CN112321255A - 一种具有生物净水功能的透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有生物净水功能的透水混凝土,由透水混凝土基体的内、外表面负载生物膜构成;透水混凝土基体由16‑20份生态水泥、65‑75份5‑10mm石灰岩类碎石、5‑10份5‑10mm无机多孔碎石、1‑5份无机多孔粉体材料、0.4‑0.6份保湿增强剂和6‑10份水制成,孔隙率为15%~25%,孔隙碱度低于10;生物膜由硝化细菌和反硝化细菌在透水混凝土内、外表面挂膜生长繁殖形成;透水混凝土的细菌负载量为活菌总数大于80亿个/克。本发明还提供制备所述透水混凝土的方法。本发明的透水混凝土透水、净水和力学性能优异,用于水体净化7天后,COD和氨氮(NH4+‑N)的去除率分别在70%、30%以上。

Description

一种具有生物净水功能的透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,确切的说是涉及海绵城市建设所需要的兼具物理过滤和化学吸附的生物净水功能的透水混凝土。
背景技术
海绵城市要求城市对雨水具有渗、滞、蓄、净、用、排的功能。城市降雨时由于雨水冲刷,雨水径流中携带悬浮物、有机质等污染物质,若不经收集净化,将严重污染城市地表水体,破坏城市水环境。
目前市面上或实际工程应用的透水混凝土,仅通过物理沉淀、吸附和化学离子交换有微弱的水体净化功能,对雨水径流还不能很好的起到水质净化的作用。与此同时,一些研究如文献《硅藻土透水混凝土水质净化效果研究》,提出随着硅藻土掺量的增加,多孔混凝土强度降低,通过复配增强剂,能够满足植生型生态混凝土的强度要求。在掺加硅藻土后,多孔混凝土对重金属的去除率有明显的提升。文献《净水型透水混凝土的制备与性能研究》指出掺入20%的改性膨润土时,不仅能保证透水混凝土的强度和透水能力,且对罗丹明B溶液的吸附率达到70%以上。一些专利如《一种可净水的透水混凝土的制备方法》提出,以具有吸附性能的材料为原料,先将其烘干后置于马弗炉中煅烧,经破碎后过筛至指定尺寸。一定质量的胶凝材料和水优先进行搅拌,搅拌过程中加入一定质量减水剂,然后再加入一定质量的碎石和吸附材料,搅拌均匀后装入模具成型,并在自然条件下养护至一定时间待用。专利《一种具有净水功能的固废基透水混凝土》指出利用熔融钢渣、赤泥、电石渣、煤矸石、矿粉等固废作为原材料,根据需要对上述原材料分别经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨等工艺,可制得基体材料,最后将基体材料与混合集料、减水剂、增强剂、粘结剂、电石渣粉末和水制备成透水混凝土。纵观现有文献和专利,透水混凝土的水体净化机理,均在于利用透水混凝土多孔的特性,通过物理沉淀、吸附和化学离子交换作用。而掺入无机多孔材料,也只是增强这种物理或化学作用的水体净化效果,均没有涉及微生物净水技术。
发明内容
基于目前透水混凝土存在水体净化效率低的问题,本发明的目的在于:采用生态水泥作为胶结材料,通过配合比优化调整和引入多种无机多孔材料作为微生物群落载体,配制出具有优异透水、更多微生物附着面积及力学性能的透水混凝土基体,同时优选可高效净化水体的菌种,采用喷淋优势菌接种法工艺,控制透水混凝土孔隙的pH值,创造微生物菌种合适的生长环境,形成以微生物净化为主体,兼具物理过滤、化学吸附和降解等多功能的新型生物净水透水混凝土,从而可以更加有效的去除污水中重金属、有机物、营养物质(氮和磷)等污染物,更好的净化水体。
实现本发明上述目的的方案如下:
首先,提供一种具有生物净水功能的透水混凝土,由透水混凝土基体的内、外表面负载生物膜构成;所述的透水混凝土基体孔隙率为15~25%,孔隙碱度低于10;所述的生物膜由硝化细菌和反硝化细菌在所述透水混凝土内、外表面挂膜生长繁殖形成;所述的透水混凝土的细菌负载量为活菌总数大于80亿个/克。
本发明优选的方案中,所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥16-20份、5-10mm石灰岩类碎石65-75份、5-10mm无机多孔碎石5-10份、无机多孔粉体材料1-5份、保湿增强剂0.4-0.6份和水6-10份。
本发明优选的一种方案中,所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥16份、5-10mm石灰岩类碎石6份、5-10mm无机多孔碎石10份、无机多孔粉体材料2份、保湿增强剂0.6份和水7份。
本发明优选的另一种方案中,所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥18份、5-10mm石灰岩类碎石65份、5-10mm无机多孔碎石6份、无机多孔粉体材料4份、保湿增强剂0.6份和水7份。
本发明的方案中,采用生态水泥制备透水混凝土是因为使用生态水泥后混凝土孔隙溶液碱度较普通硅酸盐水泥要低,更有利于微生物的生长繁殖。试验表明,取使用生态水泥为胶凝材料制备的透水混凝土破碎后,将透水混凝土碎块,按水固比为2:1,浸泡24小时,测得溶液的pH值为10.2。而采用相同试验方法,普通硅酸盐水泥为胶凝材料制备的透水混凝土破碎浸泡后的溶液pH值为12.6。本发明进一步优选的方案中,所述生态水泥由基础原料和占所述基础原料重量1-5‰的纳米增强改性激发剂制成;所述的基础材料按重量百分比计组成如下:钢渣粉10%-15%、矿渣粉50%-55%、脱硫石膏8%-10%、普通硅酸盐52.5水泥10%-13%和石灰石粉12%-20%。
所用钢渣粉的比表面积为450m2/kg以上,28d活性指数大于65%;所用矿渣粉的比表面积为500 m2/kg以上,28d活性指数大于95%;所用脱硫石膏比表面积450m2/kg,CaSO4•2H2O含量大于90%,含水率小于1%,平均粒径大于50μm;所用普通硅酸盐52.5水泥,80μm筛余细度小于10%,28d胶砂强度大于55MPa;所用石灰石粉,比表面积大于500m2/kg,CaCO3含量大于95%,28d活性指数大于65%。所用纳米增强改性剂为市售产品,水剂,抗压强度比大于120%。
本发明进一步优选的方案中,所述的石灰岩类碎石针片状含量小于10%,含泥量小于0.5%,压碎值小于12%;所用无机多孔碎石为陶粒或沸石,吸附率大于90%,密度小于2.5g/cm3;所用无机多孔粉体材料为硅藻土或膨润土,SiO2含量大于85%,细度400目以上,密度大于2.2g/cm3。所用保湿增强剂为市售产品,保水率大于90%,粉体,SiO2含量大于95%以上,抗压强度比大于140%。
本发明的方案中,所述的微生物菌种为可实现水体净化的硝化细菌和反硝化细菌的混合物,硝化作用是异养微生物进行氨化作用产生的氨,被硝化细菌、亚硝化细菌氧化成亚硝酸,再氧化成硝酸的过程。反硝化作用即硝酸还原作用,土壤中存在许多化能异养型反硝化细菌,在通气不良,缺少氧气的条件下,可利用硝酸中的氧,使葡萄糖等氧化成二氧化碳和水并释放能量。
本发明优选的方案中,所述的透水混凝土的孔隙pH值小于9。
此外,本发明还提供一种制备具有生物净水功能的透水混凝土的方法,包括:
1)制备透水混凝土基体
按重量份计,使用以下原料经搅拌、成型和养护制备透水系数不小于1mm/s的透水混凝土基体:生态水泥16-20份、5-10mm石灰岩类碎石65-75份、5-10mm无机多孔碎石5-10份、无机多孔粉体材料1-5份、保湿增强剂0.4-0.6份和水6-10份;
2)混凝土基体降碱处理
将1)所得透水混凝土基体采用复合降碱溶液浸泡处理20-30h,所述的复合降碱溶液含有硫酸亚铁、草酸或磷酸二氢钾中的任意两种以上;浸泡后晾干得到降碱后透水混凝土基体;
3)微生物接种及挂膜生长
对2)所得的降碱后透水混凝土基体采用溶解有硝化细菌和反硝化细菌的水溶液进行喷淋接种,然后置于循环流动的废水中浸泡2-4天,所述的废水含有氯化铵(NH4Cl)、硝酸钾(KNO3)、磷酸二氢钾(K2H2PO4)和葡萄糖(C6H12O6);最终得到具有生物净水功能的透水混凝土。
本发明优选的制备方法中,1)所述的生态水泥由基础原料和占所述基础原料重量1-5‰的纳米增强改性激发剂制备得到;所述基础原料,按重量百分比计,组成如下:钢渣粉10%-15%、矿渣粉50%-55%、脱硫石膏8%-10%、普通硅酸盐52.5水泥10%-13%和石灰石粉12%-20%。所用钢渣粉的比表面积为450m2/kg以上,28d活性指数大于65%;所用矿渣粉的比表面积为500 m2/kg以上,28d活性指数大于95%;所用脱硫石膏比表面积450m2/kg,CaSO4•2H2O含量大于90%,含水率小于1%,平均粒径大于50μm;所用普通硅酸盐52.5水泥,80μm筛余细度小于10%,28d胶砂强度大于55MPa;所用石灰石粉,比表面积大于500m2/kg,CaCO3含量大于95%,28d活性指数大于65%。所用纳米增强改性剂为市售产品,水剂,抗压强度比大于120%。所述的生态水泥可以由所述基础原料所有组分经球磨机粉磨成粉体后,滴入所述比例的纳米增强改性激发剂,在480r/min转速下,共同粉磨5min,得到所述生态水泥。
本发明的制备方法中,2)所述的复合降碱溶液浸泡处理可以进一步降低透水混凝土孔隙碱度;优选方案中,2)所述的复合降碱溶液按重量百分比计含有3%-5%的硫酸亚铁、1%-3%的草酸和/或2%-4%的磷酸二氢钾;更优选含有3%的硫酸亚铁和1%的草酸,或者含有4%的硫酸亚铁、2%的草酸和2%的磷酸二氢钾。试验表明,采用所述复合降碱溶液浸泡处理后,透水混凝土的孔隙pH值可降低至8到9。
本发明优选的制备方法中,3)所述的溶解有硝化细菌和反硝化细菌的水溶液是将菌种和水按照质量比1:10的比例溶解激活得到的。
本发明优选的制备方法中,3)所述的喷淋接种是采用带压水壶对透水混凝土每个面喷洒1-2次。
本发明的制备方法中,3)所述的废水有利于微生物在透水混凝土内外壁面上实现挂膜生长繁殖;优选的所述废水中含有20-23mg/L的氯化铵(NH4Cl)、10-15mg/L的硝酸钾(KNO3)、7-10mg/L的磷酸二氢钾(K2H2PO4)和160-180mg/L的葡萄糖(C6H12O6)。
本发明优选的制备方法中,3)所述的浸泡是将完成所述喷淋接种的透水混凝土放置在曝气1-2d的所述废水中浸泡2-4d,所述废水以0.5-1.0mm/s的流速循环流动。
本发明的方案中,为了将微生物有效地固定在透水混凝土基体上,保持微生物高度密集及其生物活性,一方面通过降低透水混凝土基体的孔隙碱度有效改善了透水混凝土内外微生物生长的环境,具体包括:采用生态水泥作为透水混凝土的胶凝材料降低了透水混凝土的孔隙碱度,再通过在复合降碱溶液中浸泡的方式掺入复合降碱材料进一步降低了透水混凝土的孔隙碱度,有效确保混凝土内外都能达到微生物生长的环境要求;另一方面通过优化透水混凝土基体原料(主要是掺入了特定比例的无机多孔材料)为微生物在混凝土基体内部提供了更充足的附着载体;再一方面,通过优化微生物在透水混凝土内外的接种和培养方法,有效提高了微生物在透水混凝土内外壁挂膜生长繁殖的效率和活性,包括:引入自养型细菌(硝化细菌等)和异养型细菌(反硝化细菌等),采用人工或机械喷淋优势菌种接种法进行接种,将喷淋生物菌种的透水混凝土放置在人工配制的废水中,通过废水的循环流动,实现微生物菌种在透水基层材料中的挂膜生长繁殖。最终,本发明能够得到具有生物净化、兼具物理过滤和化学吸附的生物净水功能的透水混凝土;该透水混凝土具有优异的透水、力学性能及更多微生物附着面积。
本发明生物净水透水混凝土的净水机理在于:透水混凝土的生物净水作用包括附着微生物菌种对有机物和营养物质的分解代谢,也包括系统液相主体的悬浮微生物对污染物的降解利用。微生物净化过程既有异养菌对有机污染物的分解利用,也有自养菌对营养性污染物的氧化去除,同时,净化作用也包括了好氧和厌氧过程。所以,系统中的生物氧化过程是以生物膜为主体,包括悬浮生长微生物在内的,多种不同生态类型微生物以各自同的代谢途径和方式降解利用污水中各种不同污染物质的综合过程。生物净化作用是系统去除有机物、硝化和反硝化等功能的基础。
采用本发明所述的具有生物净水功能的透水混凝土净化水体,水体净化7天后,其COD和氨氮(NH4 +-N)的去除率分别在70%、30%以上。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例,实施例不应视作对本发明的限定。
本发明所述生态水泥由基础原料和占所述基础原料重量1-5‰的纳米增强改性激发剂制成;所述的基础材料按重量百分比计组成如下:钢渣粉10%-15%、矿渣粉50%-55%、脱硫石膏8%-10%、普通硅酸盐52.5水泥10%-13%和石灰石粉12%-20%;所述基础原料所有组分经球磨机粉磨成粉体后,滴入所述比例的纳米增强改性激发剂,在480r/min转速下,共同粉磨5min,得到所述生态水泥。
所用钢渣粉的比表面积为450m2/kg以上,28d活性指数大于65%;所用矿渣粉的比表面积为500 m2/kg以上,28d活性指数大于95%;所用脱硫石膏比表面积450m2/kg,CaSO4•2H2O含量大于90%,含水率小于1%,平均粒径大于50μm;所用普通硅酸盐52.5水泥,80μm筛余细度小于10%,28d胶砂强度大于55MPa;所用石灰石粉,比表面积大于500m2/kg,CaCO3含量大于95%,28d活性指数大于65%。所用纳米增强改性剂为市售产品,水剂,抗压强度比大于120%。
本发明所述的复合降碱溶液的配置方法可以是:向水中加入硫酸亚铁、草酸、和/或磷酸二氢钾,使硫酸亚铁浓度为3%-5%、草酸浓度为1%-3%、磷酸二氢钾浓度为2%-4%;由此可以获得以下4种组分不同的复合降碱溶液:
含3%-5%的硫酸亚铁和1%-3%草酸的复合降碱溶液;
含1%-3%草酸和2%-4%硫酸亚铁的复合降碱溶液;
含3%-5%的硫酸亚铁和2%-4%硫酸亚铁的复合降碱溶液;
以及,
含3%-5%的硫酸亚铁、1%-3%草酸和2%-4%硫酸亚铁的复合降碱溶液。
所述的试剂纯度均大于99%。
本发明所述的废水有利于微生物在透水混凝土内外壁面上实现挂膜生长繁殖;优选的所述废水中含有20-23mg/L氯化铵(NH4Cl)、10-15mg/L硝酸钾(KNO3)、7-10mg/L磷酸二氢钾(K2H2PO4)和160-180mg/L葡萄糖(C6H12O6)。
实施例1:
一种具有生物净水功能的透水混凝土,由以下方法制备得到:
以质量份计,取上述方法制备的生态水泥16份、5-10mm石灰岩碎石65份、5-10mm无机多孔碎石10份、无机多孔粉体材料2份、保湿增强剂0.6份和水7份。先将石灰岩碎石和无机多孔碎石加一部分的水进行润湿搅拌40s,然后加入生态水泥、无机多孔粉体和保湿增强剂,边加水边搅拌150s直至透水混凝土表面出现金属光泽,手握成团,手上没有多余的水泥浆为止,停止搅拌。将透水混凝土分2层装入100mm×100mm试模中,用捣棒沿着试模内壁,由外向内螺旋式每层插捣12次,最后抹平,放置温度为20±2℃、湿度大于95%的环境中养护24h后拆模,养护龄期为28d;养护28d后得到透水系数不小于1mm/s、抗压强度不小于20MPa的透水混凝土基体试块,将透水混凝土基体试块放入复合降碱溶液中浸泡24h,所述的复合降碱溶液含有3%的硫酸亚铁和1%的草酸;而后取出晾干备用;先将硝化和反硝化细菌的混合物和水按照质量比1:10的比例先预溶解激活,然后采用带压水壶对每块透水混凝土基体试块喷洒菌溶液,透水混凝土基体试块的每个面喷淋1次,喷淋后,将附着有微生物菌种的透水混凝土基体试块放置在人工配制曝气1d的废水中,所述废水中含有20mg/L的NH4Cl、15mg/L的KNO3、7mg/L的K2H2PO4和180mg/L的葡萄糖。废水循环流动2d,废水流速为0.5mm/s,以实现微生物菌种在透水混凝土中的挂膜生长繁殖,在透水混凝土内外壁上形成生物膜结构,从而制备得到具有生物净水功能的透水混凝土。
实施例2:
一种具有生物净水功能的透水混凝土,由以下方法制备得到:
以质量份计,取上述方法制备的生态水泥18份、5-10mm石灰岩碎石65份、5-10mm无机多孔碎石6份、无机多孔粉体材料4份、水7份、保湿增强剂0.6份。先将石灰岩碎石和无机多孔碎石加一部分的水进行润湿搅拌60s,然后加入生态水泥、无机多孔粉体和保湿增强剂,边加水边搅拌180s直至透水混凝土表面出现金属光泽,手握成团,手上没有多余的水泥浆为止,停止搅拌。将透水混凝土分2层装入100mm×100mm试模中,用捣棒沿着试模内壁,由外向内螺旋式每层插捣12次,最后抹平,放置温度为20±2℃、湿度大于95%的环境中养护24h后拆模,养护龄期为28d;养护28d后得到透水系数不小于1mm/s、抗压强度不小于20MPa的透水混凝土基体试块,将透水混凝土基体试块放入复合降碱溶液中浸泡24h,所述的复合降碱溶液含有4%硫酸亚铁、2%的草酸和2%的磷酸二氢钾;而后取出晾干备用;先将硝化和反硝化细菌的混合物和水按照质量比1:10的比例先预溶解激活,然后采用带压水壶对每块透水混凝土基体试块喷洒菌溶液,透水混凝土基体试块的每个面喷淋1次,喷淋后,将附着有微生物菌种的透水混凝土基体试块放置在人工配制曝气2d的废水中,所述废水中含有23mg/L的NH4Cl、12mg/L的KNO3、10mg/L的K2H2PO4和160mg/L的葡萄糖。废水循环流动4d,废水流速为1mm/s,以实现微生物菌种在透水混凝土中的挂膜生长繁殖,在透水混凝土内外壁上形成生物膜结构,从而制备得到具有生物净水功能的透水混凝土。
试验例:
将上述实施例1、2制得的具有生物净水功能的透水混凝土;与未对透水混凝土进行微生物菌种接种,但其材料配比和制备工艺(同样进行降碱处理和置于流动的废水中)分别与实施例1、2相同的对照组透水混凝土3、4进行比对试验。成型以上4种透水混凝土基体各一组试块,养护28d,分别放置于相同成分的人工配制废水中,水体净化时间均为7d,污染物检测参照《水与废水监测分析方法》,检测了上述4种透水混凝土水体净化7d后,水体相关污染物情况及透水混凝土抗压强度。结果见下表1。
表1
净水混凝土 COD去除率/% 氨氮(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N)去除率/% 抗压强度/MPa
实施例1 84.25 42.37 24.1
实施例2 91.46 53.24 20.8
对照组1 37.87 23.14 25.2
对照组2 34.12 16.79 27.6

Claims (10)

1.一种具有生物净水功能的透水混凝土,由透水混凝土基体的内、外表面负载生物膜构成;所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥16-20份、5-10mm石灰岩类碎石65-75份、5-10mm无机多孔碎石5-10份、无机多孔粉体材料1-5份、保湿增强剂0.4-0.6份和水6-10份;所述的透水混凝土基体孔隙率为15~25%,孔隙碱度低于10;所述的生物膜由硝化细菌和反硝化细菌在所述透水混凝土内、外表面挂膜生长繁殖形成;所述的透水混凝土的细菌负载量为活菌总数大于80亿个/克。
2.权利要求1所述的透水混凝土,其特征在于:所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥16份、5-10mm石灰岩类碎石6份、5-10mm无机多孔碎石10份、无机多孔粉体材料2份、保湿增强剂0.6份和水7份。
3.权利要求1所述的透水混凝土,其特征在于:所述的透水混凝土基体由以下重量份的原料制成:生态水泥18份、5-10mm石灰岩类碎石65份、5-10mm无机多孔碎石6份、无机多孔粉体材料4份、保湿增强剂0.6份和水7份。
4.权利要求1-3任意一项所述的透水混凝土,其特征在于:所述生态水泥由基础原料和占所述基础原料重量1-5‰的纳米增强改性激发剂制成;所述的基础材料按重量百分比计组成如下:钢渣粉10%-15%、矿渣粉50%-55%、脱硫石膏8%-10%、普通硅酸盐52.5水泥10%-13%和石灰石粉12%-20%。
5.权利要求1-3任意一项所述的透水混凝土,其特征在于:所述的石灰岩类碎石针片状含量小于10%,含泥量小于0.5%,压碎值小于12%;所述的无机多孔碎石为陶粒或沸石,吸附率大于90%,密度小于2.5g/cm3;所述的无机多孔粉体材料为硅藻土或膨润土,SiO2含量大于85%,细度400目以上,密度大于2.2g/cm3;所述的保湿增强剂为粉体,保水率大于90%,SiO2含量大于95%以上,抗压强度比大于140%。
6.一种制备具有生物净水功能的透水混凝土的方法,包括:
1)制备透水混凝土基体
按重量份计,使用以下原料经搅拌、成型和养护制备透水系数不小于1mm/s的透水混凝土基体:生态水泥16-20份、5-10mm石灰岩类碎石65-75份、5-10mm无机多孔碎石5-10份、无机多孔粉体材料1-5份、保湿增强剂0.4-0.6份和水6-10份;
2)混凝土基体降碱处理
将1)所得透水混凝土基体采用复合降碱溶液浸泡处理20-30h,所述的复合降碱溶液含有硫酸亚铁、草酸或磷酸二氢钾中的任意两种以上;浸泡后晾干得到降碱后透水混凝土基体;
3)微生物接种及挂膜生长
对2)所得的降碱后透水混凝土基体采用溶解有硝化细菌和反硝化细菌的水溶液进行喷淋接种,然后置于循环流动的废水中浸泡2-4天,所述的废水含有氯化铵(NH4Cl)、硝酸钾(KNO3)、磷酸二氢钾(K2H2PO4)和葡萄糖(C6H12O6);最终得到具有生物净水功能的透水混凝土。
7.权利要求6所述的方法,其特征在于:1)所述的生态水泥由基础原料和占所述基础原料重量1-5‰的纳米增强改性激发剂制备得到;所述基础原料,按重量百分比计,组成如下:钢渣粉10%-15%、矿渣粉50%-55%、脱硫石膏8%-10%、普通硅酸盐52.5水泥10%-13%和石灰石粉12%-20%。
8.权利要求6所述的方法,其特征在于:2)所述的复合降碱溶液按重量百分比计含有3%-5%的硫酸亚铁、1%-3%的草酸和/或2%-4%的磷酸二氢钾;更优选含有3%的硫酸亚铁和1%的草酸,或者含有4%的硫酸亚铁、2%的草酸和2%的磷酸二氢钾。
9.权利要求6所述的方法,其特征在于:3)所述的喷淋接种是采用带压水壶对透水混凝土每个面喷洒1-2次;3)所述的废水中含有20-23mg/L氯化铵(NH4Cl)、10-15mg/L硝酸钾(KNO3)、7-10mg/L磷酸二氢钾(K2H2PO4)和160-180mg/L葡萄糖(C6H12O6)。
10.权利要求6所述的方法,其特征在于:3)所述的浸泡是将完成所述喷淋接种的透水混凝土放置在曝气1-2d的所述废水中浸泡2-4d,所述废水以0.5-1.0mm/s的流速循环流动。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113775017A (zh) * 2021-07-22 2021-12-10 长沙理工大学 一种海绵混凝土的制备与回用方法
CN115286329A (zh) * 2022-08-15 2022-11-04 常熟市江华新型建筑材料有限公司 一种具有净化功能的自净砖及其制备方法和应用
CN115611558A (zh) * 2022-09-13 2023-01-17 安徽师范大学 一种立体生态混凝土制备方法及在黑臭水体治理中的应用
CN115700231A (zh) * 2022-11-11 2023-02-07 杭州汉特建材有限公司 多孔生态混凝土及其制备工艺
CN115849540A (zh) * 2022-11-30 2023-03-28 河海大学 一种河流底泥基生物炭混凝土制备及实现河流硝酸盐加速去除的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011121291A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 University Of Dundee Decontamination method
CN103570310A (zh) * 2013-10-22 2014-02-12 长沙理工大学 一种植生型多孔混凝土的护岸构件及其制备方法
CN106006997A (zh) * 2016-06-03 2016-10-12 北京荣蒂盛环境科技有限公司 一种污水生态净水系统
CN106187004A (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 上海每天节能环保科技股份有限公司 一种生态透水混凝土及其制备方法
CN106906832A (zh) * 2017-03-31 2017-06-30 合肥工业大学 双层混凝土生态护坡及其铺设方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011121291A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 University Of Dundee Decontamination method
CN103570310A (zh) * 2013-10-22 2014-02-12 长沙理工大学 一种植生型多孔混凝土的护岸构件及其制备方法
CN106006997A (zh) * 2016-06-03 2016-10-12 北京荣蒂盛环境科技有限公司 一种污水生态净水系统
CN106187004A (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 上海每天节能环保科技股份有限公司 一种生态透水混凝土及其制备方法
CN106906832A (zh) * 2017-03-31 2017-06-30 合肥工业大学 双层混凝土生态护坡及其铺设方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113775017A (zh) * 2021-07-22 2021-12-10 长沙理工大学 一种海绵混凝土的制备与回用方法
CN115286329A (zh) * 2022-08-15 2022-11-04 常熟市江华新型建筑材料有限公司 一种具有净化功能的自净砖及其制备方法和应用
CN115611558A (zh) * 2022-09-13 2023-01-17 安徽师范大学 一种立体生态混凝土制备方法及在黑臭水体治理中的应用
CN115611558B (zh) * 2022-09-13 2023-08-22 安徽师范大学 一种立体生态混凝土制备方法及在黑臭水体治理中的应用
CN115700231A (zh) * 2022-11-11 2023-02-07 杭州汉特建材有限公司 多孔生态混凝土及其制备工艺
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