本發(fā)明涉及環(huán)境工程技術(shù)領域，特別涉及一種河湖淤泥深度脫水劑及脫水方法。
背景技術(shù)：
河湖清淤產(chǎn)生大量高含水、高有機質(zhì)，甚至有毒、有害的清淤泥漿，簡稱淤泥。如何快速、有效地對體量龐大的淤泥進行“減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化”處理處置，成為河湖環(huán)保清淤工程能否順利實施的關(guān)鍵。淤泥脫水是減量化重要處置方法之一。為了使淤泥轉(zhuǎn)化為良好的工程材料，降低淤泥含水率是最為直接的方法。淤泥脫水技術(shù)通過化學、物理方法將淤泥減量。而淤泥為黏土礦物、泥沙、生物質(zhì)等細小顆粒在粒子間靜力和分子引力的作用下，在江河、海洋、湖泊區(qū)緩慢的流水環(huán)境中發(fā)生沉積所形成的絮狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)沉積物。主要表現(xiàn)為黏粒含量高、含水率高、壓縮性大、強度低、粘滯性大、滲透性能差、排水固結(jié)緩慢。此外，淤泥比表面積大，表面帶有負電荷，會吸附帶極性的水分子和水合陽離子，以致在其表面形成一定厚度的吸附水層。而吸附水的粘滯性較大、能動性較小，有機質(zhì)和重金屬污染物通常吸附在淤泥細小的黏粒表面，分離和清除非常困難。
現(xiàn)有技術(shù)中，高含水率淤泥脫水的方法主要采取堆泥場自然干化的方式進行處理，該方法雖操作簡便、運行成本低，但脫水效果受自然天氣影響大、占地面積大且易產(chǎn)生二次污染；或者，采用機械脫水的方式，機械脫水工廠的工作能力一般較小，難以適應大規(guī)模工程需要。同時，現(xiàn)有機械脫水后，淤泥含水率在60％到80％范圍內(nèi)，無法滿足后續(xù)處置要求。針對此問題，常采用絮凝劑提高脫水效率。
現(xiàn)有研究主要集中于污泥脫水藥劑，污泥是污水處理后的產(chǎn)物，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等物質(zhì)組成的極其復雜的非均質(zhì)體。目前關(guān)于河湖淤泥脫水藥劑的研究較少，大多直接使用以往的污泥脫水藥劑，藥劑投加順序具有隨意性，或多種藥劑按照一定配比混合后一次性添加，無法充分發(fā)揮每種藥劑的脫水作用，所形成的淤泥絮體具有尺寸小、穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)強度低的缺點，最終嚴重降低脫水效果。此外，使用污泥脫水藥劑存在絮凝沉降時間長，藥劑添加量大，處置成本高，推廣難度大的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種河湖淤泥深度脫水劑及脫水方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中河湖淤泥脫水絮凝沉降時間長，脫水效率低，藥劑添加量大，處置成本高的技術(shù)問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種河湖淤泥深度脫水劑，包括：有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑以及輔助劑；
所述有機高分子絮凝劑包括：800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM與動物膠；
所述無機高分子絮凝劑包括：聚合硫酸鐵與聚合硫酸鋁；
所述輔助劑包括：秸稈粉、粉煤灰、生石灰以及滑石粉。
進一步地，所述有機高分子絮凝劑中，所述800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM與所述動物膠的質(zhì)量比為6:4。
進一步地，所述無機高分子絮凝劑中，所述聚合硫酸鐵與所述聚合硫酸鋁的質(zhì)量比為7:3。
進一步地，所述輔助劑中，所述秸稈粉、所述粉煤灰、所述生石灰以及所述滑石粉的質(zhì)量比為3:3:3:1。
進一步地，所述有機高分子絮凝劑、所述無機高分子絮凝劑以及所述輔助劑的質(zhì)量比為1:1:8。
進一步地，所述有機高分子絮凝劑、所述無機高分子絮凝劑以及所述輔助劑的狀態(tài)均為固體顆粒。
一種河湖淤泥深度脫水方法，采用所述河湖淤泥深度脫水劑并按照下述脫水步驟執(zhí)行脫水操作；
所述脫水步驟包括：
向待脫水河湖淤泥中添加所述輔助劑，并攪拌至均勻，形成第一混合物；
向所述第一混合物中添加所述無機高分子絮凝劑，攪拌至均勻，形成第二混合物；
向所述第二混合物中添加有機高分子絮凝劑，攪拌至均勻，形成第三混合物；
將所述第三混合物進行板框壓濾，直至無液滴出現(xiàn)為止；
卸壓放料。
進一步地，所述河湖淤泥深度脫水劑添加量占所述待脫水河湖淤泥質(zhì)量的3.45％～6.60％。
進一步地，所述板框壓濾的壓力大于等于2MPa。
本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：
本申請實施例中提供的河湖淤泥深度脫水劑具備良好的脫水效果。輔助劑中，秸稈粉可在淤泥壓縮排水過程中形成多孔網(wǎng)狀骨架與大量微孔通道，增強絮體強度，從而提高脫水效率；粉煤灰可為后續(xù)脫水提供骨架材料，構(gòu)建流體通道，使水從通道中順利排出；同時，粉煤灰可減少固液之間的界面張力，淤泥絮體網(wǎng)格中所含水分得以釋放，從而有利于淤泥中的水分深度脫出；生石灰主要成分為氧化鈣，與水反應生成氫氧化鈣，消耗部分水，放出大量熱，且生成的氫氧化鈣與后續(xù)添加的無機高分子絮凝劑發(fā)生反應，顯著提高淤泥脫水程度；滑石粉具有潤滑、助流的作用，增大流變性，使攪拌、混合等操作過程能耗降低，有利于藥劑在待脫水淤泥中分布均勻，節(jié)省時間耗損；
無機高分子絮凝劑中，聚合硫酸鐵與聚合硫酸鋁為性能優(yōu)越的無機高分子絮凝材料，極易溶于水，無機高分子絮凝劑溶于水后，經(jīng)快速強力攪拌，無機高分子絮凝劑中部分高價陽離子與電負性淤泥顆粒發(fā)生中和反應，與原本吸附帶極性的水分子和水合陽離子的淤泥顆粒結(jié)合，致使原本淤泥顆粒上雙電層外層極性水分子和水合陽離子脫落，壓縮內(nèi)電層，脫落后的極性水分子和水合陽離子釋放至液相中，增加脫水程度，淤泥顆粒脫穩(wěn)，相互絮凝聚集成大顆粒，團聚下沉，增加脫水速度；更重要的是，輔助劑的添加，產(chǎn)生氫氧化鈣，當氫氧化鈣與聚合硫酸鐵反應生成氫氧化鐵，對淤泥顆粒具有極強吸附能力，顯著提高淤泥脫水程度；
有機高分子絮凝劑中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM帶有正電，吸附淤泥中的負電荷，使淤泥進一步凝聚；且800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM具有吸附架橋作用，對淤泥顆粒表面有很強的粘合力，分子鏈上的活性基團可與淤泥顆粒表面的氫鍵結(jié)合，通過架橋方式將多個淤泥顆粒集合起來，使得淤泥絮體進一步增大，達到聚沉的目的；同時，鑒于長鏈易形成團狀而使得絮體內(nèi)部包裹一定水分，因此在添加有機高分子絮凝劑前，必先添加無機高分子絮凝劑，能夠先將水分盡量排出，使得800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM的脫水效果得到提升；動物膠溶于水后形成其水溶液，其水溶液具有表面活性，粘度較高，可使較大的絮體粘結(jié)聚合，從而在上述聚合的基礎上繼續(xù)增大淤泥絮體體積，同時動物膠具有更強的吸附架橋作用，配合無機高分子絮凝劑中的聚合硫酸鐵使用，可以增強帶電顆粒的聚沉，增強脫水效果。
另一方面，粉煤灰與秸稈粉的利用實現(xiàn)了節(jié)能減排功能，同時動物膠生產(chǎn)所用的獸骨和獸皮的邊角料都是廢棄物，加以利用則可變廢為寶，且無二次污染。
具體實施方式
本申請實施例通過提供一種河湖淤泥深度脫水劑及脫水方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中河湖淤泥脫水絮凝沉降時間長，脫水效率低，藥劑添加量大，處置成本高的技術(shù)問題；達到了提升河湖淤泥的脫水效率，縮短脫水時間，降低藥劑使用量的技術(shù)效果。
為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：
通過輔助劑在淤泥內(nèi)建立良好的脫水路徑，提升脫水效果；通過無機高分子絮凝劑的組分分別吸附、凝聚淤泥顆粒，從而逐步聚集淤泥顆粒，提升脫水效果；通過有機高分子絮凝劑吸附架橋，以及其長鏈結(jié)構(gòu)進一步將已聚集的大的淤泥顆粒聚集，進一步脫水。
為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
一種河湖淤泥深度脫水劑，包括：有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑以及輔助劑；
所述有機高分子絮凝劑包括：800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM與動物膠；
所述無機高分子絮凝劑包括：聚合硫酸鐵與聚合硫酸鋁；
所述輔助劑包括：秸稈粉、粉煤灰、生石灰以及滑石粉。
具體來說，所述有機高分子絮凝劑中，所述800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM與所述動物膠的質(zhì)量比為6:4。
所述無機高分子絮凝劑中，所述聚合硫酸鐵與所述聚合硫酸鋁的質(zhì)量比為7:3。
所述輔助劑中，所述秸稈粉、所述粉煤灰、所述生石灰以及所述滑石粉的質(zhì)量比為3:3:3:1。
進一步地，所述有機高分子絮凝劑、所述無機高分子絮凝劑以及所述輔助劑的質(zhì)量比為1:1:8。
所述有機高分子絮凝劑、所述無機高分子絮凝劑以及所述輔助劑的狀態(tài)均為固體顆粒。
本發(fā)明還基于上述脫水劑提供一種脫水方法。
一種河湖淤泥深度脫水方法，采用所述河湖淤泥深度脫水劑并按照下述脫水步驟執(zhí)行脫水操作；
所述脫水步驟包括：
向待脫水河湖淤泥中添加所述輔助劑，并攪拌至均勻，形成第一混合物。
具體來說，確定待脫水淤泥總質(zhì)量及其含水率，在待脫水淤泥總質(zhì)量3.45％～6.60％范圍內(nèi)確定河湖淤泥深度脫水劑添加量，按照河湖淤泥深度脫水劑各組分配比計算有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑、輔助劑添加量。
輔助劑中，秸稈粉可在淤泥壓縮排水過程中形成多孔網(wǎng)狀骨架與大量微孔通道，增強絮體強度，提高脫水效率。粉煤灰可為后續(xù)脫水提供骨架材料，構(gòu)建流體通道，使水從通道中順利排出。此外，粉煤灰可減少固液之間的界面張力，淤泥絮體網(wǎng)格中所含水分得以釋放，從而有利于淤泥中的水分深度脫出。此外，粉煤灰與秸稈粉的利用實現(xiàn)了節(jié)能減排功能。生石灰主要成分為氧化鈣，與水反應生成氫氧化鈣，消耗部分水，放出大量熱，且生成的氫氧化鈣與后續(xù)添加的無機高分子絮凝劑發(fā)生反應，顯著提高淤泥脫水程度。滑石粉具有潤滑、助流的作用，增大流變性，使攪拌、混合等操作過程能耗降低，有利于藥劑在待脫水淤泥中分布均勻，節(jié)省時間耗損。
向所述第一混合物中添加所述無機高分子絮凝劑，攪拌至均勻，形成第二混合物；
具體來說，無機高分子絮凝劑中，聚合硫酸鐵與聚合硫酸鋁為性能優(yōu)越的無機高分子絮凝材料，極易溶于水，無機高分子絮凝劑溶于水后，經(jīng)快速強力攪拌，無機高分子絮凝劑中部分高價陽離子與電負性淤泥顆粒發(fā)生中和反應，與原本吸附帶極性的水分子和水合陽離子的淤泥顆粒結(jié)合，致使原本淤泥顆粒上雙電層外層極性水分子和水合陽離子脫落，壓縮內(nèi)電層，脫落后的極性水分子和水合陽離子釋放至液相中，增加脫水程度，淤泥顆粒脫穩(wěn)，相互絮凝聚集成大顆粒，團聚下沉，增加脫水速度。此外，由于此前輔助劑的添加，產(chǎn)生氫氧化鈣，當氫氧化鈣與聚合硫酸鐵反應生成氫氧化鐵，對淤泥顆粒具有極強吸附能力，顯著提高淤泥脫水程度。
向所述第二混合物中添加有機高分子絮凝劑，攪拌至均勻，形成第三混合物；
具體來說，有機高分子絮凝劑中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM帶有正電，吸附淤泥中的負電荷，使淤泥凝聚。且800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM具有吸附架橋作用，對淤泥顆粒表面有很強的粘合力，分子鏈上的活性基團可與淤泥顆粒表面的氫鍵結(jié)合，通過架橋方式將多個淤泥顆粒集合起來，使得淤泥絮體增大，達到聚沉的目的。然而長鏈易形成團狀而使得絮體內(nèi)部包裹一定水分，因此在添加有機高分子絮凝劑前，必先添加無機高分子絮凝劑，先將水分盡量排出。動物膠溶于水后形成其水溶液，其水溶液具有表面活性，粘度較高，可使較大的絮體粘結(jié)聚合，可繼續(xù)增大淤泥絮體體積。動物膠具有更強的吸附架橋作用，配合無機高分子絮凝劑中的聚合硫酸鐵使用，可以增強帶電顆粒的聚沉，增強脫水效果。動物膠生產(chǎn)所用的獸骨和獸皮的邊角料都是廢棄物，加以利用則可變廢為寶，且無二次污染。
將所述第三混合物進行板框壓濾，直至無液滴出現(xiàn)為止；卸壓放料。所述板框壓濾的壓力大于等于2MPa。
下面分別通過以下具體的脫水方案說明本發(fā)明。
實施例1
選取1t含水率為200％的河湖淤泥，確定3.45％的質(zhì)量比例加入河湖淤泥深度脫水劑，即河湖淤泥深度脫水劑總量為34.50kg，經(jīng)計算有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑、輔助劑質(zhì)量為3.45kg、3.45kg、27.60kg。
計算的輔助劑質(zhì)量為27.60kg。其中，秸稈粉質(zhì)量8.28kg、粉煤灰質(zhì)量8.28kg、生石灰質(zhì)量8.28kg、滑石粉質(zhì)量2.76kg，向確定了1t的待脫水淤泥中添加輔助劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第一混合物。
計算的無機高分子絮凝劑質(zhì)量為3.45kg。其中，聚合硫酸鐵質(zhì)量2.415kg、聚合硫酸鋁質(zhì)量1.035kg，向第一混合物中添加無機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第二混合物。
計算的有機高分子絮凝劑質(zhì)量為3.45kg。其中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM質(zhì)量為2.07kg、動物膠質(zhì)量為1.38kg，向第二混合物中添加有機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第三混合物。
將第三混合物進行板框壓濾，板框壓濾機保持壓力2MPa，保壓直至無液滴出現(xiàn)為止，卸壓放料，測脫水后河湖淤泥的含水率38.3％。
實施例2
選取1t含水率為300％的河湖淤泥，確定4.50％的質(zhì)量比例加入河湖淤泥深度脫水劑，即河湖淤泥深度脫水劑總量為45.00kg，經(jīng)計算有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑、輔助劑質(zhì)量為4.50kg、4.50kg、36.00kg。
計算的輔助劑質(zhì)量為36.00kg。其中，秸稈粉質(zhì)量10.80kg、粉煤灰質(zhì)量10.80kg、生石灰質(zhì)量10.80kg、滑石粉質(zhì)量3.60kg，向確定了1t的待脫水淤泥中添加輔助劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第一混合物。
計算的無機高分子絮凝劑質(zhì)量為4.50kg。其中，聚合硫酸鐵質(zhì)量為3.15kg、聚合硫酸鋁質(zhì)量為1.35kg，向第一混合物中添加無機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第二混合物。
計算的有機高分子絮凝劑質(zhì)量為4.50kg。其中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM質(zhì)量為2.70kg、動物膠質(zhì)量為1.80kg，向第二混合物中添加有機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第三混合物。
將第三混合物進行板框壓濾，板框壓濾機保持壓力2MPa，保壓直至無液滴出現(xiàn)為止，卸壓放料，測脫水后河湖淤泥的含水率38.7％。
實施例3
選取1t含水率為400％的河湖淤泥，確定7.10％的質(zhì)量比例加入河湖淤泥深度脫水劑，即河湖淤泥深度脫水劑總量為71.00kg，經(jīng)計算有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑、輔助劑質(zhì)量為7.10kg、7.10kg、56.80kg。
計算的輔助劑質(zhì)量為56.80kg。其中，秸稈粉質(zhì)量17.04kg、粉煤灰質(zhì)量17.04kg、生石灰質(zhì)量17.04kg、滑石粉質(zhì)量5.68kg，向確定了1t的待脫水淤泥中添加輔助劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第一混合物。
計算的無機高分子絮凝劑質(zhì)量為7.10kg。其中，聚合硫酸鐵質(zhì)量為4.97kg、聚合硫酸鋁質(zhì)量為2.13kg，向第一混合物中添加無機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第二混合物。
計算的有機高分子絮凝劑質(zhì)量為7.10kg。其中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM質(zhì)量為4.26kg、動物膠質(zhì)量為2.84kg，向第二混合物中添加有機高分子絮凝劑，攪拌3～5分鐘至均勻，形成第三混合物。
將第三混合物進行板框壓濾，板框壓濾機保持壓力2MPa，保壓直至無液滴出現(xiàn)為止，卸壓放料，測脫水后河湖淤泥的含水率38.5％。
本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：
本申請實施例中提供的河湖淤泥深度脫水劑具備良好的脫水效果。輔助劑中，秸稈粉可在淤泥壓縮排水過程中形成多孔網(wǎng)狀骨架與大量微孔通道，增強絮體強度，從而提高脫水效率；粉煤灰可為后續(xù)脫水提供骨架材料，構(gòu)建流體通道，使水從通道中順利排出；同時，粉煤灰可減少固液之間的界面張力，淤泥絮體網(wǎng)格中所含水分得以釋放，從而有利于淤泥中的水分深度脫出；生石灰主要成分為氧化鈣，與水反應生成氫氧化鈣，消耗部分水，放出大量熱，且生成的氫氧化鈣與后續(xù)添加的無機高分子絮凝劑發(fā)生反應，顯著提高淤泥脫水程度；滑石粉具有潤滑、助流的作用，增大流變性，使攪拌、混合等操作過程能耗降低，有利于藥劑在待脫水淤泥中分布均勻，節(jié)省時間耗損；
無機高分子絮凝劑中，聚合硫酸鐵與聚合硫酸鋁為性能優(yōu)越的無機高分子絮凝材料，極易溶于水，無機高分子絮凝劑溶于水后，經(jīng)快速強力攪拌，無機高分子絮凝劑中部分高價陽離子與電負性淤泥顆粒發(fā)生中和反應，與原本吸附帶極性的水分子和水合陽離子的淤泥顆粒結(jié)合，致使原本淤泥顆粒上雙電層外層極性水分子和水合陽離子脫落，壓縮內(nèi)電層，脫落后的極性水分子和水合陽離子釋放至液相中，增加脫水程度，淤泥顆粒脫穩(wěn)，相互絮凝聚集成大顆粒，團聚下沉，增加脫水速度；更重要的是，輔助劑的添加，產(chǎn)生氫氧化鈣，當氫氧化鈣與聚合硫酸鐵反應生成氫氧化鐵，對淤泥顆粒具有極強吸附能力，顯著提高淤泥脫水程度；
有機高分子絮凝劑中，800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM帶有正電，吸附淤泥中的負電荷，使淤泥進一步凝聚；且800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM具有吸附架橋作用，對淤泥顆粒表面有很強的粘合力，分子鏈上的活性基團可與淤泥顆粒表面的氫鍵結(jié)合，通過架橋方式將多個淤泥顆粒集合起來，使得淤泥絮體進一步增大，達到聚沉的目的；同時，鑒于長鏈易形成團狀而使得絮體內(nèi)部包裹一定水分，因此在添加有機高分子絮凝劑前，必先添加無機高分子絮凝劑，能夠先將水分盡量排出，使得800～1200萬分子量的陽離子聚丙烯酰胺CPAM的脫水效果得到提升；動物膠溶于水后形成其水溶液，其水溶液具有表面活性，粘度較高，可使較大的絮體粘結(jié)聚合，從而在上述聚合的基礎上繼續(xù)增大淤泥絮體體積，同時動物膠具有更強的吸附架橋作用，配合無機高分子絮凝劑中的聚合硫酸鐵使用，可以增強帶電顆粒的聚沉，增強脫水效果。
另一方面，粉煤灰與秸稈粉的利用實現(xiàn)了節(jié)能減排功能，同時動物膠生產(chǎn)所用的獸骨和獸皮的邊角料都是廢棄物，加以利用則可變廢為寶，且無二次污染。
最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。