一種植入型生態護坡及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種植入型生態護坡及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前通常采用的河流邊坡穩定方法有:鐵網塊石護坡、漿砌石護坡、土工布護坡、人工植被生態護坡和生態護坡磚等。鐵網塊石護坡、漿砌石護坡以及土工布護坡雖然具有牢固性強，耐久性好的優點，但是也存在一些弊端:一方面施工過程中大量的土石方作業造成對地表和地下水的污染，此外石塊、土工布等工程材料覆蓋物改變了原有物種的生態環境，不可避免地破壞了生態系統的平衡。人工植被生態護坡在一定程度上克服了前者的缺點，但植被護坡需要一定的生長周期，在植被未形成時期，如遇洪水植被護坡就會有被沖毀的危險。此外，植被護坡的效果受環境的水分及土壤肥力的限制。生態護坡磚為植被生長初期提供了保護強度，也為植物的生長提供了水分和肥料，但在其施工過程中對河床邊坡的擾動還是不可避免的。綜上所述，無論是工程材料型覆蓋物護坡還是其他生態型護坡，或多或少均會有較大程度地改變原有的生境；不僅工程造價較高而且在施工過程中擾動表層土，破壞生境。
[0003]隨著市政污水處理設施的普及，污水處理量和處理深度不斷增大，污水處理廠產生的剩余污泥量越來越大。剩余污泥中富含有機質，同時污泥顆粒也是比表面積很大的親水性物質，適當處理可以作為植物生長的營養物質和保水劑。將剩余污泥用作有機肥，目前存在三個技術難題:污泥細胞壁難于破解，好氧消化需要較長的時間(30天左右)，致使制肥成本較高；污泥存在病原微生物容易傳播疾病；有些污泥中重金屬成分超標，會引起土壤和地下水的污染。
[0004]中國發明專利，用于河道護坡的生態磚及其制備方法，申請號為201010561857.2，申請日:2010.11.29，公開了一種用增鈣污泥、含鉀肥料、保水劑、水和PH調節劑制成的生態磚。該發明具有處理污泥、邊坡加固及保護河岸坡面植被恢復作用。但其存在污泥利用率低，需要另外加入肥料和高溫加熱，生產成本高。
【發明內容】
[0005]本發明就是針對上述問題，提供一種植入型生態護坡及其制備方法，本發明具有以下優點:生產成本低，污泥好氧消化速率高，重金屬浸出率高，充分利用污泥的保水性和肥效，護坡強度高，污泥中的病原微生物殺滅效果好，可適用范圍廣。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下方案，一種植入型生態護坡，包括草種、剩余污泥和化工原料，所述剩余污泥和化工原料的質量百分比為:剩余污泥(干物質):85%-95% ；FeCl3:l.5-3% ；A1C1 3:0.5-2% ;MgCl2:2_5% ;CaO:l_5%。
[0007]做為本發明的進一步改進:所述剩余污泥和化工原料的質量百分比為:剩余污泥(干物質):90%-95% ；FeC13:1.5-2% ；A1C13:0.5-1% ；MgC12:2-3.5% ；CaO:1-3.5%0
[0008]一種植入型生態護坡的制備方法，包括以下步驟: A、將FeCl3、AlCl3、MgCl2、CaO制成5%的溶液，分別放置在儲液罐內；
B、泥漿泵將剩余污泥送入離心過濾一體機，通過計量泵向離心過濾一體機內加入FeCl3、AlCl3溶液，經攪拌、過濾后進入行星攪拌機；
C、向行星攪拌機加入MgCl2、CaO溶液、草種，攪拌均勻后送入泥漿儲罐；
D、通過混凝土泵車和旋轉噴射裝置在河流邊坡地表下植入泥漿柱。
[0009]發明有益效果:
本發明采用城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，氯化鐵和氯化鋁作為重金屬浸提劑，氧化鈣及氯化鎂作為微生物滅活劑和膠凝劑，混合草種制成“植入泥漿”，采用泥漿泵加壓，應用高速旋轉噴射頭在地面下1cm到50cm深度范圍內注入“植入泥漿”，經過硬化、草種發芽生長最后形成生態護坡。具有以下優點:
1、剩余污泥利用率高、肥效好、成本低:最多可采用95%干物質的剩余污泥，變廢為寶，制造成本低；采用的離心過濾一體機(中國發明專利，發明名稱:污泥破解離心過濾一體機，申請號201310620731.1，)上端為多組相對高速轉動的碟片，運行時產生的剪切力使污泥與氯化鐵和氯化鋁溶液充分混合；并能破壞污泥細胞壁，使細胞內溶物流出，提高污泥好氧消化速率，增加污泥的肥效；不需要另外加入肥料，剩余污泥利用多，降低了成本；
2、降低污染:離心過濾一體機攪拌使氯化鐵和氯化鋁中的氯離子與重金屬離子發生充分的化學反應，強化重金屬浸提過程傳質，提高了浸提效率，解決了二次污染問題；同時殺滅污泥中的病原微生物。在行星攪拌機中，污泥與氯化鎂溶液、CaO溶液即石灰乳、草種充分混合，石灰乳進一步殺滅污泥中的病原微生物；
3、環保效果好、適用范圍廣:采用獨特的旋轉噴射頭，在邊坡表面以下旋轉噴射“植入泥漿”，不影響表層土壤中生物的生存環境，同時不擾動表層土，施工時不產生土石方開挖；“植入泥漿”一方面可為草種的生產提供水分和肥料，另一方面“硬化”作用在地下形成一定強度的纖維結構，為生態護坡提供高強度保護，有利用邊坡穩定，抵抗洪水沖刷；適用于河流堤壩的生態護坡，干旱地區的荒漠化治理，河勢穩定和生態修復等多種情況，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的工藝流程圖；
圖2是高速旋轉噴射植入裝置的結構示意圖；
圖3是圖2沿A-A面的剖視圖；
圖4是泥漿柱分布示意圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
首先將FeCl3、AlCl3、MgCljP CaO分別與水混合配制成濃度為5%的溶液，分別放入四個儲液罐2中備用；將污水處理廠的剩余污泥(含水率98.5 %)，經可計量的污泥泵I送入離心過濾一體機4，同時將FeCl3、AlCl3S液分別由計量泵3送入至離心過濾一體機4，混合液在剪切力和離心力作用下，污泥細胞壁被破壞，病原微生物被滅活，吸附重金屬溶出；混合泥漿經離心過濾，含重金屬濾液通過管道輸送到污水處理廠，過濾后的污泥含水率在80%左右進入行星攪拌機6 ;開啟分別與儲存MgCljP CaO溶液的儲液罐2相連的計量泵3將MgC12溶液和石灰乳從儲液罐2輸送到行星攪拌機6中，同時將進料斗5內的草種送入行星攪拌機6中，污泥與氯化鎂溶液、石灰乳及草種在行星攪拌機內混合，石灰乳進一步殺滅污泥中的病原微生物，在充分攪拌混合后流入泥漿儲罐7 ;上述過程中，各種物料的配合比為(按干物質計):剩余污泥:92% ；FeCl3:2% ；A1C1 3:1% ；MgCl 2:2% ；CaO:3% ;其中草種根據具體需要適量投加即可；制配好的泥漿通過混凝土泵車8與高速旋轉噴射植入裝置9聯合工作植入河流邊坡地表下的土壤中。高速旋轉噴射植入裝置9包括電機91、旋噴轉軸93、緩沖腔97，電機91與旋噴轉軸93通過連軸器92相連，旋噴轉軸93通過定位軸承94、止推軸承98與緩沖腔97轉動連接，中空的旋噴轉軸93在緩沖腔97內部處設置有轉軸進液孔95，旋噴轉軸93靠近前部上設置有噴射孔99 ;內部密閉的緩沖腔97通過進液管96與外界相通。操作時先將泵車的機械臂前端與旋轉噴射植入裝置9相連，泵車的泵送管道與高速旋轉噴射植入裝置9的進液管96相連，連接好后，啟動泵車的機械臂動作，將旋轉噴射植入裝置9移動至目標位，此時開啟高速旋轉噴射植入裝置9的電機91帶動旋噴轉軸93轉動，轉速為1000 r/min,當旋噴轉軸93下落到地表以下深度為50cm時，開啟泵車的污泥泵，“植入泥漿”通過進液管96進入緩沖腔97，再通過旋噴轉軸93上的進液孔95進入旋噴轉軸93內，并由噴射孔99高速噴射注入周圍的土壤中。噴射速度約lOm/s，流量約0.0lm3/s，旋轉噴射30s后關閉泵車的污泥泵，同時操作泵車的機械臂提出旋轉噴射植入裝置9，移至下一點重復上述操作，注入點呈“梅花形”布置形成泥漿柱，泥漿柱中會發生一系列化學反應:
Ca (OH) 2+MgCl2— Mg (OH) 2 Ca (OH) 2+C02— CaCO 3+H20 Ca (OH) 2+MgCl2— Mg (OH) 2
5Mg (OH) 2+2MgCl2+8 H2O — 5Mg (OH) 2.2MgCl 2.8H 20 3 Mg (OH) 2+2MgCl2+8 H2O — 3 Mg (OH) 2.2MgCl 2.8H 20
大約3天以后，上述化學反應生成物5Mg (OH) 2.2MgCl 2.8Η20和3 Mg (OH) 2.2MgCl 2.8Η20和剩余部分Mg(OH)JK體會在泥漿柱中形成具有一定強度的纖維結構，這種纖維結構對河流邊坡具有保護作用，泥漿中的剩余污泥為草種的萌芽提供肥料和水分，大約7天，草種發芽，約I個月就可以形成生態護坡。
[0012]實施例2
操作過程與實施例1相同，區別在于，采用剩余污泥和化工原料的配合比為(按干物質計):剩余污泥:85% ；FeCl3:3% ；A1C1 33:2% ；MgCl2:5% ；Ca0:5%。
[0013]實施例2
操作過程與實施例1相同，采用各種物料的配合比為(按干物質計):剩余污泥:90%，FeCl3:2% ；A1C1 3:1.5 ；MgCl 2:3% ；Ca0:3.5%0
[0014]實施例3
操作過程與實施例1相同，采用各種物料的配合比為(按干物質計):剩余污泥:94% ;FeCl3:2% ；A1C1 3:1% ；MgCl 2:2% ;Ca0:l%。
[0015]實施例4
操作過程與實施例1相同，采用各種物料的配合比為(按干物質計):剩余污泥:95% ;FeCl3:!.5% ；A1C1 3:0.5% ；MgCl 2:2% ;CaO:l%。
【主權項】
1.一種植入型生態護坡，其特征在于包括草種、剩余污泥和化工原料，所述剩余污泥和化工原料的質量百分比為:剩余污泥(干物質):85%-95% ；FeC13:1.5-3% ；A1C13:0.5-2% ；MgCl2:2-5% ；CaO:1-5%0
2.如權利要求1的一種植入型生態護坡，其特征在于所述剩余污泥和化工原料的質量百分比為:剩余污泥(干物質):90%-95% ；FeC13:1.5-2% ；A1C13:0.5-1% ；MgC12:2-3.5% ；CaO:l-3.5% ο
3.如權利要求1所述的一種植入型生態護坡的制備方法，其特征在于包括以下步驟: A、將FeC13、AlC13、MgC12、CaO制成5%的溶液，分別放置在儲液罐內； B、泥漿泵將剩余污泥送入離心過濾一體機，通過計量泵向離心過濾一體機內加入FeC13、AlC13溶液，經攪拌、過濾后進入行星攪拌機； C、向行星攪拌機加入MgC12、CaO溶液、草種，攪拌均勻后送入泥漿儲罐； D、通過混凝土泵車和旋轉噴射裝置在河流邊坡地表下植入泥漿柱。
4.如權利要求3所述的一種植入型生態護坡的制備方法，其特征在于所述的步驟D中植入泥漿柱的注入點呈“梅花形”布置。
5.如權利要求4所述的一種植入型生態護坡的制備方法，其特征在于所述的泥漿柱的高度為地面下1cm到50cm。
【專利摘要】本發明涉及一種植入型生態護坡及其制備方法。本發明中提供一種具有生產成本低，污泥好氧消化速率高，重金屬浸出率高，充分利用污泥的保水性和肥效，護坡強度高，污泥中的病原微生物殺滅效果好，可適用范圍廣的一種植入型生態護坡及其制備方法。一種植入型生態護坡，包括草種、剩余污泥和化工原料，所述剩余污泥和化工原料的質量百分比為：剩余污泥（干物質）：85%-95%；FeCl3：1.5-3％；AlCl3：0.5-2％；MgCl2：2-5％；CaO：1-5％。
【IPC分類】C02F11-00, C04B18-30, E02B3-12, C04B28-30, C05G3-00
【公開號】CN104556951
【申請號】CN201410781957
【發明人】胡筱敏, 姜彬慧, 黃永剛, 劉金亮, 王一迪
【申請人】東北大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月18日