一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，采集河道疏浚底泥，自然通风后，静置，倒去上覆水，将底泥在自然条件下风化晾干，使其含水率<10%；将风干后结块的底泥依次经过粉碎机和球磨机破碎研磨，过筛，收集备用；将底泥、P.O 42.5水泥按照质量比4?7：3?6混合，然后于室温条件下机械搅拌，混匀后再加入发泡剂继续机械搅拌，所述的发泡剂的质量为固体质量的0.5%?3%；混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动3?5分钟，20~30小时后脱模，然后进行连续湿式养护7?90天，制得免烧结多孔吸附材料。本发明具备可抗水冲刷的力学强度，孔隙率高，对水中的重金属等污染物具有良好的吸附效果。
【专利说明】
一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料学领域，涉及一种多孔吸附材料，具体来说是一种采用疏浚底泥 制备多孔吸附材料的方法。
【背景技术】
[0002] 由于城市河道的外源污染持续输入且积累到一定程度，超出了河道原始水环境的 承载力与自净能力后，导致河道内原生态平衡体系破坏，对外来污水丧失了消纳与净化能 力。由此使得河道内大量有机污染物、富营养化大分子等物质堆积，形成氧化还原电位极低 的黑臭淤泥。河道因为水体富营养化和河底淤泥内部时刻进行的厌氧反应，导致沿岸臭气 熏天。河道疏浚作为城市河道水环境综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。就疏浚技术现状来看，又分 为工程疏浚技术、环保疏浚技术和生态疏浚技术等。其中，以减少内源污染负荷为目的的河 道底泥生态疏浚技术，被认为是控制河道内源污染效果明显的工程技术措施之一。日本、美 国、瑞典等国家对部分湖泊进行了局部或大规模的湖泊底泥疏浚工程。环保疏浚产生的底 泥，通常被作为固体废物堆放在贮泥场中，但这种处置方法也带来了各种各样的问题:①单 纯堆放而不采取其他控制措施，一方面会占用大量土地，另一方面会由于雨水的冲刷又会 产生二次污染，而且其中有益成分(如N、P及一定量的金属元素)不能得到充分利用，造成资 源的浪费。
[0003] 目前，大部分底泥资源化方式是将底泥制备成建材，如：中国专利号 201110035907.8，专利名：一种用河道底泥生产的烧结轻质环保砖及其制造方法；中国专利 号201210322843.4,专利名：一种底泥砖的制备方法；中国专利号201310258221.4,专利名： 一种污水处理厂污泥烧结砖及其制备方法；中国专利号201410326354.5,专利名：一种用疏 浚底泥免烧结制砖的方法。这些方法的资源化方式单一，应用范围较小。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种采用疏浚底泥制备多孔吸附 材料的方法，所述的这种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法要解决现有技术中对于疏 浚底泥的利用方式单一，应用范围小的技术问题。
[0005] 本发明提供了一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，包括如下步骤：
[0006] 1)采集河道疏浚底泥，自然通风后，静置，倒去上覆水，将底泥在自然条件下风化 晾干，使其含水率〈10 %;
[0007] 2)将风干后结块的底泥依次经过粉碎机和球磨机破碎研磨，过100-200目筛，收集 备用；
[0008] 3)将底泥、P. 0 42.5水泥按照质量比4-7:3-6混合，然后于室温条件下机械搅拌， 混匀后再加入发泡剂，继续机械搅拌，所述的发泡剂的质量为底泥水泥质量和的0.5%-3%；
[0009] 4)混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动3-5分钟，20~30小时后脱模，于湿度〉 95%，温度控制于19.5-20.5°C条件下连续湿式养护7-90天，制得免烧结多孔吸附材料。
[0010] 进一步的，步骤(3)所述的加入发泡剂后继续搅拌是指搅拌器先搅拌底泥水泥半 分钟后，再加入发泡剂，然后继续搅拌。
[0011] 进一步的，步骤(3)所述的机械搅拌是所述的机械搅拌是机械搅拌是搅拌器先以 125-135r/min的速度搅拌25~45秒，加入发泡剂后再以125-135r/min的速度搅拌2~3分 钟，再以57-67r/min的速度搅拌50~80秒。
[0012] 进一步的，在步骤3)中，加入发泡剂后，物料中的水固比在室温条件下在0.3-0.6 之间。
[0013] 进一步的，在步骤4)中，所述机械振动是在指将模具置于振动台上机械振动至填 满标准模具中，振幅为〇_5mm。
[0014] 进一步的，所述免烧多孔吸附材料的无侧限抗压强度大于等于3MPa。
[0015] 进一步的，所述疏浚底泥是受污染河道的表层底泥，含水率为50-65 %，pH介于 6 · 95-7 · 85之间，主要成分是Si02，Al2〇3、Fe2〇3、CaO。
[0016] 进一步的，步骤(3)中，所述发泡剂为混凝土发泡剂，例如市售的LW2发泡剂、T100 发泡剂。
[0017] 进一步的，所述的免烧结多孔吸附材料是指在制备过程中温度基本处于室温条 件，没有加热或煅烧条件。
[0018] 本发明是利用免烧结技术，节省能耗，避免造成二次大气污染的免烧结多孔吸附 材料的制备方法，利用P.0 42.5水泥、发泡剂制备而成，材料易得、来源广泛、价格便宜。不 仅节能环保且方法简单，满足重金属浸出性低、孔隙率高、吸附性好、容易规模生产等要求， 可作为吸附材料，对水中重金属具有良好的吸附效果。对疏浚底泥进行资源化利用的同时 可用于去除水体中的污染物。本发明技术简单，成本低廉，节省能耗，避免造成二次大气污 染;低重金属浸出，具备可抗水冲刷的力学强度，孔隙率高，对水中的重金属等污染物具有 良好的吸附效果。
[0019] 本发明将疏浚底泥通过免烧结技术制备成多孔吸附材料，开拓了底泥资源化方 式。本发明制得免烧结多孔吸附材料，制备过程中无加热或煅烧条件。养护28天，无侧限抗 压强度达到3MPa;免烧结多孔吸附材料的密度等级、抗压强度等均满足GBT17431.1-2010 《轻集料及其试验方法-第1部分:轻集料》中的要求。对水体中重金属的吸附效率可以达到 90%以上。
[0020] 本发明具有一下优点及有益效果：
[0021] (1)制备所用原料简单易得，价格低廉，环保无害。重金属污染疏浚底泥、水泥和混 凝土发泡剂作为主要原料，在制作工艺上不会对环境产生危害或副产物。采用免烧结工艺， 具有节能的优势，同时降低了二次污染的风险。
[0022] (2)重金属浸出浓度低:水泥的水解水化反应产生凝胶化合物包裹污染底泥的颗 粒，同时水泥的高pH值促使重金属生成沉淀，水泥水化产物中含有的大量钙离子可以与重 金属离子发生离子交换，大大降低重金属的浸出；
[0023] (3)孔隙率高:发泡剂在搅拌过程中产生泡沫，在混合的过程中在泥浆中形成一定 的孔洞，同时，在操作过程中，空气的混入在泥浆中会保留一定的孔隙；
[0024] (4)机械强度好:经过水泥固化后，虽然加大了孔隙，但仍然能达到较好的无侧限 抗压强度，符合水处理吸附材料的强度标准；
[0025] (5)水处理材料:多孔性加强材料的阻留和净化作用，底泥与水泥混合制成的水泥 基材料也具有一定的吸附能力，对污染物的吸附能力较强；
[0026] (6)疏浚底泥资源化利用:有效地解决了底泥资源化的问题，同时也拓宽了底泥制 备材料的应用范围，属于新型环保材料；
[0027] (7)工艺简单，易量产：制备条件为室温，无需加热和加压设备，工艺流程简单，易 实现生产线自动化生产。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合部分实例对本发明进行详细说明，但实施例并不用于限制本发明。
[0029] 实施例1
[0030] 采集河道底泥后，测量其含水率后静置、去除杂质后，风干暴晒。当底泥含水率降 至10%以下后，利用粉碎机和球磨机进行破碎、球磨后，使用100-200目的筛子进行筛选备 用。
[0031] 将底泥、P. 0 42.5水泥按照比例7: 3于室温条件下利用水泥搅拌器先快速搅拌半 分钟，加入0.5%的T100发泡剂后，再快速搅拌2分半钟，最后再慢速搅拌1分钟，并严格控制 水固比于室温条件下为0.3。混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动1-3分钟，防止将泥浆 压实在模具中，24小时后脱模，放置于湿度>95%，温度控制于19.5-20.5°C条件下连续湿式 养护7-90天，制得免烧多孔吸附材料。免烧结多孔吸附的规格可控制在直径0.5-5cm之间。 [0032]根据实验:底泥多孔吸附材料的比表面积约为20m 2/g，平均密度为372.47kg/m3，吸 水率为75.93% ;免烧结多孔吸附材料的密度等级、抗压强度等均满足GBT17431.1-2010《轻 集料及其试验方法-第1部分:轻集料》中的要求。
[0033] 根据HJ/T 299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和和HJ/T300-2007 《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对多孔吸附材料进行重金属浸出实验，结果 如表1所示。
[0034]表1免烧结多孔吸附材料浸出性和相关国家标准
[0035]
[0036] 注表示检测不出；
[0037] 本发明制备的多孔吸附材料采用两种浸出性检测方法得出结果均满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和 GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。证明材料重金属浸出性极低，在一般情况下， 不会对自然环境产生危害。
[0038] 本发明制备的免烧结多孔吸附材料用于水处理中，对水中磷酸盐的吸附能力较 强，去除率达到95%以上;对水中总磷的去除率达到70%以上;对水中硝态氮的去除率达到 80%以上;对污水中Cd等重金属也有一定程度的吸附，去除率达到90%以上。
[0039]表2免烧结多孔吸附材料对污染物的去除效果
[0041 ] 其结果可同时满足GB3838-2002《地表水环境质量标准》，GBT18921-2002《城市污 水再生利用景观环境用水水质》的π-m类水质量标准。
[0042] 实施例2
[0043] 当底泥含水率降至10 %以下后，利用粉碎机和球磨机进行破碎、球磨后，使用100-200目的筛子进行筛选备用。将底泥、P.0 42.5水泥按照比例6:4于室温条件下利用水泥搅 拌器先快速搅拌半分钟，加入〇. 5 %的LW2发泡剂后，再快速搅拌2分半钟，最后再慢速搅拌1 分钟，并严格控制水固比于室温条件下为0.5。混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动1-3 分钟，防止将泥浆压实在模具中，24小时后脱模，放置于湿度>95%，温度控制于19.5-20.5 °C条件下连续湿式养护7-90天，制得免烧多孔吸附材料。免烧结多孔吸附的规格可控制在 直径0 · 5_5cm之间。
[0044] 根据实验:底泥多孔吸附材料的比表面积约为17m2/g，平均密度为372.47kg/m3，吸 水率为72.93% ;免烧结多孔吸附材料的密度等级、抗压强度等均满足GBT17431.1-2010《轻 集料及其试验方法-第1部分:轻集料》中的要求。
[0045] 根据HJ/T 299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Cr浸出浓 度为0.0111^/1，〇1浸出浓度为0.01511^/1，211浸出浓度为0.00711^/1^(1检测不出，？13浸出浓 度为0.002mg/L。根据HJ/T 300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥 进行重金属浸出实验，底泥中Cr浸出浓度为0.15mg/L，Cu浸出浓度为0.04mg/L，Zn浸出浓度 为0 · 08mg/L，Cd浸出浓度为0 · 003mg/L，Pb浸出浓度为0 · 05mg/L。二者检测结果均满足GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制 标准》和GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。证明材料重金属浸出性极低，在一般 情况下，不会对自然环境产生危害。
[0046]本发明制备的免烧结多孔吸附材料用于水处理中，对水中磷酸盐的吸附能力较 强，去除率达到85 %左右;对水中总磷的去除率达到75 % ;对水中硝态氮的去除率达到70 % 左右;对污水中Cd等重金属也有一定程度的吸附，去除率达到90%以上。其结果可同时满足 GB3838-2002《地表水环境质量标准》，GBT18921-2002《城市污水再生利用景观环境用水水 质》的π -m类水质量标准。
[0047] 实施例3
[0048] 当底泥含水率降至10 %以下后，利用粉碎机和球磨机进行破碎、球磨后，使用100-200目的筛子进行筛选备用。将底泥、P.0 42.5水泥按照比例4:6于室温条件下利用水泥搅 拌器先快速搅拌半分钟，加入3 %的T100发泡剂后，再快速搅拌2分半钟，最后再慢速搅拌1 分钟，并严格控制水固比于室温条件下为0.5。混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动1-3 分钟，防止将泥浆压实在模具中，24小时后脱模，放置于湿度>95%，温度控制于19.5-20.5 °C条件下连续湿式养护7-90天，制得免烧多孔吸附材料。免烧结多孔吸附的规格可控制在 直径0 · 5_5cm之间。
[0049] 根据实验:底泥多孔吸附材料的比表面积约为15m2/g，平均密度为372.47kg/m3，吸 水率为71.09% ;免烧结多孔吸附材料的密度等级、抗压强度等均满足GBT17431.1-2010《轻 集料及其试验方法-第1部分:轻集料》中的要求。
[0050] 根据HJ/T 299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Cr浸出浓 度为0 · 02mg/L，Cu浸出浓度为0 · 005mg/L，Zn检测不出，Cd检测不出，Pb浸出浓度为0 · 00 lmg/ L。根据HJ/T 300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸 出实验，底泥中Cr浸出浓度为0.15mg/L，Cu浸出浓度为0.06mg/L，Zn浸出浓度为0.08mg/L， Cd浸出浓度为0.0025mg/L，Pb浸出浓度为0.064mg/L。二者检测结果均满足GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和 GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。证明材料重金属浸出性极低，在一般情况下， 不会对自然环境产生危害。
[0051] 本发明制备的免烧结多孔吸附材料用于水处理中，对水中磷酸盐的吸附能力较 强，去除率达到88 %左右;对水中总磷的去除率达到75 % ;对水中硝态氮的去除率达到72 % 左右;对污水中Cd等重金属也有一定程度的吸附，去除率达到90%以上。其结果可同时满足 GB3838-2002《地表水环境质量标准》，GBT18921-2002《城市污水再生利用景观环境用水水 质》的Π -m类水质量标准。
【主权项】
1. 一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 采集河道疏浚底泥，自然通风后，静置，倒去上覆水，将底泥在自然条件下风化晾干， 使其含水率〈10%; 2) 将风干后结块的底泥依次经过粉碎机和球磨机破碎研磨，过100-200目筛，收集备 用； 3) 将底泥、P. O 42.5水泥按照质量比4-7 :3-6混合，然后于室温条件下机械搅拌，混匀 后再加入发泡剂，继续机械搅拌，所述的发泡剂的质量为底泥水泥固体质量和的〇.5%-3%; 4) 混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动3-5分钟，20~30小时后脱模，于湿度>95%， 温度控制于19.5-20.5°C条件下连续湿式养护7-90天，制得免烧结多孔吸附材料。2. 根据权利要求1所述的一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于:步 骤(3)所述的加入发泡剂后继续搅拌是指搅拌器先搅拌底泥水泥半分钟后，再加入发泡剂， 然后继续搅拌。3. 根据权利要求1所述的一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于:步 骤(3)步骤(3)所述的机械搅拌是搅拌器先以125-135r/min的速度搅拌25~45秒，加入发泡 剂后再以125-135r/min的速度搅拌2~3分钟，再以57-67r/min的速度搅拌50~80秒。4. 根据权利要求1所述的一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于:在 步骤3)中，加入发泡剂后，物料中的水固比在室温条件下在0.3-0.6之间。5. 根据权利要求1所述的一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于:在 步骤4)中，所述机械振动是在指将模具置于振动台上机械振动至填满标准模具中，振幅为 〇-5mm〇6. 根据权利要求1所述的一种采用疏浚底泥制备多孔吸附材料的方法，其特征在于:所 述免烧多孔吸附材料的无侧限抗压强度大于等于3MPa。
【文档编号】C04B18/04GK105948801SQ201610288515
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】陶红, 顾竹珺, 林童, 杨克明, 贾玉宝, 施柳, 李飞鹏, 毛凌晨
【申请人】上海理工大学