一种环保型土壤生态改良剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种环保型土壤生态改良剂，各组分所占质量百分比为：钙化膨润土5?10％，酸处理钢渣磨细粉50?60％，建筑垃圾磨细粉10?20％，矿渣磨细粉20?30％，三乙醇胺0.5?3％，FDN 0.5?1.5％。本发明以钙化膨润土作用保水和养分维持组分，并将酸处理钢渣磨细粉和建筑垃圾磨细粉用作主要的胶凝材料，将所得环保型土壤生态改良剂用于湖泊等污染底泥的生态修复，具有土壤改性果好、生产成本低、工程使用性强的特点，且对生产设备要求低，可有效解决黑臭水体底泥处理需求以及工业废物资源化利用的问题，具有重要的环境和经济效益，适合推广应用。
【专利说明】
一种环保型土壤生态改良剂及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于环境保护技术领域，涉及一种环保型土壤生态改良剂，具体涉及一种 利用工业废渣制备的用于河道疏浚或湖泊底泥生态修复的环保型土壤生态改良剂。
【背景技术】
[0002] 我国工业经过几十年快速发展取得了举世瞩目的成就，同时也产生了大量的工业 固体废弃物，如钢渣、水渣以及建筑垃圾等。这些废弃物随着工业化进程的推进，日渐引起 了突出的社会矛盾。另一方面，随着城市化工业化进程的推进，导致绝大多数河流湖泊污染 严重，形成了影响人民生活的黑臭水体，使生态环境破坏与社会发展的的矛盾日益突出。
[0003] 现有的黑臭水体底泥处理材料通常分为脱水固结剂和螯合稳定剂这两种。其中， 脱水固结剂是通过加强化学改性的手段使底泥中的有机质和水分固结在固结体内，从而改 变底泥的物相和状态，达到工程处理的目的；经过固结后的底泥可以作为工程填筑壅土，但 是普遍碱度偏高，容易引泛霜等盐碱化现象，对周围环境存在一定程度的影响，另外其对原 辅材料的要求以及造价也相对较高，不利于大批量推广和工业化生产;螯合稳定剂则是依 靠化学药剂本身的螯合或偶联作用将底泥中的有毒成分如持久性有机物以及重金属等通 过化学键的形式结合在螯合体上，从而达到对土壤的稳定化处理，这种药剂本身的掺入量 比较大成本高昂，同时不利于改善底泥的污泥性能，在后期处理及运输方面仍面临较大困 难，目前国内市场该种药剂多为进口，核心技术掌握在发达国家手中，制约该项技术在我国 的大规模应用和推广。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种以工业废弃物为主要原辅材料 的环保型土壤生态改良剂，它具有土壤改性果好、生产成本低、工程使用性强的特点，且对 生产设备条件要求低，可同步实现湖泊底泥等的快速、就近资源化利用以及工业废弃物的 回收利用，具有重要的环境和经济效益，适合推广应用。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种环保型土壤生态改良剂，各组分所占质量百分比为:钙化膨润土5-10 %，酸处 理钢渣磨细粉50-60%，建筑垃圾磨细粉10-20%，矿渣磨细粉20-30%，三乙醇胺0.5-3%， FDN0.5-1.5%。
[0007] 优选的，所述矿渣磨细粉与酸处理钢渣磨细粉的质量比为1: (1-3)。
[0008] 上述方案中，所述钙化膨润土为市售膨润土，其CEC(吸蓝量)值不低于80mg/g。
[0009] 上述方案中，所述酸处理钢渣磨细粉由粒化钢渣在质量浓度为15%的盐酸中浸泡 不低于4小时，然后球磨至磨细度不低于200目而成。由于钢渣是高温条件下产生的固体废 弃物，含有很多钙、镁、硅、铝等金属氧化组成的不定相组织表面致密，不利于活性激发，本 发明将钢渣进行酸化侵蚀处理，有利于其活性激发;然后继续利用球磨机将酸化处理后的 钢渣磨细至200目以下，进一步激发其潜在的火山灰活性。将其应用于底泥等生态改善，可 保证其必要的力学性能。
[0010] 上述方案中，所述建筑垃圾磨细粉由废弃的建筑用混凝土、砂浆、砌体等经粉磨而 成。
[0011] 上述方案中，所述矿渣磨细粉可选用市售95级矿渣微粉。
[0012] 上述方案中，所述建筑垃圾磨细粉和矿渣磨细粉的比表面积不低于400m2/kg。
[0013] 本发明采用的三乙醇胺主要起分散作用，能降低表面张力，促进各种离子的分散 效果;其含量低于1%，降低表面张力的效果不明显，含量高于3%时，会导致粘度增加，影响 所得固结物粘接的均匀性，且成本增加。
[0014] 优选的，所述Π)Ν与三乙醇胺的质量比为1:2;本发明将FDN与三乙醇胺配合使用， 二者配合使用可以在提高粉体材料在体系中分散效果的同时也提高物料反应界面上污染 分子的团聚与络合效果。
[0015] 上述一种环保型土壤生态改良剂的制备方法，包括如下步骤：
[0016] 1)将各组分按以下质量百分比进行称量:钙化膨润土 5-10%，酸处理钢渣磨细粉 50-60%，建筑垃圾磨细粉10-20%，矿渣磨细粉20-30%，三乙醇胺0.5-3%，FDN 0.5- 1.5% ；
[0017] 2)将称取的各组分加入封闭三轴搅拌机搅拌15-20min后，覆膜打包即得所述的环 保型土壤生态改良剂。
[0018] 上述方案中，所述搅拌速率不低于30r/min。
[0019] 上述方案所述环保型土壤生态改良剂可应用于对湖泊底泥等进行原位改良和生 态恢复，或对湖泊底泥进行疏浚后将其用于制备培植土等领域，实现湖泊底泥的资源化利 用。
[0020] 本发明的原理为：
[0021] 1)本发明采用钙化膨润土作为关键的保水和养分保持组分，可有效保持改良后土 壤中的自由水分和养分，有利于土壤自身的生态恢复和改良；且钙化膨润土可有效持水保 肥，将有害元素通过偶联/络合等作用，保持土壤水分的同时可以将有害元素转化为培植作 用时植物所需的养分，实现湖泊底泥的生态改良；同时，本发明对钙化膨润土的掺量进一步 进行了应用探索，当其添加量低于5%时，改良后土壤的保水能力差，土壤在改良过程中肥 力散失快，若其添加量大于10%，则改良剂的和易性指标下降明显，不利于工业化推广且成 本上升明显。
[0022] 2)本发明采用酸处理钢渣磨细粉和矿渣磨细粉作为主要胶凝材料，其中经过酸处 理的钢渣磨细粉可以减少所得胶凝材料系统的碱集料反应，同时可以增大钢渣材料自身的 晶格凹陷度，有利于后期强度的提升，以期维持后续所得改良土体必要的力学性能;对钢渣 磨细粉的掺量探索表明，其掺量高于60%时，会影响土壤酸碱度指标，造成土壤盐碱化现 象，不利于改性土壤的生态修复，其掺量低于50%时，则会造成土壤塑性改善能力下降，不 利于土壤改良的工程化操作。
[0023] 3)建筑垃圾磨细粉作为所述改良剂中的胶凝材料矿化剂与结构晶胚提供者，主要 用于提高胶凝材料的矿化性，用于降低胶凝物料界面反应热，减少材料的干缩指标，同时也 是系统结构的结晶胚体提供者;建筑垃圾磨细粉的添加量低于10%时，其矿化效果差，系统 结晶成核速度慢，胶凝反应后体系干缩大，易形成裂缝导致强度降低，其添加量高于20 % 时，系统的吸附桥链甚至结晶通道容易被填充堵塞，对保水性指标影响较大，同时也降低系 统本身的物理性能。
[0024]本发明的有益效果为：
[0025] 1)本发明采用钙化膨润土作为关键的保水和养分保持组分，可有效保持改良后土 壤中的自由水分和养分，并同时控制游离态重金属等有害物质，有利于湖泊底泥的生态回 复和改良。
[0026] 2)本发明采用酸处理钢渣磨细粉和矿渣磨细粉作为改良剂中的主要胶凝材料，将 其应用于湖泊底泥的生态修复，可一定程度上保证改良后所得土壤的强度，可用于湖泊底 泥的原位生态修复和疏浚后底泥的回收利用（用作培植土等）。
[0027] 3)本发明对环保型土壤生态改良剂的组分和含量进行了深入探索，制备的改良剂 对土壤改性果好、生产成本低、工程使用性强，且对生产设备要求低，可有效解决黑臭水体 底泥处理需求以及工业废物资源化利用的问题，具有重要的环境和经济效益。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本 发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此 之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]以下实施例中，所述钙化膨润土为市售膨润土，其吸蓝量为90mg/g;所述酸处理钢 渣磨细粉由粒化钢渣在质量浓度为15%的盐酸中浸泡4小时，然后球磨至细度不低于200目 而成;所述建筑垃圾磨细粉由废弃的建筑用混凝土经粉磨而成，其比表面积为280m2/g;矿 渣磨细粉的比表面积为400m2/g。
[0030] 以下实施例中，针对进行改良处理的湖泊底泥取自黄闪市黄梅县如意湖经疏浚后 所得污染底泥，其含水量为105 %。
[0031] 实施例1~3
[0032]环保型土壤生态改良剂
[0033]实施例1~3中所述环保型土壤生态改良剂的制备方法包括如下步骤：
[0034] 1)将表1所述配合比称取各组分；
[0035] 2)将称取的各组分加入封闭三轴搅拌机30r/min的转速搅拌15-20min后，分别覆 膜打包即得所述的环保型土壤生态改良剂。
[0036]表1实施例1~3所述环保型土壤生态改良剂的配合比（％ )
[0037]
[0038] 湖泊底泥生态改良
[0039] 将实施例1~3制备的环保型土壤生态改良剂应用于对污染底泥进行生态改良，其 中环保型土壤生态改良剂的添加量占污染底泥质量的5%，将环保型土壤生态改良剂与污 染底泥搅拌混合均匀，并对得到的改良后的土壤样品进行检测:选三组样品分别对其进行 改良，将改良后的土壤样品进行检测，发现对土壤改良效果十分明显，具体检测结果如表2 所示：
[0040] 表2改良后所得土壤样品的性能测试结果
[0041]
[0042] 上述结果表明，本发明制备的环保型土壤生态改良剂对土壤改性果好、生产成本 低、工程使用性强，且对生产设备要求低，可有效解决黑臭水体底泥处理需求以及工业废物 资源化利用的问题，具有重要的环境和经济效益。本发明所述环保型土壤生态改良剂同样 也适用于对污染湖泊底泥的原位生态修复。
[0043] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制 本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种环保型土壤生态改良剂，各组分所占质量百分比为:钙化膨润土 5-10%，酸处理 钢渣磨细粉50-60%，建筑垃圾磨细粉10-20%，矿渣磨细粉20-30%，三乙醇胺0.5-3%， FDN0.5-1.5%。2. 根据权利要求1所述的环保型土壤生态改良剂，其特征在于，所述钙化膨润土为市售 膨润土，其吸蓝量不低于80mg/g。3. 根据权利要求1所述的环保型土壤生态改良剂，其特征在于，所述酸处理钢渣磨细粉 由粒化钢渣在质量浓度为15%的盐酸中浸泡不低于4小时，然后球磨至细度不低于200目而 成。4. 根据权利要求1所述的环保型土壤生态改良剂，其特征在于，所述建筑垃圾磨细粉由 废弃的建筑用混凝土、砂浆、砌体中的一种或几种经粉磨而成。5. 根据权利要求1所述的环保型土壤生态改良剂，其特征在于，所述建筑垃圾磨细粉和 矿渣磨细粉的比表面积不低于400m2/kg。6. 权利要求1-5任一项所述环保型土壤生态改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下 步骤： 1) 将各组分按以下质量百分比进行称量：钙化膨润土 5-10%，酸处理钢渣磨细粉50-60%，建筑垃圾磨细粉10-20%，矿渣磨细粉20-30%，三乙醇胺0.5-3%，FDN 0.5-1.5% ; 2) 将称取的各组分加入封闭三轴搅拌机搅拌15-20min后，覆膜打包即得所述的环保型 土壤生态改良剂。7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述搅拌速率不低于30r/ min〇
【文档编号】C05G3/00GK105837370SQ201610216446
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】秦莹, 朱书景, 晏石林
【申请人】武汉理工大学