本发明涉及淤泥处理领域，尤其涉及一种堆场高含水率淤泥的处理方法。
背景技术：
为了改善河湖的水质，保证河道正常的泄洪能力和航道、港口的畅通，包括我国在内的世界各国都在开展大规模的疏浚和清淤工程。据统计，仅我国的珠江三角洲地带每年产生的疏浚淤泥量就达8000万m3左右，而我国每年抛入海洋的淤泥量接近2亿m3，未来十年水利、海洋工程中仍将会产生大量的疏浚淤泥已成为难以回避的现实。疏浚工程中产生的疏浚淤泥通常采用堆放或抛弃的方法处理，一方面不仅占用大量的土地，造成大量土地资源的浪费，且将其抛到外海，会严重影响海洋资源的有效利用，对海洋环境将会造成不可弥补的破坏；另一方面，疏浚淤泥大多含有重金属、有机质等污染物，必然会对周边环境造成二次污染。
淤泥进行资源化处置之前，需从堆场转移，堆场淤泥天然含水率高、粘粒高、透气性差，转移运输之前要进行干化处理。直接对淤泥采用热空气对流干燥法进行干燥耗能非常高，而先在淤泥中掺入细沙再进行热空气对流的方法虽然可以降低能耗，但会消耗大量沙子，沙子作为自然资源，这种大量消耗沙子的方法不利于自然资源的可持续使用。淤泥中的高含水量不仅对转移产生非常大的影响，而且极不利于碳化处理。含水率高、粘粒高的淤泥在碳化处理后，往往很难达到较好的固化效果。
技术实现要素：
本发明提供一种堆场高含水率淤泥的处理方法，对含水率高、粘度高、透气性差的淤泥进行资源化处置。
一种堆场高含水淤泥的处理方法，包括以下步骤：
s1：在淤泥中掺入固化剂并搅拌均匀；
s2：采用机械搅拌法使淤泥发泡；
s3：对淤泥进行热风干燥；
s4：将干燥固化后的淤泥破碎并磨细成干化土；
s5：调整干化土的含水率，在干化土中掺入固化剂并压实成型；
s6：对成型的干化土混合物进行碳化处理，获得可再次利用的建材。
进一步地，掺入固化剂后的淤泥中固体与液体的质量之比为0.4-0.45。
进一步地，在掺入固化剂之前，将堆场淤泥中的杂质进行清理，所述杂质包括石块和植物残骸。
进一步地，所述固化剂包括钢渣粉90-100份、水泥0-10份及碳化促进剂0-10份，所述碳化促进剂为碱土金属氧化物。
进一步地，s4还包括以下步骤：
将干化土加入水，使干化土的含水率为8％-12％并搅拌均匀；
将搅拌后的干化土置于碳化釜中；
向碳化釜中通入浓度不小于95％的co2气体并保持碳化釜中气体压力为0.1mpa进行预碳化，持续时间2小时；
将预碳化后的干化土磨细。
进一步地，对淤泥进行热风干燥的风量为15000m3/h，温度为80℃-120℃。
进一步地，所述碳化处理包括以下步骤：
将混合成型的干化土混合物置于碳化釜中；
持续向碳化釜中通入浓度不小于99％的co2气体并保持碳化釜中气体压力为0.3mpa-0.5mpa，持续时间5-24小时。
进一步地，s5中调整干化土的含水率至8％-12％。
本发明公开的一种堆场高含水率淤泥的处理方法，无需大型设备机械脱水，通过加入固化剂并进行热风干燥，大幅提高淤泥干化速度，流动性淤泥的堆场周转时间大大缩短，而且，处理淤泥体量大，可应对临时疏浚工程排泥，设备要求低可随疏浚工程转移。在资源化处理的整个过程中无需高温高压蒸养，能耗低。同时本发明所使用固化剂材料主体为工业废渣钢渣，来源广、成本低，具有广阔的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中堆场高含水淤泥的处理方法流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种堆场高含水淤泥的处理方法，处理过程如下：
在淤泥堆场上原位框出待处理淤泥，清理淤泥中的石块、植物有机物残骸等杂质。
在淤泥中掺入固化剂并搅拌均匀，掺入的固化剂使淤泥中固体比例提高，掺入固化剂后的淤泥中固体与液体的质量之比为0.4-0.45；
掺入固化剂后，采用机械设备对淤泥进行搅拌，使淤泥发泡，通过发泡形成连通多孔结构，增加淤泥与空气的接触面积；
发泡完成后，立即对淤泥进行热风干燥；在淤泥上覆盖塑料布，然后吹送热风，风量为15000m3/h，温度为80℃-120℃；一方面通过高温调整气泡形貌，保证其开孔孔隙率达到40％及以上，另一方面高温可以加大固化剂的反应速率，使绝干时间大大缩短。塑料布可保证热风的干燥效果，防止热风的风力分散。
高含水、高粘度的淤泥想要实现绝干，单独采用热风烘干不仅会消耗大量的能源，而且时间会非常长，淤泥堆场每日的使用费用高昂，今早实现淤泥的绝干后对淤泥进行转移，可节省大量的堆场使用资金。
在处理过程中，本发明公开的处理方法无需进行任何脱水预处理，直接通过测量得到淤泥浆体含水率，并通过计算得到需掺入的固化剂的量，即可直接进行处理，这也大大节省了淤泥堆场的占用时间。
固化剂采用钢渣粉为主体，辅以水泥及碳化促进剂，其中，钢渣粉90份，水泥5份，碳化促进剂5份(份为重量份)，碳化促进剂为碱土金属氧化物，如氧化镁、氧化钙。碳化促进剂可以更好的促进碳化的进行。
钢渣是伴随炼钢过程中排放的一种固体废弃物，约占粗钢产量的10％-15％，与水泥矿物组成相似，但水化活性低，且含有大量的导致安定性不良的游离cao和游离mgo，但也因此使钢渣具有很高的碳化潜力。本实施例中选用的钢渣微粉比表面积为300m2/kg，具有较高的水化活性，钢渣中的钙容易溶出发生碳化反应，而且价格适中，成本可控。碳化反应为自发热反应，反应迅速，无需外部热源，主要的反应方程式为：
cx-s-hy+xco2→sio2·yh2o+xcaco3
3cao·sio2+3co2+nh2o→sio2·nh2o+3caco3
2cao·sio2+2co2+nh2o→sio2·nh2o+2caco3
ch/mh+co2→ca/mgco3+h2o
反应生成的碳酸盐晶体、凝胶态二氧化硅可以起到很好的孔隙填充作用，强度发展迅速，碳化数小时内强度便可超过养护28d的水泥土。且其结构致密，耐久性和对有害物质的封存效果优异。
钢渣的施用不仅可以大体量消纳工业
固废，相比其他水泥基固化剂在大规模淤泥固化项目中的施用，更有经济性。通过发泡形成联通多孔结构增大与空气的接触面积，有利于碳化效率的提高。碳化反应产物一方面对淤泥与钢渣中的重金属进行封存稳定；另一方面，淤泥中的细小黏粒被碳化产物粘结形成颗粒，大大降低其塑性指数，提高淤泥的工程性能。
绝干后的淤泥从堆场转移至合适的地方以便后续处理。转移后的淤泥进行破碎磨细。
如果淤泥绝干破碎后为高粘度干化土，为了保证最终碳化的成品强度，需对高粘度干化土进行预处理，将干化土中的高粘粒通过预碳化进行包裹，预碳化过程为：将干化土磨细，磨细后的干化土颗粒不大于10mm，在磨细后的干化土中加入8％-12％的水，然后放入碳化釜中，通入浓度不小于95％的co2，并保持碳化釜中气压为0.1mpa。
如果是非高粘度的干化土，则无需预碳化。预碳化后的干化土或非高粘度干化土可进行碳化处理。碳化处理前，对非高粘度干化土或者预碳化的干化土直接成型碳化的强度进行测定标号，然后根据资源化产品的强度要求选择追加固化剂的产量并进行最终碳化。碳化过程中，在待处理的干化土中掺入水，使含水率为8％-12％并压实成型，采用碳化气体为纯度不小于99％的co2，气体压力为0.3-0.5mpa，碳化时间为6-24小时。待处理的干化土压实成型，即为碳化后得到的轻质淤泥建材的形状。
较为常用的轻质淤泥建材有轻质淤泥砖，采用本发明公开的处理方法对不同含水率的淤泥进行处理，处理过程及结果如下表所示：
在堆场中框出八组待处理淤泥，清理杂质，包括大颗粒石块和植物有机物残骸，测定淤泥初始含水率，掺入钢渣微粉，并采用机械设备进行搅拌，将钢渣微粉与淤泥充分混合并使淤泥发泡，发泡后立即进行干燥。采用热风干燥，风量15000m3/h，热风温度100℃，热风干燥至绝干获得干化土。将干化土运输至合适的处置场所，置于碳化釜中，通入浓度为99％的co2气体，维持碳化釜内压力为0.1mpa，对八组干化土分别进行预碳化，取出后热风干燥至绝干并破碎，破碎的干化土颗粒直径小于5mm。在破碎后的干化土中掺入钢渣微粉和水，水的质量与固体物(干化土和钢渣微粉)的质量之比为0.1，将混合后的八组干化土在制坯车间中，分别以不同的压力制成砖坯。将砖坯置于碳化釜中，通入浓度为99％的co2气体，维持碳化釜中压力为0.3mpa，碳化一定的时间后，取出即可获得轻质淤泥碳化砖。八组碳化砖性能如上表所示，均满足国家建筑材料相关标准，且性能优异。
实施例2
在堆场中框出待处理淤泥，清理杂质，包括大颗粒石块和植物有机物残骸，通过测定可知淤泥初始含水率为150％，掺入淤泥湿重80％的固化剂，固化剂为95％的钢渣粉和5％的氧化钙，并采用机械设备进行搅拌，将钢渣微粉与淤泥充分混合并使淤泥发泡，发泡后立即进行干燥。采用热风干燥，风量15000m3/h，热风温度100℃，热风干燥1.5d使淤泥绝干。绝干后得到的干化土运输转移至可进行碳化的处理场所并破碎，破碎的干化土颗粒直径小于5mm。在破碎后的干化土中掺入钢渣微粉，钢渣微粉的质量与干化土的质量之比为0.2，将混合后的干化土与水交替加入成球盘，成球盘转速为45转/分钟，成球时间未5-10分钟，加入水的质量与固体物(干化土和钢渣微粉)的质量之比为0.13，将干化土成球后置于碳化釜中，通入浓度为99％的co2气体，维持碳化釜中压力为0.5mpa，碳化时间为5h，取出即可获得碳化淤泥骨料。经检测，碳化淤泥骨料安定性合格，吸水率为1-3％，压碎指标小于10％。具有良好的力学性能与耐久性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：在淤泥中掺入固化剂并搅拌均匀；
s2：采用机械搅拌法使淤泥发泡；
s3：对淤泥进行热风干燥；
s4：将干燥固化后的淤泥破碎并磨细成干化土；
s5：调整干化土的含水率，在干化土中掺入固化剂并压实成型；
s6：对成型的干化土混合物进行碳化处理，获得可再次利用的建材。
2.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，掺入固化剂后的淤泥中固体与液体的质量之比为0.4-0.45。
3.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，在掺入固化剂之前，将堆场淤泥中的杂质进行清理，所述杂质包括石块和植物残骸。
4.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，所述固化剂包括钢渣粉90-100份、水泥0-10份及碳化促进剂0-10份，所述碳化促进剂为碱土金属氧化物。
5.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，s4还包括以下步骤：
将干化土加入水，使干化土的含水率为8％-12％并搅拌均匀；
将搅拌后的干化土置于碳化釜中；
向碳化釜中通入浓度不小于95％的co2气体并保持碳化釜中气体压力为0.1mpa进行预碳化，持续时间2小时；
将预碳化后的干化土磨细。
6.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，对淤泥进行热风干燥的风量为15000m3/h，温度为80℃-120℃。
7.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，所述碳化处理包括以下步骤：
将混合成型的干化土混合物置于碳化釜中；
持续向碳化釜中通入浓度不小于99％的co2气体并保持碳化釜中气体压力为0.3mpa-0.5mpa，持续时间5-24小时。
8.根据权利要求1所述的一种堆场高含水淤泥的处理方法，其特征在于，s5中调整干化土的含水率至8％-12％。
技术总结
本发明公开了一种堆场高含水淤泥的处理方法，在淤泥中掺入固化剂并搅拌均匀；采用机械搅拌法使淤泥发泡；对淤泥进行热风干燥；将干燥固化后的淤泥破碎并磨细成干化土；调整干化土的含水率，在干化土中掺入固化剂并压实成型；对成型的干化土混合物进行碳化处理，获得可再次利用的建材。在淤泥中掺入固化剂后热风干燥，使淤泥的干燥速度大大加快，为下一步处理提供良好基础，并加快了淤泥堆场的周转速度，通过预碳化将淤泥中的高粘粒包裹，达到改性的目的，使原本难以利用的高粘度淤泥可以制成建筑材料。
技术研发人员：崔春义;于春阳;赵九野;辛宇;梁志孟;王本龙
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2020.03.19
技术公布日：2020.06.26
声明：
“堆场高含水率淤泥的处理方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：大连海事大学
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2024年07月05日 ~ 07日 
