CN112142396A - 结构材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种结构材料，包括固液比为1：0.5‑1.5的粉体和液体，所述粉体包括以下重量份的原料：粉煤灰40‑70份、膨润土10‑20份、硅酸盐水泥10‑20份、胶粘剂0.1‑1份；所述液体为垃圾浓缩液。本发明提供的结构材料环境友好、强度高，既可替代现有的垃圾覆盖粘土，也可作为道路基建等的垫层土，实用性强；其制备方法环境安全性高、经济可行性强，运行成本低，可有效解决浓缩液处置难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及固体污染物资源化利用技术领域，尤其涉及一种可用作垃圾覆盖层或垫层土的结构材料。
背景技术
垃圾填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，60％的城市生活垃圾采用填埋处理。填埋后的垃圾堆体因防雨覆盖不完善等原因会产生大量高COD、氨氮和盐分的渗滤液，这些渗滤液约占垃圾填埋量的30％-50％，现有渗滤液的积存量已接近1亿吨。渗滤液的处置方式主要为膜处理，但是渗滤液经膜过滤后会产生更高浓度的浓缩液(产生量约占垃圾渗滤液的30％)。而现有浓缩液的回灌、焚烧、蒸发等处理方式，均存在污染物处置不彻底、运行成本高等缺点，因此，浓缩液的有效处理已成为制约我国垃圾场健康有序发展的重要因素。
目前，我国的垃圾堆体大多先用粘土或黄土进行覆盖(厚度300mm以上)，使其表面平整，然后再用HDPE膜进行防雨覆盖。但是由于黄土/粘土较松软，且基本无机械强度，因此所需覆盖厚度大，使用量大，不仅占据了大量的填埋场库容，而且还浪费了宝贵的粘土资源。因此，寻找一种更为合理的覆盖物来替代粘土或黄土是进行新型垃圾堆体覆盖土及其覆盖技术的当务之急。
现有一种新型的无土垃圾覆盖材料，由水泥、纤维和高分子结合剂组成；无土垃圾覆盖材料与水混合搅拌形成的浆料喷洒在垃圾场上，可以形成封闭的覆盖面；还有一类新型的可喷射施工的垃圾覆盖材料，主要由驱鸟剂、除臭剂、普通硅酸盐水泥、消泡剂、预糊化淀粉、聚酯纤维、膨润土、纤维素醚和减水剂组成；这两种覆盖材料均用于替代黄土/粘土在垃圾堆表面形成封闭的覆盖面，但是二者的基础覆盖材料主要为水泥、高分子粘合剂等，运行成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种结构材料，该结构材料环境友好、强度高，既可替代现有的垃圾覆盖粘土，也可作为道路基建等的垫层土，实用性强；其制备方法环境安全性高、经济可行性强，运行成本低，可有效解决浓缩液处置难的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种结构材料，包括固液比为1：0.5-1.5的粉体和液体，所述粉体包括以下重量份的原料：粉煤灰40-70份、膨润土10-20份、硅酸盐水泥10-20份、胶粘剂0.1-1份；
所述液体为垃圾浓缩液。
其中粉体与液体的比例主要取决于垃圾浓缩液中污染物浓度的差异，根据发明人大量的创造性实验发现以1：0.5-1.5的固液比进行调整即可实现粉煤灰与垃圾浓缩液的协同处置。
作为一种可实施的方式，所述的垃圾浓缩液为垃圾渗滤液经膜过滤后产生的浓缩液，或由所述浓缩液进一步经蒸发处理后产生的上清液。
在本申请中上清液又可成为母液，当采用上清液作为垃圾浓缩液生产结构材料时，可以理解的是上清液为将渗滤液经过滤得到浓缩液，然后浓缩液再进行蒸发而得到，在蒸发的过程中少部分有机污染物会随之蒸发，但会增加盐含量的浓度，而高盐含量的上清液更难用传统方法的处理，但是在本申请中之所以采用上清液作为垃圾浓缩液，是由于上清液经蒸发后相较于浓缩液来说其水分含量大幅降低，即所要处理的垃圾浓缩液的体积大大缩小，由于本申请是将该上清液与粉体协同处理，即将垃圾浓缩液中的污染物固封于结构材料中，因此，较小体积的垃圾浓缩液反而可以增加其处理量。
在本发明中垃圾浓缩液既可以是由垃圾卫生填埋场或垃圾焚烧发电厂产生的垃圾渗滤液经过滤直接获得的浓缩液，也可以是进一蒸发处理得到的母液或者上清液，在实际配制时，根据垃圾浓缩液中污染物的浓度设置固液比。其中，浓缩液与母液的成分区别可以参考本申请的表1。
作为一种可实施的方式，所述粉体还包括0.1-5重量份的吸附剂，所述吸附剂为沸石粉、改性沸石、硅藻土的一种或几种。
吸附剂的使用可以降低结构材料中COD、氨氮污染物、重金属污染物等的含量，同时可以增加其抗压强度。
作为一种可实施的方式，所述胶粘剂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和预糊化淀粉的一种或几种。
作为一种可实施的方式，所述结构材料用作垃圾覆盖层，其特征在于，所述垃圾覆盖层的制备方法包括以下步骤：
S1、将各原料按上述配比混合搅拌，得浆料固化材料；
S2、以3-20mm的单次喷射厚度将所述浆料固化材料喷射于垃圾堆体的表面，即可。
作为一种可实施的方式，所述结构材料用作垫层土，所述粉体还包括0.1-1重量份的碱性物质，以及0.1-5重量份的固化剂。
作为一种可实施的方式，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、废碱渣、废碱液和赤泥的一种或几种；所述固化剂为硅酸钠、水玻璃和重金属螯合剂的一种或几种，其中，所述水玻璃的摩尔系数为2.5-3.4。
作为一种可实施的方式，所述垫层土的制备方法包括以下步骤：
S1、将各原料按上述配比混合搅拌，得浆料固化材料；
S2、将所述浆料固化材料经干化和成型的步骤制得所述垫层材料。
作为一种可实施的方式，步骤S2中所述干化方式包括自然干燥或烘干，所述自然干燥为晒干或风干，所述自然干燥的时间为6-120h；所述烘干的温度为40-100℃，所述烘干的时间为5min-12h。
其中自然干燥的时间主要依据气温和风力的不同以及覆盖厚度的不同而设定，烘干的能源可以为各种燃料提供的热能。
作为一种可实施的方式，步骤S2中所述成型为采用螺杆挤压机造粒制备粉粒体，所述粉粒体的粒径为1-100mm；或者采用制砖机制备砖块。
不同的粒径或不同形式的结构材料其抗压强度可以从0.1兆帕到20兆帕，本申请的结构材料可用于垃圾堆体的垃圾覆盖层，替代现有的覆盖用土，也可以用于特定区域的道路修建等基础设施建设。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的结构材料主要由粉煤灰、膨润土、硅酸盐水泥、胶粘剂等粉状物质与垃圾浓缩液混合而成，混合所得的浆料固化材料，可以直接喷射覆盖在垃圾堆体上形成垃圾覆盖层，也可以经过干化、成型等处理后得到不同粒径的粉粒体或者砖块用作道路基建等的垫层土。当用于垃圾堆体的垃圾覆盖层时，其可以替代现有的覆盖用粘土，大幅降低粘土的使用量，并减少70％以上的垃圾填埋场库容占量。
本发明中粉体的主料为粉煤灰(水泥和膨润土的使用量相对较少)，因此可进一步降低运行成本，而且大量使用粉煤灰还便于协助胶粘剂将各物料凝胶成型，同时也使得粉煤灰得以资源化利用。本发明中的液体采用垃圾浓缩液代替水作为溶剂使用，不仅解决了垃圾填埋场浓缩液处理的难题，而且通过添加膨润土，还能吸附垃圾浓缩液中的液体和有机物质，并与硅酸盐水泥和粉煤灰形成可塑性和黏结性极强的掺和物，当添加碱性物质和固化剂时，一方面碱性物质可以消除异味，中和垃圾浓缩液中的酸性物质，另一方面固化剂可以增加浆料固化材料的粘性，有助于后续的风干和成型步骤，其中碱性物质可以与固化剂以及粉煤灰中的SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3等物质发生地聚合物反应，形成具有三维立体网状结构的无机聚合物，该网状结构能稳定固化环境污染风险较大的重金属等污染物，从而保证了本申请的环境友好性；同时，该网状结构晶体的聚合物具有极高的强度，配合其中的硅酸盐水泥从而产生高强度的固化体；
综上，本申请将廉价的粉煤灰、难处理的浓缩液进行了协同处置和资源化利用，在浓缩液中污染物进行固化稳定化处置的前提下实现了垃圾堆体的有效覆盖。在所形成的固化体垃圾覆盖层上面还可以继续进行HDPE膜覆盖，即使不进行HDPE膜覆盖，本申请仍然具有隔绝异味和防水的功能。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种粉煤灰与浓缩液协同制备垃圾覆盖土的方法，该工艺包括以下步骤：
将70份粉煤灰、20份膨润土、10份硅酸盐水泥、0.5份羧甲基纤维素、150份浓缩液装入专用混合搅拌设备中，均匀混合并强力搅拌10min，将得到的浆料固化材料通过专用喷射设备喷射至垃圾堆体表面，其中单次喷射厚度为30mm，24h内完成干化和固化后再次喷射覆盖，如此循环3次，形成稳定的垃圾覆盖层。
实施例2
一种粉煤灰与浓缩液的母液协同制备垃圾覆盖土的方法，该工艺包括以下步骤：
将60份粉煤灰、20份膨润土、20份硅酸盐水泥、1份羧甲基纤维素、5份沸石粉、80份浓缩液的母液装入专用混合搅拌设备中，均匀混合并强力搅拌10min，将得到的浆料固化材料通过专用喷射设备喷射至垃圾堆体表面，其中单次喷射厚度为30mm，48h内完成干化和固化后再次喷射覆盖，如此循环4次，形成稳定的垃圾覆盖层。
实施例3
一种粉煤灰与浓缩液协同制备垫层土的方法，该工艺包括以下步骤：
将70份粉煤灰、15份膨润土、10份硅酸盐水泥、1份羧甲基纤维素、0.2份碳酸钠、0.2份水玻璃、70份浓缩液装入专用混合搅拌设备中，均匀混合并强力搅拌10min，此浆状物较粘稠，通过烘干机进行干化，干化时间为6h，直至含水率为40wt％，通过专用造粒设备进行造粒，造粒粒径可控制在2mm-10mm之间，整个造粒过程含水率进一步降低至35wt％以下，自然存放后含水率会进一步降低，备用。
实施例4
一种粉煤灰与浓缩液的母液协同制备垫层土的方法，该工艺包括以下步骤：
将60份粉煤灰、20份膨润土、20份硅酸盐水泥、1份羧甲基纤维素、5份沸石粉、0.2份碳酸钠、0.2份水玻璃、70份浓缩液的母液装入专用混合搅拌设备中，均匀混合并强力搅拌10min，此浆状物较粘稠，通过烘干机进行干化，干化时间为12h，直至含水率低于30wt％，通过专用造粒设备进行造粒，造粒粒径可控制在2mm-10mm之间，整个造粒过程含水率进一步降低至25wt％以下，自然存放后含水率进一步降低，备用。
实施例5
一种粉煤灰与浓缩液协同制备垫层土(砖型)的方法，该工艺包括以下步骤：
将70份粉煤灰、15份膨润土、10份硅酸盐水泥、1份羧甲基纤维素、0.2份碳酸钠、0.2份水玻璃、70份浓缩液装入专用混合搅拌设备中，均匀混合并强力搅拌10min，此浆状物较粘稠，通过烘干机进一步烘干至含水率为40wt％后，通过专用挤压制砖设备进行压制成型，砖块尺寸可灵活调整，制成的砖型材料，可用于垃圾填埋场垃圾堆体及内部道路铺设使用。
下面本申请将以COD、氨氮、盐分、重金属等污染物浓度为指标对垃圾浓缩液以及实施1-5中各结构材料的相应指标浸出浓度做对比，检测本固化体的污染物固化能力，以及固化体所具有机械抗压强度，具体如下表所示：
表1垃圾浓缩液以及各结构材料的污染物浸出浓度值及其抗压强度
由该表可以看出，母液中的COD含量、氨氮含量、汞含量和砷含量较浓缩液来说偏低，其他参数偏高，而二者最大的区别在于母液中盐分的含量约为浓缩液中盐分含量的6-10倍，因此，可以将母液理解为浓缩液的饱和盐溶液。本申请实施例1-5相对于浓缩液或者母液中各参数数值均降低，可见其处置达标，另外由实施1和实施例2可以看出吸附剂的添加大大降低了铜元素等的金属含量，同时增加了结构材料的抗压强度，实施例1与实施例2所制得的结构材料用于垃圾堆体的垃圾覆盖层，其强度较高，而且喷覆在垃圾堆体后形成的壳体可以有效封闭垃圾堆体，形成平滑的表面，有效降低了污染物的挥发，同时也协同处置了粉煤灰和垃圾浓缩液，实现了废物的资源化利用；实施例3和实施例4为颗粒状的垫层土，实施例3相较于实施例1(或者实施例4相较于实施例2)来说，二者所用垃圾浓缩液的种类相同，但实施例3增加了碳酸钠、水玻璃，可以看出其氨氮含量明显降低，可见碳酸钠、水玻璃的添加能稳定固化环境污染风险较大的氨氮化合物，由实施例5可以看出，将结构材料制备为砖型后，其强度得到了较大的提升，相较于实施例1和实施2的垃圾覆盖层来说，抗压强度增大了将近2倍，适用于基建项目的垫层土。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种结构材料，其特征在于，包括固液比为1：0.5-1.5的粉体和液体，所述粉体包括以下重量份的原料：粉煤灰40-70份、膨润土10-20份、硅酸盐水泥10-20份、胶粘剂0.1-1份；
所述液体为垃圾浓缩液。
2.根据权利要求1所述的结构材料，其特征在于，所述的垃圾浓缩液为垃圾渗滤液经膜过滤后产生的浓缩液，或由所述浓缩液进一步经蒸发处理后产生的上清液。
3.根据权利要求1所述的结构材料，其特征在于，所述粉体还包括0.1-5重量份的吸附剂，所述吸附剂为沸石粉、改性沸石、硅藻土的一种或几种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的结构材料，其特征在于，所述胶粘剂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和预糊化淀粉的一种或几种。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的结构材料，其特征在于，所述结构材料用作垃圾覆盖层，其特征在于，所述垃圾覆盖层的制备方法包括以下步骤：
S1、将各原料按上述配比混合搅拌，得浆料固化材料；
S2、以3-20mm的单次喷射厚度将所述浆料固化材料喷射于垃圾堆体的表面，即可。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的结构材料，其特征在于，所述结构材料用作垫层土，所述粉体还包括0.1-1重量份的碱性物质，以及0.1-5重量份的固化剂。
7.根据权利要求6所述的结构材料，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、废碱渣、废碱液和赤泥的一种或几种；所述固化剂为硅酸钠、水玻璃和重金属螯合剂的一种或几种，其中，所述水玻璃的摩尔系数为2.5-3.4。
8.根据权利要求6所述的结构材料，其特征在于，所述垫层土的制备方法包括以下步骤：
S1、将各原料按上述配比混合搅拌，得浆料固化材料；
S2、将所述浆料固化材料经干化和成型的步骤制得所述垫层材料。
9.根据权利要求8所述的结构材料，其特征在于，步骤S2中所述干化方式包括自然干燥或烘干，所述自然干燥为晒干或风干，所述自然干燥的时间为6-120h；所述烘干的温度为40-100℃，所述烘干的时间为5min-12h。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述成型为采用螺杆挤压机造粒制备粉粒体，所述粉粒体的粒径为1-100mm；或者采用制砖机制备砖块。
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