CN111333196A - 一种浮岛材料及浮岛 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型浮岛材料及浮岛,该浮岛材料是由固化材、发泡剂、磁性组分、活性吸附组分、活性催化组分、增强纤维以及生物强化组分经特殊工艺蒸压制得,其尺寸、形状和比重均可以调控,强度高、比表面积大、吸附力强,对水体污染物有很好的物理化学吸附性,同时对微生物亲和性好,挂膜启动速度快,生物量大。基于该新型生态浮岛材料的水质净化系统,早期可依靠填料本身的物理化学净化能力净化水体,待微生物、水生植物等逐渐形成,净化效果也逐渐由物理化学净化过度到生物净化,是一种新型水质净化系统。可用于河道、湖泊、水库等水环境治理。本发明材料和系统制备工艺简单,易控制,能耗低,适合规模化生产和应用。
Description
技术领域
本发明属于环境治理领域,具体是一种新型浮岛材料,用于河道、湖泊、水库等水环境治理。
背景技术
浮岛主要是利用无土栽培技术,采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术,可为多种野生生物提供生境的漂浮结构,由植被基(人工浮岛平台)、植物和固定系统组成。通过扎在水中的根系吸收大量的氮、磷等营养物质,对有机污染物起到促进降解的作用;植物根系、浮床和基质在吸附悬浮物的同时,为微生物和其他水生生物提供栖息、繁衍场所,兼可美化水域景观。人工浮岛技术是一种具有净化污染、修复生境、恢复生态、改善景观等多种功能的新型生态环境技术人工生态浮岛是一种生物和微生物生存繁衍的载体。在富营养化水体中浮岛上植物悬浮于水中的根系,除了能够吸收水中的有机质外,还能给水中输送充足的氧气;为各种生物、微生物提供适合栖息、附着、繁衍的空间,在水生植物、动物和微生物的吸收、摄食、吸附、分解等功能的共同作用下,使水体污染得以修复,并形成一个良好的自然生态平衡环。
然而,目前的生态浮岛所使用的材料本身没有水质净化功能,完全依靠水生植物的净化效果,因而在水生植物尚未生长成熟的水环境治理早期水质净化效果较差,影响水质达标稳定,而且在水质收到冲击时,抗冲击性较差,水质恢复周期较长。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于弥补现有浮岛材料及水质净化系统存在的缺陷,提供一种新型浮岛材料,浮岛建设早期依靠材料本身的物理化学净化能力,待微生物、水生植物等逐渐形成,净化效果也逐渐由物理化学净化过度到生物净化,是一种新型水质净化系统。
为达到上述目的,本发明的浮岛材料,所述的浮岛材料由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材:30-70份;
发泡剂:0.05-0.5份;
功能组分:0.7-7份
增强纤维:0.01-0.1份;
生物强化组分:0.1~1份;
水:20-70份;
所述的浮岛材料的制备方法为:
1)将固化材、发泡剂、功能组分、增强纤维以及生物强化组分混合均匀,
2)再加入水搅拌混合,并倒入摸具固化成型,
3)自然养护1-24小时后,脱模并100-200℃蒸压处理1-24小时。
进一步的,所述的功能组分为:
活性吸附组分:0.5~5份、活性催化组分:0.1~1份和/或磁性组分:0.1~1份。
为达到上述目的,本发明的浮岛材料,所述的浮岛材料为至少包括实心层和发泡层,上层为实心层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材30-50份,增强纤维0.01-0.1份,光催化组分0.1-1份,水:20-70份,厚度0.1-1cm,比重1.2-2.1g/cm3;
下层为发泡层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70%,增强纤维0.01-0.1%,发泡剂0.005-0.5%,功能组分0.5~5%,水20-70份,厚度3-15cm,比重0.6-1.2g/cm3;
制备所述浮岛材料的方法是:
第一步:将实心层的固化材,增强纤维和光催化组分先按比例混合均匀,加入水,搅拌混合,并倒入摸具底部固化成型,熟化12-24h;
第二步:将发泡层的固化材,增强纤维,发泡剂和功能组分组分先按比例混合均匀,加入水,搅拌混合,并倒入上述实心层的上方,发泡固化,成型,熟化12-24h。
进一步的,所述的发泡层为两层:其中,
近实心层的为小孔层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70份,增强纤维0.01-0.1份,发泡剂0.005-0.05份,活性吸附组分0.5~5份,水:20-70份,厚度3-5cm,比重0.9-1.2g/cm3;
远实心层的为大孔层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70份,增强纤维0.01-0.1份,发泡剂0.05-0.5%,磁性组分0.1~1份,生物强化组分0.1~1份,水20-70份,厚度5-10cm,比重0.6-0.9g/cm3;
进一步的,所述的固化材为水泥、石灰、粉煤灰、硅粉、海泡石、石膏中一种或两种以上混合物;所述的发泡剂为铝粉、铁粉中一种或两种混合物;所述的活性吸附组分是煤质活性炭粉、椰壳活性炭粉、沸石粉、凹凸棒粉、海泡石粉中一种或两种以上混合物;
所述的磁性组分为铁粉、铁氧体中一种或两种混合物。
进一步的,所述的增强纤维是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维中一种或两种以上混合物,长度为5~50mm;
所述的活性催化组分为纳米二氧化钛溶胶液或其悬浮液;
所述的生物强化组分由无机营养盐和有机营养盐组成;
进一步的,所述的无机营养盐为氯化铵、硫酸铵、硫酸氢铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠中一种或两种以上混合物;有机营养盐为乙酸、乙酸钠、葡萄糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、柠檬酸钾、酒石酸、酒石酸钠、酒石酸钾、尿素中一种或两种以上混合物。
为达到上述目的,本发明的浮岛,浮岛由包括浮框以及填充在浮框里的上述的浮岛材料组成。
进一步的,在所述的浮岛下方悬挂多组浮岛材料,
进一步的,所述的浮岛材料包括方形,在其中部设置有中空部,在所述的两个相对边设置有T形凸起,在另外两个对边上设置有与T形凸起相适配的T形容置槽。
进一步的,浮岛材料中空部种植有水生植物。
进一步的,浮框的材料中间种植水生植物为美人蕉、泽苔、香蒲、旱伞草、姜花、红莲子草、细叶莎草、欧慈姑、野芋、紫芋、千屈菜、泽泻、菖蒲、芦苇香菇草、水芹、空心菜、鸢尾、睡莲和狐尾藻中一种或两种以上组合。
本发明材料采用一种新型浮岛材料,该材料是由固化材、发泡剂、磁性组分、活性吸附组分、活性催化组分、增强纤维以及生物强化组分经特殊工艺蒸压制得,其尺寸、形状和比重,均可以调控,强度高、比表面积大、吸附力强,对水体污染物有很好的物理化学吸附性,同时对微生物亲和性好,挂膜启动速度快,生物量大。基于该新型生态浮岛材料的水质净化系统,早期依靠填料本身的物理化学净化能力,待微生物、水生植物等逐渐形成,净化效果也逐渐由物理化学净化过度到生物净化,是一种新型水质净化系统。
本发明的有益效果:
1、本发明方法制备的新型生态浮岛材料由固化材、发泡剂、磁性组分、活性吸附组分、活性催化组分、增强纤维以及生物强化组分经特殊工艺蒸压制备而成;
2、本发明方法制备的新型生态浮岛材料由多层多孔整体结构,协同发挥作用;
3、本发明方法制备的新型生态浮岛材料尺寸、形状和比重,均可以调控,且强度高、比表面积大、吸附力强,对水体污染物有很好的物理化学吸附性;
4、本发明方法制备的新型生态浮岛材料微生物亲和性好,挂膜启动速度快,生物量;
5、基于本发明的生态浮岛材料的水质净化系统,较好的融合了物理化学净化和生物净化水体的功能,可快速持久的发挥净化水体的功效,保障水质稳定。
6、基于本发明的生态浮岛材料的水质净化系统,早期水质净化效果优,抗冲击性好,水质恢复周期短,且结构简单、施工便捷,方便应用。
7、本发明方法的生态浮岛材料和系统构建工艺简单,易于控制,制造成本低,适合规模化生产和应用。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明
图1是填料多孔多层截面示意图
图2填料外观结构示意图
图3填料拼装示意图
图4浮岛平面示意图
图5浮岛立面示意图
图中:1浮岛材料;2嵌入凹槽;3嵌入凸型连接件;4第一植生孔槽;5第二植生孔槽;6浮岛边框;7水生植物;8悬挂浮岛材料。
表1是磁性强度情况
表2是重金属吸附性能
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
水泥:硅酸盐水泥,江南水泥厂,粒径200目
石灰:建德市泰合新材料有限公司,粒径325目
硅粉:新沂市宏润石英硅微粉有限公司,粒径325目
铝粉:济南银鹏建筑材料有限公司,粒径325目
四氧化三铁:自制
玄武岩纤维:常州筑威建筑材料有限公司,长20mm
活性炭:郑州竹林活性炭开发有限公司,粒径325目
钛白粉:上海亮江钛白化工制品有限公司,粒径200目
氯化铵和乙酸钠均使用国药试剂
水:自来水
制造例1
本发明的新型浮岛材料是三层多孔结构,其制造方法如下:
第一步:将水泥70份,增强纤维0.1份和钛白粉1份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入摸具底部固化成型,熟化24h;
第二步:将水泥70份,增强纤维0.1份、铝粉0.01份和活性炭5份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入上述实心层的上方,发泡固化,成型,熟化24h;
第三步:将水泥70份,增强纤维0.1份、铝粉0.1份,磁性组分0.5份,氯化铵1份和乙酸钠5份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入上述小孔层的上方,发泡固化,成型,熟化24h。
脱模并在150℃饱和蒸汽压0.476MPa下,恒温恒压水热蒸压反应24h,自然冷却制得新型浮岛填料材料A。
制造例2
第一步:将水泥40份,石膏30份,增强纤维0.1份和钛白粉1份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入摸具底部固化成型,熟化24h;
第二步:将水泥35份,石膏35份,增强纤维0.1份、铝粉0.01份和活性炭5份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入上述实心层的上方,发泡固化,成型,熟化24h;
第三步:将水泥35份,石膏35份,增强纤维0.1份、铝粉0.1份,磁性组分0.5份,氯化铵1份和乙酸钠5份混合均匀,加入水30份,搅拌混合,并倒入上述小孔层的上方,发泡固化,成型,熟化24h。
脱模并在200℃饱和蒸汽压1.554MPa下,恒温恒压水热蒸压反应12h,自然冷却制得新型浮岛材料B。
制造比较例1
(1)水泥100份、石灰100份、硅粉100份、铝粉0.13份,充分混合;
(2)上述混合物中加入水200份;
(3)充分搅拌均匀,倒入摸具;
(4)常温常压下自然养护2天;
(5)放入高温高压反应器中,在200℃饱和蒸汽压1.554MPa下,恒温恒压水热反应10小时;
(6)自然冷却,脱模制得比较材1。
制造比较例2
(1)水泥800份、铝粉0.4份、活性炭10份、钛白粉5份,充分混合;
(2)上述混合物中加入水720份;
(3)充分搅拌均匀,倒入摸具;
(4)常温常压下自然养护2天;
(5)放入高温高压反应器中,在200℃饱和蒸汽压1.554MPa下,恒温恒压水热反应10小时;
(6)自然冷却,脱模制得比较材2。
材料理化性能评价
观测上述制造例和制造比较例制造的浮岛材料A-D力学强度、孔隙结构和磁性强度,结果见1。
表1
材料编号 | 力学强度 | 孔隙结构 | 磁性 |
浮岛材料A | ◎ | ◎ | ◎ |
浮岛材料B | ◎ | ◎ | ◎ |
浮岛材料C | ○ | ◎ | ● |
浮岛材料D | ○ | ● | ● |
好(◎);一般(○);差(●)。
由表1可以看出,制造例制造的浮岛材料A和浮岛材料B的力学强度、孔隙结构和磁性均较好,本发明之外的制造比较例制得的浮岛材料C和浮岛材料D或是力学强度低、或是孔隙少,或是磁性差。
水质净化效果评价
水取自马鞍山雨山湖
在五个500L的方桶中,装入400L水,并补加氯化铵、乙酸钠和磷酸二氢钾,调节COD在50-80ppm,氨氮在5-10ppm,磷酸盐在1-2ppm。
效果实施例1
用聚乙烯材料做60cm*60cm框架,中间分成9个空腔,在空腔中填充上述制造例1制备的浮岛材料A,浮岛材料的中间种植美人蕉、泽苔和香蒲,并在下方悬挂深50cm的浮岛材料A,曝气处理30天。初始和30天后取样检测水质,并记录挂膜启动时间和测试30天后挂膜生物量,结果记录在表2中。
效果实施例2
方法同效果实施例1,在填料腔中填充上述制造例2制备的浮岛材料B,并在下方悬挂深50cm的浮岛材料B,曝气处理30天。初始和30天后取样检测水质,并记录挂膜启动时间和测试30天后挂膜生物量,结果记录在表2中。
效果实施例3
方法同效果实施例1,在填料腔中填充上述比较制造例1制备的浮岛材料C,并在下方悬挂深50cm的浮岛材料C,曝气处理30天。初始和30天后取样检测水质,并记录挂膜启动时间和测试30天后挂膜生物量,结果记录在表2中。
效果实施例4
方法同效果实施例1,在填料腔中填充上述比较制造例2制备的浮岛材料D,并在下方悬挂深50cm的浮岛材料D,曝气处理30天。初始和30天后取样检测水质,并记录挂膜启动时间和测试30天后挂膜生物量,结果记录在表2中。
效果实施例5
方法同效果实施例1,在填料腔中填充传统聚丙烯填料,下方悬挂挂深50cm的聚丙烯填料,曝气处理30天。初始和30天后取样检测水质,并记录挂膜启动时间和测试30天后挂膜生物量,结果记录在表2中。
表2
由表2可以看出,经过本发明材料工艺制得的生态浮岛材料挂膜速度快,生物量大,早期水质净化效果优,随着水生植物的生长,作用效果持久。处理的水质达到或超过地表水IV类水质,无藻类生长,而非本发明工艺制得的比较材处理效果均不如本发明的材料。
Claims (10)
1.一种浮岛材料,其特征在于,所述的浮岛材料由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材:30-70份;
发泡剂:0.05-0.5份;
功能组分:0.7-7份
增强纤维:0.01-0.1份;
生物强化组分:0.1~1份;
水:20-70份;
所述的浮岛材料的制备方法为:
1)将固化材、发泡剂、功能组分、增强纤维以及生物强化组分混合均匀,
2)再加入水搅拌混合,并倒入摸具固化成型,
3)自然养护1-24小时后,脱模并100-200℃蒸压处理1-24小时。
2.如权利要求1所述的浮岛材料,其特征在于,所述的功能组分为:
活性吸附组分:0.5~ 5份、活性催化组分:0.1~1份和/或磁性组分:0.1~1份。
3.一种浮岛材料,其特征在于,所述的浮岛材料为至少包括实心层和发泡层,上层为实心层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材30-50份,增强纤维0.01-0.1份,光催化组分0.1-1份,水:20-70份,厚度0.1-1cm,比重1.2-2.1g/cm3;
下层为发泡层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70%,增强纤维0.01-0.1%,发泡剂0.005-0.5%,功能组分0.5~5%,水20-70份,厚度3-15cm,比重0.6-1.2g/cm3;
制备所述浮岛材料的方法是:
第一步:将实心层的固化材,增强纤维和光催化组分先按比例混合均匀,加入水,搅拌混合,并倒入摸具底部固化成型,熟化12-24h;
第二步:将发泡层的固化材,增强纤维,发泡剂和功能组分组分先按比例混合均匀,加入水,搅拌混合,并倒入上述实心层的上方,发泡固化,成型,熟化12-24h。
4.如权利要求3所述的浮岛材料,其特征在于,
所述的发泡层为两层:其中,
近实心层的为小孔层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70份,增强纤维0.01-0.1份,发泡剂0.005-0.05份,活性吸附组分0.5~5份,水:20-70份,厚度3-5cm,比重0.9-1.2g/cm3;
远实心层的为大孔层,由下述重量份的原料复配制备而成:
固化材50-70份,增强纤维0.01-0.1份,发泡剂0.05-0.5%,磁性组分0.1~1份,生物强化组分0.1~1份,水20-70份,厚度5-10cm,比重0.6-0.9g/cm3。
5.如权利要求1或3所述的浮岛材料,其特征在于,所述的固化材为水泥、石灰、粉煤灰、硅粉、海泡石、石膏中一种或两种以上混合物;所述的发泡剂为铝粉、铁粉中一种或两种混合物;所述的活性吸附组分是煤质活性炭粉、椰壳活性炭粉、沸石粉、凹凸棒粉、海泡石粉中一种或两种以上混合物;
所述的磁性组分为铁粉、铁氧体中一种或两种混合物。
6.如权利要求1或3所述的浮岛材料,其特征在于,所述的增强纤维是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维中一种或两种以上混合物,长度为5~50mm;
所述的活性催化组分为纳米二氧化钛溶胶液或其悬浮液;
所述的生物强化组分由无机营养盐和有机营养盐组成。
7.如权利要求6所述的浮岛材料,其特征在于,所述的无机营养盐为氯化铵、硫酸铵、硫酸氢铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠中一种或两种以上混合物;有机营养盐为乙酸、乙酸钠、葡萄糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、柠檬酸钾、酒石酸、酒石酸钠、酒石酸钾、尿素中一种或两种以上混合物。
8.一种浮岛,其特征在于:所述的浮岛由包括浮框以及填充在浮框里的如权利要求1所述的浮岛材料组成。
9.如权利要求8所述的浮岛,其特征在于:在所述的浮岛下方悬挂多组浮岛材料。
10.如权利要求8所述的浮岛,其特征在于:所述的浮岛材料包括方形,在其中部设置有中空部,在所述的两个相对边设置有T形凸起,在另外两个对边上设置有与T形凸起相适配的T形容置槽。
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