本发明涉及一种河道淤泥或污泥处理的活性聚合物固化剂及其用途。
背景技术：
我国内陆城市湖泊河道众多，水底有大量的淤泥堆积。对淤泥的采集和处理往往工程量大，耗资惊人。例如在南水北调东线工程中，产生的疏浚淤泥的征地费用就高达6.4亿元。而且这些堆放的淤泥含水率高，强度低，还含有有毒化学物质(如重金属)、病原生物等一些有害成分。国外不少发达国家以淤泥制造高效净化燃料、建筑材料等商业方式对淤泥进行综合开发利用。然而在国内，由于技术与经济的原因，湖泊河道疏浚淤泥最多的还是作为填筑材料，降低淤泥的含水率，提高淤泥的强度来满足土方填筑的要求。因此，国内普遍采用水泥类的无机材料对淤泥进行固化处理，然而水泥类材料用于淤泥固结时，添加量较大，对高含水淤泥的固化效果较差，无法满足日益增长的淤泥或污泥处理要求。
现有的淤泥或剩余污泥固化剂掺加量一般在10％～20％之间，导致污泥固化增容比较大，难以实现污泥减量化处理，且由于淤泥或污泥中含有重金属类有害物质，因此急需一种固化稳定化效果好、掺加量低的淤泥或污泥固化剂。
技术实现要素：
为了解决现有淤泥固化材料存在的有效性和限制性问题，针对河道淤泥或污泥中含有大量有机质和重金属等特性，本发明提供了一种性能优异的淤/污泥活性聚合物固化剂，对高含水淤泥或污泥进行固化处理，快速有效降低其含水率。同时可根据所含重金属物质的种类，针对性添加各类无机钝化材料，并耦合凝结剂、粘结剂和催化剂以提高淤泥强度，达到各类工程及不同环境的使用要求。
本发明的活性聚合物固化剂，以质量百分比计，主要组成为：脱水剂0.5％-8％，粘结剂15％-30％，凝结剂10％-30％，催化剂5％-15％，钝化剂0.5％-2％。
所述的脱水剂优选为聚丙烯酰胺类物质，利用阳离子聚合物分子上带电部位中和污泥胶体颗粒所带负电荷，压缩双电层使之脱稳；并利用阳离子聚合物高分子的长链条作用把细小泥土颗粒吸附缠结在一起，结成较大颗粒，从而将水分挤出。
所述的粘结剂优选为糊化淀粉，遇水糊化，吸收水分，通过其良好的粘结性能提高固化淤泥或污泥的强度。
所述的凝结剂优选为硅酸盐水泥或/和石膏，添加石膏后，水泥水化产物中的铝酸钙还会与石膏反应生成钙矾石，固相体积可增大。一方面钙矾石的膨胀作用可以填充部分孔隙，降低固化土的孔隙量，另一方面钙矾石的针刺状或柱状晶体在孔隙中相互交叉，与水化硅酸钙、水化铝酸钙一起形成空间结构。
所述的催化剂优选为生石灰、三乙醇胺或氢氧化钠中的一种或数种，利用其碱性可催化激发水泥胶凝材料的活性以及淤泥或污泥本身的活性，使得凝结和水化反应快速顺利地进行，不断提高固化淤泥的强度。
所述的无机钝化材料优选为磷酸二氢钙、羟基磷灰石、碳酸钙、碳酸镁或硅酸钠中的一种或数种，根据淤泥或污泥中Pb、Cr、Cd、Cu、Zn等重金属种类与含量进行针对性添加，将重金属固定于密闭泥土外壳内，实现河道淤泥或污泥的无害化处置。
具体实施方式：
实施例1
本实施例的活性聚合物固化剂，所用原料为阳离子聚丙烯酰胺、糊化淀粉、硅酸盐水泥、生石灰、三乙醇胺、羟基磷灰石等组成，成分按质量比为阳离子聚合物材料：糊化淀粉：硅酸盐水泥：生石灰：羟基磷灰石＝1：3：3：2：1进行混合；其中，羟基磷灰石的磷品位为25％，粒度为100目。
本实施例河道淤泥或污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1将羟基磷灰石用水清洗后，在105～110℃条件下烘干6～8h；
步骤2采用破碎机将羟基磷灰石逐级破碎至1mm以下，再采用球磨机分别进行球磨，破碎、球磨后各种矿石粒径均≤100目；
步骤3将淀粉按质量比为1∶2加入到水中，搅拌均匀，在温度80℃下加热，并不断搅拌，淀粉浆由开始糊化直至完全成糊。将糊化淀粉干燥烘干，制备预糊化淀粉。
步骤4在常温下，将经过处理的羟基磷灰石、阳离子聚丙烯酰胺、预糊化淀粉、硅酸盐水泥按照复合固化剂的配比混合均匀，形成活性聚合物固化剂。
本实施例河道淤泥或污泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
在淤/污泥中加入占淤/污泥总量8％的淤/污泥固化剂，混合搅拌，搅拌30分钟，搅拌结束后，利用机械施压将水分挤压释放，养护7d后，固化成型。本实施例中固化后的河道淤泥在常温常压覆膜养护7天后，采用万能试验机测量其抗压强度为2.1MPa。
实施例2
本实施例的活性聚合物固化剂，所用原料为阳离子聚丙烯酰胺、糊化淀粉、硅酸盐水泥、生石灰、三乙醇胺、羟基磷灰石等组成，成分按质量比为阳离子聚合物材料：糊化淀粉：硅酸盐水泥+石膏：生石灰：石灰石＝1：3：3：2：1进行混合；其中，石灰石的纯度为含80％CaCO3，粒度为100目。
本实施例河道淤泥或污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1将石灰石用水清洗后，在105～110℃条件下烘干6～8h；
步骤2采用破碎机将石灰石逐级破碎至1mm以下，再采用球磨机分别进行球磨，破碎、球磨后各种矿石粒径均≤100目；
步骤3将淀粉按质量比为1∶2加入到水中，搅拌均匀，在温度80℃下加热，并不断搅拌，淀粉浆由开始糊化直至完全成糊。将糊化淀粉干燥烘干，制备预糊化淀粉。
步骤4在常温下，将经过处理的石灰石、阳离子聚丙烯酰胺、糊化淀粉、硅酸盐水泥和石膏按照复合固化剂的配比混合均匀，形成活性聚合物固化剂。
本实施例河道淤泥或污泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
在淤/污泥中加入占淤/污泥总量6％的淤/污泥固化剂，混合搅拌，搅拌30分钟，搅拌结束后，利用机械施压将水分挤压释放，养护7d后，固化成型。本实施例中固化后的污泥在常温常压覆膜养护7天后，采用万能试验机测量其抗压强度为2.2MPa。