一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，屬于人工濕地材料領(lǐng)域，主要由下述重量百分比的原料制備而成：城市污泥20%~25%、高鈣粉煤灰15%~20%、廢棄城市建筑混凝土30%~35%、粘結(jié)劑10%~15%和造孔劑10%~15%。本發(fā)明不僅提高了人工濕地復(fù)合基質(zhì)對污染物（CODcr、氮、總磷）處理效率，而且實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源循環(huán)，降低了生產(chǎn)成本；人工濕地復(fù)合基質(zhì)可以燒結(jié)成不同形狀規(guī)格，可以作為人工濕地底層和中層填料，鋪設(shè)時(shí)不需要壓實(shí)，簡化了人工濕地的施工復(fù)雜度。
【專利說明】
一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于人工濕地材料領(lǐng)域，具體涉及一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工濕地是基于自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生化反應(yīng)的協(xié)同作用處理廢水的新型工藝，目前廣泛用在污水深度處理和防止湖泊富營養(yǎng)化方面。人工濕地對污水的凈化作用主要是通過人工濕地基質(zhì)的物理化學(xué)作用、植物根系的吸收和微生物的代謝作用等方面共同完成的。人工濕地基質(zhì)是人工濕地凈化污水的關(guān)鍵，為水生植物、微生物賴以生存的場所。
[0003]傳統(tǒng)的人工濕地基質(zhì)大多是將不同粒徑的天然基質(zhì)分層鋪設(shè)，例如石灰石、頁巖、土壤等天然基質(zhì)，鋪設(shè)過程中每層都要壓實(shí)，天然基質(zhì)對污染物的處理效果較差并且容易堵塞，成本高。因此，尋求一種新型復(fù)合人工濕地基質(zhì)來代替天然基質(zhì)，對簡化人工濕地的施工建設(shè)，削減成本，保證污水的處理效果具有重要意義。
[0004]高鈣粉煤灰的主要氧化物組成為:Si02、Al203、Fe0、Fe203、Ca0、Ti02等，是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，大量的粉煤灰處理不當(dāng)，會產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣;若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。
[0005]城市污泥作為一種污水處理的副產(chǎn)物含有氮、磷和重金屬等，是一類危害性極大的廢棄物，若處理不當(dāng)會對環(huán)境造成二次污染。傳統(tǒng)的污泥處理方法包括污泥填埋、焚燒和堆肥，但污泥填埋會占用大量的土地資源、滲濾液泄漏將造成地下水污染，污泥焚燒成本高、污染大氣，污泥堆肥易造成重金屬污染、病原菌擴(kuò)散。
[0006]隨著我國城市公用與民用建筑及市政設(shè)施的更新、改造和建設(shè)，在建設(shè)過程中，大量舊建筑物被拆除，產(chǎn)生大量的廢棄城市建筑混凝土。目前處理廢棄城市建筑混凝土的方法包括運(yùn)往郊外掩埋或運(yùn)往河道傾倒，不僅會占用和大量農(nóng)業(yè)耕地而且會影響汛期行洪，均產(chǎn)生一定的不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)及其制備方法。
[0008]基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，主要由下述原料制備而成:城市污泥、高鈣粉煤灰、廢棄城市建筑混凝土、粘結(jié)劑和造孔劑。
[0009]優(yōu)選地，各原料的重量百分比為:城市污泥20%?25%、高鈣粉煤灰15%?20%、廢棄城市建筑混凝土 30%?35%、粘結(jié)劑10%?15%和造孔劑10%?15%。
[0010]優(yōu)選地，所述廢棄城市建筑混凝土的強(qiáng)度為C20?C25，粒徑不大于5mm。
[0011 ]優(yōu)選地，所述城市污泥的含水率為97%。
[0012]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為精細(xì)聚苯乙烯。
[0013]優(yōu)選地，所述造孔劑為秸桿碎末。
[0014]優(yōu)選地，所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。
[0015]上述人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)的制備方法，包括制漿、制胚、燒結(jié)和冷卻步驟;所述燒結(jié)步驟包括:在氬氣氣氛中，將初胚以5°C/min的升溫速率從室溫升溫至600°C;然后以10°C/min的升溫速率升溫至1000°C;再以50°C/min升溫至1050°C后保溫lh，最后以10°C/min的降溫速率降至60 °C。
[0016]進(jìn)一步地，所述制胚步驟為:將各原料混合制漿后注入模具，105 °C下干燥50min，脫模后形成初胚。
[0017]采用上述原料和方法制備出人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)的孔隙率為30%?40%，體積密度為400?500kg/m3，具有污水處理效果好、成本低、便于施工建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工濕地基質(zhì)以簡化人工濕地的建設(shè)工作，保證污水處理的效果。
[0018]因此，尋求一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的人工濕地復(fù)合基質(zhì)制備方法是大勢所趨，而高鈣粉煤灰、城市污泥和廢棄城市建筑混凝土的化學(xué)成分與粘土較為相似，將其作為人工濕地復(fù)合基質(zhì)主要原材料變廢為寶，具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的環(huán)保意義。本發(fā)明不僅提高了人工濕地復(fù)合基質(zhì)對污染物(C0DCT、氮、總磷)處理效率，而且實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源循環(huán)，降低了生產(chǎn)成本;人工濕地復(fù)合基質(zhì)可以燒結(jié)成不同形狀規(guī)格，可以作為人工濕地底層和中層填料，鋪設(shè)時(shí)不需要壓實(shí)，簡化了人工濕地的施工復(fù)雜度。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]實(shí)施例1
一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，主要由以下重量百分比原料制備而成:
含水率為97%城市污泥20%、高鈣粉煤灰15%、強(qiáng)度為C20?C25且粒徑不大于5mm的廢棄城市建筑混凝土 35%、細(xì)聚苯乙烯15%和秸桿碎末15% ο所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。
[0021]上述人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:
(1)制漿、制胚:將上述原料經(jīng)過高速攪拌均勻形成混合料漿，根據(jù)半徑為3cm的球形模具采用料漿澆注成型工藝制成初胚，將初胚置于烘箱中進(jìn)行加熱，加熱溫度為105°C，時(shí)間為50min;
(2)燒結(jié)和冷卻:在氬氣氣氛中，將初胚以5°C/min的慢速升溫速率從室溫升溫至600°C;然后以10°C/min的升溫速率升溫至1000°C;再以50°C/min升溫至1050°C后保溫lh，最后以1 °C /min的降溫速率降至60 °C，即得成品，記為產(chǎn)品I。
[0022]采用上述原料和方法制備出的產(chǎn)品I的孔隙率為40%，體積密度為440kg/m3。
[0023]將產(chǎn)品I作為底層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，只需把人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)堆積在防滲層上，無需壓實(shí)。采用內(nèi)徑30cm的PVC管，高度為100cm，基質(zhì)層由上至下依次為天然土壤、人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其填充高度分別為30cm和40cm，基質(zhì)層總填充高度為70cm，種植蘆葦?shù)葷竦刂参?，進(jìn)行低濃度生活污水凈化實(shí)驗(yàn)，CODa的去除率為70%，氮的去除率為65%，總磷的去除率為70%。
[0024]實(shí)施例2
一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，主要由以下重量百分比原料制備而成:含水率為97%城市污泥25%、高鈣粉煤灰20%、強(qiáng)度為C20?C25且粒徑不大于5mm的廢棄城市建筑混凝土 35%、細(xì)聚苯乙烯10%和秸桿碎末10%。所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。其制備方法參考實(shí)施例1，制得的成品記為廣品2。
[0025]產(chǎn)品2的孔隙率為34%，體積密度為480kg/m3。
[0026]將產(chǎn)品2作為底層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，只需把人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)堆積在防滲層上，無需壓實(shí)。采用內(nèi)徑30cm的PVC管，高度為100cm，基質(zhì)層由上至下依次為天然土壤、人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其填充高度分別為30cm和40cm，基質(zhì)層總填充高度為70cm。種植蘆葦?shù)葷竦刂参铮M(jìn)行低濃度生活污水凈化實(shí)驗(yàn)，CODa的去除率為68%，氮的去除率為65%，總磷的去除率為75%。
[0027]實(shí)施例3
一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，主要由以下重量百分比原料制備而成:含水率為97%城市污泥22%、高鈣粉煤灰18%、強(qiáng)度為C20?C25且粒徑不大于5mm的廢棄城市建筑混凝土 30%、細(xì)聚苯乙烯15%和秸桿碎末15%。所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。其制備方法參考實(shí)施例1，制得的成品記為廣品3。
[0028]產(chǎn)品3的孔隙率為44%，體積密度為41 Okg/m3。
[0029]將產(chǎn)品3作為底層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，只需把人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)堆積在防滲層上，無需壓實(shí)。采用內(nèi)徑30cm的PVC管，高度為100cm，基質(zhì)層由上至下依次為天然土壤、人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其填充高度分別為30cm和40cm，基質(zhì)層總填充高度為70cm。種植蘆葦?shù)葷竦刂参铮M(jìn)行低濃度生活污水凈化實(shí)驗(yàn)，CODa的去除率為69%，氮的去除率為68%，總磷的去除率為72%。
[0030]實(shí)施例4
一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，主要由以下重量百分比原料制備而成:含水率為97%城市污泥23%、高鈣粉煤灰20%、強(qiáng)度為C20?C25且粒徑不大于5mm的廢棄城市建筑混凝土 33%、細(xì)聚苯乙烯12%和秸桿碎末12%。所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。其制備方法參考實(shí)施例1，制得的成品記為廣品4。
[0031 ] 產(chǎn)品4的孔隙率為38%，體積密度為450kg/m3。
[0032]將產(chǎn)品4作為底層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，只需把人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)堆積在防滲層上，無需壓實(shí)。采用內(nèi)徑30cm的PVC管，高度為100cm，基質(zhì)層由上至下依次為天然土壤、人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其填充高度分別為30cm和40cm，基質(zhì)層總填充高度為70cm。種植蘆葦?shù)葷竦刂参?，進(jìn)行低濃度生活污水凈化實(shí)驗(yàn)，CODa的去除率為72%，氮的去除率為70%，總磷的去除率為69%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，主要由下述原料制備而成:城市污泥、高鈣粉煤灰、廢棄城市建筑混凝土、粘結(jié)劑和造孔劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，各原料的重量百分比為:城市污泥20%?25%、高鈣粉煤灰15%?20%、廢棄城市建筑混凝土 30%?35%、粘結(jié)劑10%?15%和造孔劑10%?15%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，所述廢棄城市建筑混凝土的強(qiáng)度為C20?C25，粒徑不大于5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，所述城市污泥的含水率為97%。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，所述粘結(jié)劑為精細(xì)聚苯乙烯。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，所述造孔劑為秸桿碎末。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)，其特征在于，所述秸桿碎末為玉米秸桿和玉米芯粉碎后，再過2mm篩得到的碎末。8.權(quán)利要求1或2所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)的制備方法，包括制漿、制胚、燒結(jié)和冷卻步驟，其特征在于，所述燒結(jié)步驟包括:在氬氣氣氛中，將初胚以5°C/min的升溫速率從室溫升溫至600 °C ;然后以1 °C /min的升溫速率升溫至1000 °C ;再以50 °C /min升溫至1050 °C后保溫Ih，最后以1 °C /min的降溫速率降至60 °C。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工濕地多孔復(fù)合基質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述制胚步驟為:將各原料混合制漿后注入模具，105 °C下干燥50min，脫模后形成初胚。
【文檔編號】C02F3/32GK106082443SQ201610544578
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】周素瑩, 周明, 車曉玲, 邢傳宏, 孟鳳玲
【申請人】河南永澤環(huán)境科技有限公司