一種能吸納水體氮磷等污染物生態(tài)護堤材料與制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法。該材料以給水廠污泥、天然沸石、普通硅酸鹽水泥和植物型起泡劑為核心，通過改性給水廠污泥和沸石吸納水體氮磷元素與有機質(zhì)，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)生長基質(zhì)環(huán)境，實現(xiàn)水體自凈功能；配料普通硅酸鹽水泥和植物型發(fā)泡劑對材料的蜂窩結(jié)構(gòu)、透水和透氣性及力學性能起控制作用，進而在工程應用中搭建成“吸收固定營養(yǎng)元素和有機質(zhì)-生物繁殖-凈化水體”生態(tài)型結(jié)構(gòu)。該材料具有配比簡單、投資少、環(huán)保、高效且具有蜂窩結(jié)構(gòu)、透水和透氣性及力學性能等優(yōu)勢。本發(fā)明材料不僅保證了河流岸坡空氣、水、土壤間的互通與護坡功能，而且可改善周圍的大氣環(huán)境，產(chǎn)生良好的景觀效應。
【專利說明】一種能吸納水體氮磷等污染物生態(tài)護堤材料與制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法。【技術領域】屬于河道整治、生態(tài)混凝土和環(huán)保材料領域。
[0002]本發(fā)明材料有特殊級配的質(zhì)料和膠結(jié)材料制成，其力學性能在滿足工程使用要求的同時，具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu)、多孔且連續(xù)的特點及良好的透水性和透氣性，植物及微生物能在其中生長，既能保障河流岸坡的安全與穩(wěn)定，又能為河流岸坡的生態(tài)修復提供有利條件，從而起到保護水體生態(tài)環(huán)境和提高水體自凈能力的作用。
【背景技術】
[0003]長期以來，為有效防止水土流失，保障河流岸坡安全與穩(wěn)定，通常采用傳統(tǒng)混凝土或漿砌塊石等材料護砌河流岸坡，這些做法的最大缺點在于，它僅僅從滿足河道岸坡的穩(wěn)定性和河道行洪排澇功能的角度出發(fā)進行設計施工，很少考慮對環(huán)境和生態(tài)的影響。
[0004]隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，基于人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)護坡技術開始得到人們的廣泛關注。生態(tài)護坡關鍵技術就是生態(tài)混凝土，關于生態(tài)混凝土開發(fā)研究也是近10余年開展起來的。國外從20世紀90年代開始研究能改善水質(zhì)的混凝土材料，其中日本處于領先地位。1995年日本提出了生態(tài)混凝土的概念。1995日本長崎大學進行了生態(tài)混凝土現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)生態(tài)混凝土具有富集營養(yǎng)物質(zhì)的功能。國外應用于水處理的生態(tài)混凝土通常為大孔混凝土，在混凝土內(nèi)有大量的連通孔，因此有良好的透水性并依靠大孔混凝土的物理、化學以及生物化學作用來達到凈水的目的。但是國外實際應用較少，主要原因是污水中的固體物質(zhì)沉積在混凝土上，會很快堵塞大孔混凝土的孔隙，使其失去了凈水功能；并且普通大孔混凝土凈水效果(尤其是濁度等)還不夠理想、混凝土在流動水中鈣離子大量流失。使水泥水化產(chǎn)物分解而造成強度降低直至破壞，所以混凝土的耐久性不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于公開一種配料與配比簡單、成本低廉、環(huán)保高效，且能吸納水體氮磷等污染物作為生態(tài)營養(yǎng)基質(zhì)的護堤材料及制作方法。該材料以給水廠污泥廢棄物和沸石改性物質(zhì)為營養(yǎng)元素核心吸納單元，并與水泥等材料進行有機配比而制成，其力學性能在滿足工程使用要求的同時，能夠吸納水體氮磷營養(yǎng)元素和有機質(zhì)，同時具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu)、多孔且連續(xù)的特點及良好的透水性和透氣性，植物能在其中生長，達到護堤與提高水體自凈功能，保障河流整治工程的長效性發(fā)揮。
[0006]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采取如下的技術解決方案:
[0007]一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料，構(gòu)建堤坡生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，提高水體自凈能力，其特征是在核心材質(zhì)中含有三氧化二鋁與氧化鐵改性特殊成分，能夠富集水體中磷元素和有機質(zhì)；其次改性后的沸石具有吸納水體氮元素和有機質(zhì)的結(jié)構(gòu)；而配料中的水泥和植物型發(fā)泡劑對材料的蜂窩結(jié)構(gòu)、透水和透氣性及力學性能起控制作用。在工程應用中構(gòu)建成“吸收固定營養(yǎng)元素和有機質(zhì)一生物繁殖一凈化水體”具有生態(tài)功能的護堤結(jié)構(gòu)。
[0008]材料制作方法是:將給水廠污泥自然陳化至含水率40%以下，向陳化后的污泥顆粒(過200目)投入天然沸石(過200目)，兩者混合之比為3:1~4: 1(重量)，混合料放入烘箱在100°C下烘干，再放入馬沸爐在300°C下焙燒1.5小時，冷卻后形成初級料。形成的初級料與525R普通硅酸鹽按重量配比為8:1~12: 1，形成次級料；次級料與耗水量重量配比為3:1~4: 1，形成熟料。熟料與植物型發(fā)泡劑重量配比為1000: 2~1000: 5，形成生態(tài)護堤材料。
[0009]本發(fā)明具有下述優(yōu)點:
[0010]1、利用給水廠污泥中有益的鐵、鋁、硅、碳、鈣等能吸納營養(yǎng)元素的特征，實現(xiàn)污泥的變廢為寶，同時對污泥和天然沸石的熱改性進一步強化其吸納營養(yǎng)元素的水平，建立了生態(tài)系統(tǒng)生長需求的基質(zhì)環(huán)境。因此，本發(fā)明具有高效、低耗和生態(tài)環(huán)保的突出優(yōu)勢。
[0011]2、通過525R普通硅酸鹽與植物型發(fā)泡劑控制蜂窩狀的結(jié)構(gòu)和材料孔徑，達到良好的透水性和透氣性，實現(xiàn)材料的力學性能和生態(tài)系統(tǒng)生長需求的了濕度、水分和空氣。實現(xiàn)護堤與水體凈化共同效應，且操作簡單，易于實現(xiàn)。
[0012]3、本發(fā)明生態(tài)護堤材料良好的生態(tài)特性，不僅保證了河流岸坡空氣、水、土壤間的互通，使土壤、河道內(nèi)的昆蟲和微生物擁有平衡的生存環(huán)境，而且可改善周圍的大氣環(huán)境，產(chǎn)生良好的景觀效應。
[0013]4、本發(fā)明生態(tài)護堤材料可作為現(xiàn)澆式和預制構(gòu)件式兩種施工方式，施工方便、適用范圍廣。
[0014]5、本發(fā)明生態(tài)護堤材料通過構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)，可建立有效的凈化生態(tài)食物鏈，實現(xiàn)對護堤結(jié)構(gòu)內(nèi)污染物和營養(yǎng)元素的更新，保證核心料吸納氮磷元素和有機質(zhì)功能的持續(xù)發(fā)揮。發(fā)明材料對環(huán)境凈化控制具有長效性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的護堤構(gòu)件圖(生態(tài)材料護堤構(gòu)件圖)；
[0016]圖2為生態(tài)材料的SEM-EDX譜圖(生態(tài)材料的SEM-EDX譜圖)。
【具體實施方式】
[0017]本實施方式以我國南方某城市進行內(nèi)河生態(tài)護堤工程為對象，本生態(tài)材料護堤可為現(xiàn)澆式和預制構(gòu)件式兩種?，F(xiàn)澆式要求河流岸坡平整，能提供較大的施工場地，并要根據(jù)天氣的變化對養(yǎng)護方法適時調(diào)整。預制構(gòu)件式可以根據(jù)需要設計不同的模具進行預制構(gòu)件的制作，有利于生產(chǎn)的自動化和流水化，成型后自然養(yǎng)護即可。本發(fā)明以工程實踐中3種不同構(gòu)型的生態(tài)混凝土預制構(gòu)件進行實施，參閱圖1。
[0018](I)單球組合。單球直徑250mm,內(nèi)部分別沿X、y、z三維方向預留連接通道,并保留一定的偏心距以避免連接時在球體內(nèi)部形成碰撞，單球之間用Φ18鋼筋(需防銹蝕處理)進行連接，形成長約IOOmm的方孔[如圖1(a)]。該預制構(gòu)件多層鋪裝時，球?qū)优c球?qū)又g也可以用鋼筋連接，以增加護坡穩(wěn)定性，裝配簡單靈活，鋼筋可起到配筋的作用，提高整體的抗折強度。
[0019](2) 16球聯(lián)體砌塊。16球聯(lián)體砌塊也稱為16聯(lián)球板，由上部16個半球體和下部16個圓臺組成，中間預留了 9個直徑80mm的圓柱形孔洞[如圖1 (b)],砌塊高250mm,砌塊之間通過預留的連接件進行連接，具有連接件數(shù)目少、經(jīng)濟、塊體質(zhì)量大、護坡穩(wěn)定的特點。
[0020](3)圓孔形砌塊。板狀砌塊的外形尺寸為510mmX350mmX250mm，在砌塊中間預留了 3個直徑80_的圓柱形孔洞，組合護坡時，砌塊之間也產(chǎn)生直徑約為100_的孔洞[如圖1 (c)]，砌塊之間的 連接縫中可生長植物。
【權(quán)利要求】
1.一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法，其特征在于:采用給水廠污泥、天然沸石、525R普通硅酸鹽和植物型發(fā)泡劑制成生態(tài)護堤材料。該材料既能保障河流岸坡的安全與穩(wěn)定，又能為河流岸坡的生態(tài)修復提供有利條件，從而起到保護水體生態(tài)環(huán)境和提高水體自凈能力的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法，其特征在于:將給水廠污泥自然陳化至含水率40%以下，向陳化后的污泥顆粒(過200目)投入天然沸石(過200目)，兩者混合之比為3:1~4:1 (重量)，混合料放入烘箱在100°C下烘干，再放入馬沸爐在300°C下焙燒1.5小時，冷卻后形成初級料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法，其特征在于:形成的初級料與525R普通硅酸鹽按重量配比為8:1~12: 1，形成次級料；次級料與耗水量重量配比為3:1~4: 1，形成熟料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法，其特征在于:熟料與植物型發(fā)泡劑重量配比為1000: 2~1000: 5，形成生態(tài)護堤材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能吸納水體氮磷等污染物的生態(tài)護堤材料與制備方法，其特征在于:本發(fā)明的生態(tài)護堤材料可根據(jù)工程需要作為現(xiàn)澆和預制件生態(tài)混凝土的主體材料，在護堤工 程中應用。
【文檔編號】C04B28/04GK103803896SQ201210514415
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】蔣昌波, 孫士權(quán), 聶小保, 鄧斌, 陳杰, 譚萬春, 周謙 申請人:長沙理工大學