一种快速脱水固化剂

摘要

本发明涉及污淤泥处理领域，具体涉及一种湖库底泥快速脱水固化剂。本发明的快速脱水固化剂组分包括硫酸铁、硫酸亚铁、硅粉、膨润土、生石灰和聚丙烯酰胺。本发明采用有机、无机材料的复配，得到一种使湖库底泥脱水固化速度快，脱水底泥泥饼和尾水pH值低、以及固化后重金属浸出含量低的快速底泥脱水固化剂。

说明书

技术领域

本发明涉及污淤泥处理领域，具体涉及一种湖库底泥快速脱水固化剂。

背景技术

淤泥通常是指水体中的混合物(泥沙、黏土、有机质及各种矿物)，在长期的物理、化学、生物等作用下，沉到底部，而形成的沉积物(王雪,樊贵盛.汾河河道及滩地铅镉汞分布特征研究[J].人民黄河,2015,(10):74-77.)。河流、湖泊等水域均会产生淤泥。

湖库染淤泥由无机硅钙、有机残片、细菌菌体、无机-无机胶体颗粒等组成的极其复杂的非匀质体，其中混杂有生活污水或工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒，吸附有各种金属元素、微生物、病菌虫卵等物质。从化学成分上分，有酸碱度(pH值)、有机质、总镉(Cd)、总汞(Hg)、总铅(Pb)、总铬(Cr)、总砷(As)、总铜(Cu)、总锌(Zn)、总镍(Ni)、总氰化物、挥发酚等，一些以固态形式出现，一些以液态形式存在，甚至出现异相转变。淤泥颗粒较小，结构松散，拥有较大的比表面积，表面往往带有负电荷，所以淤泥颗粒之间互相排斥，无法接近，维持在悬浮状态，这种稳定的状态也使得淤泥很难沉降(刘力荣.污泥脱水药剂及工艺研究[D].中国科学院研究生院(广州地球化学研究所),2015.)。淤泥减量处理和淤泥资源化处置都必须以泥水分离为前提，一方面需要扑捉到淤泥颗粒，另一方面，将扑捉到的淤泥颗粒从水中分离出来，对此，必须对淤泥浆体实施改性，通过添加底泥脱水固化调理药剂进行理化调理改观淤泥浆体内部特性，为扑捉极细颗粒和分离颗粒提供良性的泥水分离环境。

底泥固化的方法有很多，常见的底泥固化的途径有3种：一是施加较大压力，使之岩石化；二是高温熔解黏结；三是常温固化。常温加固土具有适用范围广、性能稳定、价格低廉、就地取材、施工及维护方便等优点，在固化技术中越来越受到广泛的重视。常温固化使用的固化剂名称也不相同，如安定剂、富士土等，但都可用于各类底泥的固化。

目前，已开发利用的底泥固化剂类型很多，各类底泥固化剂固化底泥的原理有所不同，按其固化机理可分为3大类：电离离子固化剂、生物酶类固化剂和水化类固化剂。

离子型固化剂，通过电化学原理改变黏土颗粒表面的双电层结构，将土体的亲水性永久地改变为疏水性。

生物酶类底泥固化剂是由有机质发酵而成的多酶基产品。通过酶的催化作用，促进了底泥颗粒间的凝聚力。但是生物酶成本高，催化时间长，不适合短期施工要求。

其中，水化类固化剂技术是在常温下采用化学物理的方法直接胶结土体颗粒表面或与土体矿物成分反应生成胶凝物质，增加土体颗粒黏结力，达到固结土体的目的。

但是这些传统的固化清淤存在固化速度慢、对含水率高的淤泥固化效果不理想以及固化成本高等诸多问题。

发明内容

本发明为了解决相关技术中存在的固化速度慢、脱水固化底泥泥饼和尾水pH值高、固化效果不理想以及固化后重金属浸出高等问题，提供一种使淤泥固化速度快，脱水底泥泥饼和尾水pH值低、以及固化后重金属浸出含量低的快速底泥脱水固化剂。

本发明一方面提供一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁、硫酸亚铁、硅粉、膨润土、生石灰和聚丙烯酰胺。

进一步地，所述的快速脱水固化剂，按重量份数计，包括以下成分：

硫酸铁20-30份、

硫酸亚铁10-20份、

硅粉10-20份、

膨润土10-20份、

生石灰20-30份、

聚丙烯酰胺0.01-0.02份。

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述硅粉为纳米级硅粉。

进一步地，所述硅粉SiO

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述膨润土为有机膨润土。

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述有机膨润土为广谱易分散型有机膨润土。

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述生石灰为的石灰活性度≥300mL。

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述聚丙烯酰胺的分子量为1000万-1200万。

进一步地，所述快速脱水固化剂，所述聚丙烯酰胺为1200万。

本发明另一方面提供一种所述快速脱水固化剂在淤泥处理中的应用。

本发明具有以下优势：

1)本发明提供的快速脱水固化剂原料简单易得，成本低。

2)本发明提供的快速脱水固化剂在淤泥处理中可以使淤泥快速固化，且固化后无侧限抗压强度高。

3)本发明提供的快速脱水固化剂最终可以使固化后泥饼pH值不高于9，满足环境容量要求。

4)本发明提供的脱水固化剂由无机材料和有机材料复配而成，本发明中生石灰遇水反应放出大量热量，可以加速淤泥处理的脱水进程。

生石灰和水反应成氢氧化钙，氢氧化钙和硫酸铁、硫酸亚铁相互作用可以生成氢氧化铁和氢氧化亚铁，氢氧化铁和氢氧化亚铁在水中以胶体的形式分散，遇到淤泥可以附着在淤泥颗粒表面，加速淤泥颗粒的凝聚与沉降。同时氢氧化铁和氢氧化亚铁胶体可以封堵淤泥脱水固化过程中形成的孔隙，使固化后的淤泥具有一定的防水效果，同时还能防止重金属的渗出。生石灰和水反应生成的氢氧化钙和空气中二氧化碳生成碳酸钙，起硬化作用，可以增强淤泥固化后的无侧限抗压强度。

本发明的固化剂含有有机膨润土，吸附在淤泥颗粒表面，使淤泥可以疏水，配合生石灰的效果，加速淤泥的脱水进程。

本发明含有的硅粉，主要成分为纳米级SiO

5)使用本发明的脱水固化剂进行淤泥固化处理，最终可以取得加速淤泥处理的脱水进程、增强淤泥固化后的无侧限抗压强度、固化后重金属浸出含量低和固化后的泥饼pH值不高于9的效果。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品其中硅粉为SiO2含量≥90％的纳米级硅粉；有机膨润土为广谱易分散型有机膨润土；生石灰为石灰活性度≥300mL的生石灰；聚丙烯酰胺为分子量1000万-1200万的聚丙烯酰胺。

实施例1

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁20份、

硫酸亚铁20份、

硅粉15份、

有机膨润土10份、

生石灰30份、

聚丙烯酰胺(M＝1200万)0.01份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例2

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁25份、

硫酸亚铁15份、

硅粉10份、

有机膨润土10份、

生石灰15份、

聚丙烯酰胺0.01份(M＝1200万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例3

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁30份、

硫酸亚铁10份、

硅粉20份、

有机膨润土20份、

生石灰20份、

聚丙烯酰胺(M＝1200万)0.02份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例4

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁30份、

硫酸亚铁15份、

硅粉10份、

有机膨润土15份、

生石灰25份、

聚丙烯酰胺0.02份(M＝1200万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例5

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁25份、

硫酸亚铁10份、

硅粉20份、

有机膨润土10份、

生石灰30份、

聚丙烯酰胺0.02份(M＝1200万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例6

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁20份、

硫酸亚铁20份、

硅粉15份、

有机膨润土20份、

生石灰20份、

聚丙烯酰胺0.01份(M＝1200万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例7

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁25份、

硫酸亚铁15份、

硅粉20份、

有机膨润土20份、

生石灰20份、

聚丙烯酰胺(M＝1000万)0.01份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例8

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁20份、

硫酸亚铁20份、

硅粉15份、

有机膨润土10份、

生石灰30份、

聚丙烯酰胺0.01份(M＝1100万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

实施例9

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁30份、

硫酸亚铁10份、

硅粉10份、

有机膨润土15份、

生石灰25份、

聚丙烯酰胺0.01份(M＝1200万)。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

对比例1

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁10份、

硫酸亚铁5份、

硅粉15份、

有机膨润土10份、

生石灰30份、

聚丙烯酰胺(M＝1200万)0.01份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

对比例2

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁20份、

硫酸亚铁20份、

硅粉15份、

有机膨润土10份、

生石灰10份、

聚丙烯酰胺(M＝1200万)0.01份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

对比例3

一种快速脱水固化剂，包括以下成分：

硫酸铁20份、

硫酸亚铁20份、

硅粉5份、

有机膨润土10份、

生石灰30份、

聚丙烯酰胺(M＝1200万)0.01份。

所述脱水固化剂的制备方法如下：

准确称取各重量份数的组分，混合研磨至粒径小于200目，即得。

使用快速脱水固化剂的污泥处理方法：

将制备得到的用于快速脱水固化剂添加到广州某湖库淤泥(初始含水率为88.3％，铅浸出含量为9.26mg/kg，汞浸出含量为0.56mg/kg，砷浸出含量为7.56mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的10％，然后在大型搅拌机中在20r/min转速下搅拌1h，搅拌结束后，静置24h，分离出上清液，所述上清液即为处理后的尾水。不溶物经露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理。

各实施例与对比例固化剂成分组成如下表。

表1固化剂成分组成

效果例

使用国家标准GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》和GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》对处理后的淤泥进行测试。结果如下：

表2测试数据

注：其中ND表示未检出；GB5085.3-2007中固体废物浸出液中危害成分浓度限值要求铅(以总铅计)：5mg/L；汞(以总汞计)：0.1mg/L；砷(以总砷计)：5mg/L。

由上述是实施例和对比例可以看出，本发明使用硫酸铁、硫酸亚铁、硅粉、有机膨润土、生石灰和聚丙烯酰胺采用合适比例搭配得到的快速脱水固化剂在湖库底泥处理中可以取得加速淤泥处理的脱水进程、增强淤泥固化后的无侧限抗压强度、固化后重金属浸出含量低和固化后的泥饼pH值不高于9的效果。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。