一种疏浚淤泥绿色环保改良剂及其制备方法与流程

2021-01-31 02:01:29|

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本发明属于淤泥处理领域，具体涉及一种淤泥绿色环保改良剂及其制备方法。

背景技术：

在中国内陆河湖的清淤以及港口、航道的建设过程中，每年都会产生大量的疏浚淤泥。此种淤泥具有天然含水量高、压缩性高、渗透性低、强度低和孔隙度大的特点，正常施工时承载力低、沉降大、稳定性差，未经处理很难被直接用作工程材料。若采用堆场或外海抛弃的方式处置不仅占用宝贵的土地资源，还会对周边的生活环境以及海洋生态造成恶劣的影响。另一方面，随着我国重大科技基础设施建设布局的推进，环河湖工程、围海工程、堤防工程以及道路工程大规模兴建，导致了优质工程材料如土方等的严重短缺，快速的建设需求与污染之间的矛盾日益突出，因此合理地处置疏浚淤泥并将其作为优质的工程材料资源化利用成为当下急需解决的问題。

目前国内外常用疏浚淤泥工程资源化处理方法主要是物理脱水法、高温烧结法和固化处理法。物理脱水法是使用特制的过滤压缩脱水设备强制挤出疏浚淤泥中的水分从而起到加固土体的作用，其原理类似于排水固结法。由于过滤压缩脱水设备的造价髙且处理能力有限，所以这种方法仅适用于小批量地处理高含水率的疏浚淤泥，难以大面积地推广。高温烧结法是通过髙温处理获得高硬度的烧结物（陶粒），然后再次处理作为路面材料或制成轻质砖使用。这种方法对疏浚淤泥的成分有较高的要求，而且费时费力。固化处理法是通过掺入化学固化材料利用其与疏浚淤泥土颗粒间的物理、化学反应形成土体骨架结构、填充土体孔隙以起到补强加固的作用。经固化处理后的废弃疏浚淤泥，力学强度提高，从而能够取代部分建筑材料。

专利文献cn103288391b公开了一种纯无机淤泥固化剂，所述纯无机淤泥固化剂由水泥、坡缕石和绢云母组成。所述的纯无机淤泥固化剂在使用时的掺入量为淤泥质量的10%~20%。制备得到的淤泥固化剂可有效提高淤泥的最佳含水率，当淤泥达到相同的强度时所需要排除淤泥中的水分更少；坡缕石和绢云母可以发挥其较强的吸水效果，另外，层状硅酸盐矿物的相互作用并发挥粘土矿物的特性，促使固化淤泥具有较的抗冲刷和抗冻融性能，固化后的淤泥可用于道路填料，降低了道路建设成本。

专利文献cn102295442b公开了一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，包括矿渣微粉、粉煤灰、水泥、氧化钙、柠檬酸废石膏、木质素、激发剂和活性去味剂。通过在海洋疏浚及滩涂淤泥中搅拌加入淤泥固化材料，解决了海洋疏浚及滩涂淤泥的固化与工程利用问题。通过所述海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，充分利用废石膏、矿渣以及木屑等工矿企业废料来作为海洋淤泥固化的填充剂与添加剂，保证了海洋淤泥固化产品力学性能与建筑实用性和环保性，实现了对自然淤泥与产业废料的合理利用。

但目前针对疏浚淤泥的改良都偏重于强度固化方面，仅强调力学性能上的改善，且淤泥固化处理前还需要专门的场地进行前期机械排水，固化后形成完全致密结构，土壤呈强碱性，无法作为绿色种植基，不利于绿色种植的存活和生长。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种淤泥绿色环保生态改良剂及其制备方法。本发明提供的淤泥改良剂原料易得、制备简易、运输便捷、施工简单，可以快速降低疏浚淤泥的含水率，一定程度上改善其力学性能，同时能控制其ph值稳定在一定范围内，改良土壤特性，增加有机质含量，提供土壤肥料，使其适应绿植的生长需求。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案:

一种淤泥绿色环保生态改良剂，所述的疏浚淤泥改良材料的配方中各组份的质量百分比为：

凹凸棒土20-30%；

过磷酸钙20-25%；

生化黄腐酸10-15%；

半水石膏15-25%；

矿渣微粉15-20%；

水泥2.5-5%；

激发剂0.5-1.5%；

总质量分数之和为100%。

作为优选，所述的过磷酸钙为粉状过磷酸钙，具体由以下方法制备而成：将p2o5含量为14%~20％的过磷酸钙采用100-250℃的气流烘干至其含水率小于2％，研磨过150-200目筛；或通过市售颗粒过磷酸钙碾压研磨过150~200目筛制备而成。

作为优选，所述的生化黄腐酸为为粉末状植物源生化黄腐酸钾或生化黄腐酸钠。

作为优选，所述的矿渣微粉为s95级粒化高炉矿渣微粉，其比表面积大于300m²/kg，28d活性指数大于95%。

作为优选，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，标号为p.o.42.5及其以上。

作为优选，所述的激发剂为硫酸钠或碳酸钠的其中一种。

其中所述的疏浚淤泥来源可以为江、河、湖、海等，其天然含水率介于50%~100%之间。

一种淤泥绿色环保生态改良剂的制备方法，其步骤包括：

将凹凸棒土、过磷酸钙、生化黄腐酸、半水石膏、矿渣微粉、水泥和激发剂混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装。

一种淤泥绿色环保生态改良剂的使用方法，为在使用时直接添加至淤泥软基中混合搅拌均匀，优选的掺入量为淤泥总质量的25%~35%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明原料易得、制备简易、运输便捷、施工简单，可以大大节约经济成本。

（2）本发明无需对疏浚淤泥进行前期机械脱水，避免使用专门的场地和脱水机械，可直接在施工现场操作，节约场地和机械成本。

（3）本发明原料中含矿渣微粉等工业固体废弃物，实现了资源化再生利用，变废为宝，具有良好的环境效益，应用前景广泛。

（4）本发明改良后土壤呈弱碱性，土壤中含有一定量的养分，实现了疏浚淤泥向绿色种植基的生态改良，满足了对边坡工程、路基工程和市政绿化的种植基供应需求，对促进固废无害化、环境绿色化做出了巨大的贡献，产生了良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的工艺路线图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种淤泥绿色环保改良剂，其组份（质量百分比）为：凹凸棒土25%、过磷酸钙20%、生化黄腐酸10%、半水石膏20%、矿渣微粉20%、水泥4%、激发剂1%。其中生化黄腐酸为粉末状植物源生化黄腐酸钾；矿渣微粉的细度为400m²/kg，28d活性指数为96.4%；水泥标号为p.o.42.5；激发剂为元明粉，即无水硫酸钠。

按照本发明提供的改良剂制备方法，称取上述相应质量的组份材料，混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装即可。

本实施例的淤泥绿色环保改良剂的应用方法为：将本实施例提供的淤泥绿色环保改良剂与堆放的疏浚淤泥搅拌至均匀混合，在自然状态下静置即可。

本实施例应用的疏浚淤泥天然含水率为93.5%，改良剂掺入量为疏浚淤泥总质量的30%。

实施例2

一种淤泥绿色环保改良剂，其组份（质量百分比）为：凹凸棒土20%、过磷酸钙20%、生化黄腐酸15%、半水石膏20%、矿渣微粉20%、水泥4%、激发剂1%。其中生化黄腐酸为粉末状植物源生化黄腐酸钾；矿渣微粉的细度为400m²/kg，28d活性指数为96.4%；水泥标号为p.o.42.5；激发剂为元明粉，即无水硫酸钠。

按照本发明提供的改良剂制备方法，称取上述相应质量的组份材料，混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装即可。

绿色环保改良剂与堆放的疏浚淤泥搅拌至均匀混合，在自然状态下静置即可。

本实施例应用的疏浚淤泥天然含水率为86.3%，改良剂掺入量为疏浚淤泥总质量的30%。

实施例3

一种淤泥绿色环保改良剂，其组份（质量百分比）为：凹凸棒土23%、过磷酸钙21%、生化黄腐酸13%、半水石膏18%、矿渣微粉20%、水泥4.5%、激发剂0.5%。其中生化黄腐酸为粉末状植物源生化黄腐酸钠；矿渣微粉的细度为400m²/kg，28d活性指数为96.4%；水泥标号为p.o.42.5；激发剂为元明粉，即无水硫酸钠。

按照本发明提供的改良剂制备方法，称取上述相应质量的组份材料，混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装即可。

本实施例的淤泥绿色环保改良剂的应用方法为：将本实施例提供的淤泥绿色环保改良剂与堆放的疏浚淤泥搅拌至均匀混合，在自然状态下静置即可。

本实施例应用的疏浚淤泥天然含水率为98.3%，改良剂掺入量为疏浚淤泥总质量的35%。

实施例4

一种淤泥绿色环保改良剂对比配方，其组份（质量百分比）为：过磷酸钙25%、生化黄腐酸15%，半水石膏25%、矿渣微粉20%、水泥14.5%、激发剂0.5%。其中生化黄腐酸为粉末状植物源生化黄腐酸钾；矿渣微粉的细度为400m²/kg，28d活性指数为96.4%；水泥标号为p.o.42.5；激发剂为元明粉，即无水硫酸钠。

按照本发明提供的改良剂对比配方制备方法，称取上述相应质量的组份材料，混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装即可。

本实施例的淤泥绿色环保改良剂对比配方的应用方法为：将本实施例提供的淤泥绿色环保改良剂对比配方与堆放的疏浚淤泥搅拌至均匀混合，在自然状态下静置即可。

本实施例应用的疏浚淤泥天然含水率和改良剂对比配方掺入量与实施例1相同。

实施例5

一种淤泥绿色环保改良剂对比配方，其组份（质量百分比）为：凹凸棒土35%、半水石膏30%、矿渣微粉30%、水泥4.5%、激发剂0.5%。其中矿渣微粉的细度为400m²/kg，28d活性指数为96.4%；水泥标号为p.o.42.5；激发剂为元明粉，即无水硫酸钠。

按照本发明提供的改良剂对比配方制备方法，称取上述相应质量的组份材料，混合、搅拌，送入成品库、检测合格后包装即可。

本实施例应用的疏浚淤泥天然含水率和改良剂对比配方掺入量与实施例1相同。

表1无侧限抗压强度数据表

表2含水率数据表

表3ph值数据表

表4有机质含量数据表

从表1~表4可知，本发明所述的淤泥绿色环保改良剂在处理含水率为80%~100%的疏浚淤泥时，可以在7d龄期内快速降低其含水率，提高无侧限抗压强度，使其达到0.2~0.3mpa的强度，同时可以控制ph值在9.80~9.90的范围内，并增加其有机质含量，使改良土壤的酸碱度和有机质养分适宜种植绿色植物的需求。

从实施例4中对比配方可知，在配方中缺少凹凸棒土情况下，疏浚淤泥中大量水分无法被快速吸附排干，因而导致后期处理中含水率较高现象；从实施例5中对比配方可知，在配方中缺少过磷酸钙和生化黄腐酸的情况下，因为在水泥等胶凝材料、石膏等气硬性材料作用下，复合改良土中生成大量碱性离子，其ph值在7d龄期内快速上升，导致疏浚淤复合土整体成为碱性土壤，且有机质含量较少。

本发明的工作原理是：本发明以凹凸棒土、矿渣微粉、过磷酸钙、生化黄腐酸等为主要原料，使用凹凸棒土可以快速吸附疏浚淤泥中的大量自由水，大大降低淤泥的含水率；使用矿渣微粉不仅是对固废资源的无害化资源化的再利用，在降低生产成本的同时还变废为宝，既解决固废处理问题，又解决固化剂原料问题，矿渣微粉可与水泥在激发剂作用下生成稳定的结晶矿物，提高改良土壤的整体强度；使用过磷酸钙、生化黄腐酸可以调节改良土壤的ph值，在调节酸碱度的同时还可以为土壤提供种植绿植所需的部分养分，实现疏浚淤泥向绿色种植基的生态改良。

半水石膏是气硬性胶凝材料，与水拌和作用下生成二水石膏，在较为干燥的环境中凝结硬化，从而提高改良土壤的整体强度。同时石膏中的钙离子还可以交换出土壤胶体表面的钠离子，一定程度上降低土壤的ph值。石膏还具有微孔结构，硬化后孔隙率高，既能吸收淤泥中的水分，又有利于营养物质的运移，便于植物根系吸收所需的营养成分，为植物的生长提供条件。

水泥是工程中常用的建设材料，本发明所述水泥为普通硅酸盐水泥，遇水后发生水化反应生成水化硅酸钙、氢氧化钙、水化硅铝酸钙、钙钒石等结晶矿物，凝结硬化后具有较高的硬度，可以提高土壤整体的抗压强度。

本发明所述的激发剂为硫酸钠或碳酸钠，激发剂所起的作用是对水泥和矿渣微粉等的水化作用起催化作用，使其水化作用可以快速进行，以提高早期强度。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

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