CN101172822A - 多介质多孔水质净化透水材料 - Google Patents
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Abstract
一种多介质多孔水质净化透水材料，其特征是以普通混凝土、农林废弃物和其他无机材料为原料制造成型，其中的农林废弃物为稻壳、花生壳、核桃壳等，其他无机材料为煤渣、陶粒、沸石、水渣、钢渣、活性炭等。由于农林废弃物本身含有丰富的碳素，对于低C污水处理，可以持久地为微生物提供较高的C/N比，保持污水处理系统的稳定性和持续性。材料的透水速率≥5mm/s，对污水具有较高的持续处理率，使用寿命很长。
Description
一、技术领域
本发明属废水、污水处理技术领域中的过滤材料制造技术，尤其是涉及一种采用农林废弃物和混凝土为基材，制作多介质多孔水质净化透水材料的技术。
二、背景技术
随着我国经济的快速发展，水环境与水生态问题日益突出，水资源匮乏已经成为一个日益突出的问题。在我国很多城市和城郊，水质型缺水成为水资源匮乏的主要原因。因此，开发提高现有水源水质的实用技术迫在眉睫。
生态混凝土污水处理技术是国外九十年代开始研究的一项新技术，同济大学从1997年开始跟踪研究，该技术使用透水性良好的大孔混凝土处理污水，由于污水中的固体物质沉淀在混凝土上，堵塞大孔混凝土的空隙，很快使其失去净水功能，至今尚未找到理想的解决方法，所以，该技术目前尚未达到实际应用的阶段。为了有效清除污水中的固体物质，目前该技术采用集沉淀、过滤、曝气合一的预处理装置，在沉淀的同时进行过滤和曝气， 已申请发明专利(200610023291.1《一种生态混凝土岸坡及其制作方法》)。
生态混凝土污水处理技术具有投资小、日常运转维护费低、环境综合治理效果好的特点。同时，经过深化处理以后，生活污水有可能达到回用水标准，以作为生活小区绿化水源。但是该技术还需要进一步加强处理机理和工程设计参数的研究，在工程实践中逐步形成标准化设计以利于推广，从实验室走向市场还有待时间的考验。
国内某环保公司研制的“仁创生泰砂基透水砖”，以沙漠中的风积沙作为原料，采用在常温下固结成型的方法，制成免烧结的透水砖，通过破坏水表张力、增加透水性、补充地下水的方法，实现雨水收集、净化处理一次完成，可间接地节省因建设专门的净化系统而占用稀缺的土地资源。该技术虽然可以涵养水源，但是不能够对已经污染的水体进行深入的净化作用。
综上发现，生态混凝土和仁创生泰砂基透水砖主要应用在保持涵养水源的应用上，即使对污水具有一定的净化动能，但是长期的使用必然会产生缺C的现实，其广泛推广更待时间的考验。
《石墨尾矿环保陶瓷生态砖》发明(CN ZL 200310105410.4)充分利用石墨尾矿制造环保陶瓷生态砖，该产品利用石墨尾矿颗粒堆积形成环保生态砖，砖体内的孔隙，利用塑性结合剂提高其成型性能和生坯的强度，通过烧结助剂促进环保陶瓷生态砖的烧成，增加其强度和透水系数，降低烧成温度。利用此材料制备环保陶瓷生态砖，解决了石墨尾矿等固体废物的污染，降低了环保陶瓷生态砖的成本。它具有良好的透水性，避免积水，改善地表植被的生长；具有良好的保水性，有利于调节城市地表温度和湿度，降低热岛效应；具有良好多孔结构，可吸收噪音，减轻城市噪音污染；具有良好的防滑性能，行走更安全；具有良好的表面硬度和强度，耐腐蚀的功能和特点。可广泛应用于人行道、绿荫道、公园、广场的铺设，具有美化环境、保护环境的功能。这对城市大气调节、地下水资源保护，对整个城市的生态环境具有重大意义。
《边坡生态砖》(CN ZL 03263986.4)，是指由原生材料或废弃材料制成具有透水性、保水性的多孔性砖体，该砖体的其中一面上开设一个供植栽的空间，该空间的一部分深入到砖体内部而形成一个可供放置植栽物的凹穴；砖体上还设有砖体间相互连接的结构，如数个贯穿砖体的穿孔，或不贯穿砖体的盲孔，以便供长条钢筋或插销等连接件的穿合组接；另外该种连接砖体的结构，也可以是设在砖体周边，可供和其它砖体互为组接的嵌合结构。
虽然以上发明充分利用实现了资源的再生，但是这两项专利在污水净化方面还没有涉及。因此，采用废弃物资源化的技术实现生活污水的处理，将是我国污水处理技术层面上的一次很大提升。
三、发明内容
众所周知，生物技术处理污水，实质上就是利用微生物对污染物质的吸收与降解，而微生物生长需要一定量的C/N源，在绝大多数生活污水中N源非常丰富，C源往往成为微生物生长和扩增的限制因子。硬质纤维生物质，比如稻壳、花生壳、核桃壳等不但是一种可生物降解的有机农业资源，具有资源丰富，环境安全性高，容易获取等特点，还具有高C含量的特点，因此在污水处理中越来越受科研者的青睐。
我国是一个废弃资源再利用程度很低的国家，比如我们每年都有上亿吨的稻壳、花生壳、核桃壳等天然纤维生物质被抛弃，不仅浪费了宝贵的资源，同时又破坏了生态环境。
本发明的目的是充分利用农村丰富的废弃硬质纤维生物质，研制一种由硬质纤维生物质提供C源的多介质多孔水质净化透水材料。
本发明的技术解决方案为：一种多介质多孔水质净化透水材料，其特征是以普通混凝土、农林废弃物和其他无机材料为基本原料制造成型，其中：
a.农林废弃物为稻壳、花生壳、核桃壳等硬质纤维生物质；
b.其他无机材料为煤渣、陶粒、沸石、铁渣、钢渣、活性炭等。
根据生活污水的污染程度和污染类型，农林废弃物和其他无机材料可以选择一种，也可以选择多种，配比比例视生活污水浓度、单位时间的处理负荷和对砌块的强度要求而定，处理一般的家庭生活污水，农林废弃物与其他无机材料的质量比为1∶3～25，农林废弃物与其他无机材料的添加量一般为总质量的3～50％。
根据工程要求，多介质多孔水质净化透水材料加工成型后，其体积比较大且硬质纤维生物质含量比较大，因此可以考虑在其结构中安放钢筋，以提高成型后的材料强度。如果在强度要求不高的工程中应用，可以不安放钢筋。
四、具体实施方式
实施例1：
以稻壳(俗称砻糠)作硬质纤维生物质材料，煤渣(火力发电废弃物)作无机材料，与普通硅酸盐水泥混凝制成多介质多孔水质净化透水材料，其材料配方如下(每百份中的成分比例，均以干重计)：
稻壳(粉碎)：10份；
煤渣：40份；
余为普通硅酸盐水泥砂浆(标号C25)：50份。
加水搅拌均匀后倒入成型模，配筋，定型，干燥后即可得到如下物理性能的多介质多孔水质净化透水材料：
强度：MU5.0～MU7.5(MU-建筑学中砖块强度等级代号，下同)
透水速率：≥5mm/s
稻壳、煤渣和水泥砂浆的配比，可视生活污水浓度、单位时间的处理负荷和对砌块的强度要求而进行适当调整，处理一般的家庭生活污水，农林废弃物与其他无机材料的质量比为1∶3～25，农林废弃物与其他无机材料的添加量一般为总质量的3～50％。
实施例2：
以花生壳代替稻壳作硬质纤维生物质材料，使用配比同实施例1。由于花生壳的强度略大于稻壳，制成品的机械强度略高，其余使用效果基本与稻壳相似。制成后的材料性能如下：
强度：MU5.0～MU7.5
透水速率：≥5mm/s
实施例3：
以核桃壳代替稻壳作硬质纤维生物质材料，使用配比同实施例1。由于核桃壳的强度略大于稻壳，制成品的机械强度略高，其余使用效果基本与稻壳相似。制成后的材料性能如下：
强度：MU7.5～MU10.0
透水速率：≥6.5mm/s
实施例4：
根据生活污水的浓度和成分的不同，还可以在实施例1的配方中添加少量的活性炭；
实施例1中所用的煤渣也可用粉碎后的陶粒、沸石、铁渣、钢渣等替代或混合使用。
农林废弃物和其他无机材料可以选择一种，也可以选择多种混合使用。
将成型后的多介质多孔水质净化透水材料放置在生活污水流经的位置，然后在多介质多孔水质净化透水材料上均匀铺设10～30cm厚的砾石或废弃的混凝土或碎砖等，这样污水先流经砾石或废弃的混凝土或碎砖将悬浮物拦截掉，避免堵塞多介质多孔水质净化透水材料。多介质多孔水质净化透水材料在长期的使用过程中，镶嵌在其内部的硬质纤维生物质将碳素慢慢释放出来，补充微生物处理污水过程中需要的碳源，为微生物处理污水持续保持一个较高的C/N比。
在云南滇池某“村镇居民老区雨污混合污水短程分级沟网收集与土地和废水资源化利用示范工程”中使用多介质多孔水质净化透水材料，该工程包括：
1.混合污水短程暗沟—支渠--双层折流渗滤沟-UBF池收集处理系统；
2.河岸廊道绿地暗渠污水输送和土壤渗滤处理工程；
3.河岸廊道污水快滤处理工程。
在该工程的输水沟渠中，都采用了本发明实施例子1中的多介质多孔水质净化透水材料，该工程的服务面积约30万m2，人口当量5000人，正常收集处理污水能力为1200m3/d，短程生态沟安全行洪设计最大排洪能力600m3/h。采用多介质多孔水质净化透水材料所建设的示范工程，处理效果参见下表：
| 总氮mg/L | 硝态氮mg/L | 铵态氮mg/L | 总磷mg/L | 磷酸盐mg/L | 溶解氧mg/L | 化学需氧量mg/L | 备注 | |
| 进水 | 118.73 | 8.10 | 101.26 | 9.68 | 5.43 | 0.18 | 1859.99 | 采样时为晴天(n＝3) |
| 出水 | 31.52 | 2.12 | 28.79 | 2.68 | 1.50 | 1.23 | 275.42 | |
| 处理率 | 73.46％ | 73.82％ | 71.57％ | 72.31％ | 72.38％ | 85.19％ | ||
| 进水 | 81.50 | 6.96 | 144.83 | 15.85 | 6.60 | 0.00 | 1323.27 | 采样时为晴天(n＝3) |
| 出水 | 19.14 | 0.07 | 27.94 | 2.68 | 0.78 | 0.00 | 71.85 | |
| 处理率 | 76.52％ | 98.92％ | 80.71％ | 83.11％ | 88.15％ | 94.57％ | ||
| 进水 | 73.98 | 6.20 | 130.00 | 7.88 | 5.91 | 0.00 | 668.33 | 采样时为雨天(n＝2) |
| 出水 | 20.82 | 1.60 | 24.15 | 1.05 | 1.02 | 0.00 | 98.00 | |
| 处理率 | 71.86％ | 74.13％ | 81.42％ | 86.61％ | 82.67％ | 85.34％ |
本发明与现有水质过滤材料相比，由于农林废弃物本身含有丰富的养分元素，尤其是碳素，对于低C污水处理，可以持久地为微生物提供较高的C/N比，保持污水处理系统的稳定性和持续性。
本发明的透水性非常强，透水速率可以达到5mm/s以上，巨大的比表面积，适合生物膜的形成，对污水具有较高的持续处理率，使用寿命很长。
Claims (2)
1.一种多介质多孔水质净化透水材料，其特征是以普通混凝土、农林废弃物和其他无机材料为基本原料制造成型，其中：
a.农林废弃物为稻壳、花生壳、核桃壳等；
c.其他无机材料为煤渣、陶粒、沸石、铁渣、钢渣、活性炭等。
2.如权利要求1所述的以普通混凝土、农林废弃物和其他无机材料为基本原料制造成型多介质多孔水质净化透水材料，其特征是农林废弃物与其他无机材料的质量比为1∶3～25，农林废弃物与其他无机材料的添加量为总质量的3～50％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080507 |