絮凝固化剂及其组合物及淤泥状土壤的稳定化改进方法

专利名称：絮凝固化剂及其组合物及淤泥状土壤的稳定化改进方法
技术领域：
本发明涉及絮凝固化剂固化及其组合物及淤泥状土壤的稳定化改进方法。
背景技术：
近年来伴随着经济的高度发展，向河川、湖泊、港湾等流入了超过自然生态系统的 净化能力的有机物质，由含有有机腐殖性物质和微粒子土壤的堆积物造成自然生态系统的 环境破坏。特别是在封闭水域中，由于这些物质在底泥中堆积，水底陷入贫氧状况，导致微 生物、鱼类、植物等无法生长繁殖的状态，对于农业、渔业带来恶劣影响的各种问题在日趋 显著。为了解决这样的有机腐殖性的污泥堆积物的问题，提出了在淤泥状土壤中单独或并 用无机絮凝剂、有机絮凝剂来将污泥固液分离后添埋，或者由水泥系固化剂、石膏系固化剂 进行固化或者进行焚 烧形成块状形态进行处理或再利用的方法。特别是含有有机腐殖物质 2 30%左右的底泥堆积物，由于微生物的作用而发生腐败，产生恶臭，进而由于大量含有 3微米以下的粒子，作为悬浮粒子始终在底泥上以浮游污泥状态堆积。如此的稳定化的污泥 状土壤的固体成分浓度低，作为淤泥时的含水比为600 5000重量％，由于浓度低，作为前 处理，用无机系絮凝剂等进行沉淀处理，在该沉淀物中添加有机系絮凝剂形成具有强度的 大的沉淀物，用压滤机(filter-press)等固液分离装置进行脱水，得到含水比100 300 重量％左右的固形物。但是，这样的工序不仅复杂而且难以迅速处理，需要大型的贮水槽、 搅拌槽、沉淀槽等复杂的工序和装置，运行所需的动力也很大。而且，这样的工序中固液分 离后的固化物，由于混入有机系絮凝剂，不能表现出保水性强的土壤强度，植物也难于生长 繁殖，不能用于土壤改良材料等，所以，为了使用于土壤改良材料、建筑材料、路基材料等， 需要进一步添加水泥系、石膏系的固化剂来实现土壤强度。但该水泥系、石膏系的固化剂在 含水比为300重量％以上时，固化强度的表现慢，通常需要混合到脱水至含水比300重量％ 以下的软淤泥土壤中进行固化处理，但混合有该水泥系和石膏系的固化剂的固化物中，存 在碱成分和重金属的溶出，存在安全性问题。

发明内容
由于希望将含水比600 5000重量％的淤泥状土壤以原有的状态进行絮凝、沉 淀，同时使该絮凝沉淀物表现出固化强度来作为路基材料使用，因而对具有絮凝和固化的 双重机能的新型组合物进行了深入研究。从而发现，由大量废弃的各种焚烧灰渣、作为固化 助剂的钙或镁化合物以及无机系絮凝剂混合而成的新型絮凝固化剂是安全、廉价、可以迅 速实施处理的中性无机系絮凝固化剂。该新型絮凝固化剂以及以其作为有效成分的絮凝固 化组合物通过对淤泥状土壤的絮凝固化，具有在雨水、河水、海水中防止再泥化和溶胀崩溃 的性能，因此，开发出在海水域中可以再度返回到海底作为鱼类、海藻类的养殖基底，或者 在陆地中可以用作为农田的土壤改良材料、土木建设用材料的替代材料，还适用于护坡等 的植物培养的材料等应用方法。本发明涉及淤泥状土壤的絮凝固化组合物，该组合物可以添加到含水比为600 5000重量％的淤泥状土壤中并进行混合、搅拌，在30分钟以内高效地分离为团粒状絮凝物 和上清液，因此可以提高作业效率。所得到的团粒状絮凝物释放出结晶水而成为团粒状固 化物，表现出固化强度，因而可以用作防止护坡崩塌和改善的护坡材料，或将其返回到水底 用于海苔、海藻类的培养场所或浅滩或用于潮滩的鱼类的繁殖的基底材料，或用于土壤，在 达到规定强度后用于建设用土壤材料、路基材料等。本发明涉及相对于淤泥状土壤添加1 7重量％的絮凝固化组合物，防止所得的 团粒状固化物的溶胀的同时防止有机腐殖物、有害物质等的溶出的方法。本发明还涉及使用混合有焚烧灰渣、固化助剂和无机系絮凝剂的絮凝固化组合物 来发挥絮凝和固化双重机能的方法。具体来说，本发明涉及以下内容
(1) 一种淤泥状土壤的处理方法，其为将粉状无机系絮凝固化剂或以其作为有效 成分的絮凝固化组合物添加到含水比为600 5000重量％的淤泥状土壤中，混合并搅拌 后分离为上清液和团粒状固化物，在将团粒状固化物达到规定固化强度后来作为可利用资 源，其中的粉状无机系絮凝固化剂是将以下物质作为有效成分来混合得到的粉煤灰(fly ash)、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣(bagasse)的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣中的 一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或 其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物。(2) 一种粉末状无机系絮凝固化剂，其是以下述物质作为有效成分来混合得到的 作为主原料的粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣 中的一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一 种或其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物。(3)如⑵所述的粉末状无机系絮凝固化剂，其中，作为固化助剂的粉状的钙或镁 的氧化物、氢氧化物、硫酸化物的混合量，是相对于作为实现团粒状固化机能的有用成分的 主原料为5 66重量％的范围。(4)如⑵所述的粉末状无机系絮凝固化剂，其中，无机系絮凝剂的硫酸铝、氯化 铝发挥絮凝效果，并且还可以适用于作为焚烧灰渣中所含的碱金属或碱土金属的PH调整 齐U，其混合量是，相对于主原料为0. 5 10重量％的范围。(5)如⑵所述的粉末状无机系絮凝固化剂，其中，为了对应所希望的土壤压缩强 度的提高，作为固化助剂的粉末波特兰水泥相对于主原料混合3 20重量％，由于产生重 金属的溶出和碱溶出的问题，添加从粉状熔融二氧化硅、天然矿物的蒙脱土、绢云母、叶蜡 石、高岭石、钠云母、沸石中选择的一种或者多种的混合物作为混合的水泥的重金属溶出防 止剂，其配合量是相对于水泥为2 10重量％，另外，混合相对于水泥的5 10重量％的 作为碱溶出防止剂而选择的硫酸铝或氯化铝。(6) 一种含上述(2) (5)的任一项所述的粉状无机系絮凝固化剂作为有效成分 的絮凝固化组合物。发明效果将作为主原料的粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥 的焚烧灰渣中的一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸 化物中的一种或其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物作为有效成分来混合得到粉状无机系絮凝固化剂，将该粉状无机系絮凝固化剂作为有效 成分的絮凝固化组合物少量添加到淤泥状土壤中，通过混合并搅拌将淤泥状土壤固化为团 粒状，由于本无机系絮凝固化剂的作用，所得到的此团粒状土壤可以防止因雨水、河水、海 水等导致的溶胀崩溃，同时团粒状土壤不会再溶解分离，可以用于防止护坡崩溃的护坡材 料，或者将其再度返回到水底，作为海苔、海藻类的培养场所或浅滩或用于潮滩的鱼类的繁 殖的底基层，此外，在达到规定强度后，可以用作建设用土壤材料、路基材料等。
具体实施方式
本发明的淤泥状土壤絮凝固化物组合物的特征在于，以粉状中性无机系絮凝固化 剂作为有效成分；所述粉状中性无机系絮凝固化剂是将粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣 的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣中的一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙 或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸 铝或氯化铝中的一种或其混合物作为有效成分配合而成。另外，为了达到所要求的土壤压 缩强度而混合作为固化助剂的粉末波特兰水泥，以相对于主原料为3 20重量％的混合量 来混合。中性无机系絮凝剂的“中性”是指0. 1重量％水分散液的pH值为6 8. 5。粉煤灰是以煤做燃料的产业排出的焚烧灰渣，是以碳酸钙、氧化铝、二氧化硅为主 成分的无机物，具有吸水作用，因此如果将其添加到淤泥状土壤中，则由于焚烧灰渣中的水 合矿物而快速发生水合反应，形成针状结晶，该水合反应的进行使泥状土壤的含水比降低。 该结晶在将泥状土壤的微粒子成分包含起来的同时进行生长，与粉煤灰中含有的多硅酸盐 网状结构相结合固化，使微细土壤粒子结团成为团粒状。由于粉煤灰是多孔质，具有在其多 孔表面瞬间吸附吸收有机物、重金属、臭气等的性质，因而是优选材料。造纸污泥焚烧灰渣是造纸产业排出的污泥进行焚烧后的材料，由类似粉煤灰的成 分构成，因而其作用效果与粉煤灰相同。蔗渣焚烧灰渣是榨糖产业排出的甘蔗的压榨渣进行焚烧后的材料，蔗渣焚烧灰渣 由类似粉煤灰的成分构成，因而其作用效果与粉煤灰相同。各种有机污泥的焚烧灰渣是有机质排水处理工序所排出的污泥进行焚烧后的材 料，有机污泥的焚烧灰渣由类似粉煤灰的成分构成，因而其作用效果与粉煤灰相同。作为固化助剂的粉状的钙的氧化物、氢氧化物、硫酸化物分别是称为生石灰、消石 灰、石膏的水硬性矿物，与淤泥状土壤的水发生水合反应而进行固化。作为固化助剂的粉状的镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物分别是称为苦土、氢氧化 镁、硫酸苦土等所谓水硬性矿物，与淤泥状土壤的水发生水合反应而进行固化。作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或其混合 物的添加量，优选为相对于主原料(粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种 有机性污泥的焚烧灰渣)为5 30重量％。作为无机系絮凝剂的硫酸铝的俗称为“硫酸矾土”，氯化铝的俗称为PAC，优选混合 粉状物，其添加量优选为相对于主原料为1 10重量％在要求土壤压缩强度时特别混合的固化助剂的粉末波特兰水泥，是以硅、钙、铝为 主成分的水硬性矿物，吸收淤泥状土壤中的水分而进行固化。优选其混合量为相对于主原 料为3 20重量％。另外，由于水泥是水硬性的，用于达到优良的硬化力且不妨碍植被的混合量相对于主原料更优选为4 10重量％。本发明中，由于含有有机腐殖成分的淤泥状土壤含有大量恶臭物质，作为消臭效 果的助剂，添加活性碳、硅藻土、硅藻页岩、膨润土、熔融二氧化硅等多孔质物质来提高消臭 效果，促进植物的生长繁殖，另外还可以成为用于促进有机污泥分解的微生物的载体。其混 合量相对于主原料优选为1 5重量％。本发明中，作为处理对象的淤泥状土壤，可以例举含水比600 5000重量％的存 在于河川、湖底、海底等的含有机腐殖质的污浊状堆积物。本发明的方法是，将向这些淤泥 状土壤中添加本发明的絮凝固化组合物并进行固液分 离处理而得到的固化物，在日光下养 护而使其呈现固化强度，作为有用资源来有效利用。本发明的淤泥状土壤稳定化的方法为，将粉状中性无机系絮凝固化剂添加到含水 比为600 5000重量％的泥状土壤中，进行絮凝和团粒化，从而固化，其中，所述粉状中性 无机系絮凝固化剂为，将粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥 的焚烧灰渣中的一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸 化物中的一种或其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合 物作为有效成分混合而成。含水比为600重量％的淤泥状土壤，为了用具有压滤机、螺杆挤压机等机械压榨 设备的固液分离机得到规定含水比的土壤，首先设定添加浓度，来应用该絮凝固化组合物。本发明的絮凝固化组合物向淤泥状土壤的添加方法，没有特别限定，可以参照以 下为(1)将絮凝固化组合物对于水或海水等的淤泥状土壤中以分散的状态来添加，设 定为可以固化成目标的团粒状，进行混合搅拌。(2)将絮凝固化组合物加工成粒径为300 μ m以下的微粉末，以相对于淤泥状土壤 分散的状态来添加。在粒径为300 μ m以上时，要达到预定目标的团粒化时所需的搅拌时间 长等，会出现作业性降低等的问题，另外，由于团粒状固化的强度弱，会显著降低具有机械 压榨机能的固液分离机的性能。该组合物的粒径特别优选为3 150 μ m的范围。可以使用公知的机械装置来进行添加和混合，对机械装置没有特别限定。根据本发明的组合物的团粒状固化方法进行固化的固化物，在作为适于苇塘、海 苔、海藻类的培养场所或浅滩或潮滩或贝类鱼类的繁殖的底基层来使用时，成形为所希望 的形状，使用时的机械设备没有特别限定。以下通过实施例详细说明本发明，但本发明并不限于以下实施例。絮凝固化组合物的絮凝和固化性能试验1)由絮凝固化组合物的絮凝性能对淤泥状土壤的净化试验方法将以下的絮凝固化组合物对于淤泥状土壤(含水比900重量含水率90% )各 自添加1、2、4重量％，以200rpm搅拌1分钟，测定静置3分钟后的浊度。2)絮凝固化组合物的固化性能的试验方法将以下的絮凝固化组合物对于淤泥状土壤(含水比900重量％ =含水率90% ) 各自添加1、2、4重量％，制成固化物，将所得固化物在纸板上在室温干燥48小时和72小时 后，用台式针状浸入试验机测定浸入强度。3)絮凝固化组合物的防止再溶解分离泥化性能的试验方法
将以下的絮凝固化组合物对于淤泥状土壤(含水比900重量含水率90% )各 自添加1、2、4重量％，制成固化物，将所得固化物在纸板上在室温干燥48小时和72小时， 取干燥后的固化物50g，放入装有500ml水的烧杯中，以30rpm搅拌10分钟，静置3分钟后， 测定水的浊度，测定固化物的再泥化状况。4)淤泥状土壤的分析 该淤泥状土壤由于混入了树木的落叶，因而含有大量腐殖质。5)絮凝固化组合物 6)由絮凝固化组合物的絮凝性对淤泥状土壤的净化试验的结果和分析浊度的测 定试验结果 淤泥状土壤的净化结果是，以造纸污泥焚烧灰渣为主成分的组合物的效果为良 好。就水泥的絮凝性能来说，对腐殖质土壤的絮凝力很小。7)絮凝固化组合物的固化性能的试验台式针状浸入强度试验的结果(硬度的评价换算值)及分析 淤泥状土壤的固化试验结果是，以造纸污泥焚烧灰渣为主成分的组合物的效果为 良好。相对于造纸污泥焚烧灰渣组合物，随着水泥含量的增加固化强度增加，单独添加水泥 时的固化强度弱的原因是受到含有有机腐殖质的影响。8)絮凝固化组合物的防止再溶解分离泥化性能的试验结果及分析浊度的测定试 验结果 淤泥状土壤的固化物的防止再溶解分离泥化试验结果是，以造纸污泥焚烧灰渣为 主成分的、焚烧灰渣和固化助剂和无机絮凝剂的絮凝固化组合物的效果为良好。认为其原因是造纸污泥焚烧灰渣的水合反应的针状结晶和二氧化硅成分的多硅酸岩的网状结构中 牢固地结合了浊水成分，这时将悬浊物质的微粒子物质吸入该网状结构中，并防止溶出。另 夕卜，到72小时为止，水泥含量增加则再泥化防止性能变差。上述絮凝固化组合物并不限定为标准的配方，可以按照适合于作为可利用资源充 分利用的所需要的固化物组合物的方式来确定各种配方，另外固化方法可以使用包括日光 养护、公知的浊水处理机、固液分离机以及干燥装置。焚烧灰渣的组成如下所述。
物质名粉煤灰(重量造纸污泥焚烧灰渣(重蔗渣焚烧灰渣(重量 重金属和氟的溶出防止试验将上述絮凝固化组合物相对于淤泥状堆积土壤(含水比900 % =含水率90 % )添 加1重量％，在200rpm搅拌1分钟，静置3分钟后测定重金属及氟的含量以及pH值。重金属及氟的溶出试验结果
重金属、氟、组合物No.l 组合物Νο.2组合物Νο.3组合物Νο.4组合物Νο.5 在混合的水泥时，混入水泥中的氟和六价铬以及碱发生了溶出。
权利要求
一种淤泥状土壤的处理方法，其为将粉状无机系絮凝固化剂或以其作为有效成分的絮凝固化组合物添加到含水比为600～5000重量％的淤泥状土壤中，混合并搅拌后分离为上清液和团粒状固化物，使团粒状固化物达到规定固化强度后来作为可利用资源的方法，其中，所述粉状无机系絮凝固化剂是以下述物质作为有效成分来混合得到的粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣中的一种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或其混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物。
2.一种粉状无机系絮凝固化剂，其是以下述物质作为有效成分来混合得到的作为主 原料的粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣中的一 种或其混合物，作为固化助剂的粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或其 混合物，以及作为粉状无机絮凝剂的硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物。
3.如权利要求2所述的粉状无机系絮凝固化剂，其中，作为固化助剂的粉状的钙或镁 的氧化物、氢氧化物、硫酸化物的混合量是，相对于主原料为5 66重量％的范围。
4.权利要求2所述的粉状无机系絮凝固化剂，其中，无机絮凝剂的混合量是，相对于主 原料为0. 5 10重量％的范围。
5.如权利要求2所述的粉状无机系絮凝固化剂，其中，相对于主原料混合3 20重 量％作为固化助剂的粉末波特兰水泥，添加从粉状熔融二氧化硅、天然矿物的蒙脱土、绢云 母、叶蜡石、高岭石、钠云母、沸石中选择的一种或者多种的混合物作为所混合的水泥的重 金属溶出防止剂，其配合量为相对于水泥为2 10重量％，另外，混合相对于水泥为5 10 重量％的作为碱溶出防止剂的硫酸铝或氯化铝。
6.一种含权利要求2 5的任一项所述的粉状无机系絮凝固化剂作为有效成分的絮凝 固化组合物。
全文摘要
本发明提供淤泥状土壤的絮凝固化组合物及淤泥状土壤的稳定化改进方法。所述絮凝固化组合物含有粉状絮凝固化剂作为有效成分。所述絮凝固化剂是将下述物质作为有效成分混合得到的粉煤灰、造纸污泥的焚烧灰渣、蔗渣的焚烧灰渣、各种有机性污泥的焚烧灰渣中的一种或其混合物，粉状的钙或镁的氧化物、氢氧化物、硫酸化物中的一种或其混合物作为固化助剂，以及硫酸铝或氯化铝中的一种或其混合物作为粉状无机絮凝剂。将该粉状无机系絮凝固化剂或其组合物添加到含水比为600～5000重量％的淤泥状土壤中，混合并搅拌后分离为上清液和团粒状固化物，使将团粒状固化物达到规定固化强度来进行淤泥状土壤的稳定化改进的方法。
文档编号C04B18/30GK101863601SQ200910134358
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者加藤忠哉, 江草清行, 高野穰 申请人:株式会社安农津技研;株式会社神田环境设计;神田玲子;稻森悠平