[发明专利]一种透水铺装设施及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种透水铺装设施及其制备方法，包括以下步骤：将煤矸石经煅烧、破碎和筛分，按照粒径分级后备用；将砾石按照粒径分级后备用；准备砂子和透水砖；将煤矸石和/或砾石和/或砂子组成填料按照一定的比例填入透水铺装设施内。本发明将不同粒径以及不同配比的煤矸石用于透水铺装设施中，进而评价煤矸石用于透水铺装设施中的环境效应。由于煤矸石有较大的强度，对水中的污染物具有良好的去除效果，因此可将其作为再生资源重新利用，将其用作我国“海绵城市”所急需的透水铺装改良型填料，既满足了生态环境保护的需要，又实现了可持续发展的目标，对地表径流雨水起到截留控污效果，也提高了煤矸石的回收利用率。

技术领域

本发明属于固体废物综合利用技术领域，具体涉及一种透水铺装设施及其制备方法和应用。

背景技术

随着矿产资源的开发利用，在煤炭的挖掘开采和洗选加工过程中，会产生大量煤矸石等工业固体废弃物。我国煤矸石产量巨大，截至目前，我国已累计堆积的煤矸石达80亿吨以上，形成1100多座煤矸石山，占地11万多公顷，且仍以每年3.0–3.5亿吨的速度不断上升，预计到2020年我国煤矸石年排放量可达7.29亿吨。煤矸石本身作为废弃物含有一定的有害成分，难以实现产业化且运输成本太高，大量煤矸石不能及时妥善的处理而堆积成山，不仅占用了大量土地，还对周围的大气、土壤等环境造成了严重的污染。因此，煤矸石的处理与综合利用逐渐引起人们高度重视。

透水铺装设施是“海绵城市”的主要技术措施，主要通过介质截留、吸附作用消减径流中的污染物，填料介质界面是径流中污染物被截留、吸附去除的重要载体和场所。透水铺装设施各层结构主要由砂、砾石和碎石等材料构成，由于这些介质的表面特性使其吸附能力非常有限，对污染物的去除主要是通过介质孔隙的截留作用，并且，随着系统的长期运行，截留能力逐渐降低。因此，提升透水铺装设施介质对污染物的吸附能力对于降低其水质风险具有积极作用。

目前，国内众多研究发现，煤矸石对于部分常规污染物、重金属和有机物均具有一定的去除效果，提出煤矸石可作为吸附剂用于水处理中。Ding等人以新排出的煤矸石和自燃后的煤矸石为实验原料对磷酸盐溶液进行吸附实验，发现离子交换（磷酸根与氢氧根）在此吸附过程中起主导作用。新排出的煤矸石对磷的最大吸附量可达2.504 mg/g；自燃后的煤矸石对磷的最大吸附量可达7.076 mg/g。自燃后的煤矸石较新排出的吸附能力更强是由于其表面的SiO₂、Al₂O₃等金属氧化物含量升高，增强了其对磷酸盐的吸附能力。Jabłonska等人将未经处理的煤矸石与经600℃煅烧后的煤矸石作比较，吸附工业废水中的铅、镍、铜，发现在三种金属溶液初始浓度均为5 mg/L时，煤矸石对不同金属的吸附效果有所差异，煅烧后的煤矸石对铅的吸附能力增强，可从27 mg/g升高至33 mg/g；对铜也从17 mg/g升高至22 mg/g；但煅烧后对镍的吸附能力减弱，从25 mg/g减少至15 mg/g。在废水中重金属离子浓度较高，pH较低时，离子交换占主导作用；在pH较高时，部分金属离子可能通过沉淀而被去除。煤矸石被分类为废石，具有一定的强度，因此十分适合作为骨料等建筑材料。许多学者尝试用煤矸石制作的环境友好型再生骨料如透水砖、透水沥青等，并对其所可能含有的环境风险污染物进行析出检测，发现其析出量未超出国家相关标准。我国从20世纪60年代就开始用与黏土成分类似的煤矸石制砖，技术已相对成熟，制砖也成为煤矸石再利用的主要途径。Xu等人用煤矸石作为骨料制备烧结砖，在1200℃下烧制的砖的抗压强度达到45.61MPa，符合我国烧结砖MU10，MU15，MU20，MU30级标准。并对其做了重金属析出实验，发现析出的重金属均未超出国家地表水质量标准。因此，可将煤矸石应用于透水铺装设施中以去除径流中COD、TN、TP和NH₄-N等径流污染物。然而此种方法尚未有相关报道。