CN113526810A - 基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法 - Google Patents

基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境工程技术领域，公开了基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，属于环境工程技术领域，包括以下步骤：S1：投加固化剂，S2：搅拌混合，S3：离心处理，S4：去除清液，在离心处理的过程中脱水固化剂和疏浚底泥混合液中的清液会随着管道排出，从而形成脱水后的底泥，S5：脱水底泥风干，将脱水后的底泥从离心装置中取出后，进行自然风干，S6：定型脱模，将风干后的底泥放入到模具中，进行塑形，之后在进行脱模处理，放在常温下进行养护，最终完成固化，该方法可在低投加量的前提下，使疏浚底泥的固化效果达到较高的标准。

Description

基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，具体为基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法。
背景技术
城市河道受纳的水流包括城市地表径流、生活污水和工业废水，这些水流中所夹带的颗粒状物质和溶解性物质在一定的水力条件以及化学、生物作用下会发生沉降，转变为水体沉积物，目前，我国疏浚底泥处置方式主要有四种，堆场堆放，生产陶粒、多孔砖技术，生产水泥熟料技术，底泥填埋技术，然而为了将疏浚底泥更好的运用在生活中，一般会对疏浚底泥进行固化处理后运用到公路路基填土、建筑物地基工程用土、机场地基填充用土、河堤、防洪坝修筑、原理绿化用土等上，疏浚底泥含水率通常大于90％，流动性极强，运输、堆存困难，且污染物浸出浓度较高，存在严重的环境污染风险，因此脱水固化是底泥处理处置与资源化利用的必要前提，目前，固化驱水剂的种类繁多，如氯氧镁水泥、膨润土、石灰和飞灰等。
在使用氯氧镁水泥、膨润土、石灰和飞灰等固化剂对疏浚底泥进行固化时，其通常添加量巨大(>20wt.％)，固化增容明显，这不仅增加包括疏浚底泥在内的城市污泥无害化处理费用，同时也占据填埋库容，降低库容利用率，不利于城市污泥的资源化利用。
针对以上问题，对现有装置进行改进，提出了基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，采用本方法进行工作，从而解决了上述背景中在使用氯氧镁水泥、膨润土、石灰和飞灰等固化剂对疏浚底泥进行固化时，其通常添加量巨大(>20wt.％)，固化增容明显，这不仅增加包括疏浚底泥在内的城市污泥无害化处理费用，同时也占据填埋库容，降低库容利用率，不利于城市污泥的资源化利用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：投加固化剂，向水的含量为90％的疏浚底泥加入脱水固化剂；
S2：搅拌混合，脱水固化剂和疏浚底泥混合液通过搅拌装置进行充分搅拌；
S3：离心处理，将搅拌之后的脱水固化剂和疏浚底泥混合液从搅拌装置中卸下后，放入到离心装置中，进行连续的离心处理；
S4：去除清液，在离心处理的过程中脱水固化剂和疏浚底泥混合液中的清液会随着管道排出，从而形成脱水后的底泥；
S5：脱水底泥风干，将脱水后的底泥从离心装置中取出后，进行自然风干；
S6：定型脱模，将风干后的底泥放入到模具中，进行塑形，之后在进行脱模处理，放在常温下进行养护，最终完成固化。
进一步地，S1中，固化剂的配比方案如下：
(1)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:3；
(2)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:1.5。
进一步地，S1中，固化剂投料方案如下：
(1)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.1％；
(2)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.2％；
(3)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.5％；
(4)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的1.0％。
进一步地，S3中，离心处理包括以下操作步骤：
S301：将混合液放置在离心装置中后，将离心装置调整在5000r/min；
S302：混合液在进行离心处理时，清液则会从离装置上的管道排出，从而实现了固液分离；
S303：混合液在离心装置中进行连续离心处理10min后，将处理后的脱水底泥从离心装置中取出。
进一步地，S6中，定型脱模包括以下操作步骤：
S601：将自然风干3-5h的底泥，装入到模具中，在常温下放置24h；
S602：对底泥进行脱模处理后，再在常温下继续放置24h，即可完成固化。
进一步地，S2中在脱水固化剂和疏浚底泥混合液进行充分搅拌后，即可通过搅拌装置的出水管道以及过滤网将一部分水排出，进行初步脱水。
进一步地，S5中将底泥平铺在预设好的露天环境中，保证底泥可以进行充分的自然风干。
本发明提出的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，采用原料为CaO、 Al2O3、CaSO4且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:3形成的CAS1 固化剂或者原料为CaO、Al2O3、CaSO4且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:1.5形成的CAS2固化剂，在进行添加使用时，可在低投加量的前提下，使疏浚底泥的固化效果达到较高的标准，不仅减少了包括疏浚底泥在内的城市污泥无害化处理费用，同时也减少了填埋库容，提升了库容利用率，极大的提升了城市污泥的资源化利用。
附图说明
图1为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的整体工艺流程图；
图2为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的S3中离心处理流程图；
图3为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的S6中定型脱模流程图；
图4为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的固化剂配比方案表；
图5为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的固化剂投料方案表；
图6为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的常见脱水固化剂与新型脱水固化剂底泥固化效果对比分析表；
图7为本发明基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法的CAS型固化剂对底泥无侧限抗压强度表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1、图4和图5，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：投加固化剂，向水的含量为90％的疏浚底泥加入脱水固化剂；
S2：搅拌混合，脱水固化剂和疏浚底泥混合液通过搅拌装置进行充分搅拌；
S3：离心处理，将搅拌之后的脱水固化剂和疏浚底泥混合液从搅拌装置中卸下后，放入到离心装置中，进行连续的离心处理；
S4：去除清液，在离心处理的过程中脱水固化剂和疏浚底泥混合液中的清液会随着管道排出，从而形成脱水后的底泥；
S5：脱水底泥风干，将脱水后的底泥从离心装置中取出后，进行自然风干；
S6：定型脱模，将风干后的底泥放入到模具中，进行塑形，之后在进行脱模处理，放在常温下进行养护，最终完成固化。
S2中在脱水固化剂和疏浚底泥混合液进行充分搅拌后，即可通过搅拌装置的出水管道以及过滤网将一部分水排出，进行初步脱水。
S5中将底泥平铺在预设好的露天环境中，保证底泥可以进行充分的自然风干。
请参阅图1和图4，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，S1中，固化剂的配比方案如下：
(1)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:3；
(2)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:1.5。
请参阅图1和图5，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，S1中，固化剂投料方案如下：
(1)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.1％；
(2)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.2％；
(3)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.5％；
(4)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的1.0％。
请参阅图1和图2，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，S3中，离心处理包括以下操作步骤：
S301：将混合液放置在离心装置中后，将离心装置调整在5000r/min；
S302：混合液在进行离心处理时，清液则会从离装置上的管道排出，从而实现了固液分离；
S303：混合液在离心装置中进行连续离心处理10min后，将处理后的脱水底泥从离心装置中取出。
请参阅图1和图3，基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，S6中，定型脱模包括以下操作步骤：
S601：将自然风干3-5h的底泥，装入到模具中，在常温下放置24h；
S602：对底泥进行脱模处理后，再在常温下继续放置24h，即可完成固化。
针对与CAS1固化剂或者CAS2固化剂相对比，现有的固化剂在进行投加量相等的情况下，且抗压强度如图6所示。
由图6所示数据可以看出，低投加量条件下CAS型固化剂具有明显的固化强度优势，投加量0.2wt.％CAS2型固化剂固化底泥无侧限抗压强101.45kPa，相同投加量CAS1型固化底泥无侧限抗压强度达94.02kPa。其余四种常见底泥固化剂固化强度随投加量增多而增大，说明固化强度由固化剂水化反应产物所决定，不溶性水化晶体产物产生量愈大，固化强度愈高，但CAS型固化剂随投加量增大，固化强度反而降低，通过实验时对底泥样品性状的观察，上述现象出现的原因是CAS型固化剂中CaSO4组分有一定的吸湿性，当CaSO4 投加量较多致使底泥样品干化速率减慢，养护3d后底泥样品含水率高于常见固化剂作用后底泥，底泥颗粒孔隙间水分的滞留阻碍了底泥固体颗粒间的机械接触，导致底泥质软抗压强度下降，为进一步证实上述假设，进行CAS型固化剂投加量0.1wt.％情况下的实验，且如图7所示。
由图7所示数据可以看出，CAS1型固化剂与CAS2型固化剂投加量0.1％时底泥无侧限抗压强度分别可达140.09kPa和179.29kPa，满足路基回填土的强度要求，CAS2型固化剂投加量1％时的底泥无侧限抗压强度达42.58kPa，与 CAS1型固化剂投加量0.5％时的无侧限抗压强度38.72kPa相近，而CAS1型固化剂单位质量CaSO4含量为CAS2型固化剂的两倍，这说明CaSO4组分是影响固化底泥强度形成关键因素。当底泥初始含水率90％时，CaO等水化反应活性物质可以水充分接触并发生水化反应，水化反应产生的大量游离Ca2+可与底泥中SiO2及Al2O3组分反应生成水合硅酸钙(3CaO·SiO2·3H2O)和水合铝酸钙晶体(3CaO·Al2O3·6H2O)，但不溶性晶体化合物的产生不足以抵消孔隙水未彻底脱除对于底泥强度发展的负影响，适宜CaSO4投加量是钙矾石晶体形成的必要条件，然而CaSO4的吸湿性以及缓凝效应不利于底泥固化强度的发展与水化晶体的形成，确定CaSO4与CaO、Al2O3的最佳配比是强化CAS 型固化效果的关键，在低投加量条件下具有固化强度优势，底泥无侧限抗压强度最高可达179.29kPa，满足路基回填土性能要求，但CAS型中CaSO4组分投加量过高对于固化底泥强度形成具有不利影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明提出的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，采用原料为CaO、 Al2O3、CaSO4且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:3形成的CAS1 固化剂或者原料为CaO、Al2O3、CaSO4且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:1.5形成的CAS2固化剂，在进行添加使用时，可在低投加量的前提下，使疏浚底泥的固化效果达到较高的标准，不仅减少了包括疏浚底泥在内的城市污泥无害化处理费用，同时也减少了填埋库容，提升了库容利用率，极大的提升了城市污泥的资源化利用。
2.本发明提出的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，本方法通过投加固化剂、搅拌混合、离心处理、去除清液、脱水底泥风干以及定型脱模，使得CAS1固化剂或者CAS2固化剂可以与疏浚底泥进行充分的混合，并且在混合后可将清水离心脱离出疏浚底泥，最后通过风干进一步使得疏浚底泥中的含水量减少，不仅使疏浚底泥的脱水效果好，同时也可以快捷方便的将脱水后的疏浚底泥生产出来，且过程中污染小，资源利用率高，同时也可以满足疏浚底泥的固化标准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：投加固化剂，向水的含量为90％的疏浚底泥加入脱水固化剂；
S2：搅拌混合，脱水固化剂和疏浚底泥混合液通过搅拌装置进行充分搅拌；
S3：离心处理，将搅拌之后的脱水固化剂和疏浚底泥混合液从搅拌装置中卸下后，放入到离心装置中，进行连续的离心处理；
S4：去除清液，在离心处理的过程中脱水固化剂和疏浚底泥混合液中的清液会随着管道排出，从而形成脱水后的底泥；
S5：脱水底泥风干，将脱水后的底泥从离心装置中取出后，进行自然风干；
S6：定型脱模，将风干后的底泥放入到模具中，进行塑形，之后在进行脱模处理，放在常温下进行养护，最终完成固化。
2.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S1中，固化剂的配比方案如下：
(1)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:3；
(2)固化剂原料为CaO、Al2O3、CaSO4，且CaO、Al2O3、CaSO4三者的摩尔数之比为3:1:1.5。
3.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S1中，固化剂投料方案如下：
(1)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.1％；
(2)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.2％；
(3)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的0.5％；
(4)针对含水率90％疏浚底泥CAS1固化剂或CAS2固化剂的投加量为底泥湿基质量的1.0％。
4.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S3中，离心处理包括以下操作步骤：
S301：将混合液放置在离心装置中后，将离心装置调整在5000r/min；
S302：混合液在进行离心处理时，清液则会从离装置上的管道排出，从而实现了固液分离；
S303：混合液在离心装置中进行连续离心处理10min后，将处理后的脱水底泥从离心装置中取出。
5.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S6中，定型脱模包括以下操作步骤：
S601：将自然风干3-5h的底泥，装入到模具中，在常温下放置24h；
S602：对底泥进行脱模处理后，再在常温下继续放置24h，即可完成固化。
6.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S2中在脱水固化剂和疏浚底泥混合液进行充分搅拌后，即可通过搅拌装置的出水管道以及过滤网将一部分水排出，进行初步脱水。
7.如权利要求1所述的基于混合固化剂的疏浚底泥固化方法，其特征在于：S5中将底泥平铺在预设好的露天环境中，保证底泥可以进行充分的自然风干。
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