CN117263472A - 一种河道底泥原位修复剂及其制备方法 - Google Patents

一种河道底泥原位修复剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及底泥修复领域，具体公开了一种河道底泥原位修复剂及其制备方法，修复剂包括以下重量份的原料：包括以下重量份的原料：聚乙烯醇30‑45份，硼砂5‑10份，活性剂10‑20份，吸附剂6‑13份，亲水性胶体2‑6份，磺酸盐1‑4份，交联剂0.01‑0.05份。其制备方法包括以下步骤：将活性剂和硼砂溶液和磺酸盐加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；将吸附剂进行预处理；将亲水性胶体形成调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，加入交联剂，干燥后研磨形成吸附料；将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒。得到的修复剂能够同时对底泥中多种有害因子进行处理，处理效果佳，无需投加多种药剂，药剂投加量少。

Description

一种河道底泥原位修复剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及底泥修复领域，更具体地说，它涉及一种河道底泥原位修复剂及其制备方法。
背景技术
底泥是河流生态系统的重要组成部分，但长期污染已使其成为营养盐、难降解有机物、重金属等污染物的蓄积库。即使外源污染得到有效控制，底泥中的污染物释放仍可能对水体产生“二次污染”。
目前，污染底泥治理思路分为异位处置和原位治理两类。异位处置主要指底泥清淤及后续处置，在水环境治理工程中被广泛采用，但实践中存在工程成本高、施工难度大等弊端。原位治理所需费用相对较低，操作难度小，是目前最广泛的底泥处理方法，原位治理的思路是通过向底泥定向投加微生物、化学剂等，在泥水界面乃至底泥中对底泥污染物进行氧化和分解，逐渐恢复底泥生态功能的目的。但是底泥中成分复杂，富集了有机污染物、营养物质以及重金属等有害因子，处理上述受污染的底泥需要投加多种化学药剂混合处理，药剂投加量大，且多种药剂易产生二次污染。
发明内容
本申请提供一种河道底泥原位修复剂及其制备方法，能够同时对底泥中多种有害因子进行处理，处理效果优异，无需投加多种药剂，药剂投加量少，对底泥的修复效果佳。
第一方面，本申请提供的一种河道底泥原位修复剂采用如下的技术方案：
一种河道底泥原位修复剂，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇30-45份，硼砂5-10份，活性剂10-20份，吸附剂6-13份，亲水性胶体2-6份，磺酸盐1-4份，交联剂0.01-0.05份。
聚乙烯醇分子中含有大量的独立羟基，且具有一定的活性，利用硼砂在水中水解形成硼酸并进一电离，与聚乙烯醇分子上的羟基交联反应，能够对活性剂进行包覆；采用亲水性胶体对吸附剂进行裹挟，在交联剂的作用下固化交联，形成包覆有吸附剂的微囊，以实现长效控制修复剂在底泥中的释放速度，从而实现修复剂的高效利用和底泥中污染物的去除，处理效果佳。活性剂、吸附剂与磺酸盐配合，能够同时去除底泥中的多种有害因子，无需投加多种药剂，还能够大大降低药剂的投加量。
优选的，所述活性剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氧化钙、过氧化钙中的至少两种。
活性剂可以为聚合氯化铝和聚合硫酸铁复配，可以为聚合硫酸铁、氧化钙和过氧化钙复配，可以为聚合氯化铝和氧化钙复配等。
优选的，所述活性剂为聚合氯化铝和过氧化钙的混合物，聚合氯化铝和过氧化钙的重量比为(3-8):(7-12)。
聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氧化钙、过氧化钙均能够去除底泥中的有害因子，起到修复河道的作用。通过研究实验发现，选用聚合氯化铝与过氧化钙复配，聚合氯化铝能够释放出铝离子，能够与底泥中的碱性物质形成氢氧化铝胶体，而氢氧化铝胶体带有正电荷，能够与带有负电荷的物质进行吸附，凝聚形成团聚体，聚合氯化铝也能够与水中的溶解性有机物发生化学反应，形成结构化凝胶。过氧化钙作为一种过氧化物，能在水中释放活性氧，改变底泥的厌氧环境，配合吸附剂和磺酸盐，能够同时去除底泥中的多种有害因子，经过试验研究发现，硝酸钙和过氧化钙的重量比为(3-8):(7-12)时，修复剂对有害因子的去除效果更佳，从而提高对底泥的修复效果。
优选的，所述吸附剂包括硅酸镁铝、蒙脱土、高岭土中的任意两种。
吸附剂可以为硅酸镁铝和蒙脱土复配，可以为蒙脱土和高岭土复配，可以为硅酸镁铝和高岭土复配等。
优选的，所述吸附剂为硅酸镁铝和蒙脱土，所述硅酸镁铝和蒙脱土的重量比为(2-5):(4-8)。
通过采用上述技术方案，采用硅酸镁铝和蒙脱土共同作为吸附剂，。蒙脱土孔隙率高、表面积大，具有优异的吸附能力和阳离子交换能力，能够进一步去除底泥中的有害物质。硅酸镁铝能够进一步遇水崩解促进各有效组分被释放后的悬浮分散性，促进有效组分的对有害因子的去除效果，还能够提高对悬浮物的絮凝效果，进一步提高对底泥的修复效果。经过试验研究发现，硅酸镁铝和蒙脱土的重量比为(2-5):(4-8)时，修复剂对有害因子的去除效果更佳，从而提高对底泥的修复效果。
优选的，所述亲水性胶体为明胶、阿拉伯胶、黄原胶、卡拉胶中的一种。
优选的，所述交联剂选自甲醛、戊二醛、双醛淀粉中的一种。
优化亲水性胶体的组分选取，以利于更好的与交联剂固化交联，形成微囊，优化交联剂的选择，改善交联固化效果，双醛淀粉是一种多醛聚合物，不仅具有良好的生物相容性，且能够与多种胶原或明胶的氨基、亚氨基起交联反应，交联效果佳，目前多选用双醛淀粉作为交联剂使用。
优选的，所述磺酸盐为木质素磺酸盐或十二烷基苯磺酸钠。
进一步的，木质素磺酸盐优选为木质素磺酸钠。
通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐具有优异的分散性和表面活性作用，不仅能够促进修复剂中的有效组分的效用发挥，还能进一步与金属离子络合，生成稳定的络合物，进一步去除底泥中的有害物质，从而提高对底泥的修复效果。
第二方面，本申请提供一种河道底泥原位修复剂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种河道底泥原位修复剂的制备方法，包括以下步骤：
分别将聚乙烯醇和硼砂溶于水形成聚乙烯醇水溶液和硼砂溶液，将活性剂和硼砂溶液和磺酸盐加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；
将吸附剂进行微波辐射处理，得到预处理吸附剂；
将亲水性胶体加入水中形成调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，一边搅拌一边加入交联剂，干燥后研磨形成吸附料；
将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒得到修复剂。
向聚乙烯醇溶液中加入活性剂和硼砂溶液和磺酸盐，磺酸盐能够进一步促进各原料组分的均匀分散，硼砂溶液能够与聚乙烯醇分子上的羟基交联反应，能够对活性剂进行包覆，得到包覆型修复颗粒；吸附料为包覆有吸附剂的微囊，两者捏合，实现双重缓释的作用，能够长效控制修复剂在底泥中的释放速度，从而实现修复剂的高效利用和底泥中污染物的去除，处理效果佳，进一步改善对底泥的修复效果。
优选的，所述微波辐射具体为：在温度为45-60℃的条件下，采用50-150GHz的电磁波辐射1-2h。
进一步的，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为3-7％。
进一步的，所述硼砂溶液的质量分数为2.5-6％。
通过采用上述技术方案，对吸附剂进行微波辐射处理，能够进一步改善吸附剂的表面活性作用，提高其效用发挥，进一步改善对底泥的修复效果。优化聚乙烯醇溶液的质量分数和硼砂溶液的质量分数，以利于更好的交联包覆，控制有效组分的释放速度，实现修复剂的高效利用。
进一步，在修复剂的使用中，可选择适合的喷洒设备，如专门的微喷设备，通过调节喷洒压力、喷嘴型号和喷洒模式等参数，择合适的喷洒模式和喷洒量，以最大限度地提高修复剂在目标区域的覆盖和作用效果，并实现精确的药剂投放，确保药剂均匀覆盖底泥表面。即根据底泥修复区域的大小和形状，选择适当的设备进行操作，减少修复剂的漏投和飘散。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
聚乙烯醇分子中含有大量的独立羟基，且具有一定的活性，利用硼砂在水中水解形成硼酸并进一电离，与聚乙烯醇分子上的羟基交联反应，能够对活性剂进行包覆；采用亲水性胶体对吸附剂进行裹挟，在交联剂的作用下固化交联，形成包覆有吸附剂的微囊，两者协配实现双重缓释的作用，以实现长效控制修复剂在底泥中的释放速度，从而实现修复剂的高效利用和底泥中污染物的去除，处理效果佳。
附图说明
图1为本申请修复剂的制备方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例
实施例1
一种河道底泥原位修复剂，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇30g，硼砂5g，活性剂10g，吸附剂13g，阿拉伯胶6g，木质素磺酸钠1g，甲醛0.05g；
其中活性剂为聚合氯化铝5g、聚合硫酸铁3g、氧化钙2g；
吸附剂为蒙脱土8g、高岭土5g。
河道底泥原位修复剂的制备方法，包括：
S1：分别将聚乙烯醇和硼砂溶于水形成聚乙烯醇水溶液和硼砂溶液，聚乙烯醇水溶液的质量分数为3％，硼砂溶液的质量分数为2.5％，将活性剂和硼砂溶液和木质素磺酸钠加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；
S2：将吸附剂在温度为45℃的条件下，采用50GHz的电磁波辐射2h，得到预处理吸附剂；S3：将阿拉伯胶加入水中形成质量浓度为5％的调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，一边搅拌一边加入甲醛，干燥后研磨形成吸附料；
S4：将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒得到修复剂。
实施例2
一种河道底泥原位修复剂，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇45g，硼砂10g，活性剂20g，吸附剂6g，黄原胶2g，十二烷基苯磺酸钠4g，戊二醛0.01g；
其中活性剂为氧化钙8g、过氧化钙12g；
吸附剂为硅酸镁铝2g、高岭土4g。
河道底泥原位修复剂的制备方法，包括：
S1：分别将聚乙烯醇和硼砂溶于水形成聚乙烯醇水溶液和硼砂溶液，聚乙烯醇水溶液的质量分数为7％，硼砂溶液的质量分数为6％，将活性剂和硼砂溶液和十二烷基苯磺酸钠加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；
S2：将吸附剂在温度为60℃的条件下，采用150GHz的电磁波辐射1h，得到预处理吸附剂；S3：将阿拉伯胶加入水中形成质量浓度为5％的调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，一边搅拌一边加入戊二醛，干燥后研磨形成吸附料；
S4：将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒得到修复剂。
实施例3
与实施例1的区别在于，河道底泥原位修复剂，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇38g，硼砂7.5g，活性剂10g，吸附剂13g，明胶4g，木质素磺酸钠2.4g，双醛淀粉0.03g；其余均与实施例1相同。
实施例4
与实施例3的区别在于，活性剂为聚合氯化铝5g和过氧化钙10g；其余均与实施例3相同。
实施例5
与实施例4的区别在于，吸附剂为硅酸镁铝4g和蒙脱土6.5g；其余均与实施例4相同。
实施例6
与实施例5的区别在于，河道底泥原位修复剂的制备方法，包括：
S1：分别将聚乙烯醇和硼砂溶于水形成聚乙烯醇水溶液和硼砂溶液，聚乙烯醇水溶液的质量分数为5.5％，硼砂溶液的质量分数为3％，将活性剂和硼砂溶液和木质素磺酸钠加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；
S2：将吸附剂在温度为50℃的条件下，采用110GHz的电磁波辐射1.2h，得到预处理吸附剂；
S3：将明胶加入水中形成质量浓度为5％的调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，一边搅拌一边加入双醛淀粉，干燥后研磨形成吸附料；
S4：将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒得到修复剂。
对比例
对比例1
与实施例6的区别在于，修复颗粒为：硼砂和活性剂和磺酸盐的混合物；其余均与实施例6相同。
对比例2
与实施例6的区别在于，不加入亲水性胶体和交联剂，其余均与实施例6相同。
对比例3
与实施例6的区别在于，吸附剂为聚丙烯酰胺，其余均与实施例6相同。
对比例4
与实施例6的区别在于，活性剂为蒙脱土，其余均与实施例6相同。
性能检测试验
将实施例1-6和对比例1-4得到的修复剂样品进行底泥修复试验：处理底泥面积为10m2，修复剂的消耗量0.07kg/m2，底泥处理前的情况如表1所示，经过修复剂处理后的底泥情况如表2所示。
表1
表2
将实施例1-6和对比例1-4得到的修复剂样品进行底泥处理实验，处理底泥面积为10m2，控制底泥的处理结果，由于不同药剂作用不同，处理结果在一个合理区间浮动即可，记录每个修复剂的消耗量，底泥处理前的初始情况和经过处理的要求如表3所示，每个修复剂的消耗量记录在表4。
表3
表4
修复剂 消耗量kg/m2
实施例1 0.05
实施例2 0.042
实施例3 0.031
实施例4 0.02
实施例5 0.013
实施例6 0.01
对比例1 0.06
对比例2 0.055
对比例3 0.078
对比例4 0.071
通过实施例1-6和表2和表3可以看到，本申请制得的修复剂能够同时对底泥中多种有害因子进行处理，处理效果优异，无需投加多种药剂，药剂投加量少，对底泥的修复效果佳。
通过实施例6和对比例1-2可以看到，对比例1中缺少聚乙烯醇，仅将硼砂、活性剂和磺酸盐简单混合得到修复颗粒，对比例2中缺少亲水性胶体和交联剂，对比例1和对比例2得到的修复剂对底泥的修复效果均明显下降，这是由于聚乙烯醇分子中含有大量的独立羟基，且具有一定的活性，利用硼砂在水中水解形成硼酸并进一电离，与聚乙烯醇分子上的羟基交联反应，能够对活性剂进行包覆；采用亲水性胶体对吸附剂进行裹挟，在交联剂的作用下固化交联，形成包覆有吸附剂的微囊，两者协配实现双重缓释的作用，能够长效控制器在底泥中的释放速度，实现修复剂的高效利用和底泥中污染物的去除，处理效果佳同时能够降低药剂消耗量，减少二次污染。
通过实施例6和对比例3-4并结合表2和表4可以看到，对比例3中对活性剂进行替换，对比例4中缺少硅酸镁铝，对比例3和对比例4制得的修复剂对底泥的处理效果均欠佳。这是因为选用聚合氯化铝与过氧化钙复配作为活性剂，聚合氯化铝能够释放出铝离子，能够与底泥中的碱性物质形成氢氧化铝胶体，而氢氧化铝胶体带有正电荷，能够与带有负电荷的物质进行吸附，凝聚形成团聚体，聚合氯化铝也能够与水中的溶解性有机物发生化学反应，形成结构化凝胶。过氧化钙作为一种过氧化物，能在水中释放活性氧，改变底泥的厌氧环境，并配合特定的吸附剂和磺酸盐，能够同时去除底泥中的多种有害因子，且吸附剂中的硅酸镁铝能够进一步遇水崩解促进各有效组分被释放后的悬浮分散性，促进有效组分的对有害因子的去除效果，还能够提高对悬浮物的絮凝效果，进一步提高对底泥的修复效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种河道底泥原位修复剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇30-45份，硼砂5-10份，活性剂10-20份，吸附剂6-13份，亲水性胶体2-6份，磺酸盐1-4份，交联剂0.01-0.05份。
2.根据权利要求1所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述活性剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氧化钙、过氧化钙中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述活性剂为聚合氯化铝和过氧化钙的混合物，聚合氯化铝和过氧化钙的重量比为(3-8):(7-12)。
4.根据权利要求1所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述吸附剂包括硅酸镁铝、蒙脱土、高岭土中的任意两种。
5.根据权利要求4所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述吸附剂为硅酸镁铝和蒙脱土，所述硅酸镁铝和蒙脱土的重量比为(2-5):(4-8)。
6.根据权利要求1所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述亲水性胶体为明胶、阿拉伯胶、黄原胶、卡拉胶中的一种。
7.根据权利要求1或6所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述交联剂选自甲醛、戊二醛、双醛淀粉中的一种。
8.根据权利要求1所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述磺酸盐为木质素磺酸盐或十二烷基苯磺酸钠。
9.根据权利要求1-8任一项所述的河道底泥原位修复剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
分别将聚乙烯醇和硼砂溶于水形成聚乙烯醇水溶液和硼砂溶液，将活性剂和硼砂溶液和磺酸盐加入聚乙烯醇溶液中搅拌均匀，干燥并研磨形成修复颗粒；
将吸附剂进行微波辐射处理，得到预处理吸附剂；
将亲水性胶体加入水中形成调节液，将预处理吸附剂加入调节液中，一边搅拌一边加入交联剂，干燥后研磨形成吸附料；
将修复颗粒和吸附料进行捏合造粒得到修复剂。
10.根据权利要求9所述的河道底泥原位修复剂，其特征在于：所述微波辐射具体为：在温度为45-60℃的条件下，采用50-150GHz的电磁波辐射1-2h。
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