申请日2019.03.26
公开(公告)日2019.05.24
IPC分类号C02F11/00; C02F101/30; C02F101/20
摘要
一种用于黑臭水体高有机质底泥的微纳米固化剂及制备方法和应用，一种微纳米固化剂及制备方法和应用，本发明的目的是为了黑臭水体底泥有机质含量高、含水率高、重金属含量高，固化剂用量大、而且难于固化、固化周期长，重金属渗出、空气污染严重的问题，本发明采用微纳米材料，比表面面积大、吸水能力强，可与蛋白质、油脂以及微生物细胞的间隙水相结合膨胀形成微骨架结构，起到微观固化作用，并填充无机宏观骨架结构中孔隙，提高有机淤泥固化体的抗压强度。而且吸收水分后快速膨胀，反应快，颗粒间化学结合力强，能够减少淤泥中水的流动性，从而到达固化高含水率污泥，并缩短淤泥固化周期至3‑4天。本发明应用于污染物去除领域。
权利要求书
1.一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂，其特征在于它按重量百分含量计是由0.3%-20%的微纳米二氧化硅、0.3%-25%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、0.3%-20%的微纳米氧化钙、0.5%-25%氧化钙、0.03%-10%的微纳米氧化铝、0.05%-16%氧化铝、0.5%-10%的微纳米氧化铁、0.5%-10%氧化铁、0.01‰-3%微纳米二氧化钛、0.02%-15%三氧化硫和0.05%-15%微纳米三氧化硫制成。
2.根据权利要求1所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂，其特征在于微纳米二氧化硅的粒径为100纳米～300微米，微米硅酸钙粒径为100纳米～300微米、微纳米氧化钙的粒径为100纳米～300微米，微纳米氧化铝粒径为100纳米～300微米，微纳米三氧化硫的粒径为100纳米～300微米，微纳米氧化铁的粒径为100纳米～300微米，微纳米二氧化钛的粒径为100纳米～300微米。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂，其特征在于它按重量百分含量计是由10%-20%的微纳米二氧化硅、15%-25%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、10%-20%的微纳米氧化钙、0.5%-20%氧化钙、0.03%-5%的微纳米氧化铝、0.05%-10%氧化铝、0.5%-5%的微纳米氧化铁、0.5%-5%氧化铁、0.02‰-1%微纳米二氧化钛、0.02%-10%三氧化硫和5%-15%微纳米三氧化硫制成。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂，其特征在于它按重量百分含量计是由0.3%-15%的微纳米二氧化硅、0.3%-10%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、0.3%-15%的微纳米氧化钙、0.5%-10%氧化钙、0.1%-2%的微纳米氧化铝、0.05%-5%氧化铝、0.5%-0%的微纳米氧化铁、0.5%-2%氧化铁、0.02‰-0.1%微纳米二氧化钛、0.02%-5%三氧化硫和5%-10%微纳米三氧化硫制成。
5.如权利要求1所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的制备方法，其特征在于它是按照如下步骤制得的：
按重量百分含量称取0.3%-20%的微纳米二氧化硅、0.3%-25%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、0.3%-20%的微纳米氧化钙、0.5%-25%氧化钙、0.03%-10%的微纳米氧化铝、0.05%-16%氧化铝、0.5%-10%的微纳米氧化铁、0.5%-10%氧化铁、0.02‰-3%微纳米二氧化钛、0.02%-15%三氧化硫和0.05%-15%微纳米三氧化硫，并均匀混合制得。
6.如权利要求1所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的应用，其特征在于它用于处理黑臭水体，所述的黑臭水体有机质含量超过5%，重金属含量为0.01‰～3%，含水率为20%～90%。
7.根据权利要求6所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的应用，其特征在于所述的黑臭水体固化剂是按如下方式处理黑臭水体：
将黑臭水体淤泥和固化剂按重量比1:(0.02～0.10)进行混合搅拌均匀后，放入不透水密封环境下封装3-4天进行固化成型，且保证抗压强度达到1Mpa以上。
8.根据权利要求7所述的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的应用，其特征在于不透水密封环境下为密封袋。
说明书
一种用于黑臭水体高有机质底泥的微纳米固化剂及制备方法和应用
技术领域
本发明涉一种微纳米固化剂及制备方法和应用。
背景技术
黑臭水体清淤底泥含有有机质和重金属，当水体有机物污染严重底泥中有机质含量较高时，现有无机固化剂很难和淤泥中有机物结合，导致固化体不易成型或抗压力小，甚至固化处理失败。其次，清淤底泥中含水量较高，呈流动状态或可塑状态，固化困难，抗压强度低。第三，黑臭水体清淤底泥固化后其中重金属仍然会逐渐渗出，从而周边污染环境。最后，现有无机固化剂多成碱性，而且固化周期较长，固化过程中会显著升高有机淤泥的pH值，导致淤泥中蛋白质水解产物氨气大量逸出，严重污染周边空气环境。
现有固化剂的淤泥固化效果与清淤底泥中有机质含量和含水率密切相关。现有无机固化剂与淤泥中蛋白质、脂类等大分子有机物成分结合力低，而且水分吸附量不高。因此当清淤底泥有机质含量高于6%，含水率高于40%时，现有固化物的抗压强度与有机质含量和含水率成反比。随着固化物中有机质逐渐分解，其中重金属离子在淋失作用下回部分渗出，酸性条件下渗出率大于10%。由于黑臭水体底泥有机物污染往往较为严重，而且含水率多高于80%，导致使用现有固化剂投配比多高于15%，而且固化周期长于14天，固化强度较低500Kpa，严重影响固化效果、施工周期以及淤泥固化成本。
此外，现有固化剂多成碱性，固化过程中反应热和挥发现象会导致水分以及氨气、硫化氢等臭气的大量释放，不仅影响淤泥固化效果，而且严重污染固化施工现场周边空气质量。而且现有固化剂水化反应较慢，固化周期多在14天以上。淤泥固化后期因水分挥发而提前干燥，显著影响固化物强度。
发明内容
本发明的目的是为了黑臭水体底泥有机质含量高、含水率高、重金属含量高，固化剂用量大、而且难于固化、固化周期长，重金属渗出、空气污染严重的问题。
本发明的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂，它按重量百分含量计是由0.3%-20%的微纳米二氧化硅、0.3%-25%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、0.3%-20%的微纳米氧化钙、0.5%-25%氧化钙、0.03%-10%的微纳米氧化铝、0.05%-16%氧化铝、0.5%-10%的微纳米氧化铁、0.5%-10%氧化铁、0.01‰-3%微纳米二氧化钛、0.02%-15%三氧化硫和0.05%-15%微纳米三氧化硫制成。
本发明的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的制备方法，它是按照如下步骤制得的：
按重量百分含量称取0.3%-20%的微纳米二氧化硅、0.3%-25%二氧化硅、0.3%-30%微米硅酸钙、0.3%-30%硅酸钙、0.3%-20%的微纳米氧化钙、0.5%-25%氧化钙、0.03%-10%的微纳米氧化铝、0.05%-16%氧化铝、0.5%-10%的微纳米氧化铁、0.5%-10%氧化铁、0.01‰-3%微纳米二氧化钛、0.02%-15%三氧化硫和0.05%-15%微纳米三氧化硫，并均匀混合制得。
本发明的一种用于含高有机质底泥的黑臭水体固化剂的应用，它用于处理黑臭水体，所述的黑臭水体有机质含量超过6%，重金属含量为0.01%～3%，含水率为20%～90%。
本发明包含以下有益效果：
优势1：本发明能够同时解决以上四个问题，首先本发明固化剂中二氧化硅、氧化钙氧化铝、氧化铁与底泥中的水结合后形成无机骨架结构，起到宏观固化作用。微纳米二氧化硅，微纳米氧化钙、微纳米氧化铝、微纳米氧化铁、微纳米三氧化硫颗粒尺寸小，比表面面积大、吸水能力强，可与蛋白质、油脂以及微生物细胞的间隙水相结合膨胀形成微骨架结构，起到微观固化作用，并填充无机宏观骨架结构中孔隙，提高有机淤泥固化体的抗压强度。
优势2：微纳米二氧化硅，微纳米氧化钙、微纳米氧化铝颗粒由于比表面积大、吸水能力强，而且吸收水分后快速膨胀，反应快，颗粒间化学结合力强，能够减少淤泥中水的流动性，从而到达固化高含水率污泥，并缩短淤泥固化周期至3-4天。
优势3：由于本发明固化剂中颗粒微小、比表面积巨大，不仅能够与大量吸附污泥中重金属，并且具有离子交换功能，具有较高的阳离子交换容量，可将淤泥中游离重金属离子固定在固化剂形成的骨架中，从而显著减少淤泥中重金属的淋失。
优势4：本发明固化剂用量低、碱度低，不会导致淤泥中氨气的释放，不需要吸收空气中的二氧化碳、释放热量和水分，因此淤泥与固化剂搅拌混合均匀后放入密封袋中固化，能够避免空气对固化反应的干扰，降低固化物水分流失，缩短固化时间，提高固化物强度，避免氨气等碱性有害臭气对固化现场周边空气环境的污染。（发明人王科;王哲;张英杰）
