CN107935493A - 一种人工湿地用净水型生态混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工湿地用净水型生态混凝土，其特征在于：包含如下重量份的组份：粗骨料：1520份；水泥：250‑300份；水：65‑70份；ZS‑2专用外加剂：6‑10份；水滑石：0‑5份。本发明还公开了一种人工湿地用净水型生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：搅拌均匀后用成型模具浇注成型，脱模，在自然条件下养护28天，得到人工湿地用净水型生态混凝土。本发明还公开了一种人工湿地用净水型生态混凝土在人工湿地潜流层中的应用。本发明中的水滑石由表及里地均匀存在于水泥浆体薄层中，具有缓释效果，具有高于普通生态混凝土除磷效果的能力；生态混凝土的ZS‑2专用外加剂使该混凝土的除磷效果优于只添加水滑石的混凝土。

Description

一种人工湿地用净水型生态混凝土及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及环境工程水体修复技术领域，具体涉及一种人工湿地用净水型生态混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着社会经济和城市化的发展，我国河流、湖泊、水库水环境污染状况日趋严重。寻求解决水污染问题的方法，一方面是控制点源污染和面源污染；另一方面就是对天然水体实施工程性或非工程性措施，提高河流、湖泊等水体的自净能力，修复恶化的水生态环境。对于前者可通过强制性政策、法规来推进。对于后者，可通过生态水处理技术以及水体原位性生态修复工程来实现。通常情况下，河道等生态修复的关键是选用合适的植物种类改造介质，或者采用物理、化学和生物学技术直接改良和改造介质，使之更适合植物生长，以恢复河流健康生态系统。土壤具有透水、透气性，是绿色植物天然的生境载体，但由于其强度低，难以抵御水浪、水流的长期冲刷，同时坡面径流也会造成水土流失，危及堤岸安全。因此，对于河流堤岸生态修复来说，寻求具有一定力学强度和类似土壤透水透气性，且适合植物生存的多孔结构介质是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种人工湿地用净水型生态混凝土及其制备方法，解决现有技术生态混凝土净水性能低的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种人工湿地用净水型生态混凝土，包含如下重量份的组份：

粗骨料：1520份；

水泥：250-300份；

水：65-70份；

ZS-2专用外加剂：6-10份；

水滑石：0-5份，

其中，粗骨料为粒径16.5-31.5mm的碎石，水泥为42.5型普通硅酸盐水泥，水为符合国家标准的生活饮用水。

本发明使用的外加剂为ZS-2专用外加剂，由江苏大学研制，其专利名称为：一种植生型生态混凝土用的外加剂及其复配方法；专利号为：201210030305.8。其使得混凝土块内部存在大量的连续贯通的孔隙，孔径在微米至毫米级之间变化。由于生态混凝土内部的多孔结构，使其具备良好的过滤和吸附功能，多孔结构和巨大的比表面积使得其表面非常适宜富集微生物，形成生物膜，当这种多孔混凝土用于河流、湖泊、湿地及海岸的水中时，水质将通过生态混凝土和微生物之间的各种物理、化学及生物化学作用得到净化。

水滑石是由带正电荷的金属阳离子主板层和带负电荷的阴离子构成的一种层状双金属氢氧化物，其具有比表面积大、结构带正电荷、阴离子交换容量大、无二次污染且易再生以及良好的稳定性等特点。由于水滑石对环境中的阴离子具有很强的吸附能力，可以作为水污染控制中的高效阴离子吸附剂和催化剂载体。目前，由于城市废水和农业污水不断的排入河流、湖泊中，致使水体中的磷含量大幅增加，而磷是污染大多数湖泊和淡水系的主要控制性因子。磷酸盐是水体中磷素的主要形态之一，以阴离子的形式存在于水体中，而水滑石作为层板带正电荷的矿物材料，可以作为废水中磷酸盐的吸附剂达到高效的除磷效果。

一种人工湿地用净水型生态混凝土的制备方法：（1）配料；（2）先倒入1/2重量份的粗骨料，再加入250～300份的水泥，然后，再把剩余1/2重量份的粗骨料全倒入搅拌机搅拌60s；（3）加入45～50份的水搅拌60s；（4）加入ZS-2专用外加剂6～10份和剩余20份的水搅拌180s；（5）均匀加入水滑石0～5份点动搅拌5s；（6）将搅拌均匀的物料用成型的模具浇注成型，24h后脱模，在自然条件下养护28天。

一种人工湿地用净水型生态混凝土在人工湿地潜流层中的应用，将人工湿地用净水型生态混凝土作为人工湿地潜流层基质。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、净水型生态混凝土是在多孔混凝土的基础上加入水滑石而制成的一种新型的生态混凝土，不仅保留了多孔混凝土较大的比表面积和内部多连通孔隙的结构特征，并继承了传统的滤水、挂膜和沉降等能力，生态混凝土中的水滑石由表及里地均匀存在于水泥浆体薄层中，具有缓释效果，而且优化了离子交换和吸附性能，生态混凝土的水滑石外掺料，使该混凝土具有高于普通生态混凝土除磷效果的能力；且生态混凝土的ZS-2专用外加剂不仅降低了混凝土pH值，而且提高了水滑石的吸附性能，使该混凝土的除磷效果优于只添加水滑石的混凝土。

2、净水型生态混凝土可以有效的去除富营养化水体中的污染物，降低富营养化等级，从而达到水质净化的效果。

3、将人工湿地用净水型生态混凝土作为人工湿地潜流层基质，形成生态混凝土、植物、微生物三位一体的人工湿地净水强化体系，在改善水质净化效果的同时，也获得了明显的综合经济效益。把生态混凝土技术与人工湿地技术进行有效的结合，将净水型生态混凝土作为人工湿地的模块化基质，提高了人工湿地布水系统布水的均匀性，更有助于布水系统生态混凝土堵塞后快速更换以及生态混凝土有效孔隙率的快速恢复，为缓解、快速解决人工湿地堵塞问题提供一种经济有效的创新方法，也是生态混凝土净水技术在人工湿地工程领域的一种尝试。

附图说明

图1 净水型生态混凝土用于人工湿地小试系统剖面图。

图2 净水型生态混凝土用于人工实地小试系统平面图。

图中各编号对应的名称：1为净水型生态混凝土、2为微型循环泵、3为模拟受污染河流而进行人工配置的污水。

具体实施方式

为使本发明的发明内容、特点及功效更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：

实施例1～7；

按照如表1所示的配方称取物料，制备人工湿地用净水型生态混凝土。

表1、人工湿地用净水型生态混凝土的不同配比

其中，粗骨料为粒径16.5-31.5mm的碎石，水泥为42.5型普通硅酸盐水泥，水为符合国家标准的生活饮用水，外加剂为ZS-2专用外加剂，由江苏大学研制，其专利名称为：一种植生型生态混凝土用的外加剂及其复配方法；专利号为：201210030305.8。

实施例1～3及比较例1～3的制备按如下步骤：

S1：称取表1所列的配比配料；

S2：先倒入1/2重量份的粗骨料，再加入250～300份的水泥，然后，再把剩余1/2重量份的粗骨料全倒入搅拌机搅拌60s；

S3：加入45～50份的水搅拌60s；

S4：均匀加入水滑石0～5份点动搅拌5s；

S5：将搅拌均匀的的物料用成型的模具浇注成型，24h后脱模，在自然条件下养护28天。

将制备好的人工湿地用净水型生态混凝土进行基本的物理力学性能参数的测定，其所测定的pH值、孔隙率、28天抗压强度的试验结果详见表2。

表2、实施例1-7所对应的人工湿地用净水型生态混凝土的物理力学性能试验参数

备注：参照GB／T50081中的规定，采用压力试验机进行抗压强度试验；参照《生态型多孔混凝土物理与力学性能试验方法》中第八条的相关规定，进行孔隙率的测试；采用PH计测试仪进行PH值的测量。

从表2中的净水型生态混凝土物理力学性能试验参数可以得知，该生态混凝土的强度控制在10MPa以上，孔隙率最高为30.4%，pH值可以降到9.8，适合污染水体中微生物的繁衍挂膜以及水生植物的生长，满足人工湿地的透水性能的要求，并具有一定的抵抗污水剪切、流水冲刷的能力。

为了体现出净水型生态混凝土的污水处理能力，对制备好的混凝土进行水质净化性能测试。将实施例1-7制备好的净水型生态混凝土试块1堆放入人工湿地小试系统，采用人工配置的污水3浸泡生态混凝土试块30天，通过微型循环泵2模拟动态水流动，自然观照射，测定其水质变化，所得水质净化结果见表3。

表3、实施例1-7所对应的人工湿地用净水型生态混凝土的水质净化性能

备注：参考《水和废水监测分析方法》中的规定，采用COD重铬酸钾法测试COD的含量，采用抗坏血酸分光光度法测试TP含量，采用纳氏试剂分光光度法测试NH4+-N的含量。

根据表3人工湿地用净水型生态混凝土的水质净化性能参数可以知道，该生态混凝土在短期内对人工配置的污水具有一定的处理效果，并且混凝土pH值的高低、孔隙率的大小也都会在不同程度上影响其水质净化能力。从表中可知所制得的净水型生态混凝土对污水中NH4+-N、TP、COD的去除率最高可以达到69.1%、84.5%、76.3%，都满足城市污水处理厂二级处理后的排放水质标准，且远高于普通生态混凝土的去除率，普通生态混凝土对NH4+-N、TP、COD的去除率分别为31.4%、33.7%、40.2%。该种人工湿地用净水型生态混凝土不仅可以达到普通人工湿地的水质净化效果，并且其在除磷性能方面比较优越，可以改变水体的氮磷比，为改善河流湖泊等水域的富营养化发挥作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不限制本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化有修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种人工湿地用净水型生态混凝土，其特征在于：包含如下重量份的组份：

粗骨料：1520份；

水泥：250-300份；

水：65-70份；

ZS-2专用外加剂：6-10份；

水滑石：0-5份，

其中，粗骨料为粒径16.5-31.5mm的碎石，水泥为42.5型普通硅酸盐水泥，水为符合国家标准的生活饮用水。

2.根据权利要求1任一项所述的一种人工湿地用净水型生态混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）按权利要求1所述组分的重量份进行配料；（2）先倒入1/2重量份的粗骨料，再加入250～300份的水泥，然后，再把剩余1/2重量份的粗骨料全倒入搅拌机搅拌60s；（3）加入45～50份的水搅拌60s；（4）加入ZS-2专用外加剂6～10份和剩余20份的水搅拌180s；（5）均匀加入水滑石0～5份点动搅拌5s；（6）将搅拌均匀的物料用成型的模具浇注成型，24h后脱模，在自然条件下养护28天。

3.一种如权利要求1所述的一种人工湿地用净水型生态混凝土在人工湿地潜流层中的应用。