CN113371976A - 一种淤泥脱水固化剂及资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种淤泥脱水固化剂，包括以下质量份数的组分：25～35份硅藻土、10～20份木质素，5～10份生物炭、30～50份粉土、2～8份缓释肥。所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，包括以下步骤：将原材料按上述组分充分混合得到淤泥脱水固化剂；取一定质量的淤泥疏浚泥浆；在所述淤泥疏浚泥浆中掺入所述淤泥脱水固化剂，搅拌使泥浆与固化剂充分混合，静置；将静置后的淤泥进行脱水干化；对脱水后的淤泥进行养护，将经上述养护后的淤泥用作绿化种植土。本发明使得淤泥中原有有机质和营养成分可被充分利用，且淤泥脱水过程中产生的尾水透明度高，PH在6‑9之间，SS含量小于10。本发明在湖滨带淤泥处理领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环保技术工程领域，涉及淤泥脱水固化剂及资源化利用方法。
背景技术
湖滨带作为湖泊水陆生态交错带或过渡带，具有截留污染物、同化营养盐、改善水质和控制湖泊污染的作用，是整个湖泊生态功能的重要组成部分。但随着湖泊流域经济的高速发展，湖滨带受建养鱼塘、围湖造田、渔民生活污水和投撒饲料的影响，湖滨带底部金鱼藻、苦草和挺水植物等杂草含量高，且生长杂乱无章。由于特殊的形成环境，与城市河道淤泥相比，湖滨带淤泥富营养化严重，流动性差，且垃圾种类多样，含量较高。例如，在对某云南某湖滨带淤泥的分析表明，淤泥含水率在40％-60％之间，含有大量黑色腐殖质，有机质含量高达184.0g/kg，总磷含量(TP)在268～1220mg/kg之间，总氮(TN)含量在1960～8270mg/kg 之间。湖滨带淤泥中的污染物由于水体冲刷交换，其中丰富的氮磷钾等污染物不断向内湖释放，已成为湖泊内源污染的重要的来源，不仅对水质水生态造成严重影响，而且威胁湖泊水环境与水生态的安全，如何正确处理大量湖滨带淤泥已成为亟待解决的问题。
与此同时，淤泥脱水干化在水环境治理方面的应用日趋广泛，该技术可快速高效的对疏浚泥浆进行脱水减量，且机械化程度高，有望成为湖滨带污染淤泥处理处置的有效手段。但在环保疏浚泥浆减量化处理工艺中，常常需要添加铁盐、钙盐等固化剂对泥浆进行调理以快速达到泥水分离的目的，但这种传统的固化剂不仅改变淤泥的化学性质，使脱水后的淤泥呈强碱性，而且脱水后淤泥板结，本底被破坏，持水能力减弱，同时造成淤泥中原有丰富的有机质和氮磷钾等营养元素大幅下降，对后续淤泥的资源化利用造成巨大障碍，并且淤泥脱水形成的滤液碱性偏高，对设备造成严重腐蚀，增加后续水处理费用。此外，对于淤泥脱水后的处置主要是采用简单的外运堆放的形式，在城市土地面积有限的情况下往往造成资源的大量浪费，而且运费高昂，同时还会导致堆置区的湿地排渍功能丧失，地下水被污染，随着城市的扩大，等到将来堆场开发时，堆放的淤泥又要转运到别处，多次转运必然消耗大量的社会资源。随环保疏浚的要求和标准也日益严格，传统淤泥固化剂的弊端逐渐显露，在此背景下，寻找合理的湖滨带淤泥处理方法，将湖滨带淤泥变废为宝，实现淤泥的资源化利用，具有重要的经济效益、社会效益和环境效益。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种淤泥脱水固化剂及资源化利用方法，尤其是可用于湖滨带的淤泥脱水固化剂及资源化利用方法。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
采用以废制废的原则，以工农业废弃物为基础材料，来源广泛，成本低廉，使用方便，脱水效率高，淤泥脱水后可直接实现资源化利用。
一种淤泥脱水固化剂，其组成按质量份数计如下：25～35份硅藻土、10～20份木质素， 5～10份生物炭、30～50份粉土、2～8份缓释肥，各功能组分的百分比之和为100％。
进一步，所述硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，由古代硅藻的遗骸所组成，化学成分为无定形的SiO2，矿物成分为蛋白石及其变种，多孔且孔隙呈有规律分布、孔隙直径在 16nm-570nm。
进一步，所述木质素的纤维长度350-500um,纤维含量60-90％，是一种生物能源副产品，是一种存在于大部分陆地植物木质部中的复杂高分子化合物，在自然界中的储量仅次于纤维素，呈粉末状固体。具有化学性质相对稳定、环境友好、成本低廉的特点。
进一步，所述生物炭是一种玉米或者小麦秸秆类生物炭，碳(C)含量42.5-63.5％,氮含量2.9-4.6％，pH值8.2-8.7。
进一步，所述缓释肥为有机聚合物包膜肥料，呈颗粒状，颗粒粒径在0.5-1.0cm之间。
进一步，所述粉土粒径在0.075～0.005mm，其中粉粒含量在90％以上，且粒间无粘结力，黏粒含量小于10％。
一种湖滨带淤泥脱水固化剂及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤1：将原材料按上述组分充分混合得到淤泥脱水固化剂；
步骤2：取一定质量的淤泥疏浚泥浆；
步骤3：在步骤2的淤泥疏浚泥浆中掺入步骤1所述淤泥脱水固化剂，搅拌使泥浆与固化剂充分混合，静置；
步骤4：将步骤3静置后的淤泥进行脱水干化；
步骤5：对脱水后的淤泥进行养护，将经上述养护后的淤泥用作绿化种植土。
进一步，步骤3中，所述淤泥脱水固化剂的掺入量为淤泥绝干质量的2～8％。
进一步，步骤3中，搅拌时间为5-7分钟，静置为4-6分钟。
进一步，步骤5中，养护温度为20～40℃，养护时间为7～10d。
进一步，步骤2中，所述淤泥疏浚泥浆是来自于湖滨带的淤泥疏浚泥浆。
所述湖滨带又称湖滨水-陆交错带，是湖泊流域陆生生态系统与水生生态系统间的过渡带，其核心范围是最高水位线和最低水位线之间的水位变幅区,依据湖泊水-陆生态系统的作用特征，其范围可分别向陆向和水向辐射一定的距离。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果包括：
在淤泥脱水前有针对性地进行调理改良，即保证淤泥的脱水性能，同时使淤泥脱水后结构性好，质地优良，淤泥中原有有机质和营养成分可被充分利用。另外，固化剂本身含有的缓释肥可对淤泥中的营养成分做动态调整，且在淤泥脱水过程中不会溶解释放，减少了营养元素的流失，利用率高，使脱水后的淤泥经简单养护后即可满足绿化种植土的要求。且淤泥脱水过程中产生的尾水透明度高，PH在6-9之间，SS含量小于10，对后续高质量的尾水处理创造了有利条件。
本发明主要从颗粒胶结、离子交换、减薄双电层、絮凝、构建过水通道、截留吸附、质地改良、养分调节等角度对湖滨带淤泥进行调理，并针对淤泥性质对固化剂的组分进行优选。由于湖滨带淤泥特殊的形成条件，淤泥中的微生物不断向体外分泌多糖、蛋白质等高分子胞外聚合物，其普遍存在于淤泥絮体内部及表面，具有胶体粒子的双电层结构，表面带有很多如-NH+、-COO-等高亲水性的极性基团，使淤泥絮体表面吸附大量的水分子，并且在蛋白质的表面形成一层密度较厚的水膜，是影响湖滨带淤泥浓缩和脱水性的重要因素。加入固化剂后，固化剂中的硅藻土可使淤泥中的蛋白质脱出，从而减少淤泥表面亲水基团，降低淤泥亲水性和粘附水含量，从而改善淤泥脱水性能。而固化剂中的木质素水解生成胶网状胶结物，通过离子交换和中和淤泥颗粒表面电荷，使淤泥颗粒双电层厚度降低，进而将淤泥中部分细颗粒网捕胶结在一起，此过程在增大淤泥过水通道的同时，对淤泥质地也有一定的改善作用。另外，木质素水解后形成一定网状结构，可增强淤泥的整体性和结构性，对脱水后的淤泥保水性具有一定的促进作用。固化剂中的缓释肥主要用于调整淤泥中营养成分的含量，且其养分在4h内的释放率不超过2％，再加上固化剂中的生物炭具有多孔性、低密度性和大比表面积特点，可有效防止缓释肥在与泥浆混合过程中养分的流逝，同时吸附捕捉从淤泥中析出的蛋白质等营养元素，降低淤泥脱水过程中养分的流失，提高淤泥中养分的利用率，进而增加淤泥对氮素及其他营养元素的吸持容量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
研究对象选用云南大理喜洲镇某地区湖滨带处的疏浚泥浆，其基本物理性质指标见表1。
表1湖滨带泥浆基本物理性质
取26份硅藻土、15份木质素，6份生物炭、32份粉土、5份缓释肥，其中硅藻土的孔隙为485nm，木质素纤维长度450um,纤维含量≧85％，生物炭的碳(C)含量55.6％，氮含量4.3％， pH值为8.5，缓释肥的颗粒粒径在0.6-0.8cm之间，粉土粒径在0.075～0.005mm，粉粒含量91％，且粒间无粘结力，黏粒含量9％。将各组份充分混合得到一种湖滨带淤泥脱水固化剂。按照份数组成换算，各组份的质量百分比如表2所示。
表2淤泥固化剂各组分百分比
取一定质量的疏浚泥浆，按淤泥干基质量的4.69％掺入固化剂，搅拌5分钟，静置4分钟，然后将调理后的泥浆泵送至板框脱水设备中，进行脱水干化形成泥饼，脱水后淤泥含水率为56.32％，尾水PH8.6，尾水中SS含量为7，将脱水后的淤泥进行养护，养护温度在34℃，养护8d，脱水后的淤泥经上述改良后即可用作绿化种植土，各项指标见表3所示。
表3淤泥脱水改良后的指标变化
从表3中可以看出脱水后的淤泥经改良后各项指标均满足绿化种植土的要求。
实施例2
研究对象选用云南大理上关某地区湖滨带处的疏浚泥浆，其基本物理性质指标见表4。
表4湖滨带泥浆基本物理性质
取32份硅藻土、18份木质素，7份生物炭、41份粉土、4份缓释肥，其中硅藻土的孔隙为108-376nm，木质素纤维长度412um,纤维含量≧76.8％，生物炭的碳(C)含量48.7％，氮含量3.2％，pH值为8.3，缓释肥的颗粒粒径在0.56-0.79cm之间，粉土粒径在0.075～0.005mm，粉粒含量92.3％，且粒间无粘结力，黏粒含量7.7％。将各组份充分混合得到一种湖滨带淤泥脱水固化剂。按照份数组成换算，各组份的质量百分比如表5所示。
表5淤泥固化剂各组分百分比
取一定质量的疏浚泥浆，按淤泥干基质量的6.12％掺入固化剂，搅拌6分钟，静置5分钟，然后将调理后的泥浆泵送至板框脱水设备中，进行脱水干化形成泥饼，脱水后淤泥含水率为45.87％，尾水PH8.4，尾水中SS含量为8，将脱水后的淤泥进行养护，养护温度在39℃，养护12d，脱水后的淤泥经上述改良后即可用作绿化种植土，各项指标见表6所示。
表6淤泥脱水改良后的指标变化
从表3中可以看出脱水后的淤泥经改良后各项指标均满足绿化种植土的要求。
上述相关说明以及对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些内容做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述相关说明以及对实施例的描述，本领域的技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种淤泥脱水固化剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：25～35份硅藻土、10～20份木质素，5～10份生物炭、30～50份粉土、2～8份缓释肥。
2.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述硅藻土的孔隙直径为16nm-570nm。
3.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述木质素的纤维长度350-500um,纤维含量60-90％。
4.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述生物炭为玉米或者小麦秸秆类生物炭。
5.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述生物炭的碳含量为42.5-63.5％，氮含量为2.9-4.6％，pH值为8.2-8.7。
6.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述缓释肥为有机聚合物包膜肥料，呈颗粒状，颗粒粒径在0.5-1.0cm之间。
7.根据权利要求1所述的淤泥脱水固化剂，其特征在于：所述粉土粒径为0.075～0.005mm，其中粉粒含量在90％以上，且粒间无粘结力，黏粒含量小于10％。
8.权利要求1至7中任一所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将原材料按上述组分充分混合得到淤泥脱水固化剂；
步骤2：取一定质量的淤泥疏浚泥浆；
步骤3：在步骤2的淤泥疏浚泥浆中掺入步骤1所述淤泥脱水固化剂，搅拌使泥浆与固化剂充分混合，静置；
步骤4：将步骤3静置后的淤泥进行脱水干化；
步骤5：对脱水后的淤泥进行养护，将经上述养护后的淤泥用作绿化种植土。
9.根据权利要求8所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
步骤3中，所述淤泥脱水固化剂的掺入量为淤泥绝干质量的2～8％。
10.根据权利要求8所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
步骤3中，搅拌时间为5-7分钟，静置为4-6分钟。
11.根据权利要求8所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
步骤5中，养护温度为20～40℃，养护时间为7～10d。
12.根据权利要求8所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
步骤2中，所述淤泥疏浚泥浆是来自于湖滨带的淤泥疏浚泥浆。
13.根据权利要求12所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
所述湖滨带是指湖泊流域陆生生态系统与水生生态系统间的过渡带。
14.根据权利要求13所述的淤泥脱水固化剂的资源化利用方法，其特征在于：
所述湖滨带的核心范围是最高水位线和最低水位线之间的水位变幅区。
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