一种绿色屋顶改良基质层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种绿色屋顶改良基质层及其制备方法，该改良基质层由泥炭土、膨胀蛭石和改良剂按照体积比15%

【技术实现步骤摘要】
一种绿色屋顶改良基质层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及海绵城市建设
，具体涉及一种绿色屋顶改良基质层及其制备方法。

技术介绍

[0002]绿色屋顶作为海绵城市的重要措施之一，能有效缓解目前亟待解决的城市内涝和面源污染问题。绿色屋顶的主要结构从上至下可分为植被层、基质层、过滤层、排水层和防水层。其中基质层是影响绿色屋顶对雨水径流滞蓄截污效益的关键因素之一。由于基质层除了发挥对雨水径流水量和水质的调控作用，还要满足上层植被生长的营养需求，所以基质层中常添加部分富营养基质材料。但是这会使基质层在降雨过程中受到雨水径流的冲刷，基质层出现淋失效应，径流携带大量氮磷污染物进入受纳水体，加剧面源污染现象。
[0003]为解决上述问题，通常通过对基质层结构的设计和/或材料的改良来缓解基质层的淋失效应，例如，专利CN105993569A公开了一种双基质层拓展型绿色屋顶，其中基质层由上部的营养基质层和下部的吸附基质层组成，由花园土与缓释肥料配制而成的营养基质层满足植物的生长需求，由蛭石、珍珠岩及浮石或活性炭配制成的吸附基质层用于保水保肥，根据功能需求对基质层进行结构设计，该方法相对繁琐且空间利用率不高；此外，通过在含营养基质的基质层中施加生物炭或活性炭等改良剂来调节基质层理化性质、提高基质层持水能力、降低径流侵蚀风险，是缓解基质层淋失效应的一种行之有效的方法，但目前生物炭和活性炭这类改良剂的使用存在高成本、低效的缺点，例如一种由泥炭土、蛭石、珍珠岩、生物炭、锯末以体积比2:3:3:1:0.5配制而成的基质层(Zhang,Q.Q.,Miao,L.P.,et al.Environ Monit Assess(2019)191:304)，对该基质层进行淋失试验，其出水总氮的平均浓度为9.85mg/L、总磷的平均浓度为0.21mg/L，表现出明显的淋失效应，显然该类基质层的使用不利于绿色屋顶的可持续发展。因此，本领域迫切需要一种低成本、构建方法简单的改良基质层，以满足植被生长需求，同时可有效缓解现有绿色屋顶基质层中营养元素在降雨过程中易淋失的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种绿色屋顶改良基质层及其制备方法，该改良基质层的结构、组分简单，满足植被营养需求的同时可有效缓解基质层中营养元素在降雨过程中的淋失效应。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种绿色屋顶改良基质层，所述改良基质层由泥炭土、膨胀蛭石和改良剂按照体积比15％
‑
20％：79％
‑
82％：1％
‑
3％配制而成，所述改良剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。
[0007]泥炭土作为营养基质，富含植被生长所需的氮磷营养元素，同时具有较高阳离子
交换容量、吸水和持水性能；膨胀蛭石作为吸附基质，具有轻容重、滞蓄容量大和离子交换能力强等特点；泥炭土和膨胀蛭石的使用有助于提高基质层对雨水径流的水量水质调控作用，同时对雨水中的氮磷等元素具有一定的吸附截留作用；但需控制二者在基质层中的质量比，避免泥炭土含量过高、膨胀蛭石含量相对减少而降低基质层的吸附截留能力，从而增大淋失风险。
[0008]进一步地，所述改良基质层中泥炭土的粒径小于2mm。
[0009]进一步地，所述改良基质层中膨胀蛭石的粒径小于4mm。
[0010]控制改良基质层中泥炭土、膨胀蛭石的粒径不能过大，使基质颗粒与改良剂之间由足够大的接触面积，以增强改良剂对基质颗粒的桥联粘结作用，加快形成团粒结构。
[0011]聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素作为基质层改良剂，都属于高分子聚合材料。其中，聚合氯化铝、聚合硫酸铁是常用水处理絮凝剂，通过高度电中和和吸附架桥作用，能够桥联基质颗粒形成稳定团粒。聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素具有长主链和多分支的侧链结构和大量亲水活性基团，能够通过氢键、化学键和范德华力等理化作用加强基质颗粒间的水膜粘结力。
[0012]进一步地，所述改良剂在改良基质层中的体积占比优选为1.5％
‑
2.5％；若改良基质层中改良剂施加比例过高，改良剂不易扩散至基质颗粒间，而是在基质团粒表面形成薄膜。团粒表面的薄膜影响导水通道中径流的入渗过程，从而加剧侵蚀发生的可能性。
[0013]进一步地，所述改良基质层的容重为240.32
‑
260.32kg/m3。
[0014]进一步地，绿色屋顶上改良基质层的厚度为10
‑
20cm。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种第一方面所述绿色屋顶改良基质层的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)将粉碎的泥炭土、膨胀蛭石分别过筛，过筛后进行干燥处理；
[0017](2)将干燥处理后的泥炭土、膨胀蛭石与改良剂按质量配比混合；
[0018](3)向上述混合物中加入水，翻拌均匀后进行干燥处理；
[0019](4)重复步骤(3)中干湿循环处理3
‑
5次，得到改良基质层。
[0020]进一步地，步骤(1)中，所述干燥处理的温度为95
‑
105℃，时间为12
‑
24h。
[0021]进一步地，步骤(3)中，加入水的体积为混合物体积的30％
‑
50％；加入的水量在改良基质层的饱和吸水量左右，使混合物中的基质颗粒能够吸收充分的水量膨胀。
[0022]进一步地，步骤(3)中，所述干燥处理的温度为45
‑
55℃，时间为12
‑
24h。
[0023]通过加水翻拌以及多次干湿循环处理，使混合物中的基质颗粒在短期内发生频繁的吸水膨胀和收缩现象，强化改良剂对基质颗粒的桥联粘结作用，增大基质层内部导水孔隙，缓解基质层在降雨过程中的营养淋失现象。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]1.本专利技术提供了一种绿色屋顶改良基质层的配方，利用改良剂对泥炭土、膨胀蛭石的桥联粘结作用，结合干湿循环的混合方法，加快了基质层内团粒结构的形成，在基质层内形成优先导水通道，减弱了径流对基质层的冲刷效应。较之未添加改良剂的基质层，本专利技术制备的改良基质层大大降低了基质层中营养元素的淋失风险，使基质层内的营养元素能够被植被充分利用，同时降低了径流污染物对出水水质的影响。
[0026]2.较之现有技术，上述改良基质层使用的改良剂成本低，制备方法简单，适用于大批量量产；此外，该改良基质层可提供大量植物生长所需的营养元素，可直接进行植被的种植，空间利用率高，同时改良基质层内各成分的相互作用使其具有良好的保水保肥的效果，满足绿色屋顶基质层的需求。
具体实施方式
[0027]下面具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，所述改良基质层由泥炭土、膨胀蛭石和改良剂按照体积比15%
‑
20%：79%
‑
82%：1%
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3%配制而成，所述改良剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，所述泥炭土的粒径小于2 mm。3.根据权利要求1所述的一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，所述膨胀蛭石的粒径小于4 mm。4.根据权利要求1所述的一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，所述改良剂在改良基质层中的体积占比为1.5%
‑
2.5%。5.根据权利要求1所述的一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，所述改良基质层的容重为240.32
‑
260.32 kg/m3。6.根据权利要求1所述的一种绿色屋顶改良基质层，其特征在于，绿色屋顶上改良基质层的厚度为10
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：杜少烨，徐晨，刘早红，詹健，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：