压滤固化，得到的固化淤泥运出进行资源重复利用，压滤尾水收集后转移至初沉池。
2.根据权利要求1所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述步骤2)中氯化铁溶液的质量浓度为10%-12%，氯化铁的投加量为干泥的10%。
3.根据权利要求2所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述步骤3)中的硫酸亚铁溶液的质量浓度为10%，双氧水的质量浓度为27.5%。
4.根据权利要求1所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述步骤3）中硫酸亚铁的投加量为干泥的3%，双氧水的投加量为干泥的1%。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：
修饰：将经过活化处理的纳米介孔二氧化硅加入去离子水中，超声分散均匀，加入聚乙烯亚胺，持续搅拌，于80-85℃温度下回流反应24h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤，恒温干燥后得到聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅；
复合：称取单宁酸加入去离子水，持续搅拌至固体完全溶解配制得到质量浓度为15g/L的单宁酸溶液，将聚乙烯亚胺修饰的纳米介孔二氧化硅超声分散于单宁酸溶液中，以5-15d/s的速度滴加10%的甲醛溶液，滴加完成后，于室温下持续搅拌反应5h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，恒温烘干、碾磨后得到改性纳米二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述活化处理为：将纳米介孔二氧化硅置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，在100℃温度下回流6h，反应完成冷却至室温后，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液成中性，烘干，再置于等离子体反应器中进行低温等离子体处理。
7.根据权利要求6所述的一种疏浚淤泥固化方法，其特征在于，所述低温等离子体处理是以空气作为工作气体，电压为4-6KV、频率为12-15KHz、气体流量为1.5L/min，处理时间为2-5min。
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