申请日2009.01.19
公开(公告)日2011.07.20
IPC分类号C04B18/30; C05F7/00; C04B18/24
摘要
本发明以市政污泥、秸秆纤维和工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)为原料，采用污泥改性技术和混聚物均匀搅拌技术，制备污泥-纤维胶团混聚物，用于岩石边坡、粘土边坡以及垃圾填埋场边坡的生态防护和修复。利用该技术制备的污泥-纤维胶团混聚物，使得难于处理的污泥和秸秆纤维得到资源化利用，比起各种绿化基材，不需要给土壤添加氮磷钾和有机肥，不仅使废物再利用，而且大大地减少成本。秸秆纤维提高污泥-纤维混聚物的抗拉和抗折力学性能，进而达到护坡的力学强度指标。在混聚物中混入草种，利用植被的水文效应和植被根系的力学加固效应，不仅使得水分进行有效循环，更能起到加固边坡和绿化环境的作用。
权利要求书
1.一种污泥-秸秆纤维复合材料制备方法，其特征在于：制备方法包括，
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥，掺入按市政污泥质量比为12%～15%工业废渣和按市政污泥质量比为0.8%～1%聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌，形成改性污泥，
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100∶2～4混合，并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%～1%比例掺入钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，
秸秆纤维长度为≤15mm，
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min，形成污泥-纤维胶团混聚物，即污泥-秸秆纤维复合材料，其中，
混聚物含水率为40%，
混聚物密度为1.5～2.0g/cm3，
混聚物pH值为7。
说明书
一种污泥-秸秆纤维复合材料的制备及其应用
技术领域
本发明的污泥-秸秆纤维复合材料用于生态护坡的方法普遍适用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡的生态防护和修复，属于生态环境、岩土工程、农业领域。
背景技术
随着城市污水处理设施建设步伐加快和污水集中处理率的提高，污水处理厂的污泥产生量快速增长。根据国家“十一五”规划，我国将新增日污水处理能力4500万吨，城市污水集中处理率达70%，我国污泥产生量还将急剧增加，污泥的安全处理处置是我国当前亟需解决的环境问题之一。如何对城市污泥进行无害化处理、资源化利用技术，这是世界各国政府高度重视的问题。
我国是农业大国，每年可产生秸秆7亿多吨，近年来，随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展，秸秆逐步从传统的农业原料演变成一种无用的负担物，被排除于农业生产的内部循环之外。我国工业废渣综合利用率若提高1个百分点，每年就可减少约1000万吨废弃物的排放，并将使环境质量得到极大改善。如何把秸秆资源和工业废弃资源的高效利用起来，具有落实科学发展观具有重要的战略意义。
目前，生态护坡方法主要通过配制植被生长所需的有机质、腐殖质、氮磷钾、水分和pH值调节剂，再加上土壤和粘结材料硅酸盐水泥。硅酸盐水泥使得土壤成酸性，不利于植被的生长，并且添加植被生长所需的有机质、腐殖质、氮磷钾增加生态护坡费用，总体看来还不成熟，进度慢，成本高，难以适应规模化生产。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种污泥-秸秆纤维复合材料的制备及复合材料的应用。
污泥-秸秆纤维复合材料制备方法，制备方法包括，
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥，掺入按市政污泥质量比为12%～15%工业废渣和按市政污泥质量比为0.8%～1%聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌，形成改性污泥，
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100∶2～4混合，并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%～1%比例掺入钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，
秸秆纤维长度为≤15mm，
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min，形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料)，其中，
混聚物含水率为40%，混聚物密度为1.5～2.0g/cm3，混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡等。具体应用方法步骤如下：
①清理、平整边坡坡面，在坡面上铺设三维土工网和牢固锚杆，
②将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，并喷射到坡面上，喷射厚度5～6cm，形成基层，
③将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，加入按基层表面积10g/m2草种，并喷射到基层上，喷射厚度2～3cm，形成中间层，
④将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，加入按基层表面积20g/m2草种，并喷射到中间层上，喷射厚度1～2cm，形成表层，
⑤在表层上覆盖养护层。
由于采用以上技术方案本发明具有以下的优点：
(1)本发明采用的污泥-纤维混聚物与土壤、岩石均有较好的粘结性，因此保证了坡面使用功能的长久性、稳定性。
(2)本发明采用的原料污泥和秸秆纤维，来源范围广、易于工业化生产，实现了废物的资源化利用，在改性污泥中添加秸秆纤维提高污泥-秸秆纤维复合材料的抗拉、抗折力学性能和通透性能，同时，工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)来源丰富，具有固化强、强度高、耐腐蚀和抗渗性等优点，以废治废，实现节能减排和资源利用产业化。
(3)本发明的污泥-秸秆纤维复合材料施工方法简单，可操作强，进度快，污泥-纤维混聚物中加入草种作用在边坡上，草种成活率高，利用植被的水文效应和植被根系的力学加固效应，不仅使得水分进行有效循环，更能起到加固边坡和绿化环境的作用。
具体实施方式
污泥-秸秆纤维复合材料制备方法，制备方法包括，
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥，掺入按市政污泥质量比为12%～15%工业废渣(脱硫灰渣、钢渣)和按市政污泥质量比为0.8%～1%聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成改性污泥;
②将改性污泥和秸秆纤维按质量比100∶2～4混合，秸秆纤维由中国科学院武汉岩土力学研究所生产的纤维，并以改性污泥和秸秆纤维混合后总质量的0.5%～1%比例掺入钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，秸秆纤维长度为≤15mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料)，其中，
混聚物含水率为40%，混聚物密度为1.5～2.0g/cm3，混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡、粘土边坡、垃圾填埋场边坡等。具体应用方法步骤如下：
①清理坡面，移走或加固已经松动土壤或岩石，平整坡面，再使用风机穴对应钻孔、插入锚杆(长为30～60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆，再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网，并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，并喷射到坡面上，喷射厚度5～6cm，形成基层，喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机，输料管长度20m，直径80mm;
③将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，加入按基层表面积10g/m2草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到基层上，喷射厚度2～3cm，形成中间层，喷射设备同上;
④将污泥-纤维聚合物与当地土壤4～6∶1(质量比例)搅拌均匀，加入按基层表面积20g/m2草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到中间层上，喷射厚度1～2cm，形成表层，喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布，前期养护(养护时间为一个月)，早晚各喷洒一次雾状水，逢旱期浇水，视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例1
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥1000kg，掺入120kg脱硫灰渣和10kg聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成改性污泥;
②将1130kg改性污泥和45.2kg秸秆纤维混合，并掺入5.876kg钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体，形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，
秸秆纤维长度为6mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料)，其中，混聚物含水率为40%，混聚物密度为1.63g/cm3，混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于岩石边坡。
具体应用方法步骤如下：
①清理坡面，移走或加固已经松动土壤或岩石，平整坡面，再使用风机穴对应钻孔、插入锚杆(长为30～60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆，再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网，并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取708.66kg污泥-纤维聚合物与177.15kg当地土壤搅拌均匀，测得密度为1.82g/cm3，并喷射到坡面上，喷射厚度6cm，形成基层，喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机，输料管长度20m，直径80mm;
③取236.22kg污泥-纤维聚合物与59.05kg当地土壤搅拌均匀，加入81.12g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到基层上，喷射厚度2cm，形成中间层，喷射设备同上;
④取236.22kg污泥-纤维聚合物与59.05kg当地土壤搅拌均匀，加入162.24g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到中间层上，喷射厚度2cm，形成表层，喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布，前期养护(养护时间为一个月)，早晚各喷洒一次雾状水，逢旱期浇水，视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例2
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥1000kg，掺入135kg钢渣和9kg聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成改性污泥;
②将1144kg改性污泥和34.32kg秸秆纤维混合，并掺入8.84kg钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，
秸秆纤维长度为9mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料)，其中，
混聚物含水率为40%，混聚物密度为1.625g/cm3，混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于粘土边坡。
具体应用方法步骤如下：
①清理坡面，移走或加固已经松动土壤或岩石，平整坡面，再使用风机穴对应钻孔、插入锚杆(长为30～60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆，再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网，并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取712.31kg污泥-纤维聚合物与142.46kg当地土壤搅拌均匀，测得密度为1.8g/cm3，并喷射到坡面上，喷射厚度6cm，形成基层，喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机，输料管长度20m，直径80mm;
③取237.43kg污泥-纤维聚合物与47.48kg当地土壤搅拌均匀，加入79.15g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到基层上，喷射厚度2cm，形成中间层，喷射设备同上;
④取237.43kg污泥-纤维聚合物与47.48kg当地土壤搅拌均匀，加入158.29g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到中间层上，喷射厚度2cm，形成表层，喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布，前期养护(养护时间为一个月)，早晚各喷洒一次雾状水，逢旱期浇水，视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
具体实施例3
①污泥改性，取含水率为85%的市政污泥1000kg，掺入150kg脱硫灰渣和8kg聚丙烯酰胺，将其均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成改性污泥;
②将1158kg改性污泥和23.16kg秸秆纤维混合，并掺入11.81kg钠-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体形成污泥-秸秆纤维混合物，其中，
秸秆纤维长度为15mm;
③将污泥-秸秆纤维混合物放入搅拌机中均匀搅拌30min～45min(转速为17r/min)，形成污泥-纤维胶团混聚物(污泥-秸秆纤维复合材料)，其中，
混聚物含水率为40%，混聚物密度为1.62g/cm3，混聚物pH值为7。
污泥-秸秆纤维复合材料应用于垃圾填埋场边坡。
具体应用方法步骤如下：
①清理坡面，移走或加固已经松动土壤或岩石，平整坡面，再使用风机穴对应钻孔、插入锚杆(长为30～60cm)并用水泥砂浆灌注牢固锚杆，再在锚杆上披挂双扭曲三维土工网，并用锚栓固牢锚杆和三维土工网;
②取715.77kg污泥-纤维聚合物与119.3kg当地土壤搅拌均匀，测得密度为1.795g/cm3，并喷射到坡面上，喷射厚度6cm，形成基层，喷射施工设备采用15m3空压机、5m3/h转子式混凝土喷射机，输料管长度20m，直径80mm;
③取238.59kg污泥-纤维聚合物与39.77kg当地土壤搅拌均匀，加入77.54g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到基层上，喷射厚度2cm，形成中间层，喷射设备同上;
④取238.59kg污泥-纤维聚合物与39.77kg当地土壤搅拌均匀，加入155.07g草种(狗牙根、高羊茅和香根草，质量比例1∶1∶1)，并喷射到中间层上，喷射厚度2cm，形成表层，喷射设备同上;
⑤盖无纺土工布，前期养护(养护时间为一个月)，早晚各喷洒一次雾状水，逢旱期浇水，视植物生长情况可以于半年后对应施加肥料。
