CN113735412A - 一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂及其使用方法，该脱水固化处理剂包括絮凝组分、脱水组分和固结组分，由无机材料和有机高分子材料组成，并通过各组分的配比进行了大量的优选设计，使各组分协同作用，从而可以使废弃泥浆快速、高效地脱水固化，显著提高了废弃泥浆的脱水固化处理效果。本发明结合有机高分子材料和无机材料，达到快速高效处理目的的同时节约了成本，并可根据后续处理需要自主控制脱水效果。
Description
技术领域
本发明涉及工程废弃泥浆及淤泥的脱水固化处理技术领域，尤其是一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂及其使用方法。
背景技术
近年来，随着基础工程领域的范围越来越广，建设越来越多，废弃泥浆的产生量也越来越大。目前废弃泥浆的固化处理主要包括，稀释法、沉淀法、干燥固化法、机械清除法和化学固化处理法等，不同方法适用于不同类型泥浆的处理，各有优缺点。比如含重金属离子较多的废弃泥浆更适用于化学固化法，但成本较高，具有持续污染的可能性。其中，泥浆的脱水处理，降低废弃泥浆的含水率是诸多固化处理的前提，也是许多施工现场最基本的处理需求。
目前，主要的脱水方法有自然干化、絮凝脱水、机械脱水和滤袋脱水等技术。机械脱水主要依托于压滤机、离心机等大型机械设备，虽然大部分脱水效果好，但设备成本相对较高，占地面积大，处理效率达不到大型工程现场的要求。滤袋脱水技术在国内应用较少，其实质是结合了絮凝剂的机械脱水技术，效果较好，但也有工作量大，效率低的缺点。絮凝脱水主要通过絮凝剂改变泥浆胶体的稳定状态，使土颗粒产生凝结和聚沉而达到脱水的目的。絮凝剂主要包括有机絮凝剂和无机絮凝剂。有机高分子絮凝剂效果较好，但价格昂贵；无机絮凝剂成本低，但处理效果不理想。
发明内容
本发明提供一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂及其使用方法，用于克服现有技术中对废弃泥浆的处理效率低，处理效果差，成本高等缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，包括絮凝组分、脱水组分和固结组分；
所述絮凝组分包括：0.03~0.1%的聚丙烯酰胺和0.5~0.8%的聚合氯化铝；
所述脱水组分包括：5~10%的生石灰粉和1~2%的无水氯化钙；
所述固结组分包括：5%的聚丙烯酰胺溶液、2.5~5%的环氧树脂粉末和5~10%的水玻璃；
以上各组分的百分比含义为：对于固体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位g/ml；对于液体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位ml/ml。
为实现上述目的，本发明还提出一种上述所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂的使用方法，包括以下步骤：
S1：将絮凝组分加入到废弃泥浆中进行絮凝脱色处理，待上清液清澈后，抽除上清液；
S2：将脱水组分加入到经过S1的废弃泥浆中，充分搅拌；
S3：将固结组分加入到经过S2的废弃泥浆中，充分搅拌。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明提供的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂由无机材料和有机高分子材料组成，并通过各组分的配比进行了大量的优选设计，使各组分协同作用，从而可以使废弃泥浆快速、高效地脱水固化，显著提高了废弃泥浆的脱水固化处理效果。本发明结合有机高分子材料和无机材料，达到快速高效处理目的的同时节约了成本，并可根据后续处理需要自主控制脱水效果。
2、本发明提供的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂各组分材料制备简单，易于实现，且不同组分分工明确（絮凝组分主要针对高含水率废弃泥浆进行絮凝脱色处理，可将废弃泥浆含水率降至100%~120%，同时对固体颗粒起到胶结作用；脱水组分可快速吸收反应泥浆中的水分，显著减小泥浆含水率和流动性，与固结组分反应生成硅酸钙沉淀，起到胶结固体颗粒的作用；固结组分主要以PAM溶液溶解环氧树脂粉末，辅助水玻璃，可以提高泥浆颗粒间的胶结性和力学性能，显著降低泥浆流动性），可针对不同类型的泥浆有选择的进行灵活处理。如含水率低于120%的废弃泥浆，絮凝组分A按照最小的含量进行添加即可进行脱水处理，易于调节。
3、本发明提供的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂主要应用于工程泥浆，也可应用于淤泥处理，建筑泥浆等领域，应用范围广泛。
具体实施方式
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。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。
另外，本发明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。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
本发明提出一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，包括絮凝组分、脱水组分和固结组分。
所述絮凝组分包括：0.03~0.1%的聚丙烯酰胺（PAM）和0.5~0.8%的聚合氯化铝（PAC）。通过PAM和PAC的共同作用，改变颗粒间连接力，使泥浆颗粒聚沉，达到絮凝的效果，为进一步脱水固化处理提供基础以及节约成本。
所述脱水组分包括：5~10%的生石灰粉和1~2%的无水氯化钙。主要利用生石灰的化学性质来达到吸水的目的，同时加入氯化钙，可为固结处理提供充分的钙离子，使其与水玻璃充分反应，降低废弃泥浆流动性和含水率。
所述固结组分包括：5%的聚丙烯酰胺溶液、2.5~5%的环氧树脂粉末和5~10%的水玻璃。环氧树脂粉末为无机物，不溶于水，通过PAM水溶液可将其溶解，便于其在土颗粒中充分分散，并起到胶结的作用。水玻璃主要与钙离子生成硅酸钙沉淀，增强土颗粒间胶结力，降低废弃泥浆流动性。
以上各组分的百分比含义为：对于固体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位g/ml；对于液体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位ml/ml。
优选地，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，是一种有机高分子材料，分子量为1200万。
优选地，所述聚合氯化铝为26%含量的聚合氯化铝，化学式为[Al2(OH)nCl6-n]m，是一种无机高分子材料。
优选地，所述生石灰粉含钙量为95%；所述无水氯化钙为分析纯，含量大于96%。
优选地，所述聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺浓度为0.1%。聚丙烯酰胺为分子量为1200万的阴离子型聚丙烯酰胺。经试验，从效率和成本方面考虑，此聚丙烯酰胺浓度是保证环氧树脂粉末快速完全溶解的最优浓度。
优选地，所述环氧树脂粉末是一种高分子聚合物，分子式为(C11H12O3)n，分子量2000，环氧值为0.09～0.14。
优选地，所述水玻璃为硅酸钠的水溶液，一种无机物，化学式为Na2O·nSiO2，其中SiO2含量为30%，模数为2.25。
优选地，所述脱水固化处理剂包括絮凝组分、脱水组分和固结组分；
所述絮凝组分包括：0.03%的聚丙烯酰胺和0.5%的聚合氯化铝；
所述脱水组分包括：5%的生石灰粉和1%的无水氯化钙；
所述固结组分包括：5%的聚丙烯酰胺溶液、5%的环氧树脂粉末和7%的水玻璃。
优选地，所述脱水固化处理剂的制备方法包括以下步骤：
S1：按照0.03~0.1%和0.5~0.8%的百分比分别称取聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，配制成混合水溶液，得到絮凝组分；
该混合水溶液以聚丙烯酰胺的浓度为标准，聚丙烯酰胺的浓度为1‰。例如：处理100ml泥浆，需要0.1g聚丙烯酰胺和0.8g聚合氯化铝，则将0.1g聚丙烯酰胺加入到100ml水中，溶解后，再加入0.8g聚合氯化铝。
S2：按照5~10%和1~2%的百分比分别称取生石灰粉和无水氯化钙，混合均匀，得到脱水组分；
S3：按照5%、2.5~5%和5~10%的百分比分别称取聚丙烯酰胺溶液、环氧树脂粉末和水玻璃，将环氧树脂粉末加入到聚丙烯酰胺溶液中，充分搅拌至其完全溶解，再加入水玻璃，得到固结组分。
本发明还提出一种上述所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂的使用方法，包括以下步骤：
S1：将絮凝组分加入到废弃泥浆中进行絮凝脱色处理，待上清液清澈后，抽除上清液；
S2：将脱水组分加入到经过S1的废弃泥浆中，充分搅拌；
S3：将固结组分加入到经过S2的废弃泥浆中，充分搅拌。
该使用方法中，需先加入絮凝组分对废弃泥浆进行絮凝脱色处理，然后分别加入脱水组分和固结组分进行脱水固化处理和固化处理。
实施例中，废弃泥浆脱水处理后的评价参数为含水率、塌落度和贯入度，以此三种指标表征泥浆脱水处理后的含水率和流动性能变化。其中，
含水率：废弃泥浆处理30min后，将其置于105℃的条件下烘干12h；
塌落度：将处理后的废浆置于圆台形模具中（高：60mm；上底直径36mm；下底直径60mm），震荡25下之后，测得高度差即为塌落度；
贯入度：采用数显式液塑限联合测定仪进行实验。将废浆填充于圆柱形模具中（高：40mm；底面直径50mm），调整圆锥仪与样品距离为0时，释放圆锥仪进行自由落体，测得贯入处理后废浆的深度即为贯入度。其中，圆锥仪总重：76g；圆锥角度：30°；测读入土深度范围：0~22.8mm；测量时间：5s。
实施例1
1、废弃泥浆性能
该泥浆为取自某桩基工程的废弃泥浆，其基本性能参数如下：
2、处理剂配方
取待处理废弃泥浆100ml。根据废弃泥浆性能参数，确定其脱水处理配方为：絮凝组分A：含有0.08% PAM和0.7% PAC的混合溶液100ml；脱水组分B：生石灰8g，氯化钙2g；固结组分C：环氧树脂5g，水玻璃10ml，以及浓度为0.1%的PAM溶液5ml。
3、处理方法及处理效果
将脱水组分B加入到泥浆中，充分搅拌后，1~2min泥浆流动度变化明显；立即加入固结组分C，均匀搅拌后，泥浆脱水固结，将处理后的泥浆放置30min，使其充分反应后，测得含水率为65%，降低幅度为40%；泥浆脱水后固结体塌落度为5mm；贯入度>22.8mm。
实施例2
1、废弃泥浆性能
该泥浆为取自某桩基工程的废弃泥浆，其基本性能参数如下：
2、处理剂配方
取待处理废弃泥浆100ml。根据废弃泥浆性能参数，确定其脱水处理配方为：絮凝组分A：含有0.05%PAM和0.6%PAC的混合溶液100ml；脱水组分B：生石灰10g，氯化钙2g；固结组分C：环氧树脂5g，水玻璃10ml，以及浓度为0.1%的PAM溶液5ml。
3、处理方法及处理效果
将脱水组分B加入到泥浆中，充分搅拌后，1~2min泥浆流动度变化明显；立即加入固结组分C，均匀搅拌后，泥浆脱水固结。将处理后的泥浆放置30min，使其充分反应后，测得含水率为60%，降低幅度为38%；泥浆固结体塌落度<2mm；贯入度为8.8mm。
实施例3
1、废弃泥浆性能
该泥浆为取自某盾构工程的废弃泥浆，其基本性能参数如下：
2、处理剂配方
取待处理废弃泥浆100ml。根据废弃泥浆性能参数，确定其脱水处理配方为：絮凝组分A：含有0.03%PAM和0.5%PAC的混合溶液100ml；脱水组分B：生石灰5g，氯化钙1.5g；固结组分C：环氧树脂3g，水玻璃8ml，以及浓度为0.1%的PAM溶液5ml。
3、处理方法及处理效果
将脱水组分B加入到泥浆中，充分搅拌后，1~2min泥浆流动度变化明显；立即加入固结组分C，均匀搅拌后，泥浆脱水固结。将处理后的泥浆放置30min，使其充分反应后，测得含水率为33%，降低了67%；泥浆固结体塌落度<2mm；贯入度为8.6mm。
实施例4
1、废弃泥浆性能
该泥浆为取自某地下连续墙工程的废弃泥浆，其基本性能参数如下：
2、处理剂配方
取待处理废弃泥浆100ml。根据废弃泥浆性能参数可知，含水率较大，确定其脱水处理配方为：絮凝组分A：含有0.1%PAM和0.8%PAC的混合溶液100ml；脱水组分B：生石灰10g，氯化钙1g；固结组分C：环氧树脂3g，水玻璃7ml，以及浓度为0.1%的PAM溶液5ml。
3、处理方法及处理效果
首先将絮凝组分A100ml，加入到废弃泥浆中，约10min之后，泥浆絮凝沉淀，将上清液抽除，得到含水率为108%的泥浆；再将脱水组分加入到泥浆中，充分搅拌后，1~2min泥浆流动度变化明显；最后加入固结组分C，均匀搅拌后，泥浆脱水固结。将处理后的泥浆放置30min，使其充分反应后，依次测得含水率为70%，快速降低了62%；泥浆固结体塌落度6mm；贯入度为21.9mm。
实施例5
1、废弃泥浆性能
该泥浆为取自某盾构工程的废弃泥浆，其基本性能参数如下：
2、处理剂配方
取待处理废弃泥浆100ml。根据废弃泥浆性能参数，确定其脱水处理配方为：絮凝组分A：含有0.04%PAM和0.5%PAC的混合溶液100ml；脱水组分B：生石灰5g，氯化钙2g；固结组分C：环氧树脂3g，水玻璃7ml，以及浓度为0.1%的PAM溶液5ml。
3、处理方法及处理效果
将脱水组分B加入到泥浆中，充分搅拌后，1~2min泥浆流动度变化明显；立即加入固结组分C，均匀搅拌后，泥浆脱水固结。将处理后的泥浆放置30min，使其充分反应后，测得含水率为36%，降低幅度为40%；泥浆固结体塌落度<2mm；贯入度为10.1mm。
以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，包括絮凝组分、脱水组分和固结组分；
所述絮凝组分包括：0.03~0.1%的聚丙烯酰胺和0.5~0.8%的聚合氯化铝；
所述脱水组分包括：5~10%的生石灰粉和1~2%的无水氯化钙；
所述固结组分包括：5%的聚丙烯酰胺溶液、2.5~5%的环氧树脂粉末和5~10%的水玻璃；
以上各组分的百分比含义为：对于固体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位g/ml；对于液体组分，按照废弃泥浆体积百分比添加，单位ml/ml。
2.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1200万。
3.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述聚合氯化铝为26%含量的聚合氯化铝，化学式为[Al2(OH)nCl6-n]m。
4.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述生石灰粉含钙量为95%；所述无水氯化钙为分析纯，含量大于96%。
5.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺浓度为0.1%。
6.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述环氧树脂粉末的分子式为(C11H12O3)n，分子量2000，环氧值为0.09～0.14。
7.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述水玻璃为硅酸钠的水溶液，化学式为Na2O·nSiO2，其中SiO2含量为30%，模数为2.25。
8.如权利要求1所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述脱水固化处理剂包括絮凝组分、脱水组分和固结组分；
所述絮凝组分包括：0.03%的聚丙烯酰胺和0.5%的聚合氯化铝；
所述脱水组分包括：5%的生石灰粉和1%的无水氯化钙；
所述固结组分包括：5%的聚丙烯酰胺溶液、5%的环氧树脂粉末和7%的水玻璃。
9.如权利要求1~8任一项所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂，其特征在于，所述脱水固化处理剂的制备方法包括以下步骤：
S1：按照0.03~0.1%和0.5~0.8%的百分比分别称取聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，配制成混合水溶液，得到絮凝组分；
S2：按照5~10%和1~2%的百分比分别称取生石灰粉和无水氯化钙，混合均匀，得到脱水组分；
S3：按照5%、2.5~5%和5~10%的百分比分别称取聚丙烯酰胺溶液、环氧树脂粉末和水玻璃，将环氧树脂粉末加入到聚丙烯酰胺溶液中，充分搅拌至其完全溶解，再加入水玻璃，得到固结组分。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的基础工程废弃泥浆高效脱水固化处理剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将絮凝组分加入到废弃泥浆中进行絮凝脱色处理，待上清液清澈后，抽除上清液；
S2：将脱水组分加入到经过S1的废弃泥浆中，充分搅拌；
S3：将固结组分加入到经过S2的废弃泥浆中，充分搅拌。
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