[發(fā)明專利]一種透水鋪裝設(shè)施及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010060455.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111118998A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉然;田怡然;劉俊峰;郭士民;李海燕;張紫陽(yáng);譚朝洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): E01C5/04
• 分類號(hào): E01C5/04;E01C11/22;C02F1/28;C02F101/16;C02F101/10
• 代理公司: 北京馳納智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 陳常美

本發(fā)明涉及一種透水鋪裝設(shè)施及其制備方法，包括以下步驟：將煤矸石經(jīng)煅燒、破碎和篩分，按照粒徑分級(jí)后備用；將礫石按照粒徑分級(jí)后備用；準(zhǔn)備砂子和透水磚；將煤矸石和/或礫石和/或砂子組成填料按照一定的比例填入透水鋪裝設(shè)施內(nèi)。本發(fā)明將不同粒徑以及不同配比的煤矸石用于透水鋪裝設(shè)施中，進(jìn)而評(píng)價(jià)煤矸石用于透水鋪裝設(shè)施中的環(huán)境效應(yīng)。由于煤矸石有較大的強(qiáng)度，對(duì)水中的污染物具有良好的去除效果，因此可將其作為再生資源重新利用，將其用作我國(guó)“海綿城市”所急需的透水鋪裝改良型填料，既滿足了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要，又實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，對(duì)地表徑流雨水起到截留控污效果，也提高了煤矸石的回收利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體廢物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透水鋪裝設(shè)施及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用，在煤炭的挖掘開(kāi)采和洗選加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量煤矸石等工業(yè)固體廢棄物。我國(guó)煤矸石產(chǎn)量巨大，截至目前，我國(guó)已累計(jì)堆積的煤矸石達(dá)80億噸以上，形成1100多座煤矸石山，占地11萬(wàn)多公頃，且仍以每年3.0–3.5億噸的速度不斷上升，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)煤矸石年排放量可達(dá)7.29億噸。煤矸石本身作為廢棄物含有一定的有害成分，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化且運(yùn)輸成本太高，大量煤矸石不能及時(shí)妥善的處理而堆積成山，不僅占用了大量土地，還對(duì)周圍的大氣、土壤等環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，煤矸石的處理與綜合利用逐漸引起人們高度重視。

透水鋪裝設(shè)施是“海綿城市”的主要技術(shù)措施，主要通過(guò)介質(zhì)截留、吸附作用消減徑流中的污染物，填料介質(zhì)界面是徑流中污染物被截留、吸附去除的重要載體和場(chǎng)所。透水鋪裝設(shè)施各層結(jié)構(gòu)主要由砂、礫石和碎石等材料構(gòu)成，由于這些介質(zhì)的表面特性使其吸附能力非常有限，對(duì)污染物的去除主要是通過(guò)介質(zhì)孔隙的截留作用，并且，隨著系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，截留能力逐漸降低。因此，提升透水鋪裝設(shè)施介質(zhì)對(duì)污染物的吸附能力對(duì)于降低其水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)具有積極作用。

目前，國(guó)內(nèi)眾多研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石對(duì)于部分常規(guī)污染物、重金屬和有機(jī)物均具有一定的去除效果，提出煤矸石可作為吸附劑用于水處理中。Ding等人以新排出的煤矸石和自燃后的煤矸石為實(shí)驗(yàn)原料對(duì)磷酸鹽溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)離子交換（磷酸根與氫氧根）在此吸附過(guò)程中起主導(dǎo)作用。新排出的煤矸石對(duì)磷的最大吸附量可達(dá)2.504 mg/g；自燃后的煤矸石對(duì)磷的最大吸附量可達(dá)7.076 mg/g。自燃后的煤矸石較新排出的吸附能力更強(qiáng)是由于其表面的SiO₂、Al₂O₃等金屬氧化物含量升高，增強(qiáng)了其對(duì)磷酸鹽的吸附能力。Jab?onska等人將未經(jīng)處理的煤矸石與經(jīng)600℃煅燒后的煤矸石作比較，吸附工業(yè)廢水中的鉛、鎳、銅，發(fā)現(xiàn)在三種金屬溶液初始濃度均為5 mg/L時(shí)，煤矸石對(duì)不同金屬的吸附效果有所差異，煅燒后的煤矸石對(duì)鉛的吸附能力增強(qiáng)，可從27 mg/g升高至33 mg/g；對(duì)銅也從17 mg/g升高至22 mg/g；但煅燒后對(duì)鎳的吸附能力減弱，從25 mg/g減少至15 mg/g。在廢水中重金屬離子濃度較高，pH較低時(shí)，離子交換占主導(dǎo)作用；在pH較高時(shí)，部分金屬離子可能通過(guò)沉淀而被去除。煤矸石被分類為廢石，具有一定的強(qiáng)度，因此十分適合作為骨料等建筑材料。許多學(xué)者嘗試用煤矸石制作的環(huán)境友好型再生骨料如透水磚、透水瀝青等，并對(duì)其所可能含有的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)污染物進(jìn)行析出檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其析出量未超出國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始用與黏土成分類似的煤矸石制磚，技術(shù)已相對(duì)成熟，制磚也成為煤矸石再利用的主要途徑。Xu等人用煤矸石作為骨料制備燒結(jié)磚，在1200℃下燒制的磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到45.61MPa，符合我國(guó)燒結(jié)磚MU10，MU15，MU20，MU30級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。并對(duì)其做了重金屬析出實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)析出的重金屬均未超出國(guó)家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，可將煤矸石應(yīng)用于透水鋪裝設(shè)施中以去除徑流中COD、TN、TP和NH₄-N等徑流污染物。然而此種方法尚未有相關(guān)報(bào)道。