CN103787645B - 基于吸附材料制备的生态混凝土及用于水质净化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于吸附材料制备的生态混凝土，由骨料、固体添加剂和液体添加剂组成；其中：骨料的组成为：占骨料总质量70-80%的火山岩，占骨料总质量20-30%的陶粒或者碳黑；火山岩作为吸附材料，陶粒或者碳黑作为吸附分子；骨料、固体添加剂和液体添加剂的质量比为300:1-3:1-3。本发明利用上述生态混凝土进行水质净化的方法，是将吸附材料、吸附分子和粘土混合后装入布袋铺设为底层，在布袋上铺设生态混凝土，在生态混凝土上铺设混有吸附材料的种植土并在种植土上种植有植物。本发明在相同的气候环境、水流条件和污染物浓度的条件下，净化后的出水中COD、TP、TN等指标显著降低。

Description

基于吸附材料制备的生态混凝土及用于水质净化的方法
技术领域
本发明涉及一种基于吸附材料制备的生态混凝土。
本发明还涉及一种利用上述生态混凝土进行水质净化的方法。
背景技术
随着社会经济的发展，各个产业对环境的破坏也日趋严重，尤其是对自然水体的污染与日俱增。造纸业、纺织业、化工业以及钢铁产业等排放的污水进入自然水体中，影响自然水体的自净能力以及水中动植物的生长。我国最常见的水质问题为水体的富营养化，富营养化是由于水体中氮的浓度超过0.2～0.3mg/L，磷的浓度超过0.01mg/L，生化需氧量(COD)大于10mg/L造成的。此外我国许多流域的重金属超标断面的污染程度均为超V类。因此控制水体中的污染物的浓度和含量是一个不可忽视的问题。
吸附作为一种治理污水的有效手段已被广泛使用于污水处理的各个方面，如含汞污水的净化常使用活性炭吸附剂对其进行处理，去除率可达80%以上；印染废水的色度和SS含量都相对较高，使用吸附剂对其进行处理可有效降低色度、SS、COD等水质指标。
传统的石灰岩基生态混凝土具有抗压强度高、孔隙率以及透水效果好等优点，但是由于其骨料不具备吸附性能，只依靠植物根系吸收部分污染物的效果并不明显，因此对污水的去除效果不理想。采用具有吸附性能的火山岩代替传统的石灰岩基为骨料，在保证生态混凝土原有优势的基础上，又增加其对污水的去除能力，拓展了生态混凝土的使用范围，为混凝土的进一步发展提供了方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于吸附材料制备的生态混凝土。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述生态混凝土进行水质净化的方法。
为实现上述目的，本发明提供的基于吸附材料制备的生态混凝土，由骨料、固体添加剂和液体添加剂组成；其中：
骨料的组成为：占骨料总质量70-80%（优选75%）的火山岩，占骨料总质量20-30%（优选25%）的陶粒或者碳黑；火山岩作为吸附材料，陶粒或者碳黑作为吸附分子；
骨料、固体添加剂和液体添加剂的质量比为300:1-3:1-3。
所述的基于吸附材料制备的生态混凝土，其中，火山岩的粒径为30mm～50mm；陶粒的粒径为7mm，碳黑的粒径为5mm。
所述的基于吸附材料制备的生态混凝土，其中，火山岩的质量占总质量的75%，陶粒或者碳黑的质量占总质量的25%。
本发明提供的利用上述生态混凝土进行水质净化的方法：
将骨料和粘土混合后装入布袋铺设为底层，在布袋上铺设生态混凝土，在生态混凝土上铺设混有火山岩的种植土并在种植土上种植有植物。
所述的方法，其中，骨料和粘土的体积比为1:5-8。
所述的方法，其中，底层的厚度为10cm。
所述的方法，其中，生态混凝土厚度为8cm。
所述的方法，其中，种植的植物为高羊茅草种。
本发明利用吸附材料对铜、镉和锌的高效去除作用，使用吸附材料替代石灰岩基的生态混凝土，为微生物的生长、活动及繁殖提供空间和场所。提高了其对水质净化的效果，改善了植物生长状况，同时还保持了生态混凝土自身的强度、透水性和透气性。做到了集改善水体环境、净化水体水质、并且防止水土流失为一体的方法及设备。具体地说，就是用具有吸附性质的火山岩以及陶粒或炭黑代替传统的以石灰岩基为骨料的生态混凝土。由于吸附材料对水体中有机化合物、重金属（铜、铅、锌、镉等）、总氮和总磷等污染物有较好的吸附特性，因此引入吸附材料可增强该产品对水质的改善，此外较大的比表面积以及微孔结构还可为微生物群落的附着提供场所，并且促进植被的生长。达到传统型生态混凝土功能的前提下，弥补了生态混凝土自身的不足，从而拓展了生态混凝土的应用范围。
本发明的有益效果在于与目前普遍使用的传统生态混凝土相比，可以实现以下效果：
1）基于吸附材料制备生态混凝土可有效降低化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN)、铜（Cu）、锌（Zn）和镉（Cd）。
2）由于吸附剂具有大量微孔结构，具有大量的比表面积，可为微生物的生长、活动和繁殖提供空间和场所。
3）微生物可分泌植物生长所需的营养元素，使植物长势更好。
附图说明
图1是本发明用于净化水质的装置示意图。
图2是原水和两组实验处理后的出水水质比较图，其中：
(a)是原水和两组实验处理后的出水水质中化学需氧量（COD）比较图；
(b)是原水和两组实验处理后的出水水质中总磷（TP）比较图；
(c)是原水和两组实验处理后的出水水质中总氮（TN)比较图；
(d)是原水和两组实验处理后的出水水质中铜（Cu）比较图；
(e)是原水和两组实验处理后的出水水质中镉（Cd）比较图；
(f)是原水和两组实验处理后的出水水质中锌（Zn）比较图。
附图中符号说明：
1出水口；2混有火山岩和陶粒的粘土装入土工布袋铺设的底层；3生态混凝土；4高羊茅；5挡板；6进水口；7种植土层。
具体实施方式
本发明是以火山岩为吸附材料，吸附材料的质量占总质量的75%，以陶粒或者碳黑作为吸附分子，吸附分子质量占总质量的25%。火山岩的粒径约为30mm～50mm；吸附分子为陶粒的粒径约为7mm左右，吸附分子为碳黑的粒径为5mm左右。
本发明用于水质净化的装置如图1所示。将吸附材料、吸附分子和粘土混合后装入布袋铺设为底层2，该底层2铺设在河道的堤坝上。在底层的布袋2上铺设生态混凝土3，在生态混凝土3上铺设混有吸附材料的种植土层7并在种植土层上种植植物4，本发明的植物可以是高羊茅。本发明采用具有吸附除污作用的火山岩替代石灰岩，利用火山岩多孔、比表面积大和具有良好吸附性的特点，用作生态混凝土骨料以及添加剂，并且能够与生态混凝土中的其他种类添加剂很好的结合，不堵塞吸附材料中的微孔结构，增强其对污水的净化能力，可有效地去除污水中污染物的特性和生态混凝土可保持水土以及消波消峰的作用。
本发明的生态混凝土的制备方法，是将粒径约为30mm～50mm的火山岩作为吸附材料，粒径约为7mm左右的陶粒（或粒径为5mm左右的碳黑）作为吸附分子，按质量比吸附材料70-80%:吸附分子20-30%混均形成生态混凝土的骨料，再在骨料中添加固体添加剂（主要成分为硅粉）和液体添加剂（主要成分为聚羧酸盐），骨料、固体添加剂和液体添加剂的质量比为300:1:1。本发明的固体添加剂和液体添加剂，其具体成分及制备方法可按照中国专利ZL201210068259.0实施。
实施例
采用图1所示的装置，在堤坝上部设置进水口6和挡板5，堤坝的底部设置出水口1。将原水自进水口6倾入，并沿斜面流至出水口1。
由于本实施例是两组进行比较，因此第一组是将粘土装入土工布袋铺设底层，约10cm左右；在其上铺设普通生态混凝土层，约8cm厚；再在混凝土层上铺设3cm普通种植土并在其上种植高羊茅草种。
第二组是将骨料（火山岩和陶粒）与粘土混均后装入土工布袋铺设底层，约10cm左右。本发明的骨料和粘土的比例是根据水中目标污染物和氨氮去除的要求而进行调整。对于氨氮去除要求较高的水体则提高骨料的体积比；氨氮去除要求较低时则降低骨料的体积比；一般地骨料和粘土的体积比为1:5-8。在土工布袋上铺设本发明的混有火山岩和陶粒的生态混凝土，厚度约8cm；在生态混凝土上再铺设3cm混有吸附材料的种植土并在其上种植高羊茅草种，种植土中的吸附材料起到吸附氨氮的作用，其混合量没有严格的要求。
原水的水质指标如表1所示，第一组出水水质指标如表2所示，第二组出水水质指标如表3所示。
实验结果参见图2，第一组COD的平均去除率为50.27%（图2a）；TN的平均去除率为18.77%（图2b）；TP的平均去除率为19.78%（图2c）；Cu的平均去除率为8.41%（图2d）；Cd的平均去除率为8.67%（图2e）；Zn的平均去除率为7.12%（图2f）。
第二组COD的平均去除率为58.24%（图2a）；TN的平均去除率为23.59（图2b）；TP的平均去除率为28.85%（图2c）；Cu的平均去除率为37.49%（图2d）；Cd的平均去除率为37.73%（图2e）；Zn的平均去除率为37.45%（图2f）。
实验结果表明：基于吸附材料制备生态混凝土对污水的去除率明显高于传统生态混凝土，扩展了生态混凝土的适用范围，具有较好的推广前景。
表1：原水的水质指标（单位：mg/L）
表2：第一组出水水质指标（单位：mg/L）
表3：第二组出水水质指标（单位：mg/L）

Claims (8)

1.一种基于吸附材料制备的生态混凝土，由骨料、固体添加剂和液体添加剂组成；其中：
骨料的组成为：占骨料总质量70-80％的火山岩，占骨料总质量20-30％的陶粒或者碳黑；火山岩作为吸附材料，陶粒或者碳黑作为吸附分子；
固体添加剂的主要成分为硅粉；
液体添加剂的主要成分为聚羧酸盐；
骨料、固体添加剂和液体添加剂的质量比为300∶1-3∶1-3。
2.根据权利要求1所述的基于吸附材料制备的生态混凝土，其中，火山岩的粒径为30mm～50mm；陶粒的粒径为7mm，碳黑的粒径为5mm。
3.根据权利要求1所述的基于吸附材料制备的生态混凝土，其中，火山岩的质量占骨料总质量的75％，陶粒或者碳黑的质量占骨料总质量的25％。
4.利用权利要求1所述生态混凝土进行水质净化的方法：
将骨料和粘土混合后装入布袋铺设为底层，在布袋上铺设生态混凝土，在生态混凝土上铺设混有火山岩的种植土并在种植土上种植有植物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，骨料和粘土的体积比为1∶5-8。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，底层的厚度为10cm。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，生态混凝土厚度为8cm。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，种植的植物为高羊茅草种。
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