CN115124205A - 建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂及使用方法，将废弃泥浆梯级分离为1～5mm粗砂、0.1～1mm细沙和0.1mm以下细粒泥浆；细粒泥浆的钠离子与铁离子、镧离子进行交换，之后改性处理得到粉状覆盖剂；将粒径1～5mm的粗砂造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.5～1.5的粉状覆盖剂、生石灰和粉煤灰，形成粗粒底泥覆盖剂；将粒径0.1～1mm的细沙造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.3～0.8的粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，形成细粒底泥覆盖剂。本发明实现建筑废弃泥浆的资源化利用，同时解决河湖水体富营养化等水环境污染问题。

Description

建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂及使用方法

技术领域

本发明涉及废弃泥浆资源化利用与水环境修复领域。更具体地说，本发明涉及一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂。

背景技术

地基钻孔、地连墙开挖、盾构掘进等建筑施工过程中均会产生大量的废弃泥浆，已成为建筑业产量最大的建筑垃圾之一，亟需研发多种建筑泥浆资源化利用技术。目前，建筑施工采用的泥浆类型大多为膨润土泥浆，其主要配制材料为膨润土、碳酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和水。新配置泥浆在钻孔过程中参与地层中泥土与基岩的切削、研磨，混入土壤和岩石碎屑，形成复杂的混合体系。总体来看废弃泥浆具有以下特性：(1)外加剂碳酸钠、氢氧化钠的加入导致泥浆呈现强碱性；(2)粘土矿物等细颗粒占比大，也含有一定比例的粗颗粒砂砾；(3)含水率高，达到70％以上，整体呈现悬浊液状态，流动性强，自然脱水困难。目前建筑废弃泥浆的主要资源化利用途径为作为建筑材料、路基填料等，属于常规低品质利用方式。且其利用过程中不可避免存在泥浆的脱水固化过程，存在较高的处置成本。利用废弃泥浆中丰富的黏土矿物颗粒成分和均匀分散浆体特性，开发出新型的环境修复材料，实现泥浆浆料的高品质利用具有广阔的市场前景。

水体富营养化是我国河湖突出的水环境问题，主要原因在于河湖污染底泥向水体释放的氮、磷及污染物，造成内源污染。削减底泥氮、磷释放主要措施有疏浚技术和覆盖技术。覆盖技术具有对底泥干扰小、工程造价低、可有效控制底泥氮磷向上层水迁移等优点，从而倍受国内外学者的关注。覆盖技术的核心为覆盖材料，常规材料有砂砾、土壤等，近年来也逐步研发了锁磷剂、改性氧化钙、改性沸石等新型材料。传统砂砾、沸石等颗粒材料比表面积小，吸附容量有限，往往作用效果持续时间短。新开发的锁磷剂、改性氧化钙等材料颗粒细小，吸附容量大，但是存在沉降困难，易受水力扰动浮动，造成水体浊度升高。使用覆盖剂修复底泥污染施工过程中依靠人工抛洒，常造成覆盖剂在湖中分布不均。

发明内容

本发明的目的是提供一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂及使用方法，实现建筑废弃泥浆的资源化利用，同时解决河湖水体富营养化等水环境污染问题。

本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，包括粉状覆盖剂、细粒底泥覆盖剂和粗粒底泥覆盖剂；

将废弃泥浆梯级分离为1～5mm粗砂、0.1～1mm细沙和0.1mm以下细粒泥浆；

细粒泥浆的钠离子与铁离子、镧离子进行交换，之后改性处理得到粉状覆盖剂；

将粒径1～5mm的粗砂造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.5～1.5的粉状覆盖剂、生石灰和粉煤灰，形成以粗砂颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的粗粒底泥覆盖剂；

将粒径0.1～1mm的细沙造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.3～0.8的粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，形成细粒底泥覆盖剂。

优选的是，废弃泥浆梯级分离的具体方法为：

利用孔径为5mm的滚筒筛对废弃泥浆进行粗筛，去除5mm以上碎石，过筛泥浆经过一级旋流器，一级旋流器的粒径分离范围为1～5mm，粒径1mm以下细粒颗粒从旋流器上部溢出口流出，1～5mm粒径泥浆颗粒和部分细粒泥浆则从旋流器下部排出，落入一级振动筛，一级振动筛筛网孔径为1mm，进一步筛分分离出1～5mm的粗砂，透过筛网的细粒泥浆与旋流器上部溢出口的细粒泥浆汇合，进入二级旋流器和二级振动筛，二级旋流器粒径分离范围为0.1～1mm，二级振动筛的筛网孔径是0.1mm，0.1～1mm的细沙被分离出来，剩余粒径小于0.1mm的均一细粒泥浆则汇入泥浆改性池暂存。

优选的是，所述粉状覆盖剂的制备方法为：

泥浆改性池内的泥浆充满后，加入水调整泥浆含水率为80～85％，随后搅拌器打开，超声波振头开始工作，依次加入FeCl₃溶液和LaCl₃溶液，搅拌反应10～15min，所述FeCl₃溶液浓度为0.5～0.8mol/L，铁离子总质量为泥浆湿重的5～8％；所加的LaCl₃溶液浓度为0.2～0.5mol/L，镧离子质量为泥浆湿重的0.1～0.3％；

以上反应结束后，加入泥浆湿重0.5～1％的PAC溶液，搅拌反应3min；然后关闭超声波振头，加入泥浆湿重0.01～0.05％的PAM溶液，搅拌1min；随后加入泥浆湿重0.1～0.2％的蘑菇渣粉，搅拌反应2min；所述的蘑菇渣粉为香菇种植废弃物菌渣烘干后研磨至100～200目得到；

以上步骤完成后，关闭搅拌器，静置4～5min，待细粒泥浆稳定；之后将细粒泥浆从泥浆改性池抽出，通过压滤处理脱水初步干化，再晾晒或烘干，利用研磨机研磨得到粒度100目以下的粉状覆盖剂。

优选的是，泥浆改性池底部分布有超声波振头；泥浆改性池底中心配备有搅拌器；泥浆改性池底顶部设有6个加药口。

优选的是，所述粗粒底泥覆盖剂的制备方法为：将粗砂放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比8～12:0.5～1.5:0.5～1.5依次洒入粉状覆盖剂、生石灰和粉煤灰，过程中不断喷水，形成以粗砂颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的粗粒底泥覆盖剂；

造粒完成后，粗粒底泥覆盖剂放入湿度80～90％的室内条件进行7天养护，养护完成即得到粗粒底泥覆盖剂。

优选的是，所述细粒底泥覆盖剂的制备方法为：将细沙放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比8～12:0.5～1.5:0.3～0.8依次洒入粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，过程中不断喷水，持续造粒3～5min，细沙与粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺混合形成粒度2～5mm的颗粒，然后自然晾干后即得到细粒底泥覆盖剂。

本发明还提供了一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、利用水上围隔确定待修复水域范围，确保水流处于静止状态；

步骤二、将粉状覆盖剂覆盖整个待修复水域，净化水质；

步骤三、在粉状覆盖剂投撒完成后，静置，待大部分粉状覆盖剂沉降，随后开始细粒底泥覆盖剂的投撒；

步骤四、在细粒底泥覆盖剂投撒完成后3～5h，即可进行粗粒底泥覆盖剂的投撒。

优选的是，底泥覆盖剂采用撒播器完成投撒，所述撒播器包括抽水泵、搅拌罐、振动布料口，所述抽水泵与搅拌罐连接，所述搅拌罐与振动布料口连接。

优选的是，所述步骤二～四的撒播方法为：

将撒播器安装于施工船船尾，抽入湖水，然后将粉状覆盖剂/细粒底泥覆盖剂/粗粒底泥覆盖剂装入撒播器搅拌罐内搅拌均匀，然后施工船在修复水域缓慢行驶，粉状覆盖剂随湖水从撒播器布料口均匀排出，完成整个水域的覆盖。

本发明至少包括以下有益效果：开发了一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂的方法，具有以下突出优势：

(1)在建筑废弃泥浆资源化利用方面，较传统的泥浆作为建材、路基材料和农业土壤的方式，本方法提出了一种新的建筑泥浆利用途径，实现废物利用。

(2)在底泥覆盖剂制备工艺方面，提出了废弃泥浆分级筛分再加工利用的方式，制备得到3种不同性质和粒径的底泥覆盖剂，充分有效利用了泥浆废弃物资源。

(3)在覆盖剂材料特性方面，粉状覆盖剂利用了自身比表面积大，吸附能力强的特性，而颗粒覆盖剂则利用了比重大，沉降稳定的特性，不同性质覆盖剂协同作用提高了底泥污染去除的有效性和稳定性。

(4)在覆盖剂作用效果方面，覆盖剂对水中氮、磷吸附去除效果均达到了90％以上，优于传统沸石、砂砾效果；颗粒材料作为最上层能够避免水体浑浊，能够承受一定程度水力冲刷，这一点相对于粉状锁磷剂材料也有优势。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是不同材料覆盖剂对污染水体总氮的去除效果图；

图2是不同材料覆盖剂对污染水体总磷的去除效果图；

图3是底泥修复覆盖剂使用后覆盖层示意图；

图4是不同覆盖剂在不同水力扰动条件下上覆水浊度；

图5是泥浆处理改性流程设备简图；

图6是撒播器简图。

附图标记说明：1-滚筒筛，2-一级旋流器，3-一级振动筛，4-碎石，5-粗砂，6-二级旋流器，7-二级振动筛，8-细沙，9-泥浆改性池，10-搅拌器，11-超声波振头，12-加药口，13-抽水泵，14-施工船，15-撒播器搅拌罐，16-撒播器布料口，17-粗粒底泥覆盖剂，18-细粒底泥覆盖剂，19-粉状覆盖剂，20-污染底泥。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，包括粉状覆盖剂19、细粒底泥覆盖剂18和粗粒底泥覆盖剂17；

将废弃泥浆梯级分离为5mm以上碎石4、1-5mm粗砂5、0.1-1mm细沙8和0.1mm以下细粒泥浆，去除5mm以上碎石4；

细粒泥浆的钠离子与铁离子、镧离子进行交换，之后改性处理得到粉状覆盖剂19；

将粒径1-5mm的粗砂5造粒，表面撒入质量比10:1:0.5的粉状覆盖剂19、生石灰和粉煤灰，形成以粗砂5颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的粗粒底泥覆盖剂17；

将粒径0.1-1mm的细沙8造粒，表面撒入质量比20:1:1的粉状覆盖剂19、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和聚丙烯酰胺(PAM)粉末，形成细粒底泥覆盖剂18。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：建筑废弃泥浆成分复杂，含有碎石4、粗砂5、细沙8和粘粒，为实现不同组分的充分利用，需进行梯级筛分，得到不同粒度范围的均一材料。为达到以上目的，该过程使用到设备包括滚筒筛1、一级旋流器2、一级振动筛3、二级旋流器6、二级振动筛7。废弃泥浆梯级分离的具体方法为：

如图5-6所示，利用孔径为5mm的滚筒筛1对废弃泥浆进行粗筛，去除5mm以上碎石4，过筛泥浆经过一级旋流器2，一级旋流器2的粒径分离范围为1～5mm，粒径1mm以下细粒颗粒从旋流器上部溢出口流出，1～5mm粒径泥浆颗粒和部分细粒泥浆则从旋流器下部排出，落入一级振动筛3，一级振动筛3筛网孔径为1mm，进一步筛分分离出1～5mm的粗砂5，透过筛网的细粒泥浆与旋流器上部溢出口的细粒泥浆汇合，进入二级旋流器6和二级振动筛7，二级旋流器6粒径分离范围为0.1～1mm，二级振动筛7的筛网孔径是0.1mm，与一级分离工艺类似，0.1～1mm的细沙8被分离出来，剩余粒径小于0.1mm的均一细粒泥浆则汇入泥浆改性池9暂存。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：细粒泥浆主要成分为膨润土、高岭石、绿泥石为主的片状细粒矿物，虽然以上细粒矿物颗粒材料比表面积较大，但是由于在泥浆配制过程中受泥浆添加剂碳酸钠、氢氧化钠材料的影响，矿物颗粒表面主要负载Na⁺，对氮磷污染物吸附能力较差，通过加入铁离子、镧离子与钠离子进行交换，提升吸附能力。整个改性过程采用超声处理泥浆，提升反应速率和改性剂分散性。同时为提高铁离子和镧离子在矿物表明沉积的稳定性，利于细粒泥浆的脱水干燥，采用聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)和蘑菇渣粉改性处理。所述粉状覆盖剂19的制备方法为：

泥浆改性池9内的泥浆充满后，加入水调整泥浆含水率为80～85％，随后搅拌器10打开，超声波振头11开始工作，依次加入FeCl₃溶液和LaCl₃溶液，搅拌反应10～15min，所述FeCl₃溶液浓度为0.5～0.8mol/L，铁离子总质量为泥浆湿重的5～8％；所加的LaCl₃溶液浓度为0.2～0.5mol/L，镧离子质量为泥浆湿重的0.1～0.3％；

以上反应结束后，加入泥浆湿重0.5～1％的PAC溶液，搅拌反应3min；然后关闭超声波振头11，加入泥浆湿重0.01～0.05％的PAM溶液，搅拌1min；随后加入泥浆湿重0.1～0.2％的蘑菇渣粉，搅拌反应2min；所述的蘑菇渣粉为香菇种植废弃物菌渣烘干后研磨至100～200目得到，富含植物纤维，可作为吸附剂载体，同时作为泥浆脱水骨架；

以上步骤完成后，关闭搅拌器10，静置4～5min，待细粒泥浆稳定；之后将细粒泥浆从泥浆改性池9抽出，通过压滤处理脱水初步干化，再晾晒或烘干，利用研磨机研磨得到粒度100目以下的粉状覆盖剂19。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：泥浆改性池9底部分布有超声波振头11，实现整个反应池的超声处理；泥浆改性池9底中心配备有搅拌器10，可搅拌均匀池内泥浆；泥浆改性池9底顶部设有6个加药口12，可分别添加水、FeCl₃溶液、LaCl₃溶液、PAC溶液、PAM溶液和蘑菇渣粉。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述粗粒底泥覆盖剂17的制备方法为：将粗砂5放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比10:1:0.5依次洒入粉状覆盖剂19、生石灰和粉煤灰，过程中不断喷水，由于粗砂5粒径较大，在造粒机内滚动过程中不断裹上粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰，形成以粗砂5颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的核壳状颗粒覆盖剂—粗粒底泥覆盖剂17；粗砂5充当核心主要利用其密度大的特性，保证粗粒底泥覆盖剂17可稳定覆盖在底泥上，耐受一定水力冲击；粉状覆盖剂19作为表层的吸附剂，提高污染物吸附去除效果。一批造粒过程持续5～10min，得到粒径5～10mm的颗粒，壳体厚度为2～3mm左右。

造粒完成后，粗粒底泥覆盖剂17放入湿度80～90％的室内条件进行7天养护，生石灰和粉煤灰固结进一步提高粗粒底泥覆盖剂17物理强度，避免粉状覆盖剂19脱落，养护完成即得到粗粒底泥覆盖剂17。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述细粒底泥覆盖剂18的制备方法为：将细沙8放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比20:1:1依次洒入粉状覆盖剂19、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，过程中不断喷水，持续造粒3～5min，细沙8与粉状覆盖剂19、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺混合形成粒度2～5mm的颗粒，然后自然晾干后即得到细粒底泥覆盖剂18。

本发明还提供了一种所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用水上围隔确定待修复水域范围，确保水流处于静止状态；

步骤二、将粉状覆盖剂19覆盖整个待修复水域，净化水质；

步骤三、在粉状覆盖剂19投撒完成后，静置24h，待大部分粉状覆盖剂19沉降，随后开始细粒底泥覆盖剂18的投撒；细粒底泥覆盖剂18在湖水中会发生吸水溶解，其中包裹的CMC-Na充当交联剂，PAM充当絮凝剂，二者协同作用能够吸附聚集湖水中未沉降的粉状覆盖剂19，形成聚团；同时细沙8利用其密度较大的特性提供聚团下沉的动力，保证修复水域内粉状覆盖剂19全部快速下沉，提高水体透明度。

步骤四、在细粒底泥覆盖剂18投撒完成后3～5h，即可进行粗粒底泥覆盖剂17的投撒。粗粒底泥覆盖剂17粒径大，比重大，能够快速沉入湖底。以上3个步骤施工完成后，湖底底泥会形成3层覆盖层，从下至上分别为粉状覆盖剂19覆盖层、细粒底泥覆盖剂18覆盖层和粗粒底泥覆盖剂17覆盖层，粉状覆盖剂19覆盖层主要发挥其吸附容量大的特性，有效隔绝底泥向水体释放氮磷污染物；细粒底泥覆盖剂18覆盖层主要发挥其聚沉、交联特性，避免粉状底泥覆盖剂上浮；粗粒底泥覆盖剂17覆盖层充当保护层，避免底泥扰动，破坏覆盖剂的作用效果。3层覆盖层有效去除水体氮磷污染物，提高修复稳定性和有效性，优于传统单一覆盖剂的使用效果。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：底泥覆盖剂采用撒播器完成投撒，所述撒播器包括抽水泵13、搅拌罐、振动布料口，所述抽水泵13与搅拌罐连接，所述搅拌罐与振动布料口连接。

覆盖剂撒播器使用时先打开抽水泵13通过管道抽取湖水至搅拌罐内，湖水充满后向搅拌罐内倒入制备的底泥覆盖剂材料，搅拌3～5min后，打开搅拌罐排水阀，开启振动布料口。振动布料口有一个长1m、宽2～4m的溜槽，在上方振动器作用下溜槽内覆盖剂和水的混合物被均匀分散，从布料口排出落入湖水中，完成底泥覆盖剂的均匀投撒。需要说明的是本申请的底泥修复覆盖剂不限于撒播器散播，也可以采用人工抛洒等其他形式。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述步骤二～四的撒播方法为：

将撒播器安装于施工船14船尾，抽入湖水，然后将粉状覆盖剂19/细粒底泥覆盖剂18/粗粒底泥覆盖剂17装入撒播器搅拌罐15内搅拌均匀，然后施工船14在修复水域缓慢行驶，粉状覆盖剂19随湖水从撒播器布料口16均匀排出，完成整个水域的覆盖。

实施例1

该项目废弃建筑泥浆在桥梁桩基施工过程中产生，桩基桩径为2.8m，桩长为105m，共60余根，施工过程中产生废弃泥浆约8万m³。泥浆采用膨润土、粘土和碳酸钠加水配制，废弃泥浆碱性强，体量大，处置难度大。施工现场设立泥浆暂存池，对废弃泥浆进行收集，同时沉淀去除部分水分。

将收集到的废弃泥浆通过滚筒筛1的筛分作用去除5mm以上碎石4，过筛泥浆采用一级旋流器2和一级振动筛3筛出粒径1～5mm粗砂5。然后泥浆经过二级旋流器6和二级振动筛7筛出粒径0.1～1mm细砂，剩余0.1mm粒径以下细粒泥浆流入泥浆改性池9，泥浆改性池9内的泥浆充满后，搅拌器10开始工作，加入清水调节泥浆含水率至82％。随后超声波振头11开始工作，FeCl₃溶液和LaCl₃溶液通过加药口12注入，搅拌反应10min。以上反应结束后，加入泥浆湿重0.8％的PAC溶液，搅拌反应3min。然后关闭超声波振头11，从加药口12加入泥浆湿重0.03％的PAM溶液，搅拌1min。随后加入泥浆湿重0.2％的蘑菇渣粉，搅拌反应2min。以上步骤完成后关闭搅拌器10，静置5min，待细粒泥浆稳定。加药改性完成的细粒泥浆从泥浆改性池9抽出，通过压滤处理脱水初步干化，再晾晒或烘干，利用研磨机研磨得到粒度100目以下的粉状覆盖剂19。

将粒径1-5mm的粗砂5放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比10:1:0.5依次洒入粉状覆盖剂19、生石灰和粉煤灰，过程中不断喷水。造粒过程持续10min，得到粒径10mm的颗粒。造粒完成后，放入湿度80～90％的室内条件进行7天养护，养护完成即得到粗粒底泥覆盖剂17。

将粒径0.1-1mm的细沙8放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比20:1:1依次洒入粉状覆盖剂19、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和聚丙烯酰胺(PAM)粉末，过程中不断喷水，持续造粒5min，细沙8与粉状覆盖剂19、CMC-Na、PAM混合形成粒度5mm的颗粒，然后自然晾干后即得到细粒底泥覆盖剂18。

覆盖剂材料制备完成后，运输至修复治理湖泊，利用水上围隔确定待修复水域范围，确保水流处于静止状态。将覆盖剂撒播器安装于施工船14的船尾，开启抽水泵13抽入湖水，然后将粉状覆盖剂19装入撒播器搅拌罐15内搅拌均匀。然后施工船14在修复水域缓慢行驶，粉状覆盖剂19随湖水从撒播器布料口16均匀排出，完成整个水域的覆盖。粉状覆盖剂19与湖水混合均匀，在湖中沉降过程中吸附去除水中氮磷污染物，净化水质。

在粉状覆盖剂19投撒完成后，静置24h，待大部分粉状覆盖剂19沉降，随后开始细粒底泥覆盖剂18的投撒。细粒底泥覆盖剂18的投撒过程与粉状覆盖剂19一致，通过撒播器均匀在水域投撒，聚沉粉状覆盖剂19，提高水体透明度。在细粒底泥覆盖剂18投撒完成后5h，即可进行粗粒底泥覆盖剂17的投撒，投撒过程与上述步骤一致。粗粒底泥覆盖剂17粒径大，比重大，能够快速沉入湖底。

以上3个步骤施工完成后，湖底底泥会形成3层覆盖层。由于粉状覆盖剂19基质上负载了对氮磷具有强吸附作用的铁、镧和钙的氢氧化物，能够快速吸附去除底泥向水体释放的氮磷污染物。3层覆盖层协同作用，能有效去除水体氮磷污染物，提高修复稳定性和有效性，优于传统单一覆盖剂的使用效果。

将实施例1中底泥修复覆盖剂与砂砾、沸石、锁磷剂分别作为覆盖剂在修复湖泊污染的过程中对上部水体总氮、总磷的去除效果进行对比，砂砾、沸石、锁磷剂采用与实施例1中相同的撒播器进行撒播完成整个水域的覆盖，结果如图1～2所示，污染底泥20不做处理，自然状态下会有氮磷溶出进入上部水体，覆盖剂对水体氮磷浓度升高均有显著抑制效果。在总氮去除方面，自制覆盖剂效果显著优于锁磷剂、沸石和砂砾，30天时，较空白组总氮去除率达到了94％；在总磷去除方面，自制覆盖剂效果显著优于锁磷剂、沸石和砂砾，30天时，较空白组总磷去除率达到了98％。

如图3所示，底泥修复覆盖剂投撒施工完成后，湖底底泥会形成3层覆盖层置于污染底泥20之上，从下至上分别为粉状覆盖剂19覆盖层、细粒底泥覆盖剂18覆盖层和粗粒底泥覆盖剂17覆盖层，粉状覆盖剂19覆盖层主要发挥其吸附容量大的特性，有效隔绝底泥向水体释放氮磷污染物；细粒底泥覆盖剂18覆盖层主要发挥其聚沉、交联特性，避免粉状底泥覆盖剂上浮；粗粒底泥覆盖剂17覆盖层充当保护层，避免底泥扰动，破坏覆盖剂的作用效果。

用机械搅拌器的搅拌速率快慢模拟水力扰动的强烈程度，通过水力扰动实验验证了3种底泥覆盖剂使用后的底泥抗水力冲击效果。从图4中可以看出，粉状覆盖剂19和锁磷剂因自身粒径小、密度低，在湖水搅拌后极易悬浮，底泥覆盖层被破坏，导致水体浊度升高，底泥中氮磷再释放风险增加。细粒底泥覆盖剂18细粒底泥覆盖剂18因含有细沙8，抗水力扰动能力有所增强，但是在水力扰动强度较大时还是存在覆盖层上浮破坏的风险。砂砾、沸石和粗粒底泥覆盖剂17抗水力扰动性能好，在水力扰动强烈时才会有水体浊度上升，这主要是以上3种材料密度大，机械强度高。但是单一颗粒状覆盖层的孔隙发育，孔隙内少量底泥会在水力扰动强烈时受到影响而上浮。而组合使用的自制底泥覆盖剂在所有覆盖剂中抗水力扰动性能最优，主要是其表层粗粒底泥覆盖剂17密度大能抵御水力冲刷，中间层细粒底泥覆盖剂18细粒底泥覆盖剂18填充了粗粒底泥覆盖剂17的下层孔隙，发挥其聚沉、交联特性，起到二次防冲刷的效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.一种建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，包括粉状覆盖剂、细粒底泥覆盖剂和粗粒底泥覆盖剂；

将废弃泥浆梯级分离为1～5mm粗砂、0.1～1mm细沙和0.1mm以下细粒泥浆；

细粒泥浆的钠离子与铁离子、镧离子进行交换，之后改性处理得到粉状覆盖剂；

将粒径1～5mm的粗砂造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.5～1.5的粉状覆盖剂、生石灰和粉煤灰，形成以粗砂颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的粗粒底泥覆盖剂；

将粒径0.1～1mm的细沙造粒，表面撒入质量比8～12:0.5～1.5:0.3～0.8的粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，形成细粒底泥覆盖剂。

2.如权利要求1所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，所述粉状覆盖剂的制备方法为：

泥浆改性池内的泥浆充满后，加入水调整泥浆含水率为80～85％，随后搅拌器打开，超声波振头开始工作，依次加入FeCl₃溶液和LaCl₃溶液，搅拌反应10～15min，所述FeCl₃溶液浓度为0.5～0.8mol/L，铁离子总质量为泥浆湿重的5～8％；所加的LaCl₃溶液浓度为0.2～0.5mol/L，镧离子质量为泥浆湿重的0.1～0.3％；

以上反应结束后，加入泥浆湿重0.5～1％的PAC溶液，搅拌反应3min；然后关闭超声波振头，加入泥浆湿重0.01～0.05％的PAM溶液，搅拌1min；随后加入泥浆湿重0.1～0.2％的蘑菇渣粉，搅拌反应2min；所述的蘑菇渣粉为香菇种植废弃物菌渣烘干后研磨至100～200目得到；

以上步骤完成后，关闭搅拌器，静置4～5min，待细粒泥浆稳定；之后将细粒泥浆从泥浆改性池抽出，通过压滤处理脱水初步干化，再晾晒或烘干，利用研磨机研磨得到粒度100目以下的粉状覆盖剂。

3.如权利要求2所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，泥浆改性池底部分布有超声波振头；泥浆改性池底中心配备有搅拌器；泥浆改性池底顶部设有6个加药口。

4.如权利要求1所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，所述粗粒底泥覆盖剂的制备方法为：将粗砂放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比8～12:0.5～1.5:0.5～1.5依次洒入粉状覆盖剂、生石灰和粉煤灰，过程中不断喷水，形成以粗砂颗粒为核，粉末覆盖剂、生石灰和粉煤灰为壳的粗粒底泥覆盖剂；

造粒完成后，粗粒底泥覆盖剂放入湿度80～90％的室内条件进行7天养护，养护完成即得到粗粒底泥覆盖剂。

5.如权利要求1所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，所述细粒底泥覆盖剂的制备方法为：将细沙放入圆盘造粒机内，表面喷洒水分润湿，开动造粒机，然后按照质量比8～12:0.5～1.5:0.3～0.8依次洒入粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺粉末，过程中不断喷水，持续造粒3～5min，细沙与粉状覆盖剂、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺混合形成粒度2～5mm的颗粒，然后自然晾干后即得到细粒底泥覆盖剂。

6.权利要求1～5任一所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用水上围隔确定待修复水域范围，确保水流处于静止状态；

步骤二、将粉状覆盖剂覆盖整个待修复水域，净化水质；

步骤三、在粉状覆盖剂投撒完成后，静置，待大部分粉状覆盖剂沉降，随后开始细粒底泥覆盖剂的投撒；

步骤四、在细粒底泥覆盖剂投撒完成后3～5h，即可进行粗粒底泥覆盖剂的投撒。

7.如权利要求6所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂的使用方法，其特征在于，底泥覆盖剂采用撒播器完成投撒，所述撒播器包括抽水泵、搅拌罐、振动布料口，所述抽水泵与搅拌罐连接，所述搅拌罐与振动布料口连接。

8.如权利要求7所述的建筑废弃泥浆制备污染底泥修复覆盖剂，其特征在于，所述步骤二～四的撒播方法为：

将撒播器安装于施工船船尾，抽入湖水，然后将粉状覆盖剂/细粒底泥覆盖剂/粗粒底泥覆盖剂装入撒播器搅拌罐内搅拌均匀，然后施工船在修复水域缓慢行驶，粉状覆盖剂随湖水从撒播器布料口均匀排出，完成整个水域的覆盖。

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