專利名稱：生活污泥-廢棄塑料混聚物修復(fù)巖石坡面技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。
生活污泥利用現(xiàn)狀和問題生活污泥是指城鎮(zhèn)生活污水處理后的固形物，包括人糞便和廚房污水的殘渣，近年來其范圍有所擴(kuò)大，還包括啤酒廠、酒精廠(用糧食為原料)、味精廠等污水處理后的固形物。據(jù)2001年統(tǒng)計結(jié)果，我國縣級市以上城市每年污泥總量大約2500萬噸左右，還不包括縣以下城鎮(zhèn)污泥量，北京市至2008年污水處理廠每年將產(chǎn)生80萬噸污泥。生活污泥具有兩重性，一方面在污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀和中、微量營養(yǎng)元素，是較好的肥料；另一方面，由于污泥中含有病原微生物和重金屬，不能不引起人們的重視。因此，對于污泥的處理利用，各國根據(jù)自身的地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平、交通狀況等因素，因地制宜選擇處置方法。主要采用以下四種方式填埋、焚燒、投海和農(nóng)業(yè)利用，其中農(nóng)業(yè)利用的比例很小。例如美國，傳統(tǒng)的污泥處理方式為投海、填地和焚燒，農(nóng)業(yè)利用生產(chǎn)或用于復(fù)墾造地的比例很小，作為有機(jī)肥料銷售的比例更低。英國40％的污泥用于農(nóng)田，36％投海，13％填地，7％焚燒。據(jù)報道，按照歐共體城市污水處理條例規(guī)定，1998年開始，將不再采用投海的方式處置污泥，污泥應(yīng)盡可能再利用。我國在上世紀(jì)七、八十年代曾將生活污泥農(nóng)用，限于當(dāng)時的科技水平，對農(nóng)田和作物均產(chǎn)生過不同程度的污染。九十年代之后，隨著改革開放的深入發(fā)展，種植業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向省工、省力、高效、清潔的栽培方式，農(nóng)民很少進(jìn)城拉糞。污水處理廠的污泥基本上無出路，大量堆積，占用土地；有條件的城市利用山溝或坑塘填埋，植樹種草，但滲濾液污染地下水源。因此，生活污泥處理利用，成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點之一。
創(chuàng)傷巖石邊坡和采石場立面生物修復(fù)現(xiàn)狀和問題發(fā)展陸地交通和空中交通(建設(shè)機(jī)場)是以破壞地表生態(tài)為代價的現(xiàn)代化建設(shè)項目。公路、鐵路及采石場所形成的巖石邊坡的生態(tài)重建，是當(dāng)今最大的一個技術(shù)難題，也是當(dāng)前國內(nèi)外資源與環(huán)境生態(tài)學(xué)的一個研究熱點。由于巖石邊坡缺乏植物生長所必需的土壤及養(yǎng)分條件，坡陡壁峭，水土沖蝕嚴(yán)重，直接種草植樹難以成活。因此，在巖石邊坡的生態(tài)防護(hù)處理上，常采用覆蓋生態(tài)法，即下栽攀緣植物，上栽垂吊植物，靠爬藤覆蓋，綠化時間短，景觀效果差。日本采用綠化網(wǎng)植草技術(shù)對弱風(fēng)化巖石邊坡生態(tài)防護(hù)有良好的效果，在植被型混凝土植草方面也做了大量的研究，但成本過高，不適合在我國推廣。韓國用植生袋植草治理石質(zhì)邊坡也獲得成功。近幾年國內(nèi)在引進(jìn)日本、美國等巖石邊坡植草技術(shù)的同時，開始研究水泥生態(tài)種植基料植草、有機(jī)基料植草、噴混植草等生態(tài)治理巖石邊坡新技術(shù)，并取得了初步進(jìn)展。但主要存在以下問題(1)膠結(jié)劑(或稱粘合劑)的問題國內(nèi)外均選擇用水泥作為與巖石結(jié)合的膠結(jié)(粘合)劑，加入土壤或有機(jī)物料后大大地降低了水泥的強(qiáng)度。
(2)基料選擇的問題國內(nèi)外采用客土或客土加有機(jī)物料作為基料，由于土壤與有機(jī)物料未融合在一起，呈松散狀，下暴雨時易流失。
(3)噴混植物關(guān)鍵技術(shù)還不成熟，有待深入研究。
本發(fā)明的目的是為尋找解決巖石坡面生物修復(fù)的基料及與之相適應(yīng)的一套完整的巖石坡面修復(fù)施工技術(shù)，同時也達(dá)到解決了生活污泥的出路問題。
本發(fā)明是通過采用微乳化、高剪切和非均相混聚技術(shù)，以生活污泥和廢棄塑料為原料制備而成的納米、亞微米級污泥-塑料混聚物作為修復(fù)基料，并使用與之相適應(yīng)的一套完整的巖石坡面修復(fù)施工技術(shù)來實現(xiàn)巖石坡面的生物修復(fù)。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的工藝流程見附圖1。
1納米、亞微米級生活污泥-廢棄廢料混聚物生產(chǎn)工藝1.1納米、亞微米級生活污泥的制備污水處理廠處理后的污泥均已經(jīng)過生物發(fā)酵腐熟，已脫1次水，含水量70％左右。加入5％～10％的分散劑十二烷基苯磺酸納，攪拌均勻溶解后放入高剪切設(shè)備(見本發(fā)明人2002年7月2日提出的02123522.8發(fā)明專利申請)，3萬r/min高剪切15～20min，即生成納米至亞微米級污泥(見附圖2納米、亞微米級生活污泥電鏡照片)。
2納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶液的制備(按發(fā)明人2002年7月26日提交的02125678.0發(fā)明專利申請書提供的技術(shù))(1)廢棄塑料分選、洗凈、干燥、粉碎(2)溶劑溶解A.聚苯乙烯泡沫塑料溶液用乙酸乙酯溶解。
B.用甲苯(或二甲苯)與乙酸乙酯混合溶液(比例為1∶1)溶解混合廢塑料，放置12～24小時。二者均加入苯乙烯或200號汽油調(diào)至塑料含量30％～35％，放置12～24小時。
(3)乳化A.聚苯乙烯塑料的乙酸乙酯溶液加吐溫-80表面活性劑乳化，邊加邊攪拌，至溶液顏色發(fā)白為止，加入量1％-5％。
B.混合廢塑料溶液加入吐溫-60乳化，加入量1％～5％。
(4)納米級塑料水溶液的制備在高剪切設(shè)備中，一邊高速剪切(1萬轉(zhuǎn)/分)，一邊加入十二烷基苯磺酸鈉水溶液(濃度5％-10％)，加入量與塑料乳化溶液的體積基本相當(dāng)(1∶1)。繼續(xù)高剪切(3萬r/min)10～15分鐘，即成為納米級廢塑料膠團(tuán)水溶液。
3污泥-塑料混聚物的制備用高速乳化分散器將納米至亞微米級污泥與納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶液(比例1∶0.3～0.5)通過高速攪拌(2萬r/min)5～10min混合，用5％稀H2SO4或石灰水(根據(jù)各地區(qū)污泥本身的酸堿度和降雨量而定)調(diào)節(jié)pH值至7～8，即生成非均相污泥-塑料膠團(tuán)混聚物。
4污泥-塑料膠團(tuán)混聚物質(zhì)量指標(biāo)(1)外觀深灰色粘液；(2)固形物含量20％～25％；(3)水溶性懸浮液；(4)粘度(涂-4杯，pa.s)20～25；(5)pH7～8；(6)顆粒度(nm)20～500；
(7)保存期(月，20℃)6個月。
2、巖石坡面生物修復(fù)技術(shù)2.1基料的制備用攪拌機(jī)將污泥-塑料混聚物、土壤和緩釋肥料攪拌均勻，污泥-塑料混聚物與土壤比例為0.3～0.61(質(zhì)量比)。養(yǎng)分含量(干基)N 0.5％，P2O50.25％，K2O 0.25％。如果基料含水量不夠，在混料時適當(dāng)加水，至高壓噴料機(jī)可噴出為宜。
2.2生活污泥-塑料混聚物-土壤基料噴射植草技術(shù)2.2.1施工工序包括清理坡面(片石、碎石和雜物)、風(fēng)鉆鉆錨桿孔(1.9～1.95m深)、灌水泥漿固定錨桿、掛鐵絲網(wǎng)(12#或14#鐵絲雙扭掛網(wǎng))、高壓機(jī)械噴射污泥-塑料混聚物基料(厚度5～6cm)、第二次噴射混聚物基料(2～3cm)、混聚物基料與草籽混合、高壓機(jī)械噴播(1～2cm)、蓋無紡布、管理養(yǎng)護(hù)。
2.2.2污泥-塑料混聚物基料噴射種草要點(1)坡面清理巖石坡面凹凸不平，無土層，石壁開采立面基底部有碎石堆積。首先將碎石運走。然后將石壁上松動的片石、碎石、污淤泥和雜物清理，刷清坡面，為鋪掛鐵絲格網(wǎng)打好基礎(chǔ)。如石壁上有大的裂縫或有大的石頭松動而又不便于搬運，可采用水泥沙漿填縫加固。
(2)掛鐵絲格網(wǎng)A、風(fēng)鉆鉆錨桿孔石壁硬度大，需采用風(fēng)鉆鉆孔，孔洞深1.9～1.95cm，φ25mm，孔與石壁坡面基本垂直。錨孔穴布設(shè)，以網(wǎng)左右邊緣每隔2～3m，穴對應(yīng)打孔。
B、水泥沙漿固定錨桿錨桿采用φ18mm螺紋鋼，每桿長2.0m，打入錨孔內(nèi)，用水泥沙漿灌注穴孔，將錨桿固牢。
C、鋪掛鐵絲網(wǎng)鐵絲網(wǎng)采用12#或14#(φ2.6或3.0mm)制成的雙扭掛網(wǎng)，每張網(wǎng)規(guī)格為20m(長)×2.0m(寬)＝40m2或30×3.0＝90m2，網(wǎng)與網(wǎng)之間采用平行對接方法，不重疊搭接。
D、錨桿固網(wǎng)鐵絲網(wǎng)邊緣網(wǎng)眼左右掛入錨桿，用鐵絲扎緊，如兩網(wǎng)之間有縫隙，也用鐵絲扎牢。
(3)草種選擇草本植物種類可根據(jù)不同地區(qū)氣候特點而定，原則上是匍伏型與直立型相結(jié)合，禾本科與豆科草混播。
(4)基料準(zhǔn)備污泥-塑料混聚物基料中的塑料膠結(jié)劑膠團(tuán)直徑在200nm以內(nèi)，污泥膠團(tuán)直徑20nm～500nm。
(5)高壓機(jī)械噴漿播種；分三次噴漿于巖石表面，厚度10～12cm。第一次噴射基料5～6cm，膠結(jié)(粘合)劑含量較高；第二次噴射2～3cm，膠結(jié)劑含量減少；第三次1～2cm，膠合劑含量再減少，草籽混合在基料中。
(6)蓋無紡布；方法同掛鐵絲網(wǎng)。
(7)管理養(yǎng)護(hù)納米、亞微米級污泥-廢棄塑料混聚物本身有保水功能，前期不需要澆水，以后的管理主要是逢旱噴水，濕潤即可。一年后需施肥，噴灑氮磷鉀肥料水溶液，同時，要注意病蟲害的防治。


圖1本發(fā)明工藝流程2納米、亞微米級生活污泥-廢棄塑料混聚物電鏡照片(黑色為污泥膠團(tuán))圖3納米、亞微米級生活污泥-廢棄塑料混聚物電鏡照片(白色為塑料膠團(tuán))本發(fā)明的優(yōu)點(1)膠結(jié)(粘合)劑的先進(jìn)性基料與巖石表面結(jié)合需要膠結(jié)(粘合)劑，國內(nèi)外采用水泥作為膠結(jié)劑，無疑與巖石表面可牢固結(jié)合，但是，與有機(jī)物料和土結(jié)合，就必須“搭橋”，這是世界上還未解決的難題，因此，帶來了結(jié)合強(qiáng)度低、與有機(jī)物和土形成“二層皮”、雨季易脫落等問題。本技術(shù)采用納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶性膠結(jié)劑，解決了與巖石表面結(jié)合及與有機(jī)物料和土膠結(jié)的難題。
(2)有機(jī)基料的先進(jìn)性本技術(shù)采用城鎮(zhèn)生活污泥資源化利用與巖石坡面生物修復(fù)基料相結(jié)合的技術(shù)路線，解決了生活污泥的出路問題，這是其一；其二僅就生活污泥本身而言，由于經(jīng)過充分發(fā)酵腐熟，成為膠體，比國內(nèi)外慣用的“土+有機(jī)物”基料技術(shù)優(yōu)越得多。
權(quán)利要求
1.一種生物修復(fù)巖石坡面的技術(shù)，其特征是用納米、亞微米級污泥-塑料混聚物作為修復(fù)的基料，而該基料是采用微乳化、高剪切和非均相混聚技術(shù)，以生活污泥和廢棄塑料為原料制備而成的納米、亞微米級污泥-塑料混聚物，用于巖石坡面的生物修復(fù)，此技術(shù)由以下過程組成，即納米至亞微米級生活污泥的制備、納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶液的制備、污泥-塑料混聚物的制備。
2.按照權(quán)利1所述的生物修復(fù)巖石坡面的技術(shù)，其特征為其中的納米、亞微米級污泥-塑料混聚物基料制備過程中的納米至亞微米級生活污泥的制備是將污水處理廠經(jīng)過生物發(fā)酵腐熟并經(jīng)1次脫水后含水量為70％左右的污泥，加入5％～10％十二烷基苯磺酸鈉，攪拌均勻溶解后放入本發(fā)明人2002年7月2日提交的02123522.8發(fā)明專利申請所述的高剪切設(shè)備中，3萬r/min高剪切15～20min，即生成納米、亞微米級污泥膠團(tuán)液。
3.按照權(quán)利1所述的生物修復(fù)巖石坡面的技術(shù)，其特征為其中的納米、亞微米級污泥-塑料混聚物基料制備過程中的納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶液的制備采用本發(fā)明人2002年7月26日提交的02125678.0發(fā)明專利申請中所提出的技術(shù)制備的。
4.按照權(quán)利1所述的生物修復(fù)巖石坡面的技術(shù)，其特征為其中的納米、亞微米級污泥-塑料混聚物基料制備過程中是將納米、亞微米級污泥膠團(tuán)液和納米級廢棄塑料膠團(tuán)水溶液按1∶0.3～0.5的比例放入高速乳化分散器中，用5％稀H2SO4或石灰水調(diào)節(jié)pH值至7～8，2萬r/min攪拌5～10min，即生成納米、亞微米級生活污泥-廢棄塑料混聚物。
5.按照權(quán)利1所述的生物修復(fù)巖石坡面的技術(shù)，其特征為將其基料納米、亞微米級污泥-塑料混聚物、土壤和緩釋肥料放入攪拌機(jī)攪拌均勻，污泥-塑料混聚物與土壤按質(zhì)量比為0.3～0.6∶1，其養(yǎng)分含量N0.5％，P2O50.25％，K2O 0.25％。
全文摘要
本發(fā)明以生活污泥和廢棄塑料為原料，采用微乳化、高剪切和非均相混聚技術(shù)，制備納米、亞微米級污泥－塑料膠團(tuán)混聚物作為基料，用于創(chuàng)傷巖石邊坡、采石場立面、山體裸露巖石坡面的生物修復(fù)，也可用于緩/控釋肥料膠結(jié)劑。
文檔編號E02D17/20GK1546806SQ20031011685
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者張夫道, 王玉軍, 張建峰, 張樹清, 林英華 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所