CN115385533A - 一种河湖淤泥调理固化剂及调理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种河湖淤泥调理固化剂及调理方法，所述固化剂包括矿渣粉、粉煤灰、石膏、丙烯酸改性电石渣、调理剂和建筑垃圾骨料。本发明的淤泥调理固化剂可广泛应用于河流、湖泊、水库等环保工程产生的清淤疏浚底泥的脱水和固化的调理剂，其出水水质为中性，处理后的淤泥含水率低，强度高，不会二次泥化，可广泛应用为路基回填、建筑回填、沟渠回填用土。

Description

一种河湖淤泥调理固化剂及调理方法
技术领域
本发明涉及淤泥脱水技术领域，尤其涉及一种河湖淤泥调理固化剂及调理方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，人类活动对河湖、水库等生态水体的影响日益增加，最终表现为水体底部淤泥的大量淤积，影响泄洪，且沉积的淤泥会造成水中悬浮物、磷等污染物质的增多，因此需要通过清淤疏浚来改善、修复水体环境。清淤疏浚过程中产生的淤泥含水率高，且含有大量无机质、有机质、微量元素等物质，如不妥善处理，将会对环境造成二次污染。
目前工程中，一般采用生石灰对淤泥进行调理，形成的刚性骨架作为透水通道，从而提高脱水效率。但生石灰调理后泥饼的pH过高，易二次泥化，难以后续处置及资源化利用，所以目前迫切需要对淤泥调理固化剂和应用进行深入研究和改进。
CN107226597B公开了一种淤泥处理专用试剂，包括水泥、生石灰、铝粉、减水剂、速凝剂和稳泡剂，虽然可提高淤泥的脱水效率，且淤泥强度较高，但并未考虑药剂的环保性，滤液需进一步收集并处理后方可排放。CN105776817B公开了一种城市河道淤泥快速脱水工艺，该发明通过向淤泥中加入聚阴离子纤维素和复合絮凝剂，并通过带式压滤机进行脱水，操作简单、脱水效果好，且滤液水质较好，但带式压滤机脱水后泥饼含水率较高，且并未引入可增强泥饼强度的成分，泥饼易二次泥化，难以得到彻底处理。CN112194329A公开了一种河湖污泥的无害化资源化处理方法，该发明直接以硫酸、硝酸等强酸直接中和CaO、快硬硫铝酸盐水泥、NaOH、Ca(OH)2等碱性成分，硫酸、硝酸属于危险化工品，操作不当对环境影响更大，且强碱的加入对泥饼的固化反应和透水通道的形成都有不利影响。
为此，我们针对河湖、水库淤泥的性质，开发了一种脱水效果好，滤液pH中性，并且可以实现泥饼用作路基回填资源化的高效调理固化剂。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种脱水率高、滤液中性、处理后的淤泥不回泥，可直接作为回填土的河湖淤泥调理固化剂及调理方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种河湖淤泥调理固化剂，所述固化剂包括矿渣粉、粉煤灰、石膏、调理剂和建筑垃圾骨料，所述调理剂包括聚合氯化铝和聚合硫酸铁。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述固化剂还包括丙烯酸改性电石渣。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚合氯化铝：聚合硫酸铁的质量比为1:(1-1.5)。
在以上技术方案的基础上，优选的，按照重量份数计算，所述固化剂包括矿渣粉0-5份、粉煤灰20-40份、石膏20-40份、丙烯酸改性电石渣0-5份、调理剂0-10份和建筑垃圾骨料0-20份，矿渣粉、丙烯酸改性电石渣、调理剂和建筑垃圾骨料的份数均不为0。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述丙烯酸改性电石渣的制备方法为：将电石渣、丙烯酸和蒸馏水放入反应容器中，在250-550r/min，45-75℃条件下，搅拌反应0.5-1h，反应结束后，将反应材料取出并烘干得到改性电石渣。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述电石渣：丙烯酸：蒸馏水的质量比为(3-5):1:(4-6)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述粉煤灰、矿渣粉和石膏的有效成分均不低于70％。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述建筑垃圾骨料粒径为0-5mm，且不为0。
另一方面，本发明提供了一种河湖淤泥调理固化剂调理淤泥的方法，包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM浓缩淤泥，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中；
S3，机械脱水：按照压力1-1.5MPa，时间20-40min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼养护7-14d后进行破碎、筛分处理，作为回填土材料。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.02-1.1g/cm3浓缩至1.15-1.2g/cm3。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2中，每m3淤泥加入20-50kg固化剂。
本发明的一种河湖淤泥调理固化剂及调理方法相对于现有技术具有以下有益效果：
粉煤灰和矿渣粉既有助滤的作用也有固化的作用。由于矿渣粉用量少、粉煤灰水化反应速度慢，二者的水化产物水化硅酸钙CSH、水化铝酸钙CAH等前期可促进透水通道的形成，降低淤泥阻力；后期则对淤泥产生包裹胶结和孔隙填充作用，产生强度。
石膏主要成分为半水硫酸钙和二水硫酸钙，可促进水化硫铝酸钙的形成，有微膨胀特性和早强特性，起助滤和固化的作用。
复合调理剂的加入，首先提供了Al3+、Cl-、SO4 2-等促进水化反应，提高固化体的强度，避免淤泥二次泥化；其次，聚合氯化铝、聚合硫酸铁水解后呈酸性，可以中和部分碱性，保证pH成中性；最后，聚合氯化铝、聚合硫酸铁的加入降低了出水的SS，可以提高出水水质。
0-5mm建筑垃圾骨料可以在固化体网状结构中起到骨架的作用，是胶凝物质在淤泥中的支点，提高泥饼强度，同时细小的建筑垃圾颗粒还具有助滤的作用。
改性电石渣主要起助滤的作用，电石渣中的Ca2+可通过离子交换取代黏土离子周围的低价离子K+、Na+，减小水化离子半径，减薄双电层厚度，同时产生的Ca(OH)2等晶体形成透水通道，提高脱水效率。丙烯酸的引入，一方面降低了电石渣的碱性；另一方面，长链极性基团结合在电石渣表面，提高电石渣的分散性和疏水性。
本发明的淤泥调理固化剂可广泛应用于河流、湖泊、水库等环保工程产生的清淤疏浚底泥的脱水和固化的调理剂，其出水水质为中性，处理后的淤泥含水率低，强度高，不会二次泥化，可广泛应用为路基回填、建筑回填、沟渠回填用土。
本发明的淤泥调理固化剂适用范围广，广泛适用于各种高含淤泥类固废的处理，如水体清淤淤泥、管网污泥、工程渣土等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明河湖淤泥调理固化剂的调理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本发明所用的粉煤灰、矿渣粉和石膏均为市售材料，有效成分均不低于70％，烘干、破碎后过200目筛备用；矿渣粉为高炉矿渣粉，符合GBT230-2008标准；聚合氯化铝和聚合硫酸铁均为市售药剂。建筑垃圾骨料：将建筑垃圾破碎和筛分，筛选砖粒和混凝土作为本发明建筑垃圾骨料。电石渣：来自化工厂，经干燥，破碎过200目筛后，得到本发明所用电石渣。
以宜昌市某水源地水库清淤淤泥为例，利用实施例和对比例的固化剂对淤泥进行调理固化，清淤船打上来的淤泥性质为：淤泥比重1.08g/cm3，含沙量0.2％，粘度18s，有机质含量5.79％，处理结果见表2。
实施例1
本实施例的河湖淤泥调理固化剂，包括矿渣粉0.5kg、粉煤灰20kg、石膏20kg、聚合氯化铝0.5kg与聚合硫酸铁0.5kg，粒径3mm的建筑垃圾骨料1kg。
上述固化剂的调理淤泥的方法，包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM，进行凝絮浓缩，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.08g/cm3浓缩至1.15g/cm3；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中，固化剂加入量为：每m3淤泥加入20kg固化剂；
S3，机械脱水：按照压力1MPa，时间20min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼运输至堆场自然养护7d，然后经破碎筛分设备处理后，制备为回填土材料。
实施例2
本实施例的河湖淤泥调理固化剂，包括矿渣粉1kg、粉煤灰27kg、石膏25kg、丙烯酸改性电石渣4kg、粒径5nm的建筑垃圾骨料6kg、聚合氯化铝1.2kg和聚合硫酸铁1.8kg。
丙烯酸改性电石渣的制备方法为：按照电石渣：丙烯酸：蒸馏水的质量比为3:1:4的比例将电石渣、丙烯酸和蒸馏水放入反应容器中，在250r/min，45℃条件下，搅拌反应0.5h，反应过程中需要冷凝回流装置，反应结束后，将反应材料取出并烘干得到改性电石渣。
上述固化剂调理淤泥的方法，包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM，进行絮凝浓缩，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.08g/cm3浓缩至1.16g/cm3；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中，固化剂加入量为每m3淤泥加入40kg固化剂；
S3，机械脱水：按照压力1.1MPa，时间35min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼运输至堆场自然养护8d，然后经破碎筛分设备处理后，制备为回填土材料。
实施例3
本实施例的河湖淤泥调理固化剂，包括矿渣粉3kg、粉煤灰34kg、石膏35kg、丙烯酸改性电石渣4kg、粒径4nm的建筑垃圾骨料12kg，聚合氯化铝3kg和聚合硫酸铁3kg。
其中，丙烯酸改性电石渣的制备方法为：按照电石渣：丙烯酸：蒸馏水的质量比为5:1:5的比例将电石渣、丙烯酸和蒸馏水放入反应容器中，在350r/min，55℃条件下，搅拌反应40min，反应过程中需要冷凝回流装置，反应结束后，将反应材料取出并烘干得到改性电石渣。
上述固化剂调理淤泥的方法，包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM，进行絮凝浓缩，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.08g/cm3浓缩至1.18g/cm3；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中，固化剂加入量为每m3淤泥加入40kg固化剂；
S3，机械脱水：按照压力1.3MPa，时间35min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼运输至堆场自然养护10d，然后经破碎筛分设备处理后，制备为回填土材料。
实施例4
本实施例的河湖淤泥调理固化剂，包括矿渣粉5kg、粉煤灰40kg、石膏40kg、丙烯酸改性电石渣5kg、粒径5nm的建筑垃圾骨料20kg、聚合氯化铝4kg和聚合硫酸铁6kg。
其中，丙烯酸改性电石渣的制备方法为：按照电石渣：丙烯酸：蒸馏水的质量比为5:1:6的比例将电石渣、丙烯酸和蒸馏水放入反应容器中，在550r/min，75℃条件下，搅拌反应1h，反应过程中需要冷凝回流装置，反应结束后，将反应材料取出并烘干得到改性电石渣。
上述固化剂调理淤泥的方法，包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM，进行絮凝浓缩，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.08g/cm3浓缩至1.2g/cm3；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中，固化剂加入量为每m3淤泥加入50kg固化剂；
S3，机械脱水：按照压力1.5MPa，时间40min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼运输至堆场自然养护14d，然后经破碎筛分设备处理后，制备为回填土材料。
对比例1
对比例1的固化剂不含调理剂，其余成分以及调理方法同实施例2。
对比例2
对比例2的固化剂不含丙烯酸改性电石渣和调理剂，其余成分以及调理方法同实施例2。
对比例3
对比例3为空白，不加固化剂，调理方法仅包含淤泥浓缩、机械脱水和泥饼处理。
对比例4
对比例4的固化剂为石灰，固化剂的应用方法同实施例1，用石灰代替固化剂。
表1实施例和对比例固化剂成分及用量
Figure BDA0003825745370000091
Figure BDA0003825745370000101
注：对比例3为空白，不加固化剂；对比例4的固化剂为石灰，用量为30kg/m3。
利用实施例1-4和对比例1-4中制得的固化剂对淤泥进行脱水固化处理，并对泥饼含水率、回填土CBR值、出水水质pH和SS值进行检测，泥饼含水率为淤泥机械脱水后的泥饼含水量，出水为淤泥压滤后的滤液，CBR值参照T0134-1993承载比试验进行，记录养护结束后试块的CBR值，具体试验结果如下表：
表2实施例和对比例结果比较
泥饼含水率(％) 回填土CBR值(％) 出水水质pH 出水水质SS(mg/L)
实施例1 33.8 2.5 8.57 22
实施例2 30.7 2.9 8.22 23
实施例3 29.5 3.7 7.82 18
实施例4 28.1 3.8 7.64 18
对比例1 37.4 2.0 10.85 31
对比例2 40.1 1.5 10.35 35
对比例3 53.8 0.8 7.56 41
对比例4 41.9 2.2 11.28 38
如表2所示，相较于不加入调理剂直接压滤脱水的对比例3，加入调理固化剂后的实施例1-4脱水效率均有所提高，且泥饼含水率均不超过34％，出水pH均不超过9，为pH7.64-8.57，SS均有所降低，SS＜23mg/L，可直接回排水库；回填土CBR值有显著提高，不会二次泥化，满足作为JTG/T3610-2019公路路基施工技术规范中二级公路要求。而缺少调理剂的实施例1，虽然脱水效率和CBR有所提高，但是出水水质较差；缺少丙烯酸改性电石渣和调理剂的对比例2，泥饼脱水率、回填土CBR和出水水质均较差；对比例4中石灰虽然也能提高脱水效率，但泥饼含水率偏高，超过40％，且出水pH过高，pH值达到了11.28，SS也高于实施例1-4，出水需进一步处理，才能排放。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述固化剂包括矿渣粉、粉煤灰、石膏、调理剂和建筑垃圾骨料，所述调理剂包括聚合氯化铝和聚合硫酸铁。
2.如权利要求1所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述固化剂还包括丙烯酸改性电石渣。
3.如权利要求1所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述聚合氯化铝：聚合硫酸铁的质量比为1:(1-1.5)。
4.如权利要求2所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：按照重量份数计算，所述固化剂包括矿渣粉0-5份、粉煤灰20-40份、石膏20-40份、丙烯酸改性电石渣0-5份、调理剂0-10份和建筑垃圾骨料0-20份，矿渣粉、丙烯酸改性电石渣、调理剂和建筑垃圾骨料的份数均不为0。
5.如权利要求2所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述丙烯酸改性电石渣的制备方法为：将电石渣、丙烯酸和蒸馏水放入反应容器中，在250-550r/min，45-75℃条件下，搅拌反应0.5-1h，反应结束后，将反应材料取出并烘干得到改性电石渣。
6.如权利要求5所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述电石渣：丙烯酸：蒸馏水的质量比为(3-5):1:(4-6)。
7.如权利要求1所述的一种河湖淤泥调理固化剂，其特征在于：所述粉煤灰、矿渣粉和石膏的有效成分均不低于70％，所述建筑垃圾骨料粒径为0-5mm，且不为0。
8.如权利要求1-7任一所述的一种河湖淤泥调理固化剂调理淤泥的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，淤泥浓缩：将清淤产生的淤泥泵送至调理均化池，并在调理均化池中加入PAM浓缩淤泥，上清液回流至水处理设备进一步处理，浓缩后的淤泥泵送至压滤机；
S2，淤泥调理：在浓缩淤泥泵送至压滤机的过程中，将固化剂加入淤泥中；
S3，机械脱水：按照压力1-1.5MPa，时间20-40min，对压滤机中的淤泥进行压滤处理，收集滤液并进行砂滤处理；
S4，泥饼处理：压滤后的泥饼养护7-14d后进行破碎、筛分处理，作为回填土材料。
9.如权利要求8所述的一种河湖淤泥调理固化剂调理淤泥的方法，其特征在于：步骤S1中，PAM的加入量为加入PAM后淤泥比重由1.02-1.1g/cm3浓缩至1.15-1.2g/cm3。
10.如权利要求8所述的一种河湖淤泥调理固化剂调理淤泥的方法，其特征在于：步骤S2中，每m3淤泥加入20-50kg固化剂。
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