CN101475332A - 一种污泥-秸秆纤维复合材料的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明以市政污泥、秸秆纤维和工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)为原料,采用污泥改性技术和混聚物均匀搅拌技术,制备污泥-纤维胶团混聚物,用于岩石边坡、粘土边坡以及垃圾填埋场边坡的生态防护和修复。利用该技术制备的污泥-纤维胶团混聚物,使得难于处理的污泥和秸秆纤维得到资源化利用,比起各种绿化基材,不需要给土壤添加氮磷钾和有机肥,不仅使废物再利用,而且大大地减少成本。秸秆纤维提高污泥-纤维混聚物的抗拉和抗折力学性能,进而达到护坡的力学强度指标。在混聚物中混入草种,利用植被的水文效应和植被根系的力学加固效应,不仅使得水分进行有效循环,更能起到加固边坡和绿化环境的作用。
Description
技术领域
本发明的污泥-秸秆纤维复合材料用于生态护坡的方法普遍适用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡的生态防护和修复,属于生态环境、岩土工程、农业领域。
背景技术
随着城市污水处理设施建设步伐加快和污水集中处理率的提高,污水处理厂的污泥产生量快速增长。根据国家“十一五”规划,我国将新增日污水处理能力4500万吨,城市污水集中处理率达70%,我国污泥产生量还将急剧增加,污泥的安全处理处置是我国当前亟需解决的环境问题之一。如何对城市污泥进行无害化处理、资源化利用技术,这是世界各国政府高度重视的问题。
我国是农业大国,每年可产生秸秆7亿多吨,近年来,随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展,秸秆逐步从传统的农业原料演变成一种无用的负担物,被排除于农业生产的内部循环之外。我国工业废渣综合利用率若提高1个百分点,每年就可减少约1000万吨废弃物的排放,并将使环境质量得到极大改善。如何把秸秆资源和工业废弃资源的高效利用起来,具有落实科学发展观具有重要的战略意义。
目前,生态护坡方法主要通过配制植被生长所需的有机质、腐殖质、氮磷钾、水分和pH值调节剂,再加上土壤和粘结材料硅酸盐水泥。硅酸盐水泥使得土壤成酸性,不利于植被的生长,并且添加植被生长所需的有机质、腐殖质、氮磷钾增加生态护坡费用,总体看来还不成熟,进度慢,成本高,难以适应规模化生产。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明目的在于提供一种污泥-秸秆纤维复合材料的制备及复合材料的应用。
污泥-秸秆纤维复合材料制备方法,制备方法包括,
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥,掺入按市政污泥质量比为12%~15%工业废渣和按市政污泥质量比为0.8%~1%聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌,形成改性污泥,
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100:2~4混合,并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%~1%比例掺入钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,
秸秆纤维长度为≤15mm,
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min,形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,混聚物密度为1.5~2.0g/cm3,混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡等。具体应用方法步骤如下:
①清理、平整边坡坡面,在坡面上铺设三维土工网和牢固锚杆,
②将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,并喷射到坡面上,喷射厚度5~6cm,形成基层,
③将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积10g/m2草种,并喷射到基层上,喷射厚度2~3cm,形成中间层,
④将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积20g/m2草种,并喷射到中间层上,喷射厚度1~2cm,形成表层,
⑤在表层上覆盖养护层。
由于采用以上技术方案本发明具有以下的优点:
(1)本发明采用的污泥-纤维混聚物与土壤、岩石均有较好的粘结性,因此保证了坡面使用功能的长久性、稳定性。
(2)本发明采用的原料污泥和秸秆纤维,来源范围广、易于工业化生产,实现了废物的资源化利用,在改性污泥中添加秸秆纤维提高污泥-秸秆纤维复合材料的抗拉、抗折力学性能和通透性能,同时,工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)来源丰富,具有固化强、强度高、耐腐蚀和抗渗性等优点,以废治废,实现节能减排和资源利用产业化。
(3)本发明的污泥-秸秆纤维复合材料施工方法简单,可操作强,进度快,污泥-纤维混聚物中加入草种作用在边坡上,草种成活率高,利用植被的水文效应和植被根系的力学加固效应,不仅使得水分进行有效循环,更能起到加固边坡和绿化环境的作用。
具体实施方式
污泥-秸秆纤维复合材料制备方法,制备方法包括,
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥,掺入按市政污泥质量比为12%~15%工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)和按市政污泥质量比为0.8%~1%聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成改性污泥;
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100:2~4混合,秸秆纤维由中国科学院武汉岩土力学研究所生产的纤维,并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%~1%比例掺入钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,秸秆纤维长度为≤15mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,混聚物密度为1.5~2.0g/cm3,混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡等。具体应用方法步骤如下:
①清理坡面,移走或加固已经松动土壤或岩石,平整坡面,再使用风机穴对应钻孔、***锚杆(长为30~60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆,再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网,并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,并喷射到坡面上,喷射厚度5~6cm,形成基层,喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机,输料管长度20m,直径80mm;
③将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积10g/m2草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到基层上,喷射厚度2~3cm,形成中间层,喷射设备同上;
④将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积20g/m2草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到中间层上,喷射厚度1~2cm,形成表层,喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布,前期养护(养护时间为一个月),早晚各喷洒一次雾状水,逢旱期浇水,视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例1
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥1000kg,掺入120kg脱硫灰渣和10kg聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成改性污泥;
②将1130kg改性污泥和45.2kg秸秆纤维混合,并掺入5.876kg钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体,形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,
秸秆纤维长度为6mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,混聚物密度为1.63g/cm3,混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡。
具体应用方法步骤如下:
①清理坡面,移走或加固已经松动土壤或岩石,平整坡面,再使用风机穴对应钻孔、***锚杆(长为30~60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆,再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网,并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取708.66kg污泥-纤维聚合物与177.15kg当地土壤搅拌均匀,测得密度为1.82g/cm3,并喷射到坡面上,喷射厚度6cm,形成基层,喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机,输料管长度20m,直径80mm;
③取236.22kg污泥-纤维聚合物与59.05kg当地土壤搅拌均匀,加入81.12g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到基层上,喷射厚度2cm,形成中间层,喷射设备同上;
④取236.22kg污泥-纤维聚合物与59.05kg当地土壤搅拌均匀,加入162.24g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到中间层上,喷射厚度2cm,形成表层,喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布,前期养护(养护时间为一个月),早晚各喷洒一次雾状水,逢旱期浇水,视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例2
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥1000kg,掺入135kg钢渣和9kg聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成改性污泥;
②将1144kg改性污泥和34.32kg秸秆纤维混合,并掺入8.84kg钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,
秸秆纤维长度为9mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,混聚物密度为1.625g/cm3,混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于粘土边坡。
具体应用方法步骤如下:
①清理坡面,移走或加固已经松动土壤或岩石,平整坡面,再使用风机穴对应钻孔、***锚杆(长为30~60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆,再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网,并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取712.31kg污泥-纤维聚合物与142.46kg当地土壤搅拌均匀,测得密度为1.8g/cm3,并喷射到坡面上,喷射厚度6cm,形成基层,喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机,输料管长度20m,直径80mm;
③取237.43kg污泥-纤维聚合物与47.48kg当地土壤搅拌均匀,加入79.15g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到基层上,喷射厚度2cm,形成中间层,喷射设备同上;
④取237.43kg污泥-纤维聚合物与47.48kg当地土壤搅拌均匀,加入158.29g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到中间层上,喷射厚度2cm,形成表层,喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布,前期养护(养护时间为一个月),早晚各喷洒一次雾状水,逢旱期浇水,视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例3
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥1000kg,掺入150kg脱硫灰渣和8kg聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成改性污泥;
②将1158kg改性污泥和23.16kg秸秆纤维混合,并掺入11.81kg钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,
秸秆纤维长度为15mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min(转速为17r/min),形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,混聚物密度为1.62g/cm3,混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于垃圾填埋场边坡。
具体应用方法步骤如下:
①清理坡面,移走或加固已经松动土壤或岩石,平整坡面,再使用风机穴对应钻孔、***锚杆(长为30~60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆,再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网,并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取715.77kg污泥-纤维聚合物与119.3kg当地土壤搅拌均匀,测得密度为1.795g/cm3,并喷射到坡面上,喷射厚度6cm,形成基层,喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机,输料管长度20m,直径80mm;
③取238.59kg污泥-纤维聚合物与39.77kg当地土壤搅拌均匀,加入77.54g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到基层上,喷射厚度2cm,形成中间层,喷射设备同上;
④取238.59kg污泥-纤维聚合物与39.77kg当地土壤搅拌均匀,加入155.07g草种(狗牙根、高羊茅和香根草,质量比例1:1:1),并喷射到中间层上,喷射厚度2cm,形成表层,喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布,前期养护(养护时间为一个月),早晚各喷洒一次雾状水,逢旱期浇水,视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
Claims (2)
1 一种污泥-秸秆纤维复合材料制备方法,其特征在于:制备方法包括,
①污泥改性,取含水率为85%的市政污泥,掺入按市政污泥质量比为12%~15%工业废渣和按市政污泥质量比为0.8%~1%聚丙烯酰胺,将其均匀搅拌,形成改性污泥,
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100:2~4混合,并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%~1%比例掺入钠—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物,其中,
秸秆纤维长度为≤15mm,
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min~45min,形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料),其中,
混聚物含水率为40%,
混聚物密度为1.5~2.0g/cm3,
混聚物pH值为7。
2 一种污泥-秸秆纤维复合材料应用,其特征在于:污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡,具体应用方法步骤如下:
①清理、平整边坡坡面,在坡面上铺设三维土工网和牢固锚杆,
②将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,并喷射到坡面上,喷射厚度5~6cm,形成基层,
③将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积10g/m2草种,并喷射到基层上,喷射厚度2~3cm,形成中间层,
④将污泥-纤维聚合物与当地土壤4~6:1(质量比例)搅拌均匀,加入按基层表面积20g/m2草种,并喷射到中间层上,喷射厚度1~2cm,形成表层,
⑤在表层上覆盖养护层。
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