CN109337422B - 一种垃圾填埋无土覆盖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋无土覆盖的方法，将改性纤维素、天然高分子粘料、可控交联固化稳定剂、水性抗阻燃材料和去离子水按照质量比15‑30:60‑90：1‑20：1‑20：1‑20：1‑20混合制得垃圾填埋覆盖材料。其中，改性纤维素是以废报纸、秸秆等废弃物为原料提取。上述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6‑1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1‑10cm的“覆盖膜层”。该“覆盖膜层”起到抑制臭气、防蝇、防尘、防渗的覆盖作用。

Description

一种垃圾填埋无土覆盖的方法
技术领域
本发明涉及环境垃圾填埋领域，具体是一种垃圾填埋无土覆盖的方法。
背景技术
城市固体废弃物(MunicipalSolidWaste,简称MSW)是指在城市日常生活当中或者为城市日常生活提供服务的活动当中产生的固体废弃物(俗称垃圾)。近年来，随着国民经济和社会生产的不断发展，我国城市人口迅速增长，城市固体垃圾的排放数量以每年8％～10％的速度急剧增加。垃圾对环境的影响越来越明显，成为世界性的公害，因垃圾不合理处置造成恶性污染和巨大生命财产损失的例子屡见不鲜。
目前，我国的城市固体废弃物处理尚处于发展阶段，最通用和有效的方法是修建现代卫生填埋场，无害化水平很低，处理率不足5％。大部分城市固体废弃物未经处理，便被运往郊区填埋或堆放，既占用了大片的耕地，又使地下水和地表水污染，造成耗资、占地、污染环境、浪费资源等问题。据估计，我国城镇周围己积累了城市固体废弃物十几亿吨，并且以每年一亿多吨的速度增长，使绝大多数城镇被城市固体废弃物所包围，这种现象十分严重。它的渗沥液会污染地下水或附近的民用水源，排出的有害气体污染了大气环境，更令人担忧的是:它是一个孽生蚊蝇、招引昆虫和传播有害疾病的巨大污染源，直接威胁着城市居民的健康安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垃圾填埋无土覆盖的方法，将垃圾填埋覆盖材料与水混合，喷涂到垃圾层表面，形成一层1-10cm的覆盖膜层，起到抑制臭气、防蝇、防尘、防渗的覆盖作用，并且上述覆盖膜层，可自然降解，对环境友好。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种垃圾填埋无土覆盖的方法，具体步骤为：将ODA以3-5％w/v的浓度溶于DMF中，充分溶解后，在45-60℃、pH7.5-8.0，超声震荡频率30-35kHz条件下，按照胺基/羧基混合比1:2-1:4加入纤维素水凝胶或植物秸秆膨化粉末，反应3-5h后离心洗涤3-10次得到改性纤维素粗提物，用0.1-0.6mol/LHCl溶液酸化，然后用乙醇洗涤3-10次，干燥后在90-120cm3/min的N2流下进行活化，活化温度为300-500℃，活化时间2-4h，得到改性纤维素，加热并维持在70-85℃，在搅拌状态下将天然高分子粘料、可控交联固化稳定剂、水性抗阻燃材料和去离子水加入到改性纤维素中，反应60-120min后，冷却至常温得到垃圾填埋覆盖材料，然后垃圾填埋覆盖材料与水混合，经喷涂覆盖设备喷涂到垃圾层表面。本发明采用ODA和氮气依次对纤维素进行改性，在不破坏纤维素的结晶结构的前提下，先用十八烷基胺分子取代纤维素表面的羧基，然后增加纤维素表面的碱基官能团。最后得到的改性纤维素疏水性能好，接触角为105°-110°，并且能与天然高分子粘料和可控交联固化稳定剂发生交联反应，形成三维空间网络结构。
作为优选，改性纤维素：天然高分子粘料：可控交联固化稳定剂：水性抗阻燃材料：去离子水的质量比为15-30:60-90：1-20：1-20：1-20：1-20。上述原料的配比为发明人多次实验所得，在上述配比下制得的垃圾填埋覆盖材料黏结性能优良，防渗、防臭效果好，耐雨水冲刷，覆盖时间长。上述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1-10cm的“覆盖膜层”。该“覆盖膜层”具有蜂窝状的孔隙结构，可储存自身质量几百倍的垃圾分解产生的废液和臭气。因此，上述方法可有效防止垃圾的渗沥液污染地下水或附近的民用水源，防止排出的有害气体污染大气环境。同时可有效防止垃圾在堆放过程中引来孽生蚊蝇、昆虫等有害生物，防止其传播有害疾病。本发明垃圾填埋无土覆盖的方法可视不同垃圾以不同的稀释比来确定有效期和自然降解期，特别是对大面积的垃圾堆放问题，有膜覆盖不可及的优势，可节省无以数计的施工时间和人工成本。
作为优选，天然高分子粘料为植物类粘料，包括淀粉或单宁或阿拉伯树胶或海藻酸钠，或动物类粘料，包括骨胶或鱼胶或血蛋白胶或酪蛋白或紫胶；可控交联固化稳定剂为三聚氰酸三烯丙酯；水性抗阻燃材料类为磷酸脂阻燃剂。本发明垃圾填埋覆盖材料的主要原料均为可再生资源，成本低廉，并且可被环境中的微生物分解，对环境友好。
作为优选，纤维素水凝胶的具体制备步骤为：在烯丙基一3一甲基咪唑氯盐离子液体(AmImCl)中加入废报纸，加热并维持在75-90℃，在搅拌条件下反应25-40min至废报纸完全溶解形成均一的废报纸/AmlmCl溶液，将混合溶液倒入渗透膜中，加入去离子水使其凝胶化形成废报纸基纤维素水凝胶，同时置换其中杂质离子，去离子水每隔5-7h重换一次直至置换液中无Cl-，即表明置换干净，得到圆柱状的白色水凝胶。废报纸中含有大量纤维素，常被当作无用物直接扔进垃圾桶，当废纸卖掉，即使废报纸能重新加工利用，但在对其前处理过程中也需用大量的化学试剂处理，增加成本的同时污染环境，并不能高效地解决废报纸的再利用问题。离子液体作为一种新型的纤维素绿色溶剂，具有优异的溶解性、热稳定性、化学惰性、强极性、不挥发、难氧化和可设计等性能，溶解的纤维素仅在水的作用下即可得到再生纤维素。
作为优选，植物秸秆膨化粉末的具体制备步骤为：将植物秸秆粉碎至200-600目后进行膨化，得到植物秸秆膨化粉末；其中，膨化压力为0.8-1.2MPa，膨化温度为140-180℃，原料含水量20-35％，膨化时间为20-40min。本发明采用热喷膨化的方法膨化植物秸秆，在上述高温高压下，纤维细胞间木质素溶解，氢链断裂，纤维结晶度降低；当突然喷爆时，木质素就会熔化，同时发生若干高分子物质的分解反应，纤维素发生解聚，植物秸秆颗粒就会骤然变小，总面积增大，纤维素表面裸露的羟基数目增多。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、粘结性能与疏水性能好，垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1-10cm的“覆盖膜层”。上述“覆盖膜层”疏水性能好，并可储存自身质量几百倍的垃圾分解产生的废液和臭气。可有效防止垃圾的渗沥液污染地下水或附近的民用水源，防止排出的有害气体污染大气环境。同时可有效防止垃圾在堆放过程中引来孽生蚊蝇、昆虫等有害生物，防止其传播有害疾病；
2、本发明垃圾填埋无土覆盖的方法可视不同垃圾以不同的稀释比来确定有效期和自然降解期，特别是对大面积的垃圾堆放问题，有膜覆盖不可及的优势，可节省无以数计的施工时间和人工成本；
3、本发明垃圾填埋覆盖材料的主要原料均为可再生资源，成本低廉，并且可被环境中的微生物分解，对环境友好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1：
一种垃圾填埋无土覆盖的方法，具体步骤为：将ODA以4％w/v的浓度溶于DMF中，充分溶解后，在50℃、pH8.0，超声震荡频率30kHz条件下，按照胺基/羧基混合比1:3加入纤维素水凝胶或植物秸秆膨化粉末，反应4h后离心洗涤5次得到改性纤维素粗提物，用0.5mol/LHCl溶液酸化，然后用乙醇洗涤5次，干燥后在100cm3/min的N2流下进行活化，活化温度为400℃，活化时间3h，得到改性纤维素。加热并维持在80℃，在搅拌状态下将淀粉、三聚氰酸三烯丙酯、磷酸脂阻燃剂和去离子水加入到改性纤维素中，反应120min后，冷却至常温得到垃圾填埋覆盖材料，然后垃圾填埋覆盖材料与水混合，经喷涂覆盖设备喷涂到垃圾层表面。其中，改性纤维素：淀粉：三聚氰酸三烯丙酯：磷酸脂阻燃剂：去离子水的质量比为20:80：10：10:10。
纤维素水凝胶的具体制备步骤为：在烯丙基一3一甲基咪唑氯盐离子液体(AmImCl)中加入废报纸，加热并维持在80℃，在搅拌条件下反应30min至废报纸完全溶解形成均一的废报纸/AmlmCl溶液，将混合溶液倒入渗透膜中，加入去离子水使其凝胶化形成废报纸基纤维素水凝胶，同时置换其中杂质离子，去离子水每隔6h重换一次直至置换液中无Cl-，即表明置换干净，得到圆柱状的白色水凝胶。
植物秸秆膨化粉末的具体制备步骤为：将植物秸秆粉碎至400目后进行膨化，得到植物秸秆膨化粉末；其中，膨化压力为1.0MPa，膨化温度为160℃，原料含水量30％，膨化时间为30min。
上述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1-10cm的“覆盖膜层”。上述垃圾填埋覆盖材料可视不同垃圾以不同的稀释比来确定有效期和自然降解期，具体对应关系如下表所示：
表1
配比(抑尘剂：水) 有效期(月) 抑尘厚度(cm)
1:18 1 0.1-0.2
1:12 3 0.1-0.2
1:8 6 0.1-0.2
1:6 12-24 0.1-0.2
实施例2：
一种垃圾填埋无土覆盖的方法，具体步骤为：将ODA以4.5％w/v的浓度溶于DMF中，充分溶解后，在46℃、pH7.8，超声震荡频率32kHz条件下，按照胺基/羧基混合比1:3.5加入纤维素水凝胶或植物秸秆膨化粉末，反应3.5h后离心洗涤5次得到改性纤维素粗提物，用0.5mol/LHCl溶液酸化，然后用乙醇洗涤5次，干燥后在110cm3/min的N2流下进行活化，活化温度为350℃，活化时间3h，得到改性纤维素。加热并维持在80℃，在搅拌状态下将淀粉、三聚氰酸三烯丙酯、磷酸脂阻燃剂和去离子水加入到改性纤维素中，反应120min后，冷却至常温得到垃圾填埋覆盖材料，然后垃圾填埋覆盖材料与水混合，经喷涂覆盖设备喷涂到垃圾层表面。其中，改性纤维素：淀粉：三聚氰酸三烯丙酯：磷酸脂阻燃剂：去离子水的质量比为20:80：8：8:10。
纤维素水凝胶的具体制备步骤为：在烯丙基一3一甲基咪唑氯盐离子液体(AmImCl)中加入废报纸，加热并维持在80℃，在搅拌条件下反应30min至废报纸完全溶解形成均一的废报纸/AmlmCl溶液，将混合溶液倒入渗透膜中，加入去离子水使其凝胶化形成废报纸基纤维素水凝胶，同时置换其中杂质离子，去离子水每隔6h重换一次直至置换液中无Cl-，即表明置换干净，得到圆柱状的白色水凝胶。
植物秸秆膨化粉末的具体制备步骤为：将植物秸秆粉碎至400目后进行膨化，得到植物秸秆膨化粉末；其中，膨化压力为1.0MPa，膨化温度为160℃，原料含水量30％，膨化时间为30min。
上述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1-10cm的“覆盖膜层”。上述垃圾填埋覆盖材料可视不同垃圾以不同的稀释比来确定有效期和自然降解期，具体对应关系如下表所示：
表2
配比(抑尘剂：水) 有效期(月) 抑尘厚度(cm)
1:18 1 0.1-0.2
1:12 3 0.1-0.2
1:8 6 0.1-0.2
1:6 12-24 0.1-0.2
实施例3：
一种垃圾填埋无土覆盖的方法，具体步骤为：将ODA以3.5％w/v的浓度溶于DMF中，充分溶解后，在55℃、pH8.0，超声震荡频率35kHz条件下，按照胺基/羧基混合比1:2加入纤维素水凝胶或植物秸秆膨化粉末，反应4h后离心洗涤5次得到改性纤维素粗提物，用0.5mol/LHCl溶液酸化，然后用乙醇洗涤5次，干燥后在120cm3/min的N2流下进行活化，活化温度为300℃，活化时间3h，得到改性纤维素。加热并维持在80℃，在搅拌状态下将淀粉、三聚氰酸三烯丙酯、磷酸脂阻燃剂和去离子水加入到改性纤维素中，反应120min后，冷却至常温得到垃圾填埋覆盖材料，然后垃圾填埋覆盖材料与水混合，经喷涂覆盖设备喷涂到垃圾层表面。其中，改性纤维素：淀粉：三聚氰酸三烯丙酯：磷酸脂阻燃剂：去离子水的质量比为20:80：10：10:10。
纤维素水凝胶的具体制备步骤为：在烯丙基一3一甲基咪唑氯盐离子液体(AmImCl)中加入废报纸，加热并维持在80℃，在搅拌条件下反应30min至废报纸完全溶解形成均一的废报纸/AmlmCl溶液，将混合溶液倒入渗透膜中，加入去离子水使其凝胶化形成废报纸基纤维素水凝胶，同时置换其中杂质离子，去离子水每隔6h重换一次直至置换液中无Cl-，即表明置换干净，得到圆柱状的白色水凝胶。
植物秸秆膨化粉末的具体制备步骤为：将植物秸秆粉碎至400目后进行膨化，得到植物秸秆膨化粉末；其中，膨化压力为1.0MPa，膨化温度为160℃，原料含水量30％，膨化时间为30min。
上述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，均匀喷涂在垃圾层表面后，会有效地被垃圾吸收，将松散的垃圾粘合在一起，并且会与垃圾中的矿物质发生络合反应，形成稳固的团聚体(团粒结构)，构成光滑而平整约为0.1-10cm的“覆盖膜层”。上述垃圾填埋覆盖材料可视不同垃圾以不同的稀释比来确定有效期和自然降解期，具体对应关系如下表所示：
表3
配比(抑尘剂：水) 有效期(月) 抑尘厚度(cm)
1:18 1 0.1-0.2
1:12 3 0.1-0.2
1:8 6 0.1-0.2
1:6 12-24 0.1-0.2
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种垃圾填埋无土覆盖的方法，其特征在于具体步骤为：将ODA以3-5％w/v的浓度溶于DMF中，充分溶解后，在45-60℃、pH7.5-8.0，超声震荡频率30-35kHz条件下，按照胺基/羧基混合比1:2-1:4加入纤维素水凝胶或植物秸秆膨化粉末，反应3-5h后离心洗涤3-10次得到改性纤维素粗提物，用0.1-0.6mol/LHCl溶液酸化，然后用乙醇洗涤3-10次，干燥后在90-120cm3/min的N2流下进行活化，活化温度为300-500℃，活化时间2-4h，得到改性纤维素，加热并维持在70-85℃，在搅拌状态下将淀粉、三聚氰酸三烯丙酯、磷酸酯阻燃剂和去离子水加入到改性纤维素中，反应60-120min后，冷却至常温得到垃圾填埋覆盖材料，然后所述垃圾填埋覆盖材料与水按照1：6-1:18的比例混合，经喷涂覆盖设备喷涂到垃圾层表面；
其中，所述的纤维素水凝胶的具体制备步骤为：在烯丙基一3一甲基咪唑氯盐离子液体中加入废报纸，加热并维持在75-90℃，在搅拌条件下反应25-40min至废报纸完全溶解形成均一的废报纸/AmlmCl溶液，将混合溶液倒入渗透膜中，加入去离子水，得到废报纸基纤维素水凝胶，去离子水每隔5-7h重换一次直至置换液中无Cl-，得到纤维素水凝胶；
所述的改性纤维素：淀粉：三聚氰酸三烯丙酯：磷酸酯阻燃剂：去离子水的质量比为15-30:60-90：1-20：1-20：1-20。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋无土覆盖的方法，其特征在于：所述的植物秸秆膨化粉末的具体制备步骤为：将植物秸秆粉碎至200-600目后进行膨化，得到植物秸秆膨化粉末；其中，膨化压力为0.8-1.2MPa，膨化温度为140-180℃，原料含水量20-35％，膨化时间为20-40min。
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