CN107540181A - 黑臭河道底泥覆盖材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种黑臭河道底泥覆盖材料制备方法。包括如下步骤：(1)将粉煤灰和氧气缓释材按照预比例混合并搅拌得到第一混合材料；(2)将第一混合材料与固化材料混合，并搅拌得到第二混合材料；(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加水并搅拌，得到混合物，将混合物挤压造粒得到固化体前体；(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理得固化体；(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，自然冷却后得覆盖材料。本发明黑臭水河道底泥覆盖材料的制备方法，以粉煤灰为主体，融合氧气缓释材和固化材，经特殊工艺，制得覆盖材料，对底泥释放的重金属，N、P等营养盐及难降解有机物有很好的处理效果。

Description

黑臭河道底泥覆盖材料制备方法

技术领域

本发明属于水环境治理领域，尤其设置及一种黑臭河道底泥覆盖材料制备方法。

背景技术

为减底泥是污染物的重要蓄积库，积累的主要污染物有重金属，N、P等营养盐及难降解有机物，其含量可达水体中的上百倍，并且与水相保持一定的动态平衡。当环境条件发生变化时，底泥中的污染物可能会释放出来，再次污染水体。所以，污染底泥已严重威胁着人类的健康和世界的环境，对污染底泥的治理刻不容缓。

目前，污染底泥控制技术主要有原位处理技术和异位处理技术2大类。原位处理技术是将污染底泥留在原处，采取措施阻止底泥污染物进入水体，即切断内污染源的污染途径；异位处理技术是将污染底泥挖掘出来运输到其它地方后再进行处理，即将水体的内污染源转移走，以防止污染水体。目前广泛应用的原位处理技术主要有覆盖(掩蔽)、固化、氧化、引水、物理淋洗、喷气和电动力学修复等。异位处理技术主要有疏浚、异位淋洗、玻璃化等。覆盖(掩蔽)作为底泥的一种原位处理技术对污染底泥的修复效果非常明显，而且工程造价低，能有效防止底泥中的污染物进入水体而造成的二次污染，不论是有机污染还是无机污染类型的底泥均适用。

原位覆盖技术通过在污染底泥表面铺放一层或多层清洁的覆盖物，使污染底泥与上层水体隔离，从而阻止底泥中污染物向水体的迁移。覆盖具有如下3方面功能：1)通过覆盖层，将污染底泥与上层水体物理性隔开；2)覆盖作用可稳固污染底泥，防止其再悬浮或迁移；3)通过覆盖物中有机颗粒的吸附作用，有效削减污染底泥中污染物进入上层水体。

目前使用较多的掩蔽材料有未污染的底泥、清洁砂子、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、还可以采用方解石、土工织物或一些复杂的人造地基材料等。不同的覆盖材料与其效果密切相关，选择覆盖材料时主要考虑材料的如下几方面特性：1)覆盖材料的粒径，粒径越小，阻隔能力越强，污染物的穿透能力越低；2)覆盖材料中有机质含量、覆盖材料的比表面积和孔隙率，这些特性与其对污染物的吸附能力相关；3)覆盖材料的比重或密度，该特性与其抗水流扰动、稳固污染底泥的功能相关。

然而当前掩蔽材料多以无机沙石为主，存在比表面积小，吸附性能差，结构性不好，不能同时实现对重金属，N、P等营养盐及难降解有机物的处理，而且容易引起厌氧或兼性厌氧环境，无法实现长期对水质改善功效。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能修复河道底泥的黑臭河道底泥覆盖材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明一种黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，包括如下步骤：

(1)将粉煤灰和氧气缓释材按照预比例混合并搅拌得到第一混合材料；

(2)将第一混合材料与固化材料混合，并搅拌得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加水并搅拌，得到混合物，将混合物挤压造粒得到固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理得到固化体；

(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，自然冷却后得到覆盖材料。

进一步地，所述粉煤灰的质量份为100份，所述氧气缓释材的质量份为5-10份，所述固化材的质量份为10-50份。

进一步地，所述水的质量为第二混合材料质量的10％-50％。

进一步地，所述氧气缓释材包括由聚乳酸材料包裹的过氧化钙或由聚乳酸材料包裹的过氧化镁中的一种或两种。

进一步地，所述固化材包括水泥、活性氧化钙、活性氧化镁或水玻璃中的任意一种或几种。

进一步地，所述固化体前体为蜂窝状结构，所述固化体前体的形状为方体、圆球形或柱状体。

进一步地，所述固化体蜂窝状结构的孔径范围为1mm-30mm。

进一步地，所述步骤(4)中进行风干处理的时间为6-10天。

进一步地，所述步骤(5)中加热处理温度为300-500℃；加热处理时间为2-3小时。

进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)中，进行搅拌时的搅拌速率为90-150rpm，搅拌时间为15-30min。

本发明黑臭水河道底泥覆盖材料的制备方法，以粉煤灰为主体，融合氧气缓释材和固化材，形成结构性好、比表大的覆盖材；泥覆盖材料多孔，可以为微生物提供较好的繁殖和生长场所，同时含有氧气缓释材，有效分解处理污泥释放的氨氮、有机质等污染物。利用本发明方法制得的覆盖材料能同时处理底泥释放的重金属，N、P等营养盐及难降解有机物，而且材料用量少，施工方便，成本低。

为达到上述目的，本发明提供一种黑臭水河道底泥修复方法，包括向河道中投放覆盖材料，形成1-10cm的覆盖层；

所述覆盖材料为由上述的黑臭水河道底泥覆盖材料制备方法制备得到。

本发明黑臭河道底泥修复方法，通过向河道中投加覆盖材料，形成覆盖层来对河道底泥进行修复；利用覆盖材料中覆盖材料富含的钙、镁元素，与底泥释放的磷酸盐反应形成磷酸钙、磷酸镁沉淀，降低磷酸盐含量。利用材料多孔、比表大、结构性好，可以为微生物提供较好的繁殖和生长场所，同时含有氧气缓释材，有效分解处理污泥释放的氨氮、有机质等污染物。由于覆盖材料中含有氧气缓释材，氧气缓释材是随着包裹材聚乳酸被生物分解，当氧气缓释材与水反应释放氧气，能持续供氧给微生物，避免形成厌氧和兼性厌氧环境。

本发明通过进行高温处理得到的覆盖材料，大大提高覆盖材料表面的吸附性能，对底泥释放重金属有很好的吸附效果；且能同时处理底泥释放的重金属，N、P等营养盐及难降解有机物。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，包括如下步骤：

(1)将100质量份的粉煤灰和10质量份的聚乳酸包裹过氧化钙混合，以90-150rpm搅拌15-30min，使氧气缓释材表面被粉煤灰包裹，得到第一混合材料；

(2)将第一混合材料与硅酸盐混合，以90-150rpm搅拌15-30min，得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加水40质量份的水并搅拌，得到混合物，将混合物装入蜂窝模具挤压成型，得到蜂窝状结构的固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理一周，得到固化体；

(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，放入350℃高温炉中处理2小时，自然冷却后得到覆盖材料A。

实施例2

(1)将100质量份的粉煤灰和10质量份聚乳酸包裹过氧化钙和过氧化镁混合物混合，以90-150rpm搅拌15-30min，使氧气缓释材表面被粉煤灰包裹，得到第一混合材料；

(2)将第一混合材料与30质量份的活性氧化镁混合，以90-150rpm搅拌15-30min，得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加水50质量份的水并搅拌，得到混合物，将混合物装入蜂窝模具挤压成型，得到蜂窝状结构的固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理一周，得到尺寸为10mm的固化体；

(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，放入350℃高温炉中处理2小时，自然冷却后得到覆盖材料B。

比较例1

(1)将100质量份的粉煤灰和30质量份的硅酸盐搅拌混合均匀得到混合材；

(2)向步骤(1)中的混合材中加入40质量份的水，充分搅拌，并装入蜂窝模具挤压成型，得到蜂窝状固化体前体；

(3)将步骤(2)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理，得到尺寸为10mm的蜂窝状覆盖材C。

比较例2

(1)将100质量份的粉煤灰和10质量份的聚乳酸包裹过氧化钙和过氧化镁的混合物混合，使氧气缓释材表面被粉煤灰包裹，得到第一混合材料；

(2)将步骤(1)中得到的第一混合材料与30质量份的活性氧化镁混合，得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加50质量份的水，充分搅拌，并装入蜂窝模具挤压成型，得到蜂窝状固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理，得到尺寸为10mm的蜂窝状覆盖材D。

比较例3

(1)将100质量份的粉煤灰和10质量份的聚乳酸包裹过氧化钙，充分搅拌混合，使聚乳酸包裹过氧化钙的表面被粉煤灰包裹，得到第一混合材料；

(2)将步骤(1)中得到的第一混合材料与5质量份的硅酸盐水泥搅拌混合均匀，得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加40质量份的水，充分搅拌，并装入蜂窝模具挤压成型，蜂窝状结构的固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理一周，得到尺寸为10mm的蜂窝状固化体，；

(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，放入350℃高温炉中处理2小时，自然冷却后得到覆盖材料E。

上述几种覆盖材料的机械强度比较如表1所示：

表1

	覆盖材A	覆盖材B	覆盖材C	覆盖材D	覆盖材E
						强度	◎	◎	○	○	X

其中，◎表示机械强度好；○表示机械强度一般；X表示机械强度不好。

实施例3

利用覆盖材料A对黑臭水河道底泥修复实验；获取20公斤底泥并记录污泥和水质参数(表2)，将污泥倒入圆桶中，泥的厚度约40cm，再倒入未污染的清水，水面距离底泥上表面40cm，待水稳定后，表面均匀散覆盖材A2KG，形成厚度为2cm左右的覆盖层，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

实施例4

采用实施例3同样的底泥和实验方法，用覆盖材B代替覆盖材A，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

对照例1

采用实施例3同样的底泥和实验方法，用覆盖材C代替覆盖材A，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

对照例2

采用实施例3同样的底泥和实验方法，用覆盖材D代替覆盖材A，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

对照例3

采用实施例3同样的底泥和实验方法，用覆盖材E代替覆盖材A，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

对照例4

采用实施例3同样的底泥和实验方法，不添加覆盖材，三个月后观测水质变化，结果记录在表3中；同时取底泥，测试底泥参数，见表4。

表2

表3

表4

试验结果表明：本发明的新型黑臭河道底泥覆盖材料具有结构性好、强度高、比表大、吸附性好的特点，覆盖在黑臭河底泥表层，同时消除底泥释放的重金属，N、P等营养盐及难降解有机物，底泥厚度降低，水质得到长期改善，底泥和水体的自净化能力逐渐恢复。而非本发明的比较例不论是污染物处理效果，还是固化体强度均不如本发明专利保护材料的要求。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将粉煤灰和氧气缓释材按照预比例混合并搅拌得到第一混合材料；

(2)将第一混合材料与固化材料混合，并搅拌得到第二混合材料；

(3)向步骤(2)中得到的第二混合材料中添加水并搅拌，得到混合物，将混合物挤压造粒得到固化体前体；

(4)将步骤(3)中的固化体前体在自然状态下进行风干处理得到固化体；

(5)将步骤(4)中得到的固化体在氮气的保护下进行加热处理，自然冷却后得到覆盖材料。

2.如权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述粉煤灰的质量份为100份，所述氧气缓释材的质量份为5-10份，所述固化材的质量份为10-50份。

3.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述水的质量为第二混合材料质量的10％-50％。

4.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述氧气缓释材包括由聚乳酸材料包裹的过氧化钙或由聚乳酸材料包裹的过氧化镁中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述固化材包括水泥、活性氧化钙、活性氧化镁或水玻璃中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述固化体前体为蜂窝状结构，所述固化体前体的形状为方体、圆球形或柱状体。

7.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述固化体蜂窝状结构的孔径范围为1mm-30mm。

8.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中进行风干处理的时间为6-10天。

9.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥覆盖材料制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中加热处理温度为300-500℃；加热处理时间为2-3小时。

10.一种黑臭水河道底泥修复方法，其特征在于，向河道中投放覆盖材料，形成1-10cm的覆盖层；

所述覆盖材料为由权利要求1-9任意一项所述的黑臭水河道底泥覆盖材料制备方法制备得到。