CN108373296A - 一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法。所述方法包括如下步骤：将水泥、粉煤灰、磷灰石粉碎制得干混合料，所得干混合料、底泥与纳米零价铁混悬液负载陶粒加水混合搅拌，陈化后压制得到砖胚，洒水自然养护得到新型透水砖成品。本发明的方法充分利用河涌底泥，实现了固体废物资源化利用，解决了污泥堆积和处理带来的费用问题，加入鼠李糖脂包裹的零价纳米铁混悬液的陶粒，能够将污泥中的重金属钝化并固定在新型透水砖中，一定程度上解决了河涌底泥重金属污染的问题。制备的新型透水砖通透性好，强度高，不需要进行焙烧，降低了生产能耗，且内部含有多功能的陶粒，既能钝化重金属，又能吸附水分和其他有害物质，将制备好的砖块铺设在人行道，或用于建设河道沿岸围墙，对于加快海绵城市建设具有重要意义。

Description

一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法
技术领域
本发明涉及海绵城市技术领域，更具体地涉及一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法。
背景技术
近年来，中央政府高度重视城市雨洪问题及城市水环境的综合整治，从推进“海绵城市”建设的角度出发，提出以低影响开发的方式因地制宜治理城市河道黑臭水体，从而有效缓解城市内涝，保护和改善城市水生态环境。由于城市化过程中土地利用方式发生了结构性改变，原有的透水地区（农田、森林、草地）不断被混凝土建筑物、沥青路面等取代，造成下垫面过度硬化，减少了雨水向地下的渗漏，急需开发具有吸水、蓄水、渗水和净水效果的新型建筑材料代替原有的混凝土材料，从而有效缓解城市内涝问题，建设健康、舒适的人居环境。
另一方面湖泊河道水质污染，底泥沉积物中的污染物质累积严重，其中的氮、磷、有机质等含量相对较高。同时进入到环境中的重金属通过各种途径进入水体，绝大部分迅速地由水相转入固相，结合到水中的颗粒物等悬浮颗粒物以及底泥等沉积物中。污染底泥的清除是治理水体污染的比较直接且有效的方法。但是，清除上来的底泥中含有大量的重金属，如何处置被污染的底泥，使之不再成为污染，是目前研究的热点和难点。
因此，研发一种合理利用河涌底泥制备新型透水砖的方法具有十分重要的实际意义。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的问题，提供一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，该方法制得的新型透水砖具有强度高，吸附性好，具有广阔的应用前景。
本发明的另一目的在于提供一种利用河涌底泥制备的新型透水砖在海绵城市建设中的应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，包括如下步骤：
S1.底泥干化粉碎处理；
S2.制备底泥-干混合料：将水泥、粉煤灰，磷灰石粉碎制得干混合料，将所得干混合料添加到S1所述底泥中，搅拌混合，所述水泥、粉煤灰、磷灰石和底泥的质量比为5~20:10~30:8~30:30~80；
S3.制备纳米零价铁负载陶粒：将鼠李糖脂溶液、氯化铁溶液和硼氢化钠以体积比2:1:1混合，得到鼠李糖脂包裹的纳米零价铁混悬液，将该混悬液喷洒在陶粒表面，静置5~30min，其中鼠李糖脂溶液的浓度为2~3 g/L，氯化铁溶液的浓度为24~40 g/L，硼氢化钠的浓度为11~20 g/L；
S4.加水搅拌：将所述纳米零价铁混悬液负载陶粒与所述底泥-干混合料以1:1~2:1的质量比加水搅拌混合，加水量为所述底泥-干混合料质量的25%~50%，搅拌时间20~40 min；
S5.陈化：将搅拌物料进行陈化，陈化温度为18~40℃，陈化压强为70~105 kPa，陈化时间为20~40 min；
S6.压制：将陈化物料压制成砖胚，压制时间10~60 s，压力20~180 kN；
S7.养护：将砖胚风干，洒水自然养护10~30天，得新型透水砖成品。
本方法利用河涌底泥制备新型透水砖，实现了固体废物资源化利用，解决了污泥堆积和处理带来的费用问题。制备过程不需要进行焙烧，降低了生产能耗，且在制备的砖胚中加入负载有鼠李糖脂包裹的零价纳米铁的陶粒，陶粒能够吸附水分和其他有害物质，将污泥中的重金属钝化并固定在透水砖中，便于后续集中处理，解决了河涌底泥重金属污染控制问题。
优选地，所述S2中水泥、粉煤灰、磷灰石和底泥的质量比为5~10:10~20:10~20:50~60。
优选地，所述陶粒的直径为1~2 cm，干基重量0.1~1 g。
直径为1~2 cm的陶粒不仅能够充分提升透水砖的抗压强度，而且可以增大重金属固化剂鼠李糖脂包裹的零价纳米铁的负载量，提升污染底泥中重金属的固化效果。
优选地，所述陶粒的孔隙率为72%~80%。
陶粒的高孔隙率不仅可以增大重金属固化剂的作用比表面积，提升重金属固化效率，进一步地，还可以显著提升透水砖材料的通透性，更好的起到吸水和蓄水作用。
所述陶粒由以下步骤制备得到：将上述S1中的底泥原料粉末、粉煤灰与沸石粉以质量比1.5~2:1~1.5:1~1.5混合均匀，加水至稳定成型后搅拌均匀进行造粒得到生料球，将生料球在≤120 ℃下干燥2~4 h，在60~100 ℃下预热1~2 h后转入300~500 ℃下煅烧3~5h，冷却得到陶粒。
采用污染底泥制备陶粒可以大量利用污染底泥，减少了底泥处理负担和异位处理带来的二次污染，制备的轻质多孔陶粒还可以作为轻质建筑材料，提升其经济价值。相比于免烧陶粒，烧结陶粒可进一步提升材料的硬度，增加抗压强度。
优选地，所述S1中底泥的含水率为10%~20%。
优选地，所述S1中底泥的粉碎粒径为60~200目。
一种由上述利用河涌底泥制备新型透水砖的方法制备的新型透水砖。
利用河涌底泥制备的新型透水砖在海绵城市建设中的应用。
本发明方法制备的新型透水砖通透性好，强度高，将制备好的砖块铺设在人行道或用于建设河道沿岸围墙对于加快海绵城市建设具有重要意义。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，充分利用河涌污染底泥，实现了固体废物资源化利用，解决了污泥堆积和处理带来的费用问题；制备透水砖之前加入喷洒了鼠李糖脂包裹的零价纳米铁混悬液的陶粒，能够将污泥中的重金属钝化并固定在新型透水砖中，解决了河涌底泥重金属污染控制问题。透水砖通透性好，强度高，将制备好的砖块铺设在人行道或用于建设河道沿岸围墙，对于加快海绵城市建设具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，包括如下步骤：
S1.底泥干化粉碎处理：将底泥从河床移出，进行烘干处理后使其含水率为10%，去除其中较大的颗粒和杂质，然后用粉碎机粉碎，粉碎粒径为过200目筛；
S2.制备底泥-干混合料：将水泥、粉煤灰与磷灰石粉碎制得干混合料，将所得干混合料添加到S1所述底泥中，搅拌混合，所述水泥、粉煤灰，磷灰石和底泥的质量份数比为5:20:18:57；
S3.制备纳米零价铁混悬液负载陶粒：将鼠李糖脂溶液、氯化铁溶液和硼氢化钠以体积比2:1:1混合，得到鼠李糖脂包裹的纳米零价铁混悬液，将该混悬液作为稳定剂喷洒在陶粒表面，陶粒粒径为1cm，干基重0.5 g，孔隙率为72%，静置20 min，其中鼠李糖脂溶液的浓度为2 g/L，氯化铁溶液的浓度为40 g/L，硼氢化钠的浓度为11 gL；
S4.加水搅拌：将所述纳米零价铁混悬液负载陶粒与所述底泥-干混合料加水搅拌混合，所述陶粒与底泥-干混合料的混合比例为1:1，加水量为所述底泥-干混合料质量的30%，搅拌时间50 min；
S5.陈化：将搅拌物料进行陈化，陈化温度为25 ℃，陈化压强为101 kPa，陈化时间为20min；
S6.压制：将陈化物料压制成砖胚，压制时间30 s，压力100 kN；
S7.养护：将砖胚风干，洒水自然养护10天，得新型透水砖成品。
实施例2
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，步骤与实施例1基本相同，区别在于，其中S1底泥含水率为20%，粉碎粒径为过60目筛；
S2所述水泥、粉煤灰，磷灰石和底泥的质量份数比为10:20:10:50；
S3陶粒粒径为2 cm，干基重1 g，孔隙率为80%，鼠李糖脂溶液、氯化铁溶液和硼氢化钠以体积比2:1:1，静置5 min，其中鼠李糖脂溶液的浓度为3 g/L，氯化铁溶液的浓度为24 g/L，硼氢化钠的浓度为20 g/L；
其中，S3所述陶粒由以下步骤制备得到：将上述S1中的底泥原料粉末、粉煤灰与沸石粉以质量比2:1.2:1混合均匀，加水至稳定成型后搅拌均匀进行造粒得到生料球，将生料球在105 ℃下干燥3 h，80 ℃下预热1.5 h后转入450 ℃下煅烧4 h，冷却得到陶粒。
S4陶粒与底泥-干混合料的混合比例为2:1，加水量为所述底泥-干混合料质量的50%，搅拌时间20 min；
S5陈化温度为40 ℃，陈化压强为80 kPa，陈化时间为40 min；
S6.压制：将陈化物料压制成砖胚，压制时间10 s，压力180 kN；
S7.养护：将砖胚风干，洒水自然养护30天，得到新型透水砖成品。
其中河涌底泥河涌底泥来源于顺德龙江大涌河道清淤产生的底泥，其中底泥、粉煤灰与沸石粉的具体化学成分见表1。
表1
成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O CaO MgO
底泥 52.46 24.56 6.12 0.81 1.52 6.85 1.05
粉煤灰 26.34 10.12 3.45 0.61 2.31 2.0 1.12
沸石粉 58.16 15.61 0.64 0.35 5.87 9.47 2.05
实施例3~6
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，步骤与实施例1基本相同，具体参数见表2。
表2
序号 水泥、粉煤灰、磷灰石和底泥的质量份数比 陶粒与底泥-干混合料质量比 陈化温度/℃ 陈化压强/kPa 陈化时间/min 压制时间/s 压力/kN 氧化时间/天
实施例3 10:10:20:60 1:1 25 101 20 30 20 10
实施例4 8:15:10:30 1:1 25 101 20 30 100 10
实施例5 5:30: 8:50 1:1 18 70 20 30 100 20
实施例6 20:10:8:30 2:1 25 101 20 60 100 10
对比例1
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，步骤与实施例1基本相同，区别在于，所述陶粒不经过S3纳米零价铁混悬液负载处理。
对比例2
一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，步骤与实施例1基本相同，区别在于，所述陶粒粒径为0.5 mm。
结果检测
（1）抗压强度和吸水率检测
对上述实施例和对比例制备的透水砖的抗压强度和吸水率进行了检测，抗压强度和吸水率的检测结果如表3所示，从表3中可以看出本方法制备的新型透水砖具有很好的抗压强度和吸水率。
表3
序号 抗压强度/ MPa 吸水率/%
实施例1 24.3 17.0
实施例2 25.0 17.8
实施例3 23.5 16.3
实施例4 21.3 14.6
实施例5 21.5 14.4
实施例6 20.0 13.5
对比例1 16.7 10.7
对比例2 14.6 9.2
（2）重金属稳定效果检测
采用BCR连续提取法测定原污染底泥和实施例和对比例制备的透水砖中的重金属铅和镉的各种形态的百分，其检测结果如表4和表5所示。
表4 重金属铅的各形态比例
序号 弱酸提取态/% 可还原态/% 可氧化态/% 残渣态/%
实施例1 9.13 27.50 11.05 52.32
实施例2 8.45 24.23 9.24 58.08
实施例3 9.59 27.50 11.48 51.43
实施例4 10.76 30.49 11.67 47.08
实施例5 11.02 30.77 11.89 46.32
实施例6 11.27 29.14 11.21 48.38
对比例1 17.56 46.3 18.02 18.12
对比例2 13.48 31.52 14.18 40.82
污染底泥 19.97 49.53 15.74 14.76
表5 重金属镉的各形态比例
序号 弱酸提取态/% 可还原态/% 可氧化态/% 残渣态/%
实施例1 60.25 2.57 1.97 35.21
实施例2 58.72 2.03 1.73 47.52
实施例3 59.30 2.63 2.06 36.01
实施例4 62.18 1.96 1.67 34.19
实施例5 61.58 1.99 1.78 34.65
实施例6 61.27 2.15 1.63 34.95
对比例1 78.67 7.12 3.63 10.58
对比例2 68.45 3.43 2.65 25.47
污染底泥 84.23 8.86 4.95 1.96
结合表4和表5可以看出本发明制备的透水砖对底泥中的重金属具有很好的固化稳定效果，铅和镉的弱酸提取态和可还原态的百分率降低，残渣态百分率增加，说明一定程度降低了重金属铅的生物利用度，减少了重金属铅对生物体的危害性。相比于污染底泥，铅的残渣态稳定效率提升了43.32%，镉的残渣态稳定效率提升了45.56%，可以很好的解决污染底泥的重金属污染控制问题，也减少了应用在透水砖上因生物利用而带来二次污染。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.底泥干化粉碎处理；
S2.制备底泥-干混合料：将水泥、粉煤灰、磷灰石粉碎制得干混合料，将所得干混合料添加到S1所述底泥中，搅拌混合，所述水泥、粉煤灰、磷灰石和底泥的质量比为5~20:10~30:8~30:30~80；
S3.制备纳米零价铁负载陶粒：将鼠李糖脂溶液、氯化铁溶液和硼氢化钠以体积比2:1:1混合，得到鼠李糖脂包裹的纳米零价铁混悬液，将混悬液喷洒在陶粒表面，静置5~30 min，其中鼠李糖脂溶液的浓度为2~3 g/L，氯化铁溶液的浓度为24~40 g/L，硼氢化钠的浓度为11~20 g/L；
S4.加水搅拌：将所述纳米零价铁混悬液负载陶粒与所述底泥-干混合料以1:1~ 2:1的质量比加水搅拌混合，加水量为所述底泥-干混合料质量的25%~50%，搅拌时间20~40 min；
S5.陈化：将搅拌物料进行陈化，陈化温度为18~40 ℃，陈化压强为70~105 kPa，陈化时间为20~40 min；
S6.压制：将陈化物料压制成砖胚，压制时间10~60 s，压力20~180 kN；
S7.养护：将砖胚风干，洒水自然养护10~30天，得新型透水砖成品。
2.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S2中水泥、粉煤灰、磷灰石和底泥的质量比为5~10:10~20:10~20: 50~60。
3.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S3中陶粒的直径为1~2 cm，干基重量0.1~1 g。
4.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S3中陶粒的孔隙率为72%~80%。
5.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S3中陶粒由以下步骤制备得到：将上述S1中的底泥原料粉末、粉煤灰与沸石粉以质量比1.5~2:1~1.5:1~1.5混合均匀，加水至稳定成型后搅拌均匀进行造粒得到生料球，将生料球在≤120℃下干燥2~4 h，在60~100 ℃下预热1~2h后转入300~500 ℃下煅烧3~5 h，冷却得到陶粒。
6.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S1中底泥的含水率为10%~20%。
7.如权利要求1所述的利用河涌底泥制备新型透水砖的方法，其特征在于，所述S1中底泥的粉碎粒径为60~200目。
8.一种新型透水砖，其特征在于，由上述权利要求1~7任一项所述利用河涌底泥制备新型透水砖的方法制备得到。
9.权利要求8所述的新型透水砖在海绵城市建设中的应用。
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