一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法

1.本发明涉及的是土建技术领域，具体涉及一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法。


背景技术：

2.疏浚淤泥是指对河流、湖泊等水体的沉积物进行疏浚作业而产生的泥水混合物，我国水利工程和航运工程每年都会产生大量的疏浚淤泥，这不仅会影响水上交通的通行效率而且造成了巨大的环境污染。此外，各城市的河道和湖泊也产生了大量的淤泥，使得河道黑臭化，同时淤泥的堆积占用了大量的土地资源，也会造成严重的二次污染。针对以上一系列淤泥问题，我国迅速开展淤泥处理的行动。
3.淤泥的成因主要是工业废水、生活污水、城市地表径流和大气降水等进入水体后，其中的颗粒物、胶体物质和水溶性盐类通过吸附、络合、化学反应等物理化学过程，并在一定水力条件下沉积到水体的底部，形成沉积物。由此可见，淤泥普遍存在含水率高、强度低、压缩性大、粒径细，并含有有机质和一些污染物质。
4.传统的淤泥强化方法主要利用晾晒、热处理等常规物理方法进行处理，需要较长的周期，成本高；对塑性指数高、有机含量高的淤泥采用水泥、石灰或粉煤灰固化处理，效果并不理想，且水泥固化土的干缩系数和温缩系数较大，易开裂，而石灰固化土的强度增长较慢，易影响施工进度。目前土体固化技术已经广泛应用在淤泥处理中，土体固化剂可以与淤泥中的水和土颗粒发生化学反应，降低和转化了淤泥中水分含量，增强了淤泥土颗粒间的连接作用，使淤泥的强度得到提高并改善淤泥土其他物理性质。由于固化淤泥土的力学性能和理化性质得到很大的改善，固化剂处理后的淤泥土可以资源再利用，即固化后的淤泥土可应用到道路工程和填方工程中。然而，目前常用的水泥和石灰等固化剂固化淤泥后，虽然有一定的固化效果，但均会对环境造成污染，而且固化成本相对较高。因此，亟需找到一种新型绿色环保的固化方式去处理淤泥土。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种固化淤泥土的方法，利用脲酶诱导碳酸钙沉积技术去固化淤泥，不仅绿色环保，而且固化剂的原料来源广泛、成本低廉，操作方便，且固化效果较好，对环境污染小，具体地说是一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，所述固化淤泥土的方法是向淤泥中注入基于脲酶的固化剂，注入后静置，达到工程应用的标准即可；其中所述固化剂包括脲酶液和胶凝液，所述胶凝液为氯化钙和尿素混合液，具体固化方法包括以下步骤：(1)固化前准备工作，先在待固化现场附近搭建实验室，然后在实验室内配制好脲酶液与胶凝液，将两种配制好的溶液倒入对应的容器内，得脲酶液和胶凝液备用；
(2)将盛装有脲酶液与胶凝液的容器运输到需要固化淤泥的场地；(3)现场固化淤泥作业，在需要固化的淤泥表面先铺上一层百洁布，然后在需要固化的淤泥表面交替注入脲酶液和胶凝液，使注入脲酶液和胶凝液分别通过百洁布渗入到淤泥中，所述脲酶液和胶凝液的注入方式为，首先注入1倍孔隙体积的脲酶液，注入后静置0.5～1.5小时，然后在注入1倍孔隙体积的胶凝液，注入后反应10～12小时；(4)重复步骤(3)的交替注入方式，直至达到淤泥土固化后，使其承载力增强，满足工程应用的标准即可。
7.进一步地，本发明所述的基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，其中在所述步骤(3)现场固化淤泥作业过程中，先注入脲酶液后静置1小时，然后在注入胶凝液反应11小时。
8.进一步地，本发明所述的基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，其中所述脲酶液为大豆脲酶液，所述大豆脲酶液的配制方法包括以下步骤：(1)取经粉碎后的大豆粉末于桶内，然后向桶内加入蒸馏水，所述蒸馏水按照大豆粉末质量与蒸馏水体积比为 1:10来添加，得到的大豆粉溶液，然后采用搅拌机器充分搅拌30分钟；(2)将搅拌后的溶液放置于低温环境下的养护箱内静置24小时；(3)然后将静置后的大豆粉溶液倒入离心桶内，利用高速离心机将大豆粉溶液以4000rpm离心处理15分钟，经离心处理后，取上清液即为大豆脲酶液。
9.进一步地，本发明所述的基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，其中所述步骤(2)中的低温环境指温度为10～15℃，相对湿度为80～85％的环境。
10.进一步地，本发明所述的基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，其中所述胶凝液的配制方法是按等摩尔浓度的氯化钙和尿素混合配制而形成的混合溶液。
11.采用本发明所述的方法，采用大豆脲酶液和胶凝液为原料，采取交替注入脲酶液和胶凝液方式，脲酶诱导碳酸钙沉积的原理为：利用脲酶溶液将尿素分解成nh
4+
和co
32
‑
，与周围环境中存在的ca
2+
结合，生成具有胶凝性且难溶的碳酸钙晶体，碳酸钙的生成不仅胶结了淤泥土中的小颗粒，产生一定强度的整体内部结构，碳酸钙生成还增加了土颗粒表面的粗糙度，同时，胶凝液的加入，使得大量高价阳离子与淤泥土颗粒进行离子反应，使得颗粒粘聚效果更加明显，淤泥土体固化效果更佳。利用脲酶诱导碳酸钙沉积的具体反应方程如下：co(nh2)
2 + 2h2o
ꢀ→ꢀ
2nh
4+ + co
32
‑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)co
32
‑ꢀ
+ ca
2+
ꢀ→ꢀ
caco3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)采用本发明所述的一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，与现有技术相比，其有益效果在于：（1）本发明采用基于脲酶的固化剂，固化剂采用大豆脲酶液和胶凝液，而所述胶凝液为氯化钙和尿素混合液，相对于常用的水泥和石灰等固化剂，也更加绿色环保，固化淤泥后对环境造成的污染也小；（2）本发明采用基于脲酶的固化剂，固化剂原料来源广泛且价格低廉，在实际工程中，采用此固化剂固化淤泥成本较低，其固化效果较好，不仅可取得良好的经济效益，而且对淤泥的资源化利用有重要现实意义；
（3）采用本发明所述的基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，是一种新型的兼顾资源、环境以及可持续发展的淤泥固化处理技术，有良好的工程应用前景，可应用于路基工程的填料或其他实际工程中，具有广泛的应用前景。
12.综上所述，采用本发明所述的固化淤泥土的方法，采用脲酶液和胶凝液作为固化剂，其中所述脲酶液为大豆脲酶液，而所述胶凝液为氯化钙和尿素混合液，利用脲酶诱导碳酸钙沉积，具有无污染及无化学残留的优点，不仅绿色环保，而且固化剂的原料来源广泛、成本低廉，操作方便，且固化效果较好，具有良好的经济效益，对淤泥的资源化利用有重要现实意义，其实用性强，有利于推广应用。
附图说明
13.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
14.图1是本发明基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法的流程图。
具体实施方式
15.为进一步说明本发明的构思，以下将结合附图，并通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明所述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
16.实施例1：如图1所示，本发明所述的一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，所述固化淤泥土的方法是向淤泥中注入基于脲酶的固化剂，注入后静置，达到工程应用的标准即可；其中所述固化剂包括脲酶液和胶凝液，所述胶凝液为氯化钙和尿素按等摩尔浓度混合配制而形成的混合溶液。
17.具体固化方法包括以下步骤：(1)固化前准备工作，先在待固化现场附近搭建实验室，然后在实验室内配制好脲酶液与胶凝液，将两种配制好的溶液倒入对应的容器内，得脲酶液和胶凝液备用；(2)将盛装有脲酶液与胶凝液的容器运输到需要固化淤泥的场地；(3)现场固化淤泥作业，在需要固化的淤泥表面先铺上一层百洁布，然后在需要固化的淤泥表面交替注入脲酶液和胶凝液，使注入脲酶液和胶凝液分别通过百洁布渗入到淤泥中，所述脲酶液和胶凝液的注入方式为，首先注入1倍孔隙体积的脲酶液，注入后静置0.5小时，然后在注入1倍孔隙体积的胶凝液，注入后反应10小时；(4)重复步骤(3)的交替注入方式，直至达到淤泥土固化后，使其承载力增强，满足工程应用的标准即可。
18.其中所述脲酶液为大豆脲酶液，所述大豆脲酶液的配制方法包括以下步骤：(1)取经粉碎后的大豆粉末于桶内，然后向桶内加入蒸馏水，所述蒸馏水按照大豆粉末质量与蒸馏水体积比为 1:10来添加，得到的大豆粉溶液，然后采用搅拌机器充分搅拌30分钟；(2)将搅拌后的溶液放置于低温环境下的养护箱内静置24小时；所述低温环境指温度为10～15℃，相对湿度为80～85％的环境；(3)然后将静置后的大豆粉溶液倒入离心桶内，利用高速离心机将大豆粉溶液以
4000rpm离心处理15分钟，经离心处理后，取上清液即为大豆脲酶液。
19.实施例2：如图1所示，本发明所述的一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，所述固化淤泥土的方法是向淤泥中注入基于脲酶的固化剂，注入后静置，达到工程应用的标准即可；其中所述固化剂包括脲酶液和胶凝液，所述胶凝液为氯化钙和尿素按等摩尔浓度混合配制而形成的混合溶液。
20.具体固化方法基本上与实施例1相同，其不同之处是在交替注入脲酶液和胶凝液过程中，首先注入1倍孔隙体积的脲酶液，注入后静置1小时，然后在注入1倍孔隙体积的胶凝液，注入后反应11小时。
21.实施例3：如图1所示，本发明所述的一种基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化淤泥土的方法，所述固化淤泥土的方法是向淤泥中注入基于脲酶的固化剂，注入后静置，达到工程应用的标准即可；其中所述固化剂包括脲酶液和胶凝液，所述胶凝液为氯化钙和尿素按等摩尔浓度混合配制而形成的混合溶液。
22.具体固化方法基本上与实施例1相同，其不同之处是在交替注入脲酶液和胶凝液过程中，首先注入1倍孔隙体积的脲酶液，注入后静置1.5小时，然后在注入1倍孔隙体积的胶凝液，注入后反应12小时。
23.为了说明采用本发明所述方法的固化效果，选取相同的淤泥分为五个试验组，其中三个试验组分别采用实施例1至3所述方法进行固化；而另外两个试验组，一个是采用脲酶液和胶凝液混合后同时注入，另一个采用先注入1倍孔隙体积的脲酶液，注入后静置2至3小时，然后在注入1倍孔隙体积的胶凝液，注入后反应20至24小时。通过对脲酶液的静置时间及胶凝液的反应时间不同进行对比，对于静置时间，如果静置时间短，则脲酶液在淤泥中的渗透效果差，如果静置时间长，虽然能达到充分渗透的目的，但是对尿素的分解效果则不是很理想；而对于反应时间，如果反应时间短，则达不到对尿素有效分解的目的，如果反应时间长，虽然能达到充分反应的目的，但是胶凝液与淤泥土中高价阳离子形成颗粒的粘聚性差。最后经过检测，脲酶液注入后静置1小时，而胶凝液注入后反应11小时能达到最佳固化效果。
24.综上所述，采用本发明所述的固化淤泥土的方法，具有无污染及无化学残留的优点，不仅绿色环保，而且固化剂的原料来源广泛、成本低廉，操作方便，且固化效果较好，具有良好的经济效益，对淤泥的资源化利用有重要现实意义，其实用性强，有利于推广应用。
25.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。