CN112301952B - 基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，包括：1）通过使用制备设备将底泥作为生态护岸的底基础；2）将需要疏浚的淤泥吸入车载搅拌装置中，搅拌并添加固结剂等形成固化淤泥土浆料，注入仿木桩护岸模板中，制备成生态护岸，固化淤泥土浆料中，淤泥固结剂、淤泥、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂、流变剂的质量比为（5%～15%）∶（70%～90%）∶（5%～15%）∶（0.1%～2%）∶（0.1%～2%）。本发明为生态、安全、实用、无二次污染且综合成本低的生态护岸及制备方法。

Description

基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法

本发明为发明名称为基于疏浚泥原位固化的生态护岸及制备方法、申请号为201810588535.3、申请日为2018年6月8日发明申请的分案申请，属于产品制备方法部分。

技术领域

本发明涉及资源综合利用和水利环保工程技术领域，具体是一种利用疏浚泥原位固化的生态护岸及制备方法。

背景技术

为了维持河湖正常的泄洪和畅通以及改善水质等问题，我国每年都会开展大规模的河湖疏浚清淤，由此产生大量的疏浚底泥。由于疏浚泥其天然含水量高、有机质和重金属含量高、压缩性大、抗剪强度低，具有触变性和流态性，导致其运输困难、填埋堆放会占用大量的土地资源且易造成二次污染、工程性质差，不能直接为工程所应用，因此，河道疏浚底泥无害化处理及资源化应用等问题成为世界性的难题，很多国家为此也耗费巨资进行相关的研究与处理。通过技术处理将废弃的底泥转化为能利用的再生土资源成为当前国内外专家和学者研究的主流方向。

目前，传统河湖疏浚底泥的处置方法主要有抛泥处理、吹填造地、物理脱水、焚烧等，这些传统的处置方法存在占用宝贵的土地资源，运输费用巨大，处理成本高，处理周期长，淤泥中的重金属等有害物质可能对环境造成二次污染等问题。化学固化法虽然可以通过控制固结剂的配方及掺量以满足各种工程的需要，但需要周转处理，运输成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用疏浚泥原位固化的生态护岸及制备方法，针对当前我国城乡中小型河道普遍存在的底泥资源化利用困难、处理成本高、岸坡坍塌水土流失严重、河床淤积、底泥重金属污染等生态环境问题，以及湖泊护坡水土流失严重等问题，经过反复研究探索和实践论证的一项生态、安全、实用、无二次污染且综合成本低的生态护岸制备方法，浇筑固化后的淤泥具有高强度、孔隙率、水稳定性、重金属吸附性和抗流水冲刷性，满足护岸结构体的相关要求，而且相对于传统的水泥混凝土板桩、木桩等刚性硬质护岸具有良好的涵养水源、净化水质的生态特性，满足河道景观优化和生态环境恢复的功能，实现了疏浚泥原位资源化应用和生态修复相结合的治理新方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，包括以下步骤：

（1）将坡岸底泥进行原位搅拌、固化、自然养护，制备基底；

（2）在基底上支护仿木桩作为护岸模板；

（3）搅拌下，向疏浚泥中添加淤泥固结剂、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂和流变剂，得到固化淤泥土浆料；

（4）将固化淤泥土浆料注入护岸模板中，经过整平、养护，得到基于疏浚泥原位固化的生态护岸。

本发明还公开了生态护岸用固化淤泥土浆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将坡岸底泥进行原位搅拌、固化、自然养护，制备基底；

（2）在基底上支护仿木桩作为护岸模板；

（3）搅拌下，向疏浚泥中添加淤泥固结剂、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂和流变剂，得到生态护岸用固化淤泥土浆料。

上述技术方案中，所述固化淤泥土浆料中，淤泥固结剂、淤泥、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂、流变剂的质量比为（5%～15%）∶（70%～90%）∶（5%～15%）∶（0.1%～2%）∶（0.1%～2%），解决了传统木桩护岸岸坡水土流失严重、混凝土板桩无植生性、河底疏浚泥无法原位资源化利用等生态环境问题，同时打通了水生态系统与陆地生态系统，使护岸能够涵养水源、净化水质。

上述技术方案中，所述淤泥固结剂包括硅铝酸盐熟料、生石灰、脱硫石膏、偏高岭土、膨润土、防水剂、抗分散剂、吸附剂、碱激发剂；所述发泡剂为开孔阴离子表面活性剂型发泡剂；所述流变剂为粉状聚羧酸减水剂；所述微生物挂膜多孔灰渣的制备方法为，将生物质灰渣加入到混合液中，于60℃下浸泡、漂洗、干燥，得到微生物挂膜多孔灰渣；所述混合液含有体积浓度为3.2 %的甲酸、质量浓度为2%的透明质酸、质量浓度为0.8%的4-甲基苯甲醇，余量为水；所述生物质灰渣、混合液的质量比为1∶2.5；优选的所述防水剂为乳胶粉、酚醛树脂、聚乙烯醇复配而成的聚合物乳液；所述吸附剂为硅藻土、磷石灰和乙二胺四乙酸二钠的复配物；所述硅铝酸盐熟料、生石灰、脱硫石膏、偏高岭土、膨润土、防水剂、抗分散剂、吸附剂、碱激发剂的质量比为（30%～40%）∶（10%～20%）∶（5%～10%）∶（10%～20%）∶（5%～8%）∶（3%～8%）∶（1%～2%）∶（2%～5%）∶（2%～5%）。得到的产品具有良好的防水性，制备的生态护岸具有优越的水稳定性。

上述技术方案中，步骤（4）中，经过整平、养护，最后拆除护岸模板，得到基于疏浚泥原位固化的生态护岸；所述养护为自然养护7天。

本发明进一步公开了上述基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法制备的基于疏浚泥原位固化的生态护岸以及上述生态护岸用固化淤泥土浆料的制备方法制备的生态护岸用固化淤泥土浆料。

本发明中，微生物挂膜多孔灰渣由现有生物质灰渣经过处理得到，不仅具备灰渣多孔、环保的优点，更主要的是表面处理后可以与疏浚泥、固结剂等组分形成稳定的整体，相比较下，直接使用生物质灰渣或者使用经过现有表面处理的生物质灰渣会降低护岸的强度。

本发明进一步公开了一种淤泥固结剂，所述淤泥固结剂包括质量比为（30%～40%）∶（10%～20%）∶（5%～10%）∶（10%～20%）∶（5%～8%）∶（3%～8%）∶（1%～2%）∶（2%～5%）∶（2%～5%）的硅铝酸盐熟料、生石灰、脱硫石膏、偏高岭土、膨润土、防水剂、抗分散剂、吸附剂、碱激发剂；所述防水剂为乳胶粉、酚醛树脂、聚乙烯醇复配而成的聚合物乳液；所述吸附剂为硅藻土、磷石灰和乙二胺四乙酸二钠的复配物。淤泥固结剂是一种用于生态修复环保型水下不分散淤泥固结剂，固结剂与泥土中含钙物质中的阳离子、阴离子接触以后，发生聚合、稠化反应，形成相互交联的网格状聚合物链，包裹联接泥土颗粒并填充颗粒孔隙，直到整个泥土体系凝胶并固化粘结成整体，用湿态自然养护的方式经过养护期养护，具有良好的水稳定性、抗冻性、抗冲刷性和耐老化性。

本发明进一步公开了上述淤泥固结剂在制备基于疏浚泥原位固化的生态护岸中的应用；上述生态护岸用固化淤泥土浆料在制备基于疏浚泥原位固化的生态护岸中的应用。

具体的，本发明利用疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，可以包括以下步骤：

1）通过现有设备，将河湖边坡底部的底泥进行原位搅拌并整平固化，在水中自然养护作为生态护岸结构体系的底基础；

2）在水中底基础上支护仿木桩护岸模板，再利用机械吸泥设备将河湖中需要疏浚的淤泥吸入车载搅拌装置中，将疏浚泥在车载搅拌装置中搅拌并通过计量系统添加固结剂、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂和流变剂，充分搅拌并调制成具有流动性的固化淤泥土浆料液，通过泵送装置输送到水中支护好的仿木桩护岸模板中，人工整平后水中自然养生7天后拆模，即制备成生态护岸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用一种环保型生态修复固结剂，和河湖疏浚底泥充分结合后，固结剂其自身发生水化反应生成钙矾石等晶体，同时固结剂与泥土中含钙物质中的阳离子、阴离子接触以后，发生聚合、稠化反应，形成相互交联的网格状聚合物链，包裹联接泥土颗粒并填充颗粒孔隙，直到整个泥土体系凝胶并固化粘结成整体，用湿态自然养护的方式经过养护期养护，具有良好的水稳定性、抗冻性、抗冲刷性和耐老化性；

2.本发明制备的生态护岸满足护岸结构体各项指标要求，而且相对于传统的水泥混凝土板桩、木桩等刚性硬质护岸具有良好的涵养水源、净化水质的生态特性，为动植物生养栖息提供了场所；

3.本发明制备的生态护岸中含有微生物挂膜多孔灰渣，具有一定的孔隙率，不仅净化水质，而且打通了水生态系统与陆地生态系统，从而可以进行物质、能量、信息的交换，具有显著的边缘效应，能为各种水生生物提供生存和繁衍的空间，同时对提高生物多样性、治理水土流失、稳定河坡、调节气候和美化环境、开展旅游活动均有重要的现实意义，满足河道景观优化和生态环境恢复的功能；实现了疏浚泥原位资源化应用和生态修复相结合的治理新方案，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

附图说明

图1为河岸结构示意图；

其中，道路1、海绵土护坡2、海绵土护岸3、河水4、基底5。

具体实施方式

实施例一

淤泥固结剂是一种用于生态修复环保型水下不分散淤泥固结剂，其组成及质量份为：

硅铝酸盐熟料30%

生石灰15%

脱硫石膏10%

偏高岭土20%

膨润土8%

防水剂7%

抗分散剂2%

吸附剂3%

碱激发剂5%

其中防水剂为30%乳胶粉、60%酚醛树脂、10%聚乙烯醇复配而成的聚合物乳液；吸附剂由50%硅藻土、35%磷石灰和15%乙二胺四乙酸二钠复配而成；其他组分都是市购产品。

表1为本发明首次配置的淤泥固结剂性能测试结果，由其可得知，本发明的用于生态修复环保型水下不分散淤泥固结剂试样浸出液毒性检测符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水质标准限值要求。

实施例二

利用疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过使用现有原位搅拌设备，将河边坡底部的底泥进行原位搅拌固化并整平，在水中自然养护作为生态护岸结构体系的底基础；

（2）在水中底基础上支护仿木桩护岸模板，再利用机械吸泥设备将河中疏浚泥吸入车载搅拌装置中，将疏浚泥在车载搅拌装置中搅拌并通过计量系统添加固结剂、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂和流变剂，充分搅拌并调制成具有流动性的固化淤泥土浆料液；

（3）通过泵送装置输送到支护好的仿木桩护岸模板中，人工整平后水中自然养生7天后拆模，即制备成生态护岸。

固化淤泥土浆料液中，各组分质量份为，淤泥固结剂15份、疏浚泥70份、微生物挂膜多孔灰渣13份、发泡剂1份、流变剂1份；淤泥固结剂是一种用于生态修复环保型水下不分散淤泥固结剂，其组成及质量比见实施例一。

向水中加入甲酸、透明质酸、4-甲基苯甲醇得到混合液，将秸秆烧制的生物质灰渣加入到混合液中，于60℃下浸泡、漂洗、干燥，得到微生物挂膜多孔灰渣；所述混合液含有体积浓度为3.2 %的甲酸、质量浓度为2%的透明质酸、质量浓度为0.8%的4-甲基苯甲醇，余量为水；所述生物质灰渣、混合液的质量比为1∶2.5。

疏浚泥与固结剂经车载装置计量后通过分流阀实现初步混合，再经车载搅拌装置强力搅拌混合，使二者充分混合均匀，从而促进重金属等捕集更充分，确保底泥中重金属等物质的稳定化效果。

本发明用于生态修复环保型水下不分散淤泥固结剂固化淤泥后具有较好的整体抗水分散性、水下凝结性、抗水流冲刷性、生态环保无毒性、不需要特别养护等特点。

经过测试，本发明制备的生态护岸28天抗压强度为1.2MPa，远超过现有海绵土0.5MPa的结果；孔隙率达到28%，具有优异的吸附、交换能力；干密度达到1.3g/cm³，具体见表2。

采用秸秆烧制的生物质灰渣制备的护岸28天抗压强度0.6MPa，采用现有醋酸/海藻酸钠处理的秸秆烧制的生物质灰渣制备的护岸28天抗压强度0.8MPa，水稳定系数0.41，采用常规聚乙烯醇/水泥作为淤泥固结剂制备的护岸28天抗压强度0.8MPa，孔隙率13%，抗冻性差，无法承受冻融循环。图1为河岸结构示意图；包括道路1、海绵土护坡2、海绵土护岸3、河水4以及基底5；可以看出，本发明的生态护岸为一种海绵土生态护岸，不仅具有良好的孔隙率、干密度等，可以有效进行物质、能量、信息的交换，具有显著的边缘效应，能为各种水生生物提供生存和繁衍的空间，同时对提高生物多样性、治理水土流失、稳定河坡、调节气候和美化环境；尤其是还具有优异的力学性能以及水稳定性、抗冻性、抗冲刷性。

本发明的原料都是现有产品，比如坡岸底泥、疏浚泥、生物质灰渣以及各种化学原料都可市购或者根据常规方式得到。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将坡岸底泥进行原位搅拌、固化、自然养护，制备基底；

（2）在基底上支护仿木桩作为护岸模板；

（3）搅拌下，向疏浚泥中添加淤泥固结剂、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂和流变剂，得到固化淤泥土浆料；

（4）将固化淤泥土浆料注入护岸模板中，经过整平、养护，得到基于疏浚泥原位固化的生态护岸；

所述固化淤泥土浆料中，淤泥固结剂、淤泥、微生物挂膜多孔灰渣、发泡剂、流变剂的质量比为（5%～15%）∶（70%～90%）∶（5%～15%）∶（0.1%～2%）∶（0.1%～2%）；

所述淤泥固结剂包括硅铝酸盐熟料、生石灰、脱硫石膏、偏高岭土、膨润土、防水剂、抗分散剂、吸附剂、碱激发剂；所述发泡剂为开孔阴离子表面活性剂型发泡剂；所述流变剂为粉状聚羧酸减水剂；所述微生物挂膜多孔灰渣的制备方法为，将生物质灰渣加入到混合液中，于60℃下浸泡、漂洗、干燥，得到微生物挂膜多孔灰渣；所述混合液含有体积浓度为3.2%的甲酸、质量浓度为2%的透明质酸、质量浓度为0.8%的4-甲基苯甲醇，余量为水；所述生物质灰渣、混合液的质量比为1∶2.5；

所述防水剂为乳胶粉、酚醛树脂、聚乙烯醇复配而成的聚合物乳液；所述吸附剂为硅藻土、磷石灰和乙二胺四乙酸二钠的复配物；所述硅铝酸盐熟料、生石灰、脱硫石膏、偏高岭土、膨润土、防水剂、抗分散剂、吸附剂、碱激发剂的质量比为（30%～40%）∶（10%～20%）∶（5%～10%）∶（10%～20%）∶（5%～8%）∶（3%～8%）∶（1%～2%）∶（2%～5%）∶（2%～5%）。

2.根据权利要求1所述基于疏浚泥原位固化的生态护岸的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，经过整平、养护，最后拆除护岸模板，得到基于疏浚泥原位固化的生态护岸；所述养护为自然养护7天。

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