一种淤泥固化剂及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术涉及一种淤泥固化剂，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠1％～5％，生物质活性炭2％～8％，木质素磺酸钠2％～7％，聚轮烷1％～5％，还原态氧化石墨烯4％～25％，水泥15％～50％，生石灰5％～25％，粉煤灰10％～35％。本发明专利技术的固化剂原料无毒无害，能够大规模应用；各原料之间协同作用，不仅可以有效降低淤泥的含水率，提高淤泥的强度，达到土方填筑的要求；还可以有效封存淤泥中的重金属和有机物，从而避免污染物二次暴露的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种淤泥固化剂及其制备方法和应用方法
本专利技术涉及污泥处理领域，具体涉及一种淤泥固化剂及其制备方法和应用方法。
技术介绍
河流、湖泊等由于水流流速缓慢，极易产生淤泥。在我国的河道、航道疏浚、拓宽以及港口新建、扩建工程中会产生大量的淤泥。这些淤泥普遍具有含水率高、粘粒含量高、压缩性高和强度低的特点，难以被工程直接利用。通常使用水泥、生石灰、膨润土、沸石粉、聚合硅酸铝铁、聚丙烯酸钠等矿渣硅酸盐类和高聚物类材料作为固化剂，促进固化剂水化产生胶结淤泥颗粒的胶凝物质以降低淤泥含水率，提高淤泥强度，从而满足填埋和建筑填土的要求。而河道淤泥的性质与航道港口淤泥有所差别，因受到人类活动的强烈影响，河道淤泥不仅具有含水率高、强度低的特点，还具有有机质、重金属等各种污染物含量高的特点。在河道生态系统中，淤泥所“蓄存”的污染物可以通过向水体的再扩散而直接影响到水质和水生物群落。当河道淤泥被疏浚到岸上时，其所包含的各类污染物又可以威胁到地表各类生态系统。因此，河道淤泥固化不仅要降低含水率和增加固化强度，还必须考虑到能将各类污染物有效封存起来，以避免固化工程的后续污染物环境暴露风险。如专利号为ZL201310260372.3(公布号为CN103387371A)的专利技术专利公开的《一种城市污泥固化/稳定化的复合固化剂及其应用》，该固化剂由水泥、粉煤灰、无水石膏、石灰、活性氧化镁、铁粉、粉末活性炭混合而成。以普通水泥和粉煤灰为主料，添加无水石膏，该三种物质能快速固化；在固化剂中添加石灰CaO，能使含有大量有机质的污泥快速水化，加快污泥脱水和反应，活性氧化镁Mg0成分则能有效对重金属进行固化稳定化；同时，添加少量铁粉和粉末活性炭则在产物中形成微电解菌团，对有毒有害有机物进行持续的降解，改善固化产物的微生物结构特性。该专利通过石灰、活性氧化镁对淤泥中沉淀后的重金属进行吸附，但是被吸附后的污染物有再次浸出、造成二次污染的风险；该固化剂单一使用无机固化材料水泥、粉煤灰、无水石膏和石灰，固化效率低，且无机固化材料的添加量大。综上所述，目前的淤泥固化剂还有待于进一步改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术现状提供一种固化稳定化效果好的淤泥固化剂。本专利技术进一步所要解决的技术问题是提供一种简单易操作的淤泥固化剂的制备方法。本专利技术再进一步所要解决的技术问题是提供一种简单易操作的淤泥固化剂的应用方法。本专利技术解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种淤泥固化剂，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠1％～5％，生物质活性炭2％～8％，木质素磺酸钠2％～7％，聚轮烷1％～5％，还原态氧化石墨烯4％～25％，水泥15％～50％，生石灰5％～25％，粉煤灰10％～35％。本专利技术的固化成分包括水泥、生石灰、聚丙烯酸钠、粉煤灰，能大大缩短河道淤泥固化的时间，降低淤泥的含水率，提高淤泥强度。其中水泥由于其水化速度快，形成的胶凝成分堵塞淤泥的毛细结构，早期形成一个结构框架，对整个体系起到一个支撑作用，使得体系具有一定的早期强度和稳定性，因此其在固化剂中比例比较大。其中生石灰主要是用于吸水，并产生大量热量，使淤泥处于一个温度较高的环境中，温度较高有利于加速水份的蒸发。其还可用于调节淤泥的酸度，使环境呈碱性。聚丙烯酸钠具有很好的絮凝粘结作用，能很快的将淤泥中的浑浊水体进行絮凝，进而增加淤泥的粘性。将水泥、生石灰添加进有很大粘性的淤泥中，形成具有一定强度的稳定状态，因此在高含水率的淤泥中掺加一定比例的水泥、生石灰和聚丙烯酸钠能够很快达到所需要的强度要求。且聚轮烷因其环状分子的滑移作用，能够使聚丙烯酸钠骨架产生很好的弹性，增加聚丙烯酸钠的粘度，这种粘结剂组合可以达到增粘效果的作用。其中粉煤灰包括很多密实颗粒，其粒径非常小，会发生水化作用，此外还存在多孔结构物质，可以作为小颗粒原料的寄生载体。粉煤灰内含有一些金属氧化物可以与水发生反应，因此，其可以吸水。生物质活性炭能够对淤泥中的有机物和重金属离子形成强烈吸附，大大降低固化体中有机物和重金属离子的扩散通量(或释放率)。且为防止被吸附在生物质活性炭中的重金属解吸，木质素磺酸钠能够进入生物质活性炭的孔径中，通过木质素磺酸钠与重金属的鳌合作用，使重金属被稳定封存于生物质活性炭内，避免其被吸附后再次浸出，造成二次污染。木质素磺酸钠对重金属，尤其是铁、铜、亚锡离子有较好的螯合能力，是有效的螯合剂。而且此材料有良好的扩散性能，能溶于任何硬度的水中，水溶液化学稳定性好，可生物降解，安全性较好。还原态氧化石墨烯能够进一步吸附重金属离子。还原态氧化石墨烯层间含有大量的羟基和羧基等含氧官能团，从而改变其亲水性。良好的亲水性使其易于在淤泥中分散，且活性位点多，更有助于吸附重金属离子。同时还原态氧化石墨烯的掺入能够促进C-S-H凝胶生成，控制污泥中水化产物的尺寸、形状及形成路径，这种促进和控制作用又对其吸附重金属离子的能力和力学性能产生较大提升，起到了“1+1>2”的作用效果。作为优选，固化剂各组分在下述用量时能够达到更好的效果(淤泥的含水率、有机物和金属离子释放率均较低，淤泥抗压强度高)，所述淤泥固化剂由以下重量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠5％，生物质活性炭8％，木质素磺酸钠7％，聚轮烷5％，还原态氧化石墨烯25％，水泥15％，生石灰25％，粉煤灰10％。作为优选，所述生物质活性炭材料的原材料为玉米芯、椰子壳、棕榈壳、花生壳中的至少一种。本专利技术以废弃的农业生物质资源为原料生成生物质活性炭，可实现对污泥中的有机物和重金属吸附固定，且变废为宝。作为优选，所述生物质活性炭粒度为80目，以使木质素磺酸钠能够顺利进入生物质活性炭分子通道内，与重金属鳌合。作为优选，所述还原态氧化石墨烯为琥珀色疏松粉末，能够更好的吸附重金属离子。所述水泥为425水泥；所述粉煤灰为三级灰，粒度为300～350目；所述生石灰为未吸湿的干燥石灰粉末，粒度为280～300目，以使固化成分具有适当尺寸的通道吸收淤泥中水分，并使淤泥具有足够的强度。作为优选，所述聚丙烯酸钠分子量为1000～10000，粒度为200～300目。本专利技术解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：一种淤泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按各原料所占质量百分数为：聚丙烯酸钠1％～5％，生物质活性炭2％～8％，木质素磺酸钠2％～7％，聚轮烷1％～5％，还原态氧化石墨烯4％～25％，水泥15％～50％，生石灰5％～25％，粉煤灰10％～35％，选取原料，备用；(2)将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌。本专利技术解决上述再进一步技术问题所采用的技术方案为：按照固化剂与淤泥质量比为10％～20％的掺入比将固化剂加入淤泥中，然后在搅拌机内进行充分混合后，光照固化完全。与现有技术相比，本专利技术的优点：1.本专利技术同时使用聚丙烯酸钠、生石灰、水泥等有机和无机固化组分，各原料间协同作用，固化效果好，且无机固化组分的添加量低；通过木质素磺酸钠与活性炭配合稳定重金属离子，避免其再次浸出，造成二次污染；2.本专利技术的固化剂各原料之间协同作用，不仅可以有效降低淤泥的含水率，提高淤泥的强度，达到土方填筑的要求；还可以有效封存淤泥中的重金属和有机物，从而避免污染物二次暴露的风险；3.本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种淤泥固化剂，其特征在于，由以下质量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠1％～5％，生物质活性炭2％～8％，木质素磺酸钠2％～7％，聚轮烷1％～5％，还原态氧化石墨烯4％～25％，水泥15％～50％，生石灰5％～25％，粉煤灰10％～35％。

【技术特征摘要】
1.一种淤泥固化剂，其特征在于，由以下质量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠1％～5％，生物质活性炭2％～8％，木质素磺酸钠2％～7％，聚轮烷1％～5％，还原态氧化石墨烯4％～25％，水泥15％～50％，生石灰5％～25％，粉煤灰10％～35％。2.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述淤泥固化剂由以下质量份数的原料制备而成：聚丙烯酸钠5％，生物质活性炭材料8％，木质素磺酸钠7％，聚轮烷5％，还原态氧化石墨烯25％，水泥15％，生石灰25％，粉煤灰10％。3.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述生物质活性炭的原材料为玉米芯、椰子壳、棕榈壳、花生壳中的至少一种。4.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述生物质活性炭粒度为80目。5.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述还原态氧化石墨烯为琥珀色疏松粉末；...

【专利技术属性】
技术研发人员：任红星，范娟，刘荣华，
申请(专利权)人：宁波天韵生物科技有限公司，浙江天韵生态环境工程有限公司，浙江国科生态技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33