一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，采集河道疏浚底泥，自然通風(fēng)后，靜置，倒去上覆水，將底泥在自然條件下風(fēng)化晾干，使其含水率<10%；將風(fēng)干后結(jié)塊的底泥依次經(jīng)過粉碎機和球磨機破碎研磨，過篩，收集備用；將底泥、P.O 42.5水泥按照質(zhì)量比4?7：3?6混合，然后于室溫條件下機械攪拌，混勻后再加入發(fā)泡劑繼續(xù)機械攪拌，所述的發(fā)泡劑的質(zhì)量為固體質(zhì)量的0.5%?3%；混合均勻后澆鑄于標準模具中，機械振動3?5分鐘，20~30小時后脫模，然后進行連續(xù)濕式養(yǎng)護7?90天，制得免燒結(jié)多孔吸附材料。本發(fā)明具備可抗水沖刷的力學(xué)強度，孔隙率高，對水中的重金屬等污染物具有良好的吸附效果。
【專利說明】
一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種多孔吸附材料，具體來說是一種采用疏浚底泥 制備多孔吸附材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于城市河道的外源污染持續(xù)輸入且積累到一定程度，超出了河道原始水環(huán)境的 承載力與自凈能力后，導(dǎo)致河道內(nèi)原生態(tài)平衡體系破壞，對外來污水喪失了消納與凈化能 力。由此使得河道內(nèi)大量有機污染物、富營養(yǎng)化大分子等物質(zhì)堆積，形成氧化還原電位極低 的黑臭淤泥。河道因為水體富營養(yǎng)化和河底淤泥內(nèi)部時刻進行的厭氧反應(yīng)，導(dǎo)致沿岸臭氣 熏天。河道疏浚作為城市河道水環(huán)境綜合整治的主要措施之一，其方法有很多，主要包括： 水下疏浚、干河疏浚、依靠水力疏浚以及采用爆破等手段疏浚。就疏浚技術(shù)現(xiàn)狀來看，又分 為工程疏浚技術(shù)、環(huán)保疏浚技術(shù)和生態(tài)疏浚技術(shù)等。其中，以減少內(nèi)源污染負荷為目的的河 道底泥生態(tài)疏浚技術(shù)，被認為是控制河道內(nèi)源污染效果明顯的工程技術(shù)措施之一。日本、美 國、瑞典等國家對部分湖泊進行了局部或大規(guī)模的湖泊底泥疏浚工程。環(huán)保疏浚產(chǎn)生的底 泥，通常被作為固體廢物堆放在貯泥場中，但這種處置方法也帶來了各種各樣的問題:①單 純堆放而不采取其他控制措施，一方面會占用大量土地，另一方面會由于雨水的沖刷又會 產(chǎn)生二次污染，而且其中有益成分(如N、P及一定量的金屬元素)不能得到充分利用，造成資 源的浪費。
[0003] 目前，大部分底泥資源化方式是將底泥制備成建材，如：中國專利號 201110035907.8，專利名：一種用河道底泥生產(chǎn)的燒結(jié)輕質(zhì)環(huán)保磚及其制造方法；中國專利 號201210322843.4,專利名：一種底泥磚的制備方法；中國專利號201310258221.4,專利名： 一種污水處理廠污泥燒結(jié)磚及其制備方法；中國專利號201410326354.5,專利名：一種用疏 浚底泥免燒結(jié)制磚的方法。這些方法的資源化方式單一，應(yīng)用范圍較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種采用疏浚底泥制備多孔吸附 材料的方法，所述的這種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中對于疏 浚底泥的利用方式單一，應(yīng)用范圍小的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明提供了一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，包括如下步驟：
[0006] 1)采集河道疏浚底泥，自然通風(fēng)后，靜置，倒去上覆水，將底泥在自然條件下風(fēng)化 晾干，使其含水率〈10 %;
[0007] 2)將風(fēng)干后結(jié)塊的底泥依次經(jīng)過粉碎機和球磨機破碎研磨，過100-200目篩，收集 備用；
[0008] 3)將底泥、P. 0 42.5水泥按照質(zhì)量比4-7:3-6混合，然后于室溫條件下機械攪拌， 混勻后再加入發(fā)泡劑，繼續(xù)機械攪拌，所述的發(fā)泡劑的質(zhì)量為底泥水泥質(zhì)量和的0.5%-3%；
[0009] 4)混合均勻后澆鑄于標準模具中，機械振動3-5分鐘，20~30小時后脫模，于濕度〉 95%，溫度控制于19.5-20.5°C條件下連續(xù)濕式養(yǎng)護7-90天，制得免燒結(jié)多孔吸附材料。
[0010] 進一步的，步驟(3)所述的加入發(fā)泡劑后繼續(xù)攪拌是指攪拌器先攪拌底泥水泥半 分鐘后，再加入發(fā)泡劑，然后繼續(xù)攪拌。
[0011] 進一步的，步驟(3)所述的機械攪拌是所述的機械攪拌是機械攪拌是攪拌器先以 125-135r/min的速度攪拌25~45秒，加入發(fā)泡劑后再以125-135r/min的速度攪拌2~3分 鐘，再以57-67r/min的速度攪拌50~80秒。
[0012] 進一步的，在步驟3)中，加入發(fā)泡劑后，物料中的水固比在室溫條件下在0.3-0.6 之間。
[0013] 進一步的，在步驟4)中，所述機械振動是在指將模具置于振動臺上機械振動至填 滿標準模具中，振幅為〇_5mm。
[0014] 進一步的，所述免燒多孔吸附材料的無側(cè)限抗壓強度大于等于3MPa。
[0015] 進一步的，所述疏浚底泥是受污染河道的表層底泥，含水率為50-65 %，pH介于 6 · 95-7 · 85之間，主要成分是Si02，Al2〇3、Fe2〇3、CaO。
[0016] 進一步的，步驟(3)中，所述發(fā)泡劑為混凝土發(fā)泡劑，例如市售的LW2發(fā)泡劑、T100 發(fā)泡劑。
[0017] 進一步的，所述的免燒結(jié)多孔吸附材料是指在制備過程中溫度基本處于室溫條 件，沒有加熱或煅燒條件。
[0018] 本發(fā)明是利用免燒結(jié)技術(shù)，節(jié)省能耗，避免造成二次大氣污染的免燒結(jié)多孔吸附 材料的制備方法，利用P.0 42.5水泥、發(fā)泡劑制備而成，材料易得、來源廣泛、價格便宜。不 僅節(jié)能環(huán)保且方法簡單，滿足重金屬浸出性低、孔隙率高、吸附性好、容易規(guī)模生產(chǎn)等要求， 可作為吸附材料，對水中重金屬具有良好的吸附效果。對疏浚底泥進行資源化利用的同時 可用于去除水體中的污染物。本發(fā)明技術(shù)簡單，成本低廉，節(jié)省能耗，避免造成二次大氣污 染;低重金屬浸出，具備可抗水沖刷的力學(xué)強度，孔隙率高，對水中的重金屬等污染物具有 良好的吸附效果。
[0019] 本發(fā)明將疏浚底泥通過免燒結(jié)技術(shù)制備成多孔吸附材料，開拓了底泥資源化方 式。本發(fā)明制得免燒結(jié)多孔吸附材料，制備過程中無加熱或煅燒條件。養(yǎng)護28天，無側(cè)限抗 壓強度達到3MPa;免燒結(jié)多孔吸附材料的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010 《輕集料及其試驗方法-第1部分:輕集料》中的要求。對水體中重金屬的吸附效率可以達到 90%以上。
[0020] 本發(fā)明具有一下優(yōu)點及有益效果：
[0021] (1)制備所用原料簡單易得，價格低廉，環(huán)保無害。重金屬污染疏浚底泥、水泥和混 凝土發(fā)泡劑作為主要原料，在制作工藝上不會對環(huán)境產(chǎn)生危害或副產(chǎn)物。采用免燒結(jié)工藝， 具有節(jié)能的優(yōu)勢，同時降低了二次污染的風(fēng)險。
[0022] (2)重金屬浸出濃度低:水泥的水解水化反應(yīng)產(chǎn)生凝膠化合物包裹污染底泥的顆 粒，同時水泥的高pH值促使重金屬生成沉淀，水泥水化產(chǎn)物中含有的大量鈣離子可以與重 金屬離子發(fā)生離子交換，大大降低重金屬的浸出；
[0023] (3)孔隙率高:發(fā)泡劑在攪拌過程中產(chǎn)生泡沫，在混合的過程中在泥漿中形成一定 的孔洞，同時，在操作過程中，空氣的混入在泥漿中會保留一定的孔隙；
[0024] (4)機械強度好:經(jīng)過水泥固化后，雖然加大了孔隙，但仍然能達到較好的無側(cè)限 抗壓強度，符合水處理吸附材料的強度標準；
[0025] (5)水處理材料:多孔性加強材料的阻留和凈化作用，底泥與水泥混合制成的水泥 基材料也具有一定的吸附能力，對污染物的吸附能力較強；
[0026] (6)疏浚底泥資源化利用:有效地解決了底泥資源化的問題，同時也拓寬了底泥制 備材料的應(yīng)用范圍，屬于新型環(huán)保材料；
[0027] (7)工藝簡單，易量產(chǎn)：制備條件為室溫，無需加熱和加壓設(shè)備，工藝流程簡單，易 實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0028] 以下結(jié)合部分實例對本發(fā)明進行詳細說明，但實施例并不用于限制本發(fā)明。
[0029] 實施例1
[0030] 采集河道底泥后，測量其含水率后靜置、去除雜質(zhì)后，風(fēng)干暴曬。當?shù)啄嗪式?至10%以下后，利用粉碎機和球磨機進行破碎、球磨后，使用100-200目的篩子進行篩選備 用。
[0031] 將底泥、P. 0 42.5水泥按照比例7: 3于室溫條件下利用水泥攪拌器先快速攪拌半 分鐘，加入0.5%的T100發(fā)泡劑后，再快速攪拌2分半鐘，最后再慢速攪拌1分鐘，并嚴格控制 水固比于室溫條件下為0.3?；旌暇鶆蚝鬂茶T于標準模具中，機械振動1-3分鐘，防止將泥漿 壓實在模具中，24小時后脫模，放置于濕度>95%，溫度控制于19.5-20.5°C條件下連續(xù)濕式 養(yǎng)護7-90天，制得免燒多孔吸附材料。免燒結(jié)多孔吸附的規(guī)格可控制在直徑0.5-5cm之間。 [0032]根據(jù)實驗:底泥多孔吸附材料的比表面積約為20m 2/g，平均密度為372.47kg/m3，吸 水率為75.93% ;免燒結(jié)多孔吸附材料的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕 集料及其試驗方法-第1部分:輕集料》中的要求。
[0033] 根據(jù)HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和和HJ/T300-2007 《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》對多孔吸附材料進行重金屬浸出實驗，結(jié)果 如表1所示。
[0034]表1免燒結(jié)多孔吸附材料浸出性和相關(guān)國家標準
[0035]
[0036] 注表示檢測不出；
[0037] 本發(fā)明制備的多孔吸附材料采用兩種浸出性檢測方法得出結(jié)果均滿足GB5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》，GB16889-2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》和 GB 8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。證明材料重金屬浸出性極低，在一般情況下， 不會對自然環(huán)境產(chǎn)生危害。
[0038] 本發(fā)明制備的免燒結(jié)多孔吸附材料用于水處理中，對水中磷酸鹽的吸附能力較 強，去除率達到95%以上;對水中總磷的去除率達到70%以上;對水中硝態(tài)氮的去除率達到 80%以上;對污水中Cd等重金屬也有一定程度的吸附，去除率達到90%以上。
[0039]表2免燒結(jié)多孔吸附材料對污染物的去除效果
[0041 ] 其結(jié)果可同時滿足GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，GBT18921-2002《城市污 水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》的π-m類水質(zhì)量標準。
[0042] 實施例2
[0043] 當?shù)啄嗪式抵?0 %以下后，利用粉碎機和球磨機進行破碎、球磨后，使用100-200目的篩子進行篩選備用。將底泥、P.0 42.5水泥按照比例6:4于室溫條件下利用水泥攪 拌器先快速攪拌半分鐘，加入〇. 5 %的LW2發(fā)泡劑后，再快速攪拌2分半鐘，最后再慢速攪拌1 分鐘，并嚴格控制水固比于室溫條件下為0.5?；旌暇鶆蚝鬂茶T于標準模具中，機械振動1-3 分鐘，防止將泥漿壓實在模具中，24小時后脫模，放置于濕度>95%，溫度控制于19.5-20.5 °C條件下連續(xù)濕式養(yǎng)護7-90天，制得免燒多孔吸附材料。免燒結(jié)多孔吸附的規(guī)格可控制在 直徑0 · 5_5cm之間。
[0044] 根據(jù)實驗:底泥多孔吸附材料的比表面積約為17m2/g，平均密度為372.47kg/m3，吸 水率為72.93% ;免燒結(jié)多孔吸附材料的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕 集料及其試驗方法-第1部分:輕集料》中的要求。
[0045] 根據(jù)HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Cr浸出濃 度為0.0111^/1，〇1浸出濃度為0.01511^/1，211浸出濃度為0.00711^/1^(1檢測不出，？13浸出濃 度為0.002mg/L。根據(jù)HJ/T 300-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》對底泥 進行重金屬浸出實驗，底泥中Cr浸出濃度為0.15mg/L，Cu浸出濃度為0.04mg/L，Zn浸出濃度 為0 · 08mg/L，Cd浸出濃度為0 · 003mg/L，Pb浸出濃度為0 · 05mg/L。二者檢測結(jié)果均滿足GB 5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》，GB16889-2008《生活垃圾填埋場污染控制 標準》和GB 8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。證明材料重金屬浸出性極低，在一般 情況下，不會對自然環(huán)境產(chǎn)生危害。
[0046]本發(fā)明制備的免燒結(jié)多孔吸附材料用于水處理中，對水中磷酸鹽的吸附能力較 強，去除率達到85 %左右;對水中總磷的去除率達到75 % ;對水中硝態(tài)氮的去除率達到70 % 左右;對污水中Cd等重金屬也有一定程度的吸附，去除率達到90%以上。其結(jié)果可同時滿足 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，GBT18921-2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水 質(zhì)》的π -m類水質(zhì)量標準。
[0047] 實施例3
[0048] 當?shù)啄嗪式抵?0 %以下后，利用粉碎機和球磨機進行破碎、球磨后，使用100-200目的篩子進行篩選備用。將底泥、P.0 42.5水泥按照比例4:6于室溫條件下利用水泥攪 拌器先快速攪拌半分鐘，加入3 %的T100發(fā)泡劑后，再快速攪拌2分半鐘，最后再慢速攪拌1 分鐘，并嚴格控制水固比于室溫條件下為0.5?；旌暇鶆蚝鬂茶T于標準模具中，機械振動1-3 分鐘，防止將泥漿壓實在模具中，24小時后脫模，放置于濕度>95%，溫度控制于19.5-20.5 °C條件下連續(xù)濕式養(yǎng)護7-90天，制得免燒多孔吸附材料。免燒結(jié)多孔吸附的規(guī)格可控制在 直徑0 · 5_5cm之間。
[0049] 根據(jù)實驗:底泥多孔吸附材料的比表面積約為15m2/g，平均密度為372.47kg/m3，吸 水率為71.09% ;免燒結(jié)多孔吸附材料的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕 集料及其試驗方法-第1部分:輕集料》中的要求。
[0050] 根據(jù)HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Cr浸出濃 度為0 · 02mg/L，Cu浸出濃度為0 · 005mg/L，Zn檢測不出，Cd檢測不出，Pb浸出濃度為0 · 00 lmg/ L。根據(jù)HJ/T 300-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》對底泥進行重金屬浸 出實驗，底泥中Cr浸出濃度為0.15mg/L，Cu浸出濃度為0.06mg/L，Zn浸出濃度為0.08mg/L， Cd浸出濃度為0.0025mg/L，Pb浸出濃度為0.064mg/L。二者檢測結(jié)果均滿足GB 5085.3-2007 《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》，GB16889-2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》和 GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。證明材料重金屬浸出性極低，在一般情況下， 不會對自然環(huán)境產(chǎn)生危害。
[0051] 本發(fā)明制備的免燒結(jié)多孔吸附材料用于水處理中，對水中磷酸鹽的吸附能力較 強，去除率達到88 %左右;對水中總磷的去除率達到75 % ;對水中硝態(tài)氮的去除率達到72 % 左右;對污水中Cd等重金屬也有一定程度的吸附，去除率達到90%以上。其結(jié)果可同時滿足 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，GBT18921-2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水 質(zhì)》的Π -m類水質(zhì)量標準。
【主權(quán)項】
1. 一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 采集河道疏浚底泥，自然通風(fēng)后，靜置，倒去上覆水，將底泥在自然條件下風(fēng)化晾干， 使其含水率〈10%; 2) 將風(fēng)干后結(jié)塊的底泥依次經(jīng)過粉碎機和球磨機破碎研磨，過100-200目篩，收集備 用； 3) 將底泥、P. O 42.5水泥按照質(zhì)量比4-7 :3-6混合，然后于室溫條件下機械攪拌，混勻 后再加入發(fā)泡劑，繼續(xù)機械攪拌，所述的發(fā)泡劑的質(zhì)量為底泥水泥固體質(zhì)量和的〇.5%-3%; 4) 混合均勻后澆鑄于標準模具中，機械振動3-5分鐘，20~30小時后脫模，于濕度>95%， 溫度控制于19.5-20.5°C條件下連續(xù)濕式養(yǎng)護7-90天，制得免燒結(jié)多孔吸附材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于:步 驟(3)所述的加入發(fā)泡劑后繼續(xù)攪拌是指攪拌器先攪拌底泥水泥半分鐘后，再加入發(fā)泡劑， 然后繼續(xù)攪拌。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于:步 驟(3)步驟(3)所述的機械攪拌是攪拌器先以125-135r/min的速度攪拌25~45秒，加入發(fā)泡 劑后再以125-135r/min的速度攪拌2~3分鐘，再以57-67r/min的速度攪拌50~80秒。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于:在 步驟3)中，加入發(fā)泡劑后，物料中的水固比在室溫條件下在0.3-0.6之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于:在 步驟4)中，所述機械振動是在指將模具置于振動臺上機械振動至填滿標準模具中，振幅為 〇-5mm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用疏浚底泥制備多孔吸附材料的方法，其特征在于:所 述免燒多孔吸附材料的無側(cè)限抗壓強度大于等于3MPa。
【文檔編號】C04B18/04GK105948801SQ201610288515
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】陶紅, 顧竹珺, 林童, 楊克明, 賈玉寶, 施柳, 李飛鵬, 毛凌晨
【申請人】上海理工大學(xué)