CN115180898B - 一种生态纳米氧化铜再生混凝土、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种生态纳米氧化铜再生混凝土，包括如下组分：普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、再生骨料、天然骨料、纳米氧化铜、减水剂、水和表面清洁剂。一种生态纳米氧化铜再生混凝土的制备方法，包括准备原料、制备纳米氧化铜溶液及试块制备的步骤。一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，包括对达标排放的工业废水进行重金属离子净化，并将净化后的废水用于稻田灌溉的应用。本发明涉及混凝土再生利用及工业废水净化技术领域，将生态纳米氧化铜再生混凝土用于吸附达标排放后的工业废水中的重金属离子，经过处理后的工业废水达到稻田灌溉的标准，并能应用于稻田灌溉。

Description

一种生态纳米氧化铜再生混凝土、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及混凝土再生利用及工业废水净化技术领域，具体涉及一种生态纳米氧化铜再生混凝土、制备方法及应用。

背景技术

目前我国对于工业废水的处理有两大途径，针对重金属含量达标的废水直接排放，针对重金属含量高的废水则通过回收利用达到含量标准后进行排放。虽然排放时，重金属的含量达到了相关标准，但进入生态系统的含重金属离子的废水经过长期积累依然会带来很大的环境危害。尽管自然界水体有自我净化功能，但越来越多的含重金属离子的废水会弱化水体的自我净化能力，并将水体污染。

传统的污水处理方法需要消耗大量燃料和药剂，污水处理行业能耗虽然没有发电、钢铁、化工等行业高，但总能耗占比并不低，传统污水处理模式本质是以能耗换水质。为了减少水污染而使用大量电能，会间接产生大量二氧化碳，处理过程本身也会直接排放温室气体。减少碳排放，降低污水处理能耗和物耗是行业升级的必然目标。

随着我国经济的快速发展，资源对经济发展的制约作用日益凸显，水资源短缺日益严重。在一些缺水地区，水源不足已成为工农业发展的限制因素。另外，重工业的迅速发展使得其用水量不断加大，导致农业灌溉用水不断被工业和城市用水所挤占，农业发展遇到挑战。我国每年农业灌溉用水量维持在3400亿立方米，大约占社会用水总量的56％。若能将工业废水净化后用于农田灌溉，既可实现工业废水的充分利用，又能节约大量水资源，达到生态效益和经济效益双赢，助力于实现可持续发展战略的需要。

除此之外，建筑垃圾的处理也是一件大事。随着新一代城市建筑的蓬勃发展，老一代建筑因服役年限或安全问题逐渐面临拆除重建问题。建筑垃圾不仅占据大量城市面积，而且长时间堆积也会对地下水造成污染。由于建筑垃圾种类较多，多种垃圾混杂，处理难度较大，成本较高。

发明内容

本发明提供了一种生态纳米氧化铜再生混凝土、制备方法及应用，目的是将生态纳米氧化铜再生混凝土用于吸附达标排放后的工业废水中的重金属离子，经过处理后的工业废水达到稻田灌溉的标准，并能应用于稻田灌溉。

为达到上述目的，本发明技术方案为：

一种生态纳米氧化铜再生混凝土，包括如下组分：普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、再生骨料、天然骨料、纳米氧化铜、减水剂、水和表面清洁剂，其中纳米氧化铜分布在混凝土的孔隙内。

优选的，每立方米生态纳米氧化铜再生混凝土中各组分质量配比为：超细粉煤灰104.8kg、再生骨料785.1kg、天然骨料785.1kg、水泥314.2kg、水146.2kg、减水剂0.3-1.0kg、纳米氧化铜0.15-0.30kg、表面清洁剂20-40kg，再生骨料粒径选用5-20mm，水灰比设置为0.35，孔隙率设定为15％，抗压强度达到20MPa。

一种生态纳米氧化铜再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备原料；

(2)配置纳米氧化铜溶液；

(3)制作再生混凝土试块：a、将原料中的50％的水、全部天然骨料及再生骨料搅拌均匀，使骨料表面润湿，然后将水泥、超细粉煤灰、减水剂加入到润湿的骨料中再搅拌均匀，将拌和好的水泥浆装进模具内；b、在水泥浆初步成形时(一般是初凝时间过后的1-2个小时)，在试块表面喷涂一层表面清洗剂，待根部混凝土有一定强度以后，冲洗掉表面未凝固的水泥浆；c、在自然条件下养护28天；d、对养护后的试块通过纳米氧化铜溶液侵泡48h，浸泡时保证试块全部浸泡在溶液内，浸泡过程中，使用人工或机械的方式使浸泡容器带动溶液按设定幅度晃动，使纳米氧化铜更多地渗入孔隙并与孔隙的接触面积更广；e、取出混凝土标准试块自然风干，风干时间48h后试块制作完毕。

一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，包括将生态纳米氧化铜再生混凝土应用于工业达标排放后的含重金属离子废水的再净化，使再净化后的废水中的重金属离子含量符合稻田灌溉标准，并应用于稻田灌溉。

优选的，再净化过程中，使工业废水沿具有一定斜度的沟槽流动，在沟槽内设置若干生态纳米氧化铜再生混凝土挡块，挡块与沟槽之间经过密封处理，通过挡块对废水中的重金属离子进行吸附过滤，所述的沟槽包括沟槽上段及沟槽下段，在沟槽上段与沟槽下段之间设置检测池，检测池内的废水的重金属离子含量达到灌溉标准时通过第一水泵泵送至沟槽下段，并流入沟槽下段底部预设的混凝土结构的蓄水池，并在灌溉需要的时候提供灌溉用水；当检测池内的重金属离子含量没有达到灌溉标准时，通过第二水泵将废水重新泵送回沟槽上段顶部进行重复过滤，直到检测池内的重金属离子的含量符合灌溉标准。

优选的，检测池包括池体，池体内从下到上设有若干隔层，所述的隔层通过生态纳米氧化铜再生混凝土制成，隔层与检测池的内壁之间经过密封处理，通过隔层将检测池分隔成若干检测单元，每个检测单元内设置重金属离子传感器及液位传感器，在检测池外设置显示器，同时，每个检测单元均连接有第一水泵和第二水泵。

优选的，还设有控制器，控制器与电源电连，并通过导线分别与重金属离子传感器及液位传感器信号连接，并配置为对第一水泵及第二水泵进行控制。

本发明一种生态纳米氧化铜再生混凝土、制备方法及应用的有益效果：

1、本发明能够减轻工业废水造成的重金属污染，降低自然界水体净化负担，有效避免大规模重金属污染现象。本发明不占用车间及用地面积，无需专门的废水处理工厂，仅在污水流经的过程中通过设置挡板来过滤重金属离子，节约用地、节约成本。本发明是通过浸泡的方法，通过再生混凝土的协同作用，利用混凝土的孔隙和纳米氧化铜的吸附性共同完成工作。所以本发明的主要基材料是再生混凝土，节约了大量的核心材料，避免了全部采用核心材料的低效率和成本浪费行为，核心材料较再生混凝土价格昂贵，利用再生混凝土与纳米核心材料协同作用可节约大量成本，具有显著的经济效益。

2、本发明适用性强，应用灵活。对于已经排放到湖泊的工业废水，可以通过设置薄围墙的方法，阻碍重金属的进一步扩散。在造成的结果上予以防治。对还没有排放到湖泊和河流的污水，在排放路径上通过设置挡板对重金属进行吸附，在源头上予以防治。而且，还可以将该发明应用到污水处理厂的前处理阶段，减少污水处理厂负荷，降低能耗，减少温室气体排放

3、本发明对重金属的吸附效果显著，可以作为工业废水向农田灌溉水转化的桥梁。能对工业废水做及时的处理，避免工业废水的累积，同时分离工业废水中的水资源和重金属。该发明对工业废水处理后，使其既能满足国家对灌溉水质的要求，还能充分发挥重金属对农作物生长的作用。

4、能够缓解水资源短缺问题，尤其是农业用水，能对部分地区农田干旱，用水短缺问题有所改善，节约大量淡水资源。将排放的污水处理后用于农业灌溉，为工业废水的排放去向增加了一个现实有效的途径。本发明的原材料也不会对幼苗和土地造成不利影响。由于部分二线城市和一些中小城市经济发展压力较大，工业废水处理率仍处于较低水平。而大城市废水治理率及达标率都较高。工业废水污染也逐渐向中小城市转移，污染问题日益突出。本发明经济耐用，制作及工艺简单，使用方便，在中小城市工厂具有很好的使用前景，提高工业废水的处理效率。

5、再生混凝土制作中选用再生骨料，能够解决建筑垃圾的问题，减少垃圾堆放空间，腾出更多城市用地，充分利用土地资源。通过添加粉煤灰，减少了资源的开采和消耗，使工业废渣变废为宝，有利于资源环境的可持续发展。减少矿石开采，减少碳排放，有利于自然环境保护，突出绿色理念。

6、本发明提出的生态纳米氧化铜(nCuO)再生混凝土生产制造简单，使用方便，使用时无需人工看护，无需过多的后期养护，使用寿命长，耐久性良好。使用的再生混凝土基材和纳米氧化铜核心材料可回收使用，无二次污染问题。

附图说明

图1、本发明吸附重金属离子的原理示意图；

图2、本发明过滤前后重金属浓度对比图；

图3、本发明应用的一种实施例的示意图；

1、沟槽上段；2、沟槽下段；3、挡块；4、检测池；5、隔层；6、蓄水池；7、第二水泵； 8、第一水泵。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种生态纳米氧化铜再生混凝土，如图1所示，包括如下组分：普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、再生骨料、天然骨料、纳米氧化铜、减水剂、水和表面清洁剂，其中纳米氧化铜分布在混凝土的孔隙内；每立方米生态纳米氧化铜再生混凝土中各组分质量配比为：超细粉煤灰104.8kg、再生骨料785.1kg、天然骨料785.1kg、水泥314.2kg、水146.2kg、减水剂0.3-1.0 kg、纳米氧化铜0.15-0.30kg、表面清洁剂20-40kg，再生骨料粒径选用5-20mm，水灰比设置为0.35，孔隙率设定为15％，抗压强度达到20MPa。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例公开了：

一种生态纳米氧化铜再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备原料；

(2)配置纳米氧化铜溶液；(其为常用技术，不做赘述)

(3)制作再生混凝土试块：

a、将原料中的50％的水、全部天然骨料及再生骨料搅拌均匀，使骨料表面润湿，然后将水泥、超细粉煤灰、减水剂加入到润湿的骨料中再搅拌均匀，将拌和好的水泥浆装进模具内；

b、在水泥浆初步成形时(一般是初凝时间过后的1-2个小时)，在试块表面喷涂一层表面清洗剂，待根部混凝土有一定强度以后，冲洗掉表面未凝固的水泥浆，目的是日后使用时可增大重金属溶液与生态混凝土的接触面积，增加重金属离子的通过率；

c、在自然条件下养护28天；

d、对养护后的试块通过纳米氧化铜溶液侵泡48h，浸泡时保证试块全部浸泡在溶液内，浸泡过程中，使用人工或机械的方式使浸泡容器带动溶液按设定幅度晃动(轻轻小幅度晃动即可，以溶液不溢出为度)，使纳米氧化铜更多地渗入孔隙并与孔隙的接触面积更广；e、取出混凝土标准试块自然风干，风干时间48h后试块制作完毕。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例公开了：

一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，如图3所示，包括将生态纳米氧化铜再生混凝土应用于工业达标排放后的含重金属离子废水的再净化，使再净化后的废水中的重金属离子含量符合稻田灌溉标准，并应用于稻田灌溉。

如图3所示，再净化过程中，使工业废水沿具有一定斜度的沟槽流动，在沟槽内设置若干生态纳米氧化铜再生混凝土挡块3，挡块3与沟槽1之间经过密封处理，防止废水从缝隙流过，通过挡块3对废水中的重金属离子进行吸附过滤，所述的沟槽包括沟槽上段1及沟槽下段2，在沟槽上段与沟槽下段之间设置检测池4，检测池内的废水的重金属离子含量达到灌溉标准时通过第一水泵8泵送至沟槽下段2，并流入沟槽下段底部预设的混凝土结构的蓄水池6，并在灌溉需要的时候提供灌溉用水；当检测池4内的重金属离子含量没有达到灌溉标准时，通过第二水泵7将废水重新泵送回沟槽上段顶部进行重复过滤，直到检测池4内的重金属离子的含量符合灌溉标准。

本实施例中，通过若干挡块的吸附过滤，可大幅度降低达标排放的废水中的重金属离子浓度，进入检测池后，检测合格即可通过沟槽下段排入蓄水池，准备在需要的时候作为灌溉用水使用。检测不合格，则重新泵送至沟槽上段顶部重复吸附过滤。

实施例4：

在实施例3的基础上，本实施例公开了：

如图3所示，检测池4包括池体，池体内从下到上设有若干隔层5，所述的隔层5通过生态纳米氧化铜再生混凝土制成，隔层5与检测池4的内壁之间经过密封处理(防止废水泄露)，通过隔层5将检测池4分隔成若干检测单元，每个检测单元内设置重金属离子传感器(图中未标注)及液位传感器(图中未标注)，在检测池外设置显示器(图中未画出)，同时，每个检测单元均连接有第一水泵8和第二水泵7。

还设有控制器(图中未画出)，控制器与电源电连，并通过导线分别与重金属离子传感器及液位传感器信号连接，并配置为对第一水泵及第二水泵进行控制

本实施例中，通过设置重金属离子传感器、液位传感器、显示器、控制器、第一水泵8、第二水泵7可实现工业达标排放的废水自动化处理。通过在检测池内设置若干隔层，一方面可提高重金属离子的吸附过滤水平，另外，可将不同吸附过滤水平的废水分开，并根据是否达到灌溉标准分别处理，从而提高了废水处理的效率。

实施例5：

本实施例通过实验的方式验证生态纳米氧化铜再生混凝土对重金属离子的吸附过滤效果：

实验方法：在试验室内模拟制作沟槽，并用生态纳米氧化铜再生混凝土试块作为挡块，挡块设置若干个(可参考图3所示)，挡块与沟槽之间的缝隙密封处理，先检测废水处理前的重金属离子浓度，最后检测废水处理后的重金属离子浓度。

如图2所示，重金属溶液经生态纳米氧化铜(nCuO)再生混凝土过滤后，其重金属浓度显著降低，仅经过一次过滤后，砷、锰、铬、镉、铅的去除率分别为97.96％、99.40％、77.77％、 99.36％、99.62％。达到国家排放标准的工业废水，经过生态纳米氧化铜(nCuO)再生混凝土一次过滤后，废水重金属的浓度基本满足国家农业灌溉水质标准的要求，证明本发明对重金属的去除效果明显，可直接应用于净化稻田用水。

Claims (6)

1.一种生态纳米氧化铜再生混凝土，其特征为：包括如下组分：普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、再生骨料、天然骨料、纳米氧化铜、减水剂、水和表面清洁剂，其中纳米氧化铜分布在混凝土的孔隙内；

每立方米生态纳米氧化铜再生混凝土中各组分质量配比为：超细粉煤灰104.8kg、再生骨料785.1kg、天然骨料785.1kg、水泥314.2kg、水146.2kg、减水剂0.3-1.0 kg、纳米氧化铜0.15-0.30kg、表面清洁剂20-40kg，再生骨料粒径选用5-20 mm，水胶比为0.35，水胶比为超细粉煤灰和水泥总质量的比，生态纳米氧化铜再生混凝土的孔隙率为15%，抗压强度达到20MPa；

一种生态纳米氧化铜再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备原料；

（2）配置纳米氧化铜溶液；

（3）制作再生混凝土试块：a、将原料中的50%的水、全部天然骨料及再生骨料搅拌均匀，使骨料表面润湿，然后将水泥、超细粉煤灰、减水剂加入到润湿的骨料中再搅拌均匀，将拌和好的水泥浆装进模具内；b、在水泥浆初步成形时，在试块表面喷涂一层表面清洗剂，待根部混凝土有一定强度以后，冲洗掉表面未凝固的水泥浆；c、在自然条件下养护28天；d、对养护后的试块通过纳米氧化铜溶液侵泡48h，浸泡时保证试块全部浸泡在溶液内，浸泡过程中，使用人工或机械的方式使浸泡容器带动溶液按设定幅度晃动，使纳米氧化铜更多地渗入孔隙并与孔隙的接触面积更广；e、取出混凝土标准试块自然风干，风干时间48h后试块制作完毕。

2.如权利要求1所述的一种生态纳米氧化铜再生混凝土的制备方法，其特征为：包括如下步骤：

（1）准备原料；

（2）配置纳米氧化铜溶液；

（3）制作再生混凝土试块：a、将原料中的50%的水、全部天然骨料及再生骨料搅拌均匀，使骨料表面润湿，然后将水泥、超细粉煤灰、减水剂加入到润湿的骨料中再搅拌均匀，将拌和好的水泥浆装进模具内；b、在水泥浆初步成形时，在试块表面喷涂一层表面清洗剂，待根部混凝土有一定强度以后，冲洗掉表面未凝固的水泥浆；c、在自然条件下养护28天；d、对养护后的试块通过纳米氧化铜溶液侵泡48h，浸泡时保证试块全部浸泡在溶液内，浸泡过程中，使用人工或机械的方式使浸泡容器带动溶液按设定幅度晃动，使纳米氧化铜更多地渗入孔隙并与孔隙的接触面积更广；e、取出混凝土标准试块自然风干，风干时间48h后试块制作完毕。

3.如权利要求1所述的一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，其特征为：包括将生态纳米氧化铜再生混凝土应用于工业达标排放后的含重金属离子废水的再净化，使再净化后的废水中的重金属离子含量符合稻田灌溉标准，并应用于稻田灌溉。

4.如权利要求3所述的一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，其特征为：再净化过程中，使工业废水沿具有一定斜度的沟槽流动，在沟槽内设置若干生态纳米氧化铜再生混凝土挡块，挡块与沟槽之间经过密封处理，通过挡块对废水中的重金属离子进行吸附过滤，所述的沟槽包括沟槽上段及沟槽下段，在沟槽上段与沟槽下段之间设置检测池，检测池内的废水的重金属离子含量达到灌溉标准时通过第一水泵泵送至沟槽下段，并流入沟槽下段底部预设的混凝土结构的蓄水池，并在灌溉需要的时候提供灌溉用水；当检测池内的重金属离子含量没有达到灌溉标准时，通过第二水泵将废水重新泵送回沟槽上段顶部进行重复过滤，直到检测池内的重金属离子的含量符合灌溉标准。

5.如权利要求4所述的一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，其特征为：检测池包括池体，池体内从下到上设有若干隔层，所述的隔层通过生态纳米氧化铜再生混凝土制成，隔层与检测池的内壁之间经过密封处理，通过隔层将检测池分隔成若干检测单元，每个检测单元内设置重金属离子传感器及液位传感器，在检测池外设置显示器，同时，每个检测单元均连接有第一水泵和第二水泵。

6.如权利要求5所述的一种生态纳米氧化铜再生混凝土的应用，其特征为：还设有控制器，控制器与电源电连，并通过导线分别与重金属离子传感器及液位传感器信号连接，并配置为对第一水泵及第二水泵进行控制。

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