本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用畜禽粪便和城市污水处理厂的剩余污泥制备具有水质净化功能的生态混凝土材料的方法。
背景技术：
近些年，随着经济的发展、基础设施的建设和环境生态保护的需要，环境友好型生态混凝土得到了人们的广泛重视。利用生态混凝土建造水边构筑物是水体生态修复的主要方法之一。生态混凝土实质上是一种有着连续孔隙的多孔混凝土，其多孔结构为水体中的微生物、动物和植物提供了附着生长空间，有利于水体生物多样性的增加，促进生态系统的修复。人们开发出了大量的环境友好型生态混凝土材料，对生态环境的保护和基础设施的建设起到了积极地作用（生态混凝土研究进展，李化建，孙恒虎，肖雪军，材料导报，2005,19（3）:17-24）。但是，目前的生态混凝土大多局限于透水和植物可生长性混凝土。随着环境污染的加剧和人们对环境质量要求的日益提高，需要一种具备水处理和空气净化功能的环境友好的生态混凝土材料。蒋婷（基于生态混凝土的水污染修复技术研究，河北工程大学，硕士学位论文，2015年）通过减少胶凝材料用量和添加硫酸亚铁降低生态混凝土ph值的方法制备了具有净化水中氮磷和有机物功能的生态混凝土，但是该方法制备的混凝土并不具备对重金属的去除功能。
随着人们生活水平的提高，人们对优质的肉蛋奶的需求逐年增加，促进了养殖业的大发展，养殖场排放的畜禽粪便给环境造成了很大的压力。在传统农牧业中，畜禽粪便都是堆肥后用于农业生产。但是，在现代的畜禽养殖产业中，为了提高肉蛋奶的产量和品质，以及防病治病需要，会在饲料里添加大量的富含微量元素的营养成分和各种添加剂，畜禽进食后，这些物质会有很大一部分以原形的形式随粪尿排泄出来，所以，畜禽粪便中除了含有蛋白质、氨基酸和纤维素木质素外，还会含有大量的铜铁锌等重金属，以及抗生素和生长促进剂等有害物质。传统的堆肥法，不能有效去除这些有害物质，这些有害物质随粪肥进入土壤，会对农产品和环境造成严重的危害。所以，急需新的畜禽粪便利用和处理的新方法。
随着我国城市化现代化进程，城市污水排放量激增，为了处理这些废水，兴建大量的污水处理厂，但是污水处理厂不可避免的产生大量的剩余污泥，这些剩余污泥如不及时处理，会污染环境。目前，各国常采用卫生填埋、焚烧和堆肥等方法处理。但是这些方法有的存在着环境安全隐患，有的成本高。污泥中含有大量的有机物和铜锌铁等金属元素，有机物以生物残体为主，富含蛋白质，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方法，变废为宝，是污泥处置的最好出路。佟洁（植生型生态混凝土材料制备及其净水性能研究，佟洁，大连理工大学，硕士学位论文，2014）开发了一种以沸石和剩余污泥为主要原料的植生性生态混凝土材料，研究其制备工艺和不同配合比的生态混凝土对水体ph和水质净化效果的影响。但是该方法是直接将污泥添加到混凝土原料中，由于污泥的成分非常复杂，会含有很多有害物质，不经处理，直接添加，制备的混凝土材料存在着严重的环境风险。
为了制备具有水质净化功能的生态混凝土，无害化、综合利用和处理畜禽粪便和剩余污泥，本发明提供一种利用畜禽粪便和剩余污泥制备的一种具有净化水质功能的生态混凝土方法。
技术实现要素：
本发明的目的，是提供一种利用畜禽粪便和污泥制备水质净化功能生态混凝土的方法，制备出具有净化水质功能的混凝土的同时，使污泥得到合理使用，有利于环境综合治理，而且节能环保。
采用的技术方案是：
一种利用畜禽粪便和污泥制备具有水质净化功能的生态混凝土的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）取新鲜的畜禽粪便，调整含水率80%-85%，加入粪便质量的10%-20%的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸10-20min，再按粪便质量的千克数和酸溶液体积的升数比为1kg:1l，加入1-2mol/l的硫酸溶液，搅拌均匀，继续加热保持微沸10-20min，固液分离，得到固体a和液体a；（2）取与粪便等质量的含水率为85%-90%的新鲜污泥，加入污泥质量的15%-30%的硅藻土和步骤一得到液体a的50%，搅拌均匀，加热保持微沸10-20min，再按步骤一中加入硫酸总摩尔数的50%加入铁粉，搅拌均匀，加热50-80℃，反应10-20min，用硫酸溶液或氢氧化钙调ph值为3-4之间，再加入粪便质量15%-30%的百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应10-30min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应30-60min，固液分离，得到固体b和液体b；
（3）将步骤二中得到的液体b用氢氧化钾调整ph值为7-8，静置12h-24h，固液分离，得到固体c和液体c；
（4）将步骤一得到的固体a、步骤二得到的固体b和步骤三得到的固体c直接混合，烘干，球磨2-8h，添加适量的步骤三得到的液体c润湿，制成粒径为8-15mm的小球，烘干，于烧成温度为1000-1300℃煅烧10-20min，得到多孔球；
（5）将步骤四得到的多孔球，浸泡于步骤三得到的液体c中，搅拌，吸附饱和，烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取料，混合均匀，制备混凝土材料或直接浇筑，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料。
上述畜禽粪便包括牛、猪、鸡、羊、马等草食性和杂食性动物的粪便。
上述步骤四中煅烧方法为：以3℃/min的升温速度升到300℃,并在此温度下保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到烧成温度。
上述步骤五中加入的水泥为标号42.5号及以上的普通水泥。
本发明的优点在于，制备具有净化水质功能的生态混凝土的同时，无害化、资源化综合利用畜禽粪便和剩余污泥，废物利用，无二次污染，节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。
附图说明
图1为本方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实例对本发明所述的方法和技术加以说明。
实施例1：生态混凝土1的制备
取新鲜的含水率为81%的牛粪2kg，加入300g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸15min，再加入1mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸15min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为85%的新鲜污泥，加入400g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸15min，加入56g铁粉，搅拌均匀，加热到60℃，反应15min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为3，再加入400g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应20min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应40min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为7，静置12h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨6h，喷淋液体c，润湿，用圆盘成球机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1050℃,并保温20min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号硅酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料1。
实施例2：生态混凝土2的制备
将新鲜的牛粪含水率调整到85%，称取2kg，加入200g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸20min，再加入2mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸20min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为90%的新鲜污泥，加入300g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸10min，加入112g的铁粉，搅拌均匀，加热到50℃，反应20min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为4，再加入300g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应30min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应60min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为8，静置24h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨2h，喷淋液体c润湿，用圆盘成球机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1000℃温度,并保温20min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球，浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号硫铝酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料2。
实施例3：生态混凝土3的制备
将新鲜的猪粪含水率调整到83%，称取2kg，加入400g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸20min，再加入1mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸10min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为88%的新鲜污泥，加入500g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸20min，加入56g铁粉，搅拌均匀，加热到80℃，反应10min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为3.5，再加入600g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热反应30min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应30min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为7.5，静置20h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨5h，喷淋液体c润湿，用圆盘成球机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1300℃温度,并保温10min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球，浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号硅酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料3。
实施例4：生态混凝土4的制备
将新鲜的鸡粪含水率调整到80%，称取2kg，加入400g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸20min，再加入2mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸10min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为85%的新鲜污泥，加入400g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸15min，加入112g的铁粉，搅拌均匀，加热到70℃，反应20min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为4，再加入400g的百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应10min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应60min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为8，静置15h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨2h，喷淋液体c润湿，用圆盘造粒机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1200℃温度,并保温10min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球，浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号硫铝酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料4。
实施例5：生态混凝土5的制备
将新鲜的羊粪含水率调整到80%，称取2kg，加入300g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸10min，再加入1mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸20min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为86%的新鲜污泥，加入600g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸10min，加入56g的铁粉，搅拌均匀，加热到60℃，反应10min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为3.5，再加入300g的百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应20min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应30min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为7，静置20h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨8h，喷淋液体c润湿，用圆盘造粒机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1100℃温度,并保温10min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球，浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号硅酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料5。
实施例6：生态混凝土6的制备
将新鲜的马粪含水率调整到80%，称取2kg，加入400g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热微沸10min，再加入1mol/l的硫酸溶液2l，搅拌均匀，继续加热保持微沸10min，抽滤，固液分离，得到固体a和液体a；另取2kg含水率为85%的新鲜污泥，加入400g的硅藻土和液体a总量的50%，搅拌均匀，加热保持微沸10min，加入56g的铁粉，搅拌均匀，加热到50℃，反应10min，用硫酸溶液和氢氧化钙调ph值为4，再加入500g的百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，继续加热反应20min，将剩余的液体a加入，搅拌均匀，继续加热微沸，搅拌反应30min，抽滤，固液分离，得到固体b和液体b；用氢氧化钾调整液体b的ph值为7，静置12h，抽滤，固液分离，得到固体c和液体c；将固体a、固体b和固体c混合，烘干，球磨4h，喷淋液体c润湿，用圆盘造粒机制成粒径为8-15mm的小球，烘干，置于马弗炉中，以3℃/min的升温速度升到300℃，保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到1150℃温度,并保温10min，炉内冷却到室温，得到多孔球；将多孔球，浸泡于剩余的液体c中，搅拌，吸附饱和，取出多孔球，于105℃烘干，再按质量比为多孔球:水泥为6:1，水灰比为0.2比例取42.5号普通硅酸盐水泥和水，混合均匀，制成150*150*150mm的混凝土块，保湿养护28d，得到具备水质净化功能的生态混凝土材料6。
实施例7：生态混凝土性能指标
采用体积法测定生态混凝土试样块的孔隙率；采用常水头法测定各生态混凝土试样块的透水系数；参照gb50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，测定混凝土试样块的抗压强度；采用整块混凝土试块浸没在水中24h，测定浸泡水的ph值。结果见表1.
表1生态混凝土性能指标
实施例8：生态混凝土对水质的净化性能
采用配制的模拟生活污水，分别以葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾为主要碳、氮和磷源，以铅离子作为重金属；量取5l总氮(tn)、总磷(tp)、化学需氧量(codcr)和铅（pb）的浓度分别为2.5mg/l、0.5mg/l、75.3mg/l和200mg/l的废水样。分别将实施例1-6所得的生态混凝土各1块，清水浸泡去碱后，置于该废水样中，并以30r/min搅拌速度搅拌水样，室温下放置，定期按照《水和废水监测分析方法》中规定的方法测定水中总氮(tn)、总磷(tp)、化学需氧量(codcr)和铅（pb）的含量，结果见表2
表2生态混凝土对水质的净化性能