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生物質顆粒主要用途

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生物質顆粒主要用途

生物質顆粒主要用途范文第1篇

1引言

葫蘆島市建城區面積約40km2,主要由連山區、龍港區、南票區組成。城市人口約40萬人。屬于中小城市,2011年經濟總量實現531.4億元。人均收入較低,居民消費價格總指數和工業品出廠價格指數高位運行。全年居民消費價格總指數比2010年上升2.7%,物價上漲壓力增大,給居民生活和社會生產經營帶來不利影響[1]。

2000年前城區共有茶水爐和洗浴鍋爐195臺,噸位均在0.35MW以下,屬小型手燒鍋爐,大都直接燃燒原煤,沒有脫硫除塵器,煙氣直接排放,黑煙滾滾,煙塵、飛灰、SO2均超標排放,嚴重污染了城市大氣質量,居民不斷,紛紛要求解決城市洗浴鍋爐冒黑煙的城市頑癥。2001年葫蘆島市人民政府決定取締小型茶水鍋爐,并對小型洗浴鍋爐進行改造,改用燃燒型煤或燃燒焦炭的鍋爐。由于型煤有固硫劑,焦炭是經煤炭高溫干餾轉化而形成的,灰分含量較低,一般為11%~14%,含硫量低,二級焦炭含硫量在0.7以下,因此在初期基本解決了煙氣污染環境問題。但由于此種鍋爐結構既能燃燒型煤、焦炭,也能燃燒原煤,業主為了降低成本,經常偷燒原煤,造成管理難度較大。致使城區洗浴鍋爐冒黑煙現象日益突出,市民投訴案件比例居高不下,占上訪比例的40%以上,不僅影響了百姓的生存環境,造成了城市大氣環境質量下降,也損害了環境保護部門在百姓中的形象。

為了徹底解決洗浴鍋爐冒黑煙這一頑癥,經過調研,2009年在葫蘆島市連山區安裝使用3臺生物質能鍋爐試點,經過一年試運營,從環保、經濟和社會等方面均取得滿意效果。2010年在葫蘆島市城區推廣使用生物質能鍋爐。

2生物質能現狀及發展趨勢

2.1生物質能源[2-3]

生物質能源是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式,即以生物質為載體的能量。生物質能源包括木材、農作物(主要有秸稈、稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼、花生殼)、雜草、藻類等有機廢棄物。生物質能源豐富,地球上每年經光合作用產生的物質有1730億t,其中蘊含的能量相當于全世界能源消耗總量的10.2倍,但目前利用率不到3%。

2.2生物質能源的特點

2.2.1生物質能源分布廣泛且總量十分豐富

地球上通過光合作用生成的生物質總量達到1440億—1800億t。太陽能以化學能形式存在于植物、動物和微生物的有機物中,是人們最早利用的廉價能源。

2.2.2生物質能源是可再生能源

生物質能屬于可再生資源,太陽能永恒,生物質能源永續,取之不盡,用之不竭。

2.2.3生物質能低污染性

生物質的硫含量、氮含量較低,燃燒過程中SOx,NOx較少,由于它在燃燒時釋放出CO2和H2O,正是生物質生長時需要的CO2,因而對大氣的CO2凈排放量近似于零,可有效地減輕溫室效應。

2.2.4生物質能源缺點

生物質種類的多樣性也造成了生物質能源的復雜性,生物質密度小,體積大,能量密度低,收集運輸成本相對較高,生物質直接燃燒易產生飛灰,造成環境污染。

2.2.5生物質能源利用的前景

傳統能源煤炭、石油、天然氣面臨枯竭,開發新能源已成為人類發展中的緊迫課題。隨著環境污染日益嚴重,傳統高能耗嚴重制約了經濟發展和社會進步,而可再生的生物質能源可代替煤炭、石油、天然氣等化石燃料,減少溫室效應和酸性氣體的排放,對生態系統具有保護作用。通過大規模開發利用生物質能源,提高生物質能源利用率,減少對石油依附程度,對保護國家能源安全具有十分重要的戰略意義。

2.2.6生物質能源利用形式

根據《中國統計年鑒2008》公布,我國各種能源比例為:煤29.2%,石油34.8%,天然氣24.1%,其他能源11.9%。生物質能的利用主要是直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑。生物質的直接燃燒在我國仍然是生物質能利用的主要方式。生物質的熱化學轉換是在一定條件下,使生物質氣化、炭化、熱解和催化液化,以生產氣態燃料、液態燃料和化學物質的技術。生物質的生物轉化包括生物質—沼氣轉換、生物質—乙醇轉換等。沼氣轉化是有機物質在厭氧環境中,通過微生物發酵產生的一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體,即沼氣。乙醇轉換是利用糖、淀粉和纖維素等原料經發酵制成乙醇。

3生物質能鍋爐在葫蘆島市應用的現狀

3.1葫蘆島市生物質能燃料的生產狀況

葫蘆島市政府為了推廣使用生物質能,克服生物質體積大、不易運輸、能量密度小的缺點,倡導每個私有企業主投資50萬—100萬元,興建了30余家生物質能造粒企業,主要利用秸稈、廢木屑、花生殼等生物質,利用機械力,擠壓成柱狀顆粒。葫蘆島市已形成生產生物質能燃料10~20萬t/a的生產能力。

3.2生物質燃料與煤炭在組分上的比較

生物質燃料和煤炭在組分上的比較見表1。從組成上看C的含量,生物質燃料低于煤炭,燃燒值相當于劣質煤的燃燒值,是優質煤50%左右,其燃燒值為15~25MJ/kg,灰分比優質煤灰分低,所以生物質燃燒要比煤炭燃燒友好。生物質能源是潔凈能源,產生的灰渣還可還原農田,作為肥料,其燃燒幾乎不產生任何有害氣體[4-5]。

3.3生物質能燃燒設備及用途

從2007年開始,葫蘆島市主要有兩家研制生產生物質能鍋爐的企業,目前這兩家企業生產的鍋爐還屬于傳統型第一代產品,按照傳熱能力大約分為7個系列產品。最大規模0.7MW,鍋爐結構固定式爐排,手工推進式加生物質能燃料,人工排渣,其主要用途一是燒熱水以供洗浴中心熱水洗浴,二是給分散住戶供暖。

3.4生物質能鍋爐燃煤污染物排放

葫蘆島市從2010年開始正式推廣使用生物質能鍋爐,主要取代市區洗浴中心燃煤鍋爐,到2010年1月末共安裝生物質能鍋爐188臺,主要分布在連山區、龍港區和興城市城區。2011年葫蘆島市環境監測中心站對安裝的生物質鍋爐隨機抽取監測結果表明:煙氣平均溫度在60~110℃之間,標態煙氣流量在110~431m3/h之間,煙塵平均排放濃度為84.6~105mg/m3,煙塵排放量為0.01~0.04kg/h,SO2平均排放濃度為116~208mg/m3,SO2排放量在0.02~0.05kg/h,黑度均小于林格曼黑度一級,檢測結果見表2。2011年葫蘆島市環保局又對安裝生物質能鍋爐進行了后評價,葫蘆島市環境監測中心站對3臺鍋爐進行了隨機抽樣監測。監測結果表明,煙塵平均排放濃度為85~97.07mg/Nm3,林格曼黑度均小于1級。監測結果見表3。綜觀二次監測結果,煙塵平均排放濃度為75.22mg/Nm3,低于《鍋爐大氣污染物排放標準》200mg/Nm3的標準限值,SO2平均排放濃度為117.0mg/Nm3,低于《鍋爐大氣污染物排放標準》500mg/Nm3的標準限值,煙塵林格曼黑度小于1級。

3.5已安裝生物質能鍋爐環境效益分析

生物質能鍋爐生產使用屬于國家產業政策鼓勵的項目,利用生物質能鍋爐替代燃煤鍋爐具有顯著的社會效益和環境效益,并具有一定的經濟效益。葫蘆島市現已推廣生物質能鍋爐188臺,可替代標煤1.83萬t/a。每年減少SO2排放426t,煙塵排放1321t,推動了新興環保產業的發展,帶動了農作物“三剩物及次小薪柴”的產業深加工的發展,推動了全市部分環保產業發展,燃燒副產物可作為肥料還田,實現了資源利用最大化。

生物質顆粒主要用途范文第2篇

關鍵詞:煤礦廢水;凈化處理;深度處理

1 礦井水的分類

成煤地質條件與煤系地層成分等因素直接決定了礦井水的屬性,而且煤礦水文地質等基本條件還會對礦井水水質、水量等帶來本質的影響。根據廢水的物理和化學性質,并積極考慮資源化方面的需求,通常可以礦井水分為以下幾種類型,即為:潔凈水、懸浮水、高礦化度水、酸性水、含少量有機污染物水等[1]。

2 礦井水回收處理再利用方法

我國當前針對礦井水的處理主要運用傳統的方式方法,具有代表性的有混凝-沉淀等,在實際工作中需要根據排放的去向以及水質方面的具體要求妥善選取處理方法,也可對多種處理方法進行結合[2]。對于需要直接排放的廢水,一般運用“沉淀-混凝沉淀-過濾”的方法進行處理;對于處理后用作生活飲用的廢水,在處理完成后還需進行消毒除菌;此外,有一部分礦井水中含有一定量的金屬離子,為滿足處理后使用需求,還要再凈化以后實施除鹽。從煤礦企業的角度講,開展廢水處理工作時,應通過比選確定最為適宜的工藝方法,選取與企業自身發展相符的廢水處理方案,從而達到為企業創造更多經濟效益的目的。

3 案例分析

3.1 水質水量

該企業煤礦礦井廢水的平均產出量為750m3/h,通過水質試驗得知,廢水中含有的污染物主要有:煤粉等不溶懸浮顆粒、細菌微生物、氯離子以及硫酸根離子等,除污染物外的其他指標均可滿足衛生標準,具體的水質情況如表1所示。

根據該企業的實際情況,廢水經有效處理后需用于項目生產,但由于原水中含有大量的離子污染物,無法滿足生產用水提出的水質需求,因此在對廢水實施凈化以后,還要進行脫鹽等細化處理,廢水出水要求如表2所示。

3.2 工藝流程

結合該企業廢水處理后的主要用途,廢水處理工藝流程如圖1所示。

3.3 工藝方法與參數

3.3.1 凈化處理系統

處理過程中,廢水先進行初步沉淀,將廢水引入初沉池,單個初沉池的容積大致為4000m3,池中分隔成兩個區域,均設有桁架刮泥機。廢水中含有的大顆粒物質經初沉可有效去除,初沉完成后使用提升泵將廢水引入高效澄清池。

高效澄清池實質上是一個具有混合、絮凝與沉淀功能的集成處理構造物,反應時會產生一定量的污泥回流,間接提升顆粒濃度,促進懸浮物與絮凝體之間的接觸,從而加快沉降,具有相對較好的混凝效果。此廢水處理系統共設三座高效澄清池,其有效容積1060m3,設計的標準流量240m3/h。

廢水經高效澄清池處理后直接引入多介質過濾池,過濾池含有雙層濾料,分別為石英砂與無煙煤,可以有效清除廢水當中的細小顆粒,出水濁度可以達到3度以內,并兼有自動反沖洗功能[3]。此廢水處理系統共設三座多介質過濾池,單臺過濾池的標準處理量為240m3/h。

煤泥水濃縮池的主要作用在于煤泥貯存和濃縮調節,內部設有一臺攪拌機,容積為350m3,池頂部需加蓋。經過濃縮處理后的煤泥會被引入壓濾車間進行過濾,其有效過濾面積約100m2。通過壓濾得到的煤泥餅可用于生產或直接販賣,上清液可引送至集水池。

3.3.2 深度處理系統

完成凈化處理的廢水通過中間水池引入自清洗過濾器,廢水當中的大部分雜質會被過濾網濾除,在一段時間后,過濾網表面堆積的雜質量達到相應標準時,過濾即進水口與出水口間的壓力差可以達到預先設定的標準,即為0.05MPa,此時過濾器開始自動清洗。

超濾用于攔截廢水有機物、細菌、膠體等,確保出水的SDI值(Silting Density Index,污染指標)小于1,為以后實施的反滲透處理提供必要的安全保障,也可降低系統的清洗頻率,起到延長設備壽命的作用。對于超濾裝置,需每天定時定量添加殺菌劑,以此預防細菌滋生影響設備性能。

經過超濾的廢水在引入反滲透裝置以前需添加適量的還原劑,以防止過量的余氯對裝置中的透膜造成損害。如果余氯未得到還原處理,會對透膜產生氧化作用,使其逐漸降解失去功能,還原劑的添加可阻礙氧化反應的產生,減少水中余氯的含量。除此之外,還需添加鹽酸與阻垢劑,以防濃水端生成碳酸鈣等物對膜元件造成破壞。

本系統共設五套反滲透裝置,單臺裝置出力為100m3/h。反滲透膜選用具有較高脫鹽率的PROC10(海德能公司生產)。此膜的脫鹽率相對較高,其單根脫鹽率高達99.5%,而且還具有良好的透水性,滿足廢水深度處理要求[4]。淡水側設有超壓爆破膜,在背壓達到極限后自動進行爆破,以免壓力對膜元件造成損害。泵機使用由GRUNDFOS研制生產的CR高壓泵,由不銹鋼材質組成,是一種立式、單吸、多吸分段式離心泵。為保證泵機安全,泵機進水口需設有保護開關,若進水的實際壓力未達到設計值,泵機自動停止運轉,確保泵機安全。

4 結束語

統計表明,當前國內有近70%的煤礦處于缺水狀態,且其中的40%為嚴重缺水。由于煤礦缺水嚴重,對煤炭事業的持續發展造成了直接的影響。煤礦廢水回收處理再利用工藝的使用不僅實現了廢水的資源化目標,節省大量水資源,降低污染排放,還為企業節約了一定的成本,具有很高的經濟效益和環境效益。煤礦廢水回收再利用不僅是實行行業綠色生產的重要內容,也是促進煤炭事業走上可持續發展道路的需要。通過以上工藝處理的廢水,無論是在水質還是水量上都滿足設計需求,工藝合理,可行性高,具有很好的推廣和使用價值。

參考文獻

[1]尹曉峰,韓志強,陳現明,等.煤礦礦井廢水處理回用工程實例[J].艦船防化,2009,2:48-51.

[2]劉勝元.煤礦礦井廢水處理工程工藝設計[J].山西煤炭管理干部學院學報,2006,4:99-100.

生物質顆粒主要用途范文第3篇

摘要:污水處理、水污染、污水處理工藝、發展趨勢

中圖分類號:[TU992.3] 文獻標識碼: A 文章編號:

一、我國污水處理事業發展的基本情況

中國的污水處理事業的歷史開始于一九二零年,在改革開放的近20年時太陽能得了飛速的發展,根據二零零八年的有關統計,截至到二零零八年的六月份,我們國家已建成約有一千四百座的污水處理廠,建設這些污水處理廠大大提高了城市污水的處理水平,但是,處理量的增加遠不及污水排放量的增長,根據我國污水處理項目統計可以看出,我們國家目前城市污水處理廠的排放達到了一級A的標準,數量只占城市污水處理廠的百分之六,由于污水處理廠排放標準在提高,所以,多數污水處理廠必須改造設備,《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》被稱為“全國最嚴格”的環保標準,從今年一月一日起開始實施,其中明確規定,所有新建污水處理廠的排放標準都要提高,從以前的一級B提到一級A,我們國家二十世紀八十年代以及以前建設的污水處理廠,因為當時沒有嚴格要求出水氮磷的含量,生物處理工藝采用傳統的活性污泥及改良工藝,主要功能是大量去除污不中呈膠體態及溶解態的有機污染物,從而使經處理的污水達到排放標準,但是對于污水中氮磷的去除量非常小,為符合國家為氮磷的排放要求,使水環境得到保護,我們國家大部分城市的污水處理廠都必須進行改造。

二、當前我國水污染問題依然十分嚴峻

我國環境狀況公開顯示,二零零八年全國依然存在嚴重的地表水污染,全國7大水系四百零柒個國家監控斷面中,一類到三類、四類到五類水質的斷面比例分別達到百分之四十九點九,百分之二十六點五,七大水系總體可以用中度污染來概括,其中浙法一帶河流水質為輕度污染,只有西北諸河水質為優,西南水質良好,近崖海域水質總體也是輕度污染,在十一五期間,海河、淮河、遼河、滇池、巢湖、三峽庫區及黃河中上游等流域的水污染防治規劃,共有兩千七百多個污染治理項目得到安排,共計投資一千六百個億,截至到二零零八年九月份,已建成的共有八百八十一個,在建的有九點六十個,完成投資共計五百一十個億,二零零八年工業廢水治理投資共計一百九十多個億,根據政府對再生水的規劃測算,二零一零年我國城市污水再生設施將達到680萬t/d,再生水工程新增投資約一百億元。

三、現階段我國常用的污水處理工藝

第一、生活中的污水

截止目前,我們國家的生活污水處理主要采用的是生物活性污泥法,目前,形成比較典型的二級處理的工藝包括:AB法、傳統活性污泥法、A2/O工藝、氧化溝工藝、A/O工藝、ICEAS工藝、CASS工藝、BIOLAK工藝、SBBR工藝等。其中應用較多的為CASS工藝與氧化溝工藝。

CASS工藝是一種循環式活性污泥法,是在SBR工藝的基礎上改進的一種形式,主要是通過曝氣和不曝氣階段的交替運行,實現反應器以厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的方式運行。

BIOLAK工藝是由德國馮•諾頓西公司開發的,此種活性污泥處理系統是一種具有脫氮除磷的功能。

第二、工業廢水的處理

膜技術

膜分離技術經常用的有納濾、微濾、超濾與反滲透等,因為膜技術在處理過程中不引入其他雜質,能夠分離大小分子物質,所以常被用于大分子原料的回收,比如利用超濾技術回收印染廢水的聚乙烯醇漿料等。目前,限制膜技術工程應用推廣也有很多難點,如造價高、壽命短、結垢堵塞與易受污染等,隨著膜生產技術的不斷發展,在廢水處理領域膜技術將會得到更多的應用。

磁分離技術

磁分離技術是近些年來發展的一種新型的技術,技術原理是利用廢水中雜質顆粒的磁性進行分離的水處理。對于水中的許多弱磁性或是非磁性的顆粒,要想使它們具有磁性就得利用磁性接種技術,磁分離技術主要應用于廢水處理,對于廢水處理的方法有以下三種:間接磁分離法、直接磁分離法以及微生物一磁分離法。目前研究的磁性化技術主要有以下幾種:包括鐵鹽共沉技術、磁性團聚技術、鐵氧體法、鐵粉法等,其中圓盤磁分離器和高梯度磁過濾器是最具有代表性的磁分離設備。

臭氧氧化

臭氧屬于強氧化劑的一種,能快速與還原態污染物發生發應,使用起來也比較方便,而且不會產生二次污染,主要用途是除色、污水消毒、除臭、降低COD以及去除有機物等,若單獨使用臭氧氧化法的話,就會造成很高的造價,處理成本較貴,并且發生有選擇性的氧化反應,較差的鹵代烴及農藥等氧化效果。所以,近些年來提高臭氧氧化效率的相關組合技術是發展方向,其中,不僅能夠提高氧化速率和效率,并且能夠氧化臭氧單獨作用時很難氧化降解的有機物有H2O2/O3、UV/O3、UV/ H2O2/O3等組合,由于臭氧在水中有較低的溶解度,而且臭氧的產生效率也較低、耗能太大,所以臭氧裝置研究的主要方向就是提高臭氧的利用率,增大臭氧在水中的溶解度,都是研究的重要因素。

四、我國污水處理事業今后的發展趨勢

水環境污染和經濟發展是成正比的,意思就是水環境污染會隨著經濟發展的速度而越來越嚴重,人離開水是無法生存的,離開水工農業生產更無法發展,無論是排出的生活污水還是工業廢水都會帶來不同程度的污染,有資金投入才會有經濟的發展,同樣,保護環境不會受到污染也需要資金,當資金不充足的時候,那么就得將保護環境與經濟發展兩項指標有機的協調起來,絕不能造成厚此薄彼或是顧此失彼的局面,如果只顧及經濟發展而不顧環境保護,就會導致嚴重污染環境,此時再投入資金也不會達到原有的清潔,我們受到國外的反面教訓警示,日本的伊勢灣的水產品之所以受到嚴重的損失,就是因為沿海石化生產廢水污染了日本的伊勢灣所致,雖然治理了很多年但無法恢復以前的環境狀況,這充分證明了環境保護與經濟發展的密切關系。

保護環境這項任務任重而道遠,并非一朝一夕的事情,也不是一代人的責任,它是一項持續發展的戰備工程,而且是世世代代的責任,經濟的發展導致環境污染的問題出現,消除環境污染促進經濟的迅速發展,這是一個相互矛盾而且又統一的問題,這個問題客觀存在于人類生活中,水是生命之源泉,是經濟騰飛的先決條件,水環境堅決不能污染,水資源是有限的,不是取之不盡用之不完的,因此,要讓孩子們明白,從他們進學校的第一天起,通過各種資料與學習了解水資源的寶貴,從小培養成節約用水的好習慣,要有保護環境的意識,了解每個人都有責任和義務保護水資源,無論是家庭還是單位,無論是普通職工還是各級領導,都要引起大家對水資源的重視,喚起對水的憂患,讓每一個人都參予到節約用水,保護水資源環境,消除水污染,這是一場戰爭,為了使二十一世紀可持續發展的戰略思想得以落實,為了環境與經濟的協調發展,為了我們人類能夠健康的生存,同時,為了把寶貴的水資源及優質的生活環境留給我們的子孫后代,讓我們大家齊心協力,共同努力奉獻我們的愛心吧!

參考文獻

1、張富春,對黑河引水工程的回顧與思考,西安市人大情況通報,2001.5。

2、蘆猛虎、吳健、張理、魏敬業、李金芬等,西安市排水工程規劃(1995年至2010年)。

生物質顆粒主要用途范文第4篇

(西南科技大學土木工程與建筑學院,四川 綿陽 621010)

【摘 要】農作物廢料秸稈是一種韌性材料,工業廢料粉煤灰是一種剛性材料,考慮將這兩種廢棄物結合起來,能夠開發出低成本高性能的板材,并且墻體源材料綠色無污染,是一種新型的環保材料。分析了秸稈粉煤灰條板材料的應用現狀,發展前景,存在的缺陷以及改進措施。

關鍵詞 秸稈粉煤灰;條板材料;廢物利用

0 引言

我國自古以來便是一個農業大國,主要的糧食作物為稻谷、小麥和玉米,每年我國產出秸稈7億噸,折合成標煤約為3.5億噸,相當于7個神東煤田,全部利用可以減排8.5億噸二氧化碳,相當于2007年全國二氧化碳排放量的1/8。另一方面,隨著人們生活水平的改善,秸稈不再是農民能源消費的唯一選擇,大量剩余的秸稈被遺棄在田間地頭,全國各地露天焚燒秸稈的現象十分普遍,造成了嚴重的環境污染。目前我國秸稈的主要用途是除少量用于還田、飼料、工業原料、薪柴以及造紙外,大多的秸稈都被露天焚燒,不僅造成了嚴重的資源浪費,而且造成了生態環境的破壞。

同時,我國近些年工業大力發展,產生了大量的工業廢渣,其中粉煤灰的比例很大,對環境造成了極其惡劣的影響。粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末,是工業“三廢”之一,目前我國年排放粉煤灰約為11000萬噸,利用率卻僅為42%,隨著工業的發展,粉煤灰排放量還將逐年大幅增加。目前,粉煤灰在我國建材工業中的應用主要有:路基填充材料、墻體材料、粉煤灰水泥和混凝土摻和料等,雖然這些措施能夠處理部分粉煤灰,但利用率低,沒有充分發揮粉煤灰的作用。

因此,如何充分利用秸稈和粉煤灰的問題具有重大的意義。秸稈粉煤灰建筑材料的出現為解決這個問題提供了可能,而且有利于環境保護和可持續發展,對國家“節能減排”,“循環經濟”,“環境和諧”,“利廢經濟”等重大國策的實現起到實效的促進作用。

1 秸稈纖維建筑材料

1.1 秸稈纖維基環保節能墻體材料

秸稈纖維基環保墻體材料主要是利用農作物秸稈為主要原料配以加強材料和黏合材料在反應池里經物理反應和化學反應脫模后自然凝固形成的。主要分為秸稈纖維水泥基復合墻體材料以及不含傳統水泥的秸稈纖維基復合墻體材料。

秸稈纖維水泥基復合墻體,是以秸稈、粉煤灰、水泥為主要原料配以各種外加劑而制成的一種新型復合節能墻體材料。肖力光[1]在普通的秸稈纖維水泥基復合墻體的基礎上進一步討論了秸稈纖維和高分子聚合乳液對復合墻體材料性能的影響,)還對利用秸稈制成的水泥基墻體材料進行了實驗研究,得到了具有輕質、高強、保溫性能好、吸水率低、抗凍融性能高、防火、防水、防蟲鼠害及環保節能的輕體保溫砌塊,該保溫砌塊成本低廉,能夠滿足北方寒冷地區單一墻體材料節能50%(按240mm厚墻體計算)的要求。[2]隨后他們也探討了秸稈纖維對低堿水泥基材料阻裂性能的影響,發現當秸稈纖維的摻入量超過0.5%時砂漿基本不產生裂縫,表明一定量的秸稈纖維的摻入對低堿水泥砂漿具有很好的阻裂效果。[3]杜太生等[4]對類似的水泥基墻體材料的彈性模量、干收縮值等進行了實驗測定,建立了混凝土單元無配筋、混凝土單元有配筋、混凝土單元與鋼絲網單元聯合作用的3種有限元模型,為這類新型墻體材料在實際工程中的應用提供了依據。馬捷等[5]計算了秸稈基建筑保溫材料的年節能量,并與等量秸稈用作燃料釋放的熱量進行了對比;而且對秸稈基建筑保溫材料和發泡聚苯乙烯材料生產過程中的能耗排放量和經濟性也進行了對比分析。

不含傳統水泥的秸稈纖維基復合墻體材料,以秸稈纖維為主要原料輔以適量的膠黏劑和增強劑,嚴格按照一定配方經改性處理加工制成。例如曹永敏、張興福等[6]人研究的大摻量粉煤灰和秸稈粉鎂質復合墻板,對鎂質復合墻板的綜合心能進行了測試。南京農業大學的付菁菁[7]研制了一種麥秸稈-粉煤灰/PP發泡復合保溫材料,該類墻體材料主要是將麥秸稈粉、粉煤灰與PP粉料置于攪拌機中拌合,將混合物盛入模具后置于平板硫化機熱壓成型,脫模后加工成所要求性能測試的尺寸,然后對熱導系數、表觀密度進行了分析,對力學性能(壓縮強度、拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等)、吸水性能進行了測試,并對保溫材料切割斷面的微觀結構進行了觀察。在此新型材料的研制中,還考慮了模壓時間、壓力、溫度以及原材料的比例等對其性能的影響。

1.2 秸稈纖維泡沫混凝土材料

秸稈纖維泡沐混凝土材料主要是將植物秸稈纖維自重輕、保溫性能好、減少噪音污染的特點與泡沫混凝土密度小、保溫性能好、隔音效果好、調節室內濕度等優點相結合,優劣互補,形成的建筑材料。孫令鵬等[8]研制的秸稈纖維水泥基泡沫保溫材料,在試驗中研究了水泥摻量、水膠比、纖維率和氣泡摻量對摻入大量秸稈纖維的泡沫混凝土的干表觀密度、抗壓強度、吸水率和導熱系數的影響,確定了摻入大量秸稈纖維的泡沫混凝土的最佳配合比,并研究了水泥種類和不同養護條件下對其抗壓強度的影響。王立久等[9]人對植物纖維生產水泥基泡沫保溫墻體材料的研究,以發泡混凝土為基礎,在其中加入大摻量農作物秸稈纖維,作為輕集料芯材,兩面加上磷酸鎂水泥或者堿礦渣水泥面板,形成三明治結構的外墻體材料,使產品輕質保溫,植物纖維的摻入關鍵是起到穩泡增韌作用。該試驗用明膠乳液對纖維表面進行了防水處理,顯著降低了纖維的吸水率,提高了其在水泥基材料中的耐堿侵蝕性和抵抗微生物對其解聚的能力。這是與傳統的水泥基植物秸稈填料相比的不同點。

1.3 內填充農作物秸稈保溫墻體材料

內填充農作物秸稈墻體材料主要是將經過由防火、防蟲、防霉和防水劑等組成的秸稈表面處理液,對秸稈采用噴淋的方式進行表面處理,然后將秸稈經過加壓成型后作為芯材填充到各種空心砌塊中形成,包括內填充秸稈的粉煤灰砌塊和秸稈輕質保溫墻板。這類墻體材料充分利用秸稈導熱系數小的優點,大幅的提高了墻體的保溫性能。蔣連接,李慶錄等[10]對內填充農作物秸稈的粉煤灰砌塊做了有關保溫墻體熱工性能研究,研究表明,粉煤灰空心砌塊墻體的傳熱系數遠遠高于設計規范中規定的參數要求,達不到建筑節能的要求,而內填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體的傳熱系數相比于普通粉煤灰空心砌塊墻體減小了55.8%,與工程中廣泛應用的加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數相近,能大幅度地提高墻體的保溫性能,達到自保溫要求。黃旭光、李強[11]等對水泥基秸稈粉煤灰填芯砌塊做了有關研究,研究證明,水泥基秸稈粉煤灰夾芯砌塊具有優良的保溫隔熱、阻燃、防蛀、防水、無毒無味、輕質、抗真菌侵蝕、強度較高等性能。而且其墻體保溫性能能達到節能50%的使用效果。與同等厚度的紅磚墻相比,熱阻大大提高,是一種優良的保溫節能材料。對于內填充農作物秸稈的秸稈輕質保溫墻板硬化快、強度高、質量輕、易于搬運安裝,具有隔聲、防蟲、防腐、防火、防潮、防水性好等特點,最重要的是其導熱系數小,大幅度地提高了墻體的保溫性能,是良好的墻體材料。

2 大摻量粉煤灰混凝土

大摻量粉煤灰混凝土(HFCC),是把粉煤灰看作混凝土的一個獨立組份,以粉煤灰為主要原料,據工程設計的要求,來配制混凝土。肖力光等[12]對,大摻量粉煤灰泡沫混凝土砌塊做了研究,探討了粉煤灰的處理工藝,各種外加劑對大摻量粉煤灰泡沫混凝土的影響,以及其經濟效益,得出了該砌塊具有容重輕、強度高、保溫隔熱性能好、導熱系數小、抗凍性、抗碳化性能高、粉煤灰摻量大、成型方便、工藝簡單、投資小、見效快等優點,是一種較為理想的保溫節能墻體材料。同時武漢理工大學的鄭念念[13]等也對大摻量粉煤灰泡沫混凝土的性能做了比較系統的測試,測試得出,粉煤灰和聚丙烯纖維的摻入,對泡沫混凝土的干燥收縮均有較好的抑制作用,與一般的泡沫混凝土相比,大摻量混凝土泡沫混凝土具有輕質高強的特點,而對比加氣混凝土,在節省了蒸壓養護這一工序的同時,更能節約能源,對實現資源的可循環利用、降低建筑能耗、實現可持續發展等具有重要現實意義。邱軍付,羅淑湘等[14],在合理優化各相關參數以后,制備了粉煤灰摻量大于45%,干表觀密度200kg/m3的性能基本滿足外墻保溫制品的要求的泡沐混凝土保溫板,也通過摻入適量的粉煤灰激活劑有效的解決制品早期強度偏低現象,以及通過調整水灰比制得性能較為理想的泡沫混凝土。

3 秸稈粉煤灰條板利用的可能性

秸稈或者是粉煤灰分別制備板材和建材的方法.國內外已經報道了許多專利與非專利技術、通用的方法是經過不同材料比例的物理共婚,模壓而成.這類板材共同的缺點是防水性很差。秸稈是一種韌性材料,粉煤灰是一種剛性材料,考慮將這兩種廢棄物結合起來,能夠開發出低成本高性能的板材,粘合壓板技術工藝制備板材,防水性差是實施的瓶頸問題,秸稈的主要成分是粗纖維和無氮浸出物,粉煤灰的主要組分為硅鋁酸鹽,這兩種材料的表面均含有自由羥基,如果采用傳統的制得的板材,從物質結構理論上分析,是靠物理吸附與部分氫鍵的集合形成,在水的存在下,物質組分很容易離散,難以防水。針對物質結構分析,采用材料界面接枝技術與半互穿聚合物網絡工藝來解決材料漲縮現象,使其具有優越的防水、耐腐蝕、抗沖擊性、隔音與防蟲等效果。另一方面,墻體材料完全不含有甲醛,是一種新型環保材料,鄉村秸稈資源豐富,為墻體生產提供了豐富的原材料。通過秸稈、粉煤灰與粘合劑的比例,調節板材厚度與強度,用于制備農房輕質墻體是名副其實的純天然綠色材料。

4 結語

目前在各類與秸稈、粉煤灰材料相關的建筑材料中,主要是秸稈制做的墻材、大摻量粉煤灰混凝土或者秸稈粉煤灰保溫砌塊等,將二者相結合可制作性能更加優良的材料,目前研究應用尚處起步階段,制成條板或者秸稈粉煤灰混凝土用于填充墻體,自重輕施工速度快,且達到了變廢為寶,保護環境,綠色生態的目的,其必將有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]肖力光,趙露,陳景義.利用秸稈制造新型復合節能墻體材料的可行性研究[J].吉林建筑工程學院學報,2004,21(2):1.

[2]肖力光,李晶輝,周寶玉等.秸稈環保節能材料性能研[J].吉林建筑工程學院學報,2008,25(2):1.

[3]肖力光,李麗飛,李晶輝,等.秸稈纖維對低堿水泥基材料阻裂性能的影響[J].吉林建筑工程學院學報,2009,26(1):1.

[4]杜太生,吉瑞林.新型輕質墻體材料的性能測試和有元分析[J].鄭州大學學報:工學版,2002,23(4):68.

[5]馬捷,王垚,金涌.秸稈基建筑保溫材料的節能減排分析[J].生態與農村環境學報,2010,26(5):430.

[6]曹永敏,張興福,崔洪濤,等.大摻量秸稈和粉煤灰鎂質復合墻板的研究[J].新型建筑材料,2010,01.

[7]付菁菁.麥秸稈-粉煤灰/PP發泡復合保溫材料制備性能研究[D].南京農業大學,2013.

[8]孔令鵬,孫家瑛,李東.浙江大學寧波理工學院綠色建材與廢棄物資源化研究中心,農作物秸稈棄物制備新型墻體材料的研究[J].四川建筑科學研究,2014,02.

[9]王立久,慕木蘭.植物纖維生產水泥基泡沫保溫墻體材料的研究[J].混凝土,2010,03:61-62,66.

[10]蔣連接,李慶錄,苗恒亞,劉歡,杜冰,王亮,趙蕾蕾.內填充農作物秸稈的粉煤灰砌塊保溫墻體熱工性能研究[J].新型建筑材料,2010:51-53.

[11]黃旭光,付強,趙鴻,李玉偉.水泥基秸稈粉煤灰填芯砌塊的研究與應用[J].磚瓦,2013:54-56.

[12]肖力光,王曉彪.大摻量粉煤灰泡沫混凝土砌塊的研究[J].吉林建筑工程學院學報,2002:1-6.

[13]鄭念念,等.大摻量粉煤灰泡沫混凝土的性能研究[J].武漢理工大學學報,2009.

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