一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法

摘要

本发明涉及一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法，底泥采集后，倒去上覆水，先将2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐均匀喷洒在疏浚底泥中，快速搅拌,自然风化晾干后，经粉碎机破碎研磨，过100-150目筛，按照底泥、P.O 42.5水泥、沸石、生石灰质量比90-110：40-60：5-20：0.5-5的比例混合搅拌，在室温条件下并控制水灰质量比为35-45％之间；然后浇铸于标准模具中，湿式养护24-48小时后脱模，继续养护7-90天，制得免烧结砖。本发明工艺简单，节能环保、重金属浸出性低、抗压强度高、孔隙率高、吸附性好。可用作建筑材料；还可对水体中重金属、有机物具有吸附和稳定化作用。

权利要求

1.一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于：先将2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐均匀喷洒在河道疏浚底泥中，快速搅拌后加入水泥、天然沸石和生石灰，共同处理重金属污染底泥；充分搅匀后，浇铸成模；湿式养护24-48小时后脱模，继续养护7天至90天；

制备过程中温度处于室温条件，不加热或煅烧，具体制备按照如下步骤进行：

（A）以河道疏浚底泥为主要原料，底泥采集后，置于自然通风环境下，静置24-48小时，倒去上覆水；

（B）向底泥中加入2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐，添加量控制为底泥干重的

5-15%，搅拌均匀，自然条件下风化晾干，其含水率<5%；

（C）风干后结块的底泥，经过粉碎机和球磨机破碎研磨，过100-150目筛，收集备用，将底泥、P.O 42.5水泥、天然沸石、生石灰按照质量比90-110：40-60：5-20：0.5-5的比例于室温条件下机械搅拌，并在室温条件下严格控制水灰比质量比为 35-45%之间；

（D）混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动5-10分钟，随后转移至湿式养护24-48小时后脱模，继续养护7-90天，制得免烧结砖。

2.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（B）中所述的2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐的有效浓度为15-25%。

3.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（C）中所述的天然沸石选用有效质量含量60%-95%的天然斜发沸石，经过破碎研磨，过100-200目筛备用。

4.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（C）中所述的生石灰为200目的生石灰粉，氧化钙有效质量含量为75-98%。

5.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（C）中所述的机械搅拌是利用水泥搅拌器先慢速搅拌3分钟，再快速搅拌2分钟，最后再慢速搅拌10分钟。

6.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（D）中所述的机械振动是将模具置于振动台上机械振动，直至内部填料压实，振幅为0-5mm。

7.根据权利要求1所述的用疏浚底泥免烧结制砖的方法，其特征在于:步骤（D）中所述的湿式养护是指湿度>95%，温度控制于19.5-20.5℃。

说明书

一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法,是对疏浚底泥及有效稳定化底泥中的重金属进行资源化利用。

背景技术

[0002] 污水排放、大气沉降将很多污染物带入到水体中，污染物通过物理化学和生物等作用富集于水体底泥，导致河道底泥中氮磷营养物质、重金属等污染严重。在我国，1998至1999年实施的滇池草海污染底泥疏挖及处置工程(一期)是我国首例大型湖泊环保疏浚工
3
程，清除底泥近400万m。随后在太湖、星云湖、巢湖、南湖(长春市)等也开展了环保疏浚
3
工程。2012年3月上海苏州河底泥疏浚工程完工，平均每天疏浚外运的土方量约8000m，
3
疏浚底泥约100万m，全部运往位于南汇老港的底泥处置场。河道疏浚产生的底泥如何无害化处理和资源化利用已成为一个难题，通常被作为固体废物堆放在贮泥场中，不仅占用大量土地，对疏浚底泥这种资源造成巨大浪费，而且对环境产生二次污染。

[0003] 目前，底泥制砖的专利技术大多数需要在高温或煅烧条件下完成，如中国专利号201210322843.4，专利名：一种底泥砖的制备方法；中国专利号201110035907.8，专利名：
一种用河道底泥生产的烧结轻质环保砖及其制造方法；中国专利号201310258221.4，专利名：一种污水处理厂污泥烧结砖及其制备方法。此种方式的确制备了性能较好的建材，满足了资源化的要求。但是，其在资源化的同时，不仅消耗了更多的能源，而且可能使土壤中挥发性有机污染物发生迁移和转变，进入大气中引起二次污染，甚至产生二噁英等致癌物。本发明创新性地提出了利用重金属严重污染底泥制备免烧结砖，避免了因烧结工艺产生的能源消耗，降低了底泥污染物二次污染，满足了资源化利用。

发明内容

[0004] 本发明公开了一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法，利用材料易得、来源广泛、价格便宜的P.O42.5水泥、天然斜发沸石、生石灰和水处理剂2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐(TMT)制备而成。方法简单、达到了节能环保、重金属浸出性低、抗压强度高、孔隙率高、吸附性好、容易规模生产等要求，可作为优良的填方材料、建筑材料；还可以作为水体处理材料，对水中重金属、有机物具有一定的吸附和稳定化作用。本发明有效克服了现有技术通过烧结 制砖法存在的能耗高、有机污染物发生迁移和转变，导致二次污染等弊端。

[0005] 本发明技术方案是这样实现的：

[0006] 一种用疏浚底泥免烧结制砖的方法，先将2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐均匀喷洒在疏浚底泥中，快速搅拌后加入水泥、沸石和生石灰，共同处理重金属污染底泥；充分搅匀后，浇铸成模；湿式养护24-48小时后脱模，继续养护7天至90天；制备过程中温度处于室温条件，不加热或煅烧，具体制备按照如下步骤进行：

[0007] (1)以河道疏浚底泥为主要原料，底泥采集后，置于自然通风环境下，静置24-48小时，倒去上覆水；

[0008] (2)向底泥中加入重金属捕集剂TMT-15，即2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐，添加量控制为底泥干重的5-15％，搅拌均匀，自然条件下风化晾干，其含水率<5％；

[0009] (3)风干后结块的底泥，经过粉碎机和球磨机破碎研磨，过100-150目筛，收集备用，将底泥、P.O42.5水泥、天然沸石、生石灰按照质量比90-110：40-60：5-20：0.5-5的比例于室温条件下机械搅拌，并在室温条件下严格控制水灰质量比为35-45％之间；

[0010] (4)混合均匀后浇铸于标准模具中，机械振动5-10分钟，随后转移至湿式养护24-48小时后脱模，继续养护7-90天，制得免烧结砖。

[0011] 步骤(2)中所述的重金属捕集剂TMT-15，即2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐的有效浓度为15-25％。

[0012] 步骤(3)中所述的天然沸石，选用有效质量含量为60％-95％的天然斜发沸石，经过破碎研磨，过100-200目筛备用。

[0013] 步骤(3)中所述的生石灰为200目的生石灰粉，氧化钙有效质量含量为75-98％。

[0014] 步骤(3)中所述的机械搅拌，是利用水泥搅拌器先慢速搅拌3分钟，再快速搅拌2分钟，最后再慢速搅拌10分钟。

[0015] 步骤(4)中所述的机械振动是将模具置于振动台上机械振动，直至内部填料压实，振幅为0-5mm。

[0016] 步骤(4)中所述的湿式养护是湿度>95％，温度控制于19.5-20.5℃。

[0017] 本发明制得免烧结砖，制备过程中无加热或煅烧条件。养护28天，无侧限抗压强度达到10MPa；养护90天后，无侧限抗压强度大于15MPa。免烧结砖的抗冻性、折压比、外观质量、吸水率、强度等级等，均满足CECS257-2009《混凝土砖建筑技术规范》和NY/T671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》中相应要求。

[0018] 本发明原料还可通过不同模具制成多孔砖、护坡砖、植生砖、空心砌砖和人行道砖等。

[0019] 本发明具有以下的优点和有益效果：

[0020] (1)制备中的原料均来源广泛，廉价易得，环境友好。主要材料为重金属污染疏浚底泥、建筑材料(水泥、沸石、生石灰)、重金属捕集剂(TMT-15)，在实验操作或生产实践中不会对环境造成危害或产生副产物。与此同时，避免了烧结工艺，降低了二次污染的风险。

[0021] (2)重金属浸出浓度低。经过水泥的水解和水化反应，沸石的离子交换，TMT-15的螯合沉淀，以及生石灰通过增大pH促使重金属沉淀等作用，大大的降低了重金属溶出性。

[0022] (3)机械强度好。底泥、水泥、沸石、生石灰等制得免烧砖，经过水泥固化后，达到了较高的无侧限抗压强度，符合建筑材料用砖标准，特备是添加了生石灰，使其早强性得到了进一步加强，增大了免烧结砖的力学强度。

[0023] (4)孔隙率较高。在机械搅拌和成模过程中，由于空气混入和混浆中自由水的流动，形成了不同程度微小孔隙和孔洞。此外，添加的沸石本身就是一种多孔材料。

[0024] (5)能作为良好的水处理材料。良好的孔隙率使得其具有阻留和进化作用，底泥和沸石具有一定的吸附性能，具有一定的水质进化作用。

[0025] (6)节能减排，资源回用。有效的解决了固体废弃物处理的问题，同时能满足了建筑材料的需求，属于绿色环保建材。

[0026] (7)制备工艺简单，容易规模化生产。整个制备免烧结砖工艺中，室温进行，无加压和加热设备，环境有害物和污染物产生较少，工艺流程简单，容易实现自动化操作，适合大规模生产。

具体实施方式

[0027] 以下结合实施例对本发明进行详细说明，但实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

[0028] 【实施例1】

[0029] 采集航道、沟渠、(沿河/海)港口、船坞等疏浚产生的底泥，经过静置、陈化、去杂、灭菌消毒后，向底泥中添加有效浓度为15％的2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐(TMT-15)溶液，添加量为干底泥质量的5％。机械搅拌5min以上，直至混合均匀。再经过风化、暴晒等处理后，控制底泥含水率为1％-5％，如果含水率超过5％，需要及时进行烘干处理。再利用粉碎机、球磨机、筛网进行破碎、球磨、分选后，选用100-150目的底泥颗粒待用。

[0030] 将风干底泥、P.O42.5水泥、斜发沸石粉、生石灰按质量比为100：45：10：1.5混合，加水将水灰质量比调至35-45％。于室温条件下机械搅拌，先慢速搅拌3分钟，再快速搅拌2分钟，最后再慢速搅拌10分钟。将模具固定于振动台上，调整振幅为0-5mm。将底泥混合浆体分三次浇铸于模具中，并用铲刀对模具内壁进行捣插，排除浆体内部空气，使其迅速振实。振动时间一般以3-5分钟为宜，避免振动时间过长，引起过振。取下模具，放于水泥养护箱内进行湿式养护，保持湿度>95％，温度控制于19.5-20.5℃。24小时后，拆除模具，继续湿式养护7-90天。免烧结砖规格为240mm×115mm×53mm。

[0031] 将底泥浆料制成70.7×70.7×70.7mm模具中，在抗压抗折一体机上，进行力学性能检测，实验结果如表1所示：28天平均抗压强度符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度达到承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。砖块密度为3
1680-1800kg/m；孔隙率24.3％；吸水性7.2-9.8％；两条面高度差1.8-2.5mm，缺棱掉角的三个破坏尺寸8-15mm，裂纹长度小于23mm，完整面多于一条面和一顶面；尺寸平均偏差
2.1mm，极差小于7mm。符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》一等品标准值。

[0032] 表1免烧结砖力学强度

[0033]

[0034] 根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和HJ/T300-2007《固体 废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，结果如表2所示。

[0035] 表2底泥重金属含量

[0036]重金属浸出性 Cu Cd Pb Zn Cr
含量(mg/kg) 556.581 8.612 241.071 367.722 94.641
HJ/T299-2007(mg/L) 2.026 0.342 0.864 0.742 0.846
HJ/T300-2007(mg/L) 1.521 0.314 1.438 1.876 0.697

[0037] 相同方法，利用HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》，对免烧结砖进行重金属浸出实验并与相关国家标准相对比，结果如表3所示。

[0038] 表3免烧结砖浸出性和相关国家标准

[0039]

[0040] -表示不能检测出；GB5749-2006中，Cr浸出浓度是指Cr6+的浓度。

[0041] 两种浸出性检测方法得出结果同时满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》，CJ343-2010《污水排入城镇下水道水质标准》A等级，GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准和GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。证明其重金属浸出性极低，在暴露的自然环境中一般情况下，对于自然环境不具有危害。

[0042] 利用醋酸溶液配制pH＝3.5，模拟自然条件下强酸雨情况，进行浸出性检测。其浸出浓度 达到GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》，CJ343-2010《污水排入城镇下水道水质标准》A等级，GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。若遇强酸雨天气，需要做一定的防范措施，以免雨水进入生活用水系统。如果雨水进入污水管网或城镇下水道，则无需做预处理。

[0043] 此外，本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等重金属也有一定程度的吸附。

[0044] 【实施例2】

[0045] 具体制备步骤同实施例1。

[0046] 将疏浚底泥加入重金属捕集剂2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐，按照干底泥、425#普通硅酸盐水泥、沸石、生石灰为100：45：10：1.5的质量比混合均匀，制模成型，养护
1天后脱模，湿式养护7-90天。免烧结砖规格为240mm×115mm×53mm。

[0047] 经力学性能检测：7天平均抗压强度为：4.3MPa，抗折强度：1.0MPa；28天平均抗压强度为10.2MPa，抗折强度2.1Mpa，符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度为15.6MPa，抗折强度2.9MPa，达到NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。并且砖块外观质量、尺寸偏差、吸水性等均符合标准。

[0048] 根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Pb浸出浓度为0.006mg/L，Cd检测不出，Cr浸出浓度为0.002mg/L，Cu浸出浓度为0.015mg/L，Zn浸出浓度为0.007mg/L。根据HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，底泥中Pb浸出浓度为0.008mg/L，Cd浸出浓度为0.001mg/L，Cr浸出浓度为0.005mg/L，Cu浸出浓度为0.026mg/L，Zn浸出浓度为0.009mg/L。二者检测结果同时满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》，CJ343-2010《污水排入城镇下水道水质标准》A等级，GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准和GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。证明其重金属浸出性极低，在暴露的自然环境中一般情况下，对于自然环境不具有危害。

[0049] 利用醋酸溶液配制pH＝3.5，模拟自然条件下强酸雨情况，进行浸出性检测，Pb浸出浓度为0.028mg/L，Cd浸出浓度为0.005mg/L，Cr浸出浓度为0.034mg/L，Cu浸出浓度为0.092mg/L，Zn浸出浓度为0.042mg/L。达到GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》， GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》，CJ343-2010《污水排入城镇下水道水质标准》A等级和GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。若遇强酸雨天气，需要做一定的防范措施，以免雨水进入生活用水管网。如果雨水进入污水管网，则无需做预处理。

[0050] 此外，本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等重金属也有一定程度的吸附。

[0051] 【实施例3】

[0052] 具体制备步骤同实施例1。

[0053] 将疏浚底泥加入TMT-15，干底泥、425型水泥、沸石、生石灰按照100：45：10：1.5的质量比混合均匀，制模成型，养护1天后脱模，湿式养护7-90天。免烧结砖规格为
240mm×115mm×53mm。经力学性能检测28天平均抗压强度符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度达到承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Pb浸出浓度为0.006mg/L，Cd检测不出，Cr浸出浓度为0.002mg/L，Cu浸出浓度为0.015mg/L，Zn浸出浓度为0.007mg/L。
根据HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，底泥中Pb浸出浓度为0.008mg/L，Cd浸出浓度为0.001mg/L，Cr浸出浓度为0.005mg/L，Cu浸出浓度为0.026mg/L，Zn浸出浓度为0.009mg/L。满足相关国家标准的要求。本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等重金属也有一定程度的吸附。

[0054] 【实施例4】

[0055] 具体制备步骤同实施例1。

[0056] 将疏浚底泥加入TMT-15等一系列预处理，P.O42.5水泥投加量为450g/kg干底泥、天然沸石投加量为100g/kg干底泥、生石灰投加量为100g/kg干底泥，混合均匀，制模成型，养护1天后脱模，湿式养护7-90天。免烧结砖规格为240mm×115mm×53mm。经力学性能检测28天平均抗压强度符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度达到承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，底泥中Pb浸出浓度为0.006mg/L，Cd检测不出，Cr浸出浓度为0.002mg/L，Cu浸出浓 度为0.015mg/L，Zn浸出浓度为0.007mg/L。根据HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，底泥中Pb浸出浓度为0.008mg/L，Cd浸出浓度为0.001mg/L，Cr浸出浓度为0.005mg/L，Cu浸出浓度为0.026mg/L，Zn浸出浓度为0.009mg/L。满足相关国家标准的要求。本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等重金属也有一定程度的吸附。

[0057] 【实施例5】

[0058] 具体制备步骤同实施例1。

[0059] 底泥采集后加入TMT-15等一系列预处理，使得底泥含水率低于5％，粒径小于1mm。每千克底泥中投加P.O42.5水泥450g、投加沸石100g、投加生石灰100g，混合均匀，制模成型，养护1天后脱模，湿式养护7-90天。免烧结砖规格为240mm×115mm×53mm。经力学性能检测28天平均抗压强度符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度达到承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，底泥中Pb、Cd、Cr、Cu、Zn浸出浓度满足相关国家标准的要求。若遇强酸雨天气，需要做一定的防范措施，以免雨水进入生活用水管网。如果雨水进入污水管网，则无需做预处理。本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在
6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等重金属也有一定程度的吸附。

[0060] 【实施例6】

[0061] 具体制备步骤同实施例1。

[0062] 底泥采集后加入TMT-15稳定其中重金属，再经过一系列预处理，如除杂、风干、过筛等。使得底泥含水率控制在1％左右为佳，粒径小于1mm。将底泥1000g、P.O42.5水泥450g、沸石100g、生石灰100g机械搅拌，直至均匀，制模成型，养护1天后脱模，自然养护
7-90天。免烧结砖规格为240mm×115mm×53mm。经力学性能检测28天平均抗压强度符合NYT671-2003《混凝土普通砖和装饰砖》标准中承重MU10和非承重MU7.5的标准；90天平均抗压强度达到承重MU15和非承重MU7.5的标准，同时满足GB/T24493-2009《装饰混凝土砖》MU15标准值。根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》和HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对底泥进行重金属浸出实验，底泥中Pb、Cd、Cr、 Cu、Zn浸出浓度满足相关国家标准的要求。若遇强酸雨天气，需要做一定的防范措施，以免雨水进入生活用水管网。如果雨水进入污水管网，则无需做预处理。本发明制备的免烧结砖可用于水处理中，对水中氨氮吸附能力较强，去除率达到80％以上；对COD有一定的去除作用，主要表现在截留和吸附；pH调节在6-8时，对污水中Pb、Cu、Cd等