第一篇：新型碳素纖維污水凈化技術(shù)

新型碳素纖維污水凈化技術(shù)

新型碳素纖維污水凈化技術(shù)實現(xiàn)高效水處理

來源：谷騰環(huán)保網(wǎng) 閱讀：292 更新時間：2014-04-09 15:11 ——專訪北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心主任海熱提教授

近年來，碳纖維被廣泛應(yīng)用于湖沼和海岸水質(zhì)凈化以及人工養(yǎng)殖海藻等領(lǐng)域。碳纖維的作用機制如何？其在水污染領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用如何？谷騰環(huán)保網(wǎng)近日采訪了國內(nèi)碳纖維研發(fā)做的較為成功的研究機構(gòu)——北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心。工程中心主任海熱提教授向筆者揭開了碳纖維污水凈化技術(shù)的神秘面紗。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：請簡要介紹下工程中心的背景？在水質(zhì)凈化方面研發(fā)了哪些新技術(shù)？

海熱提教授：隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，北京市水資源日益匱乏，水污染不斷加劇已成為制約北京社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大“瓶頸”問題。為了改善北京市的水環(huán)境質(zhì)量，提高水資源利用效率，“十二五”期間，北京市將落實減排目標責任制，強化污染物減排和治理，推行最嚴格的水資源管理制度。在此背景下，我科研項目組依托北京化工大學，聯(lián)合中國通用機械工程總公司等3家科研企業(yè)單位共同建立了北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心，以期通過環(huán)保材料的研發(fā)、技術(shù)的創(chuàng)新、以及裝備的研制，為北京市的水環(huán)境質(zhì)量改善提供有力的技術(shù)保障。

在水質(zhì)凈化方面，工程中心已成功進行了多項材料的研發(fā)、技術(shù)的創(chuàng)新和裝備的研制。主要包括生態(tài)碳纖維、生物相容性碳纖維、生物碳纖維雙層過濾平板膜、微生物掛膜菌劑以及微納米氣泡發(fā)生裝置的研發(fā)；碳纖維接觸氧化、碳纖維MBR、碳纖維生態(tài)浮島、碳纖維SBR、碳纖維A2/O、強化人工濕地等污水凈化技術(shù)與相應(yīng)的凈化裝備等。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：你們推出的新技術(shù)——碳纖維材料凈化裝置，核心就是碳素纖維，請介紹下應(yīng)用這種材料凈化的機理以及去除效果如何？

海熱提教授：碳素纖維是由聚丙烯纖維經(jīng)過特殊的高溫處理后形成的。通常，一束碳素纖維中含有12000根，每一根直徑7微米，只有頭發(fā)直徑的十分之一。碳素纖維具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)；比表面積大，一般都在1000m2/g以上，具有較大的吸附容量；其微孔直接分布于纖維的表面，因而吸附質(zhì)擴散的路徑短、時間短，其吸附和再生的速率快，可在較溫和條件下再生。整體而言，碳素纖維具備優(yōu)良的親水性、生物兼容性和生物附著性。

將碳素纖維其用于污水處理中時，由于其比表面積大、孔徑分布合理、高吸附和高生物相容性的特點，能為微生物生長提供良好的環(huán)境。在水中，碳素纖維受到紫外線、電磁波等外界能源照射后，會發(fā)出超聲波，周圍的好碳素菌等多種微生物會受其影響，快速吸附在碳素纖維上，并且迅速繁殖，形成有粘著性的生物膜，吸附水中的有機物、氨氮等污染物。此外，除吸附作用外，微生物在材料表面附著形成的生物膜，以有機污染物為能量來源，通過自身的新陳代謝作用降解水體中的有機污染物，把這些污染物分解成二氧化碳和水，從而使水質(zhì)提高，透明度增加。碳纖維材料的污水凈化效果極好。對于污水排放量最大的生活污水，當其COD為500-1000mg/l，氨氮30-50mg/l，使用該材料能使其COD去除率達到90%以上，出水COD降至 45 mg/l左右；氨氮去除率達到80%以上，出水降至4 mg/l左右。完全達到國家關(guān)于城鎮(zhèn)污水處理廠一級A的提標改造標準。在處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水和微污染水方面，該材料的應(yīng)用可使水中COD、氨氮、總磷和濁度分別去除50%、45%、40%、65%，養(yǎng)殖水體使用壽命延長至90天，使河道的水質(zhì)按地面水環(huán)境質(zhì)量標準由V類提高到III-IV類。除此之外，該材料還適用于各種有機廢水的處理，可對含氯廢水、制藥廠廢水、有機染料廢水、造紙黑液、苯酚廢水、四苯廢水、己內(nèi)酰胺廢水、二甲基乙酰胺和異丁醇廢水進行處理。其中，對制藥廢水的處理結(jié)果表明，采用該材料可以使總排水出水達到生物工程類制藥工業(yè)水污染物排放標準（GB 21907—2008）一級標準，凈化效率達86%以上。同時，碳纖維材料對金屬離子具有較好的吸附還原能力，可吸附水中的銀、鉑、汞、鐵等多種離子并能夠?qū)⑵溥€原。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：對比其他技術(shù)設(shè)備，碳纖維材料凈化成套裝置技術(shù)特點和優(yōu)勢在哪？對比國內(nèi)外同類技術(shù)有何差異？

海熱提教授：碳纖維材料與其他作為接觸氧化池內(nèi)的填料相比，具有高孔隙率、高吸附能力、易掛膜等優(yōu)點。將其與污水處理工藝相結(jié)合所形成的的碳纖維污水凈化技術(shù)和裝備的特點與優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：①生物碳纖維屬新一代環(huán)保型材料，在國內(nèi)外是首創(chuàng)，填料污水凈化性能達到了國際領(lǐng)先水平，為技術(shù)領(lǐng)先填料，普通活性碳纖維無論從成本上還是性能優(yōu)越性上都無法與之匹及，因此該技術(shù)中碳纖維材料先進性突出；②通過碳纖維污水處理技術(shù)與裝備在各污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，表明了該技術(shù)在節(jié)能減排方面效果顯著；③該技術(shù)的應(yīng)用不僅實現(xiàn)了污水的資源化，提升了企業(yè)廢水達標排放水平，還為我國污水資源化提供技術(shù)支持，有利于促進我國可持續(xù)發(fā)展和控污減排，環(huán)保性能強；④由于碳纖維材料具備穩(wěn)定性高、質(zhì)輕、機械強度大、壽命長、安裝維修方便、單位用量少和價格便宜的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)節(jié)省工程投資和運行費用的目的，其經(jīng)濟效益顯著；⑤該技術(shù)不僅可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖池體凈化、石化廢水凈化、養(yǎng)豬廢水凈化、生活污水處理廠提標、制藥污水水凈化、河道湖泊微污染水體生態(tài)修復，同時也可以推廣到其他污水處理等領(lǐng)域，用途廣泛。

相對于國內(nèi)外同類技術(shù)，以碳纖維為核心的污水凈化技術(shù)設(shè)備在集成碳纖維填料之后，其生物親和性更強，因而對有機物的降解能力更強，效率更高。同時，由于碳纖維材料所具備的的顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢，其相應(yīng)的技術(shù)裝備成本控制更好，因而更加便宜。經(jīng)對比，處理1gCOD所需碳纖維材料的成本為0.92元，相比日本生態(tài)草（2.4元）和美國阿科曼（1.54元）具有絕對價格優(yōu)勢，使用該材料為核心的反應(yīng)器與工藝，在工程上五年內(nèi)可節(jié)省500萬-2000萬。因此，碳纖維材料凈化水處理關(guān)鍵技術(shù)及其成套裝備從處理效果、投建成本與運行成本上都具有絕對優(yōu)勢。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：碳纖維材料使用壽命如何？整個系統(tǒng)成本用戶可以接受嗎？

海熱提教授：前面提到過，碳纖維材料的強度極高、耐酸耐堿，可以保證安裝使用20年不更換而不會造成明顯的性能退化?？紤]到填料本身價格并不高，而壽命很長，所以整個系統(tǒng)成本用戶是絕對可以接受的。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：碳纖維材料凈化裝置適用于哪些環(huán)境水質(zhì)？介紹下典型的項目，運行情況如何？ 海熱提教授：工程中心將該材料廣泛用于生活污水處理、微污染水體修復、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理、養(yǎng)豬廢水處理、印染廢水處理、石化廢水處理、制藥廢水處理、高鹽度廢水處理中，效果良好。工程中心已將該材料和技術(shù)及裝置成功應(yīng)用于北京小湯山鴻羽水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)凈化與廢水處理、北京通州碧水污水處理廠水質(zhì)提標中試、紹興興越小區(qū)大山池水質(zhì)凈化工程、紹興水務(wù)公司污水處理廠水質(zhì)提標中試、汕頭澄海區(qū)蓮上鎮(zhèn)涂城村農(nóng)村污水處理工程、汕頭鐵洲社區(qū)農(nóng)村污水處理工程、北京通州張家灣鑫淼漁場水質(zhì)凈化與利用示范工程、北京昌平常興莊漁場水質(zhì)凈化與利用示范工程中，運行效果良好。

北京通州張家灣鑫淼漁場水質(zhì)凈化與利用示范工程是我們材料和技術(shù)應(yīng)用的一個典型項目。該項目自2012年起開始運行，計劃于今年7月份結(jié)束。通過前期調(diào)研，針對該廠目前在水質(zhì)凈化工藝中存在的問題，我中心提出了對其凈化填料進行更換、采用碳纖維生態(tài)浮島工藝對水體凈化工藝進行改進的技術(shù)和工藝，并且運用碳纖維一體化膜反應(yīng)器實現(xiàn)其水循環(huán)。自2013年2月起，我們對該廠的填料進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該廠原先采用的是傳統(tǒng)的毛刷填料，該填料質(zhì)地堅硬，比表面積小，不利于微生物的生長附著。并且，若長期安置于水中，可能存在部分化學物質(zhì)釋放對魚類造成危害的隱患。此外，毛刷填料雖然價格低廉，但需經(jīng)常更換，經(jīng)濟性并不明顯。因此，我中心將自主研發(fā)的高科技碳纖維材料應(yīng)用于該廠中，替換了其原有的填料。隨后，中心研究人員通過大量的技術(shù)論證和對比試驗后，決定采用碳纖維生態(tài)浮島凈化工藝對水產(chǎn)養(yǎng)殖水體進行原位修復。在工程示范中，共制作大型浮島11座，共158 m2，占整個水面面積的27.8%。分為泡沫浮島和聚丙烯浮島，其中泡沫浮島共80平米，每平米16個花盆，16束生物碳纖維材料；聚丙烯浮島78平米，每平米9個花盆，12束生物碳纖維材料。浮島種植植物品種包括小香蒲、紫花梭魚草、美人蕉、慈姑、狐尾藻、菖蒲、千屈菜、黃花鳶尾等，浮島按照植物種類進行種植。浮島完成后總體呈長方形，橫放于池子當中，兩邊用尼龍繩固定在岸邊，防止浮島隨著水流移動。經(jīng)初期的穩(wěn)定運行，碳纖維生態(tài)浮島上的植物生長旺盛，魚苗生活正常。對池內(nèi)水質(zhì)進行定期檢測發(fā)現(xiàn)，COD、氨氮和亞硝酸鹽保持在較理想狀態(tài)，池內(nèi)的溶解氧濃度保持在8.0 ppm以上，pH在7.5~8.1的范圍內(nèi)。該結(jié)果表明，通過植物與碳纖維材料的多重吸收降解，碳纖維生態(tài)浮島對影響魚群免疫力的非離子氨等具有明顯的去除效果，是養(yǎng)殖水體凈化的優(yōu)選工藝。除了對其養(yǎng)殖水體進行凈化，針對目前漁業(yè)發(fā)展中的集約化養(yǎng)殖趨勢，我中心將自主創(chuàng)新的生物碳纖維+氣升循環(huán)一體式MBR組合工藝應(yīng)用于該工程中，以實現(xiàn)漁場的循環(huán)用水需求。經(jīng)前期設(shè)計、安裝與調(diào)試，在最佳工藝參數(shù)的條件下，該反應(yīng)器的出水已能完全滿足魚池用水循環(huán)的水質(zhì)要求，谷騰環(huán)保網(wǎng)：河湖富營養(yǎng)化現(xiàn)象已成為世界上重要的水環(huán)境污染問題。目前我國十大流域都已經(jīng)受到不同程度的污染。貴中心提出的一系列河湖生態(tài)治理方案中，碳纖維材料做為核心設(shè)備，其技術(shù)治理路線是怎樣的？

海熱提教授：總體路線從目標層、方案層、保障層3個方面進行設(shè)計。目標層解決污染、突破瓶頸，實現(xiàn)人與環(huán)境和諧共存。

方案層確定“一個核心”與“三大重點”兩項根本任務(wù)，“一個核心”即以河道生態(tài)綜合治理為核心，“三大重點”即以排污口截污治理、面源污染防治、河流斷面水質(zhì)達標治理為重點，進行河道綜合治理。同時，利用多項關(guān)鍵技術(shù)實施方案保證任務(wù)的順利實施。

保障層設(shè)置健全科學的管理運行體系，同時包含應(yīng)急技術(shù)方案等技術(shù)保障，全程保障項目方案從設(shè)計到施工以及運行進程的正常順利運轉(zhuǎn)。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：時下，國家對生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)修復日益關(guān)注，并采取了一定的措施加強這方面的治理，您認為你們技術(shù)的前景如何？ 海熱提教授：由于生態(tài)修復技術(shù)在達到污水凈化效果的同時不但不會造成環(huán)境的二次污染，還具有良好的景觀效果，其顯著的生態(tài)友好性使得此類技術(shù)在我國生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)修復領(lǐng)域中日漸得到了認可和推廣。

我中心所研發(fā)的以碳纖維材料為核心的污水凈化技術(shù)可以實現(xiàn)對環(huán)境的零負荷與完全的生物安全，是凈化受污染水域、修復水環(huán)境生態(tài)的優(yōu)良選擇。將其應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠升級改造、小區(qū)景觀水體水質(zhì)凈化、農(nóng)村污水處理、水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖廢水處理、石化和制藥廢水處理、受污染河流和湖泊水體水質(zhì)改善等，工程應(yīng)用結(jié)果均顯示了其顯著的污水凈化效果，為相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了支撐。由于該技術(shù)所具有的顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，在國家水專項所支持的水體污染治理與修復研究中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，是國家水處理、水質(zhì)凈化與提標、河湖污染治理等領(lǐng)域的最佳選用技術(shù)。

谷騰環(huán)保網(wǎng)：您對工程中心未來發(fā)展有何規(guī)劃？

海熱提教授：目前中心已經(jīng)研發(fā)幾項關(guān)鍵生態(tài)修復技術(shù)，獲得了多項相關(guān)國家發(fā)明技術(shù)專利授權(quán)，并聯(lián)合幾家科研企業(yè)單位進行了技術(shù)交流和應(yīng)用推廣，進行了相關(guān)工程示范，初步建立了環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)交流共享平臺。下一步工程中心計劃將中心網(wǎng)站平臺逐步開放，積極引入更多的環(huán)保企業(yè)、環(huán)?？蒲袉挝?，鞏固平臺建設(shè)，繼續(xù)推進技術(shù)交流與共享。同時，工程中心將繼續(xù)加大力度進行環(huán)保新技術(shù)研發(fā)，積極為中國環(huán)境保護事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻。

第二篇：農(nóng)村生活污水凈化池技術(shù)

農(nóng)村生活污水凈化池技術(shù)

該技術(shù)采用多級自流工藝，適合分散處理生活污水，具有投資省、無運行費用、管理方便等特點。該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的沼氣池技術(shù)，污水經(jīng)處理后可達標排放。1.用途和功能

生活污水凈化沼氣池是分散處理生活污水的新型構(gòu)筑物，適用于近期無力修建污水處理廠的農(nóng)村。生活污水包括廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水，其特點有三：一是沖洗廁所的水中含有糞便，是多種疾病的傳染源；二是生活污水濃度低；三是生活污水可降解性較好，適用于厭氧硝化制取沼氣。生活污水凈化池是根據(jù)生活污水的上述特點，把污水厭氧硝化，沉淀過濾等處理技術(shù)融于一體而設(shè)計的處理裝置。2.池型結(jié)構(gòu)和工作原理

生活污水凈化沼氣池是一個集水壓式沼氣池、厭氧濾器及兼性厭氧塘于一體的多極折流式消化系統(tǒng)。糞便經(jīng)格柵去除粗大固體后，再經(jīng)沉沙池進入前處理區(qū)1，在這里糞便進行沼氣發(fā)酵，并逐步向后流動，生成的污泥懸浮固體在該區(qū)的后半部沉降并沿傾斜的池底滑回前部，再與新進入的糞便混合進行沼氣發(fā)酵。清夜則溢流入前處理區(qū)2，在這里與糞便以外的其他生活污水混合，進行沼氣發(fā)酵，并向后流動經(jīng)過厭氧濾器部分，附著于填料上生物膜重點細菌將污水進一步進行厭氧硝化，再溢流入后處理池。前處理區(qū)1和前處理區(qū)2都是經(jīng)過改進的水壓式沼氣池，后處理區(qū)為三級折流式兼性池，與大氣相通，上部裝有泡沫過濾板攔截懸浮固體，以提高出水水質(zhì)。

根據(jù)糞便污水和其他生活污水管道為分流制或合流制，將污水流程分成兩種。Ⅰ合流制

室內(nèi)污水管道為合流制的污水流程如下：生活污水---->格柵截流井---->沉砂井---->前處理區(qū)60%---->后處理區(qū)40%---->排出或接好氧處理。Ⅱ分流制

適用于糞便污水和其他生活污水分流的污水處理，污水流程如下：其他生活污水---->格柵截留井---->沉砂井---->糞便污水---->格柵截留井---->沉砂井---->前處理區(qū)1（40%）---->前處理區(qū)2（30%）---->后處理區(qū)（30%）---->排放或接好氧處理。3.工藝參數(shù)

生活污水凈化沼氣池設(shè)計依據(jù)每天所處理的污水量，污水量按100L/（人?日）左右計算，其中沖洗廁所用水量按20～30L/（人?日）計算，其他生活污水量為70～80L/（人?日）。污水滯留期為2～3天，污泥清掏周期為300天。4.運行管理

合理設(shè)計、可靠施工、精心管理是確保生活污水凈化沼氣池正常運行的三個主要環(huán)節(jié)。其中日常管理工作必須做到以下幾點：a.設(shè)立生活污水凈化池的地方，應(yīng)實行專業(yè)化施工和承包管理，以保證正常運轉(zhuǎn)；b.建立工程檔案和管理記錄；c.每年清掏污泥一次；d.每4～5年更新聚氨脂過濾泡沫板，每10年更新軟填料（半軟填料可不更換）；e.注意安全，避免發(fā)生火災(zāi)，窒息事故。

二、無動力多級厭氧復合生態(tài)處理系統(tǒng)

該技術(shù)適用于分散戶廚房、洗衣、洗澡等低濃度農(nóng)村生活污水的處理，尤其適合有地勢差異的分散戶或2～5聯(lián)戶的農(nóng)村生活污水處理。眉山市青神縣黑龍鎮(zhèn)羅出村及龍女村可以使用該技術(shù)。

厭氧生物專家G.lettinga教授斷言，厭氧處理生物技術(shù)如果有適合的后處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段，這一模式比傳統(tǒng)的集中處理方法更具有可持續(xù)性和生命力，尤其適合發(fā)展中國家的情況。1.基本原理

針對我國當前資金短缺、能源不足與污染日益嚴重的現(xiàn)狀，厭氧處理技術(shù)是特別適合我國國情的一項技術(shù)。但因為單獨的厭氧對氮、磷等營養(yǎng)元素基本上沒有去除能力，污水中的氮、磷會使水體富營養(yǎng)化。同時單獨的厭氧處理也不能很好地去除病菌，厭氧出水通常情況下不能達到國家的排放標準。因此，單獨的厭氧處理還只能作為一種預(yù)處理，必須選擇合適的后續(xù)處理單元。

基于上述背景，針對獨戶或聯(lián)戶生活污水的處理，基本形成一套成熟的厭氧處理與生態(tài)床相結(jié)合的處理方法，簡稱無動力多級厭氧復合生態(tài)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由2～3格厭氧池和1格比表面積較大的砂礫石、細土等為基質(zhì)的復合生態(tài)床組成，其中各池之間靠管道連通，污水在池內(nèi)停留的時間為5～7天。生活污水經(jīng)過厭氧處理，生活污水中懸浮物可以沉淀，難降解有機污染物被厭氧微生物轉(zhuǎn)化為小分子有機物。復合生態(tài)床表面可種植水生生物。

復合生態(tài)床除起到過濾作用外，有機物的床體還能夠提高處理效果。一是植物的生長改變生態(tài)床的流態(tài)，生長的植物根系和莖桿對水流的阻礙作用有利于均勻布水，延長水力停留時間；二是植物的根系創(chuàng)造有利于各種微生物生長的微環(huán)境，植物根莖的延伸會在植物根系附近形成有利于硝化作用的好氧微區(qū)，同時在遠離根系的厭氧區(qū)里含有大量可利用的碳源，這又提供了反硝化條件；三是植物生長對各種營養(yǎng)物尤其是硝酸鹽氮具有吸收作用。

污水經(jīng)厭氧“粗”處理后，后續(xù)“精”處理單元的負荷相對較小，這樣可以節(jié)省生態(tài)床的占地面積，污水中的懸浮物經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后，大部分能被有效地去除，這樣也可以防止生態(tài)床堵塞。因此，這種組合不但能有效地去除有機物，還能有效解決目前污水處理中難以做到的氮、磷皆能達標的難題。2.技術(shù)流程

無動力多級厭氧復合生態(tài)處理系統(tǒng)工藝流程如下：

污水－污水收集系統(tǒng)（管道）－3格厭氧發(fā)酵處理池 復合生態(tài)床 工藝說明如下：（1）污水收集系統(tǒng)

該系統(tǒng)處理對象一般為廚房和洗浴房產(chǎn)生的污水，將下水道等與污水管道之間采用暗槽連接，并在入井口處設(shè)一格柵以去除較大的顆粒物。（2）處理池由厭氧發(fā)酵池和復合生態(tài)系統(tǒng)床組成，形成一體化結(jié)構(gòu) 厭氧發(fā)酵池由3個格組成。厭氧發(fā)酵的第1格主要是用來調(diào)節(jié)水量，同時在某種程度上也具有均勻水質(zhì)和初沉的作用；第2、3格對污水中有機物進行有效降解，有利于復合生態(tài)床處理。處理池總?cè)莘e的計算 V=Q*T 式中 V-升流池設(shè)計容積（m）Q-預(yù)計升流池處理水量（m /h）T-污水在升流池中停留時間（h）

T一般取為6～7天，V－目前在農(nóng)村示范成功的池型有3 m 和4.5m。（3）復合生態(tài)床結(jié)構(gòu) 復合生態(tài)床是處理系統(tǒng)中的主要構(gòu)筑物，是一個或兩個滲濾池組合而成的矩形的磚結(jié)構(gòu)物。池內(nèi)裝有沙礫和人工土等基質(zhì)。（4）沙礫和人工土的組成和厚度

Ⅰ沙礫層由不同粒徑沙礫組成，一般分為3～4層 沙礫采用多孔、比表面積大的無機基質(zhì)。Ⅱ人工土的選配

土壤中存在種類繁多，數(shù)量龐大的各種細菌、真菌、放線菌、藻類、原生動物等，是維持土壤、完成生態(tài)系統(tǒng)功能中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化不可缺少的組成部分，它們是土壤生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量循環(huán)的分解者和轉(zhuǎn)化者。因此，人工土應(yīng)選擇沙、高肥力的耕層壤質(zhì)土和草炭為原料。人工土的厚度一般為10～20cm。3.技術(shù)特點

該處理系統(tǒng)工藝流程簡單，出水水質(zhì)好，抗沖擊能力強，無需采用人工曝氣、污泥回流、混合攪拌等措施，也就不存在大型的處理機械和復雜的操作控制系統(tǒng)，所以運行工作極為簡單，不需要大量訓練有素的操作管理人員，非常適宜目前我國農(nóng)村迫切需要經(jīng)濟、高效、節(jié)能、技術(shù)先進可靠的污水處理工藝和技術(shù)。

三、土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)

該技術(shù)為生物－生態(tài)組合技術(shù)，適用于有土地較少，但土壤條件適宜的農(nóng)村點。土壤滲濾包括慢速滲濾、快速滲濾兩種方法，對于不同的農(nóng)村可以根據(jù)情況選用不同的滲濾方法。

污水就地土壤滲濾處理系統(tǒng)由前期處理化糞池和土壤滲濾兩部分耦合而成。1.工作原理

該系統(tǒng)的基本原理是：生活污水在化糞池中經(jīng)過沉淀、厭氧處理后，進入分配箱，分流入各土壤滲濾管中，管中流出的污水均勻地向厭氧濾層滲濾，再通過表面張力作用上升，越過厭氧濾層出口堰之后，通過虹吸現(xiàn)象連續(xù)地向上層好氧濾層滲透。在上述過程中，水與污染物分離，水被滲濾并通過集水管道收集，污染物通過物理化學吸附被截留在土壤中；碳和氮由于厭氧和好氧過程，一部分被分解為無機碳、無機氮留在土壤中，另一部分變成氮氣和二氧化碳散入空氣中；磷則被土壤物理化學吸附，截留在土壤中，為草坪或者其他植物所利用。2.工藝流程

污水－厭氧沼氣池－配水池－土壤滲濾處理工藝－集水井－出水 3.工藝特點

土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)與其他污水處理系統(tǒng)相比，具有以下特點：（1）系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，抗沖擊負荷能力強；

（2）出水水質(zhì)好，對有機物尤其對有機氯化物和氨氮有較好的處理效果；（3）一次性投資小，運行費用低，節(jié)省能耗；

（4）在土地處理槽上栽種植物，不但能提高系統(tǒng)凈化污水的效率，還可以增強景觀效果。4.存在問題（1）化糞池的問題

化糞池作為污水土壤滲濾系統(tǒng)的預(yù)處理裝置，為后續(xù)土壤滲濾系統(tǒng)提供污染物濃度較低、生化降解性較高的進水，起著降解污染物和消滅有害細菌的作用，使污水中的糞便得到了一定的無害化處理。目前國內(nèi)多采用磚砌或混凝土澆筑，造價高，密封性差，生化效果差，施工不方便。隨著人們使用的化學用品增加，生活污水成分也變得更加復雜，為了提高污水的凈化效果，這些化糞池有待改善。（2）土壤滲濾問題

污水從滲濾管道中流出進入滲濾溝內(nèi)的土壤中，一部分向地表移動，可達到植物根系，另一部分向下滲濾，污水在這兩部分移動時到達哪部分的深度更深一些，關(guān)系到滲濾管在土壤中埋藏的深度問題。（3）溫度對系統(tǒng)的影響

由于土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)中的微生物基本處于天然的環(huán)境狀態(tài)下，隨環(huán)境溫度氣候變化而變化。夏季氣溫高時，微生物活性大；冬季氣溫低時，微生物的活性大大降低，系統(tǒng)的污水處理能力大大降低。尤其在北方地區(qū)，冬季如何正常運行值得研究。

（4）降水對系統(tǒng)的影響

在進行系統(tǒng)排水設(shè)計時必須考慮降水量的影響，以保證及時低將進入系統(tǒng)的降水排出，減少其對水力負荷的影響。5.發(fā)展前景

土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)是一種適合于處理分散排放生活污水的使用技術(shù)，它充分利用了土壤－植物－微生物系統(tǒng)的凈化能力，具有不影響地面景觀、運行操作管理簡單、建設(shè)費低、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。隨著我國農(nóng)村的不斷發(fā)展，這種污水處理系統(tǒng)可由單純的“處理型”轉(zhuǎn)化為處理與利用相結(jié)合的“利用型”，污水經(jīng)處理后可用來灌溉等，以緩解農(nóng)村缺水的問題

第三篇：纖維增強復合材料及新型結(jié)構(gòu)體系

纖維增強復合材料及新型結(jié)構(gòu)體系

【摘要】

簡單介紹土木工程材料的發(fā)展與歷史、幾大纖維原絲的生產(chǎn)工藝，介紹FRP材料的特性與種類并分析其優(yōu)缺點，深入介紹為實現(xiàn)FRP材料高性能化所運用的技術(shù)及FRP四大加固技術(shù)，提出問題并探討FRP材料增強新結(jié)構(gòu)。【關(guān)鍵詞】

FRP材料

結(jié)構(gòu)

加固

增強新結(jié)構(gòu) 引言

FRP 是復合材料，由于單一材料在性能方面或者其它方面無法 滿足具體的需求，所以有了 FRP 的存在，F(xiàn)RP 是將兩種或者兩 種以上的材料組合而成的新型材料，它是一種高性能纖維復合材料和工程專用纖維復合材料。高性能 纖維復合材料屬于高分子復合材料，它是由各種高性能纖維作 為增強體置于基體材料復合而成。其中高性能 纖維是指有高的 拉伸強度和壓縮強度、耐磨擦、高的耐破壞力、低比重等優(yōu)良 物性的纖維材料，它是近年來纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速 的一類特種纖維。高性能 纖維的發(fā)展是一個國家綜合實力的體 現(xiàn)，是建設(shè)現(xiàn)代化強國的重要物資基礎(chǔ)。高性能纖維復合材料 是發(fā)展國防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ) 原材 料，同時在建筑、通信、機械、環(huán)保、海洋開發(fā)、體育休 閑等國民經(jīng)濟領(lǐng)域具有廣泛的用途。

１.土木工程材料的發(fā)展與歷史

1.1歷史

遠古時期，人類于穴巢居??；石器時代，人們挖土鑿石為洞（古崖居）、伐木搭竹為棚；封建時期，人們可用磚木建房；1760年歐洲工業(yè)革命，建筑材料實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其標志為鋼材、水泥、混凝土的發(fā)明與應(yīng)用；二十世紀開始后，復合材料及高分子材料得到快速發(fā)展。1.2傳統(tǒng)土木工程材料的缺點（1）耐久性差：如鋼筋，型鋼，拉索等

（2）性能單一性，不可設(shè)計性：如震后可恢復性較差

（3）低強度重量比，限制結(jié)構(gòu)的發(fā)展：如大跨斜拉橋，懸索橋等（4）無法實現(xiàn)自監(jiān)測功能：結(jié)構(gòu)安全性能隱患 1.3土木工程材料的基本性質(zhì)

（1）材料的力學性質(zhì) A 強度與比強度 B 材料的彈性與塑性 C 脆性和韌性 D 硬度和耐磨性;（2）材料與水有關(guān)的性質(zhì): A 材料的親水性與憎水性 B 材料的含 水狀態(tài) C 材料的吸濕性和吸水性 D 耐水性 E 抗?jié)B性 F 抗凍性（3）材料的熱性質(zhì): A 熱容性B 導熱性 C 熱變形性

（4）材料的耐久性,是指用于構(gòu)筑物的材料在環(huán)境的各種因素影響下, 能長久的保持其性能的性質(zhì)

1.4土木工程材料的發(fā)展趨勢

隨著地球人口的增長，人類為了生存之需，土木工程材料未來至少應(yīng)朝5個方向發(fā)展，及高空、地下、海洋、沙漠及太空。同時，綠色、高性能的材料亦是土木工程材料的發(fā)展趨勢。2.纖維原絲

2.1我國鼓勵發(fā)展的四大高科技纖維：碳纖維（CF）、芳綸（AF）、超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）、連續(xù)玄武巖纖維（CBF）

2.2碳纖維生產(chǎn)工藝

碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。

2.3玻璃纖維生產(chǎn)工藝 池窯拉絲工藝又被稱為一次成型工藝，這種生產(chǎn)工藝是將各種玻璃配合料在池窯熔化部經(jīng)高溫熔成玻璃液，在澄清部排除氣泡成為均勻的玻璃液，再在成型通路中輔助加熱，經(jīng)池窯漏板，高速拉制成一定直徑的玻璃纖維原絲。一座窯爐可以通過數(shù)條成型通路，安裝上百臺拉絲漏板同時生產(chǎn)。

2.4玄武巖纖維的制備

連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)流程圖窯前料倉玄武巖礦石稱量加料機浸潤劑粗紗細紗其它制品烘干拉絲機原絲 2.4.1玄武巖的分布與作用 玄武巖(basalt)屬基性火山巖。是地球洋殼和月球月海的最主要組成物質(zhì)，也是地球陸殼和月球月陸的重要組成物質(zhì)。玄武巖在地球上分布廣泛，遍及各大洋和各大洲。月球玄武巖是構(gòu)成月球的主要巖石之一。主要分布在深海洋脊、洋盆內(nèi)群島和海山島、弧和活動大陸邊緣、大陸內(nèi)部，可作為基石研磨材料來磨金屬、磨石料，同時可用于作過濾器、干燥器、催化劑等。

2.4.2連續(xù)玄武巖纖維 連續(xù)玄武巖纖維（Continuous Basalt Fibre 簡稱CBF）是以火山巖為原料經(jīng)1500℃高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維，其外觀為金褐色，屬于非金屬的無機纖維，被稱為21 世紀無污染的“綠色工業(yè)原材料”。同時，連續(xù)玄武巖纖維是關(guān)乎國家安全的重要戰(zhàn)略物資，是支撐高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新型高技術(shù)綠色纖維材料；又是國民經(jīng)濟發(fā)展新的基礎(chǔ)材料 ；也是國民經(jīng)濟發(fā)展新的增長點的綠色原材料！2.4.3中國發(fā)展玄武巖連續(xù)纖維的前景

（1）原料，我國地域遼闊，玄武巖儲量非常豐富，但不同玄武巖纖維需要不同類型的玄武巖（2）市場，中國本身就具有新材料應(yīng)用的龐大市場（3）成本，中國具有低成本制造玄武巖纖維得天獨厚的條件

（4）技術(shù)，全球玄武巖纖維的技術(shù)及規(guī)模尚處于初級階段，這給我們追趕乃至超過國外的先進 技術(shù)水平提供了很大的發(fā)空間和市場機遇 3.纖維復合材料

纖維復合材料是以纖維材料作為增強材與基體結(jié)合形成的復合材料，簡稱FRP(Fiberreinforced polymer)。在城市工程中常用的FRP材料有：碳纖維FRP，芳纖 維FRP，玻璃纖維FRP和玄武巖纖維FRP。3.1 FRP材料的種類

（1）FRP 片材，包括 FRP 布和 FRP 板：主要用來粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的表面對其進行加 固補強

（2）FRP 棒材，包括 FRP 筋和 FRP 索：主要在 FRP 筋混凝土結(jié)構(gòu)、FRP 預(yù)應(yīng)力混凝土 結(jié)構(gòu)和橋索 中替代鋼筋和鋼絞線；（3）FRP 網(wǎng)格材和 FRP 格柵：作為混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋或簡易工作平臺

（4）FRP 拉擠型材：截面形式靈活多樣，力學性能好，用途廣，是 FRP 結(jié)構(gòu)應(yīng)用的主要 產(chǎn)品

（5）FRP 纏繞型材：主要用作 FRP 管混凝結(jié)構(gòu)土，可以作為柱、樁，甚至梁，使構(gòu)件 性能大大優(yōu)于普通鋼筋混凝土

（6）FRP 夾層結(jié)構(gòu)和蜂窩板： 由上下面的 FRP 板和夾心材料組成，充分利用了面層 FRP 材 料強度，有很高的強度重量比和剛度重量比，是非常合理的構(gòu) 件形式，主要在梁和橋板中應(yīng)用

（7）還有一些其它工藝的 FRP 產(chǎn)品，如：模壓產(chǎn)品、層壓和卷管產(chǎn)品、熱塑性成型產(chǎn)品以 及手糊產(chǎn)品（低壓接觸）等等 3.2 FRP材料的特性

（1）輕質(zhì)高強。FRP 材料最突出的優(yōu)點在于它有很高的比強度（極限強度/相對容重），即通常所說的輕質(zhì)高強。FRP 的比強度是鋼材的 20～50 倍，因此采用 FRP 將會大大減輕結(jié)構(gòu)自重。在橋梁工程中，使用 FRP 結(jié)構(gòu)或 FRP 組合結(jié)構(gòu)作為上部結(jié)構(gòu)可使橋梁的極 限跨度大大增加[4,5]，并且可以減小地震作用的影響（2）良好的耐腐蝕性?？梢栽谒帷A、氯鹽和潮濕的環(huán)境中抵抗化學腐蝕,這是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 材料難以比擬的。目前在化工建筑、地下工程和水下特殊工程中，F(xiàn)RP 材料耐腐蝕的優(yōu)點已 經(jīng)得到實際工程的證明

（3）良好的可設(shè)計性。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比，這是 FRP 所獨有的。工程師可以通過使用 不同纖維種類、控制纖維的含量和鋪陳不同方向的纖維設(shè)計出各種強度和彈性模量的 FRP 產(chǎn)品。而且 FRP 產(chǎn)品成型方便，形狀可靈活設(shè)計 4.纖維復合材料的高性能化

4.1混雜/復合技術(shù) 主要包括多種纖維混雜技術(shù) 與纖維與鋼筋復合技術(shù)。其中，由于單種纖維性能較為單一，如碳纖維的價格高、抗凍融不佳、抗輻射差，玻璃纖維、玄武巖纖維等疲勞強度不高、蠕變大、耐堿腐蝕不佳等，從而產(chǎn)生了多種纖維混雜/復合技術(shù)。即將性能各異的多種纖維材料，按照不同的結(jié)構(gòu)性能要求，進行混雜設(shè)計達到不同的力學性能，從而從根本上改變傳統(tǒng)材料單一不可設(shè)計性。而纖維與鋼筋復合技術(shù)則是通過復合界面粘結(jié)提升技術(shù)、樹脂提升技術(shù)、筋材表面處理技術(shù)，實現(xiàn)鋼筋與纖維有效混雜和復合，從而提高其性能。

4.2 FRP智能化 FRP智能化主要體現(xiàn)在兩種材料的應(yīng)用上，即混雜碳纖維傳感材料與自傳感FRP智能筋/索。首先，單種碳纖維在出現(xiàn)斷裂前盡管線性好，但在很大一個應(yīng)變區(qū)間電阻變化率很 小，一般在1-2%以下，在現(xiàn)場很難進行精確測量；且在通常情況下，碳纖維電阻的快速變化往往伴隨著碳纖維的最終斷裂，導致有效測量范圍較窄。所以，我們運用碳纖維傳感混雜技術(shù)與碳纖維傳感增敏技術(shù)來降低小電阻變化率所對應(yīng)的應(yīng)變范圍，同時在整個測量范圍內(nèi)，可以使電阻隨應(yīng)變的變化出降現(xiàn)一個階梯狀變化的關(guān)系。

其次，由于分布式光纖傳感具有分布式的測量優(yōu)勢和光學測量的穩(wěn)定性，是最佳的傳感元件之一，但是光纖本身比較脆弱，與土木工程的惡劣環(huán)境不能相容，而FRP具有優(yōu)異的力學性能和耐久性能，且與光纖之間存在天然的物理相容性，所以我們將光纖與FRP進行復合，得到了自傳感BFRP智能材料。這種智能材料具有優(yōu)良的傳感性能、高強的力學性能、卓越的耐久性能，同時在環(huán)保、價格上具有較高的綜合優(yōu)勢，被認為具有廣泛應(yīng)用前途。

5.纖維復合材料加固結(jié)構(gòu) 相比于FRP加固，傳統(tǒng)加固方法具有施工周期長、難度大、費用高、復雜結(jié)構(gòu)不易加固、不能高效修復和提升鋼筋混凝土(RC)結(jié)構(gòu)功能等缺點。而如今在國際上FRP加固重大工程結(jié)構(gòu)技術(shù)已進入主流地位。如：澳大利亞西門大橋40余公里橋段采用FRP加固；3.11東日本大地震顯示了FRP加固鐵路高架橋效果優(yōu)于鋼材?，F(xiàn)今，纖維復合材料加固結(jié)構(gòu)共有以下五大技術(shù)： 一是FRP抗彎/抗剪承載力加固技術(shù)，此技術(shù)是單將FRP片材（板材）粘貼于鋼筋混凝土梁的底面和側(cè)面，這是提高鋼筋混凝土構(gòu)件抗彎/抗剪承載力的一個有效措施。首先，F(xiàn)RP將與受拉鋼筋一起提供抗彎作用從而起到抗彎加固的作用，其破壞的主要模式為FRP拉斷、頂部混凝土壓碎、FRP-混凝土界面剝離三種方式；其次，粘貼于混凝土梁/柱側(cè)面的FRP與抗剪腹筋作用類似，是用于限制混凝土斜裂縫發(fā)展，從而起到抗剪加固的作用，其主要破壞模式為FRP拉斷、FRP-混凝土界面剝離。

二是FRP抗震加固技術(shù)，由于FRP材料具有高強、輕、薄、易于施工的特點，因此與傳統(tǒng)的包鋼或增大混凝土截面加固方法相比，F(xiàn)RP材料具有明顯優(yōu)勢。FRP抗震加固可以通過包裹粘貼或封閉纏繞纖維布，或在柱外側(cè)套上預(yù)制成型的FRP管來實現(xiàn)，此技術(shù)對柱抗震加固具有重大貢獻，可提高混凝土的變形能力、柱延性、柱抗剪能力與抗壓強度，同時降低軸壓比。

三是FRP預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，此技術(shù)的三大步驟為：預(yù)張拉不含浸纖維布、粘結(jié)和養(yǎng)護、剪斷釋放端部纖維布。預(yù)應(yīng)力FRP加固混凝土能顯著提高構(gòu)件的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載，改善受彎構(gòu)件在長期荷載的力學性能，提高構(gòu)件的疲勞壽命；預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼梁后，其屈服荷載和極限荷載相對于對比梁都有明顯的提高，其提高的程度隨著預(yù)應(yīng)力CFRP的用量和預(yù)應(yīng)力水平的提高而增大；預(yù)應(yīng)力CFRP加固對鋼梁的剛度提高作用也比較明顯，對低強度的鋼材，提高效果更明顯。而采用預(yù)應(yīng)力FRP加固工程結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題在于預(yù)應(yīng)力的施加體系、預(yù)應(yīng)力控制值、預(yù)應(yīng)力損失和端部的錨固。

四是FRP網(wǎng)格水下加固技術(shù)，此技術(shù)通過預(yù)制、潛水、安裝、壓漿四個步驟來實現(xiàn)，通過FRP網(wǎng)格水下加固技術(shù)，結(jié)構(gòu)受力性能和耐久性能均顯著提高，同時，此技術(shù)已形成了一套完整的施工功法，大大降低了成本與工期。6.纖維復合材料增強新結(jié)構(gòu)

6.1背景問題及提出 目前土木工程在材料上存在三大問題：其一是是鋼材腐蝕問題嚴重，基礎(chǔ)設(shè)施服役周期長，鋼材腐蝕因素過多，給世界各國帶來巨大損失，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模已超過世界上其他國家總和的我國，面臨的局面尤其嚴峻。同時，國家海洋戰(zhàn)略中需要建造各種海洋工程設(shè)施，導致鋼材在海洋環(huán)境中的腐蝕問題更加突出。其二是重大工程結(jié)構(gòu)各項性能亟需高度提升，在現(xiàn)今的工程中，正常使用條件下的部分結(jié)構(gòu)仍然存在短命及安全隱患問題（預(yù)應(yīng)力混凝土大跨箱梁橋幾乎是“無箱不裂”，結(jié)構(gòu)下?lián)犀F(xiàn)象突出，工程結(jié)構(gòu)倒塌事件多有發(fā)生），同時極端荷載（地震、爆炸、沖擊）作用下重大結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計還沒有完全解決，各種快速修復要求的可修復性設(shè)計的基礎(chǔ)理論也未建立。最后是重大工程結(jié)構(gòu)的輕量化，現(xiàn)在的高層建筑、大跨橋梁等重大工程結(jié)構(gòu)85%以上是自重，這巨大重量意味著結(jié)構(gòu)的高負荷、高地震響應(yīng)和高成本。因此，需要輕量化進行結(jié)構(gòu)減壓和超越，以實現(xiàn)其高性能和長壽命。6.2損傷可控結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論

現(xiàn)有規(guī)范抗震設(shè)計要求“中震可修“，但無定量的計算方法，同時其變形性大、不可修復，而新型抗震設(shè)計要求”中、大震可修“，其變形性小，但缺乏理論指導與設(shè)計方法，由此誕生了損傷可控結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論。其原理如下圖所示：

6.3全BFRP筋增強混凝土結(jié)構(gòu) 與傳統(tǒng)材料相比，全BFRP筋具有以下三大優(yōu)點:粘結(jié)性能提升、彎折搭接更靈活、承載能力（抗彎承載、抗剪承載）更強。其計算如下（粘結(jié)滑移）（彎折搭接）Mu???E?uA(h?xc/2)（抗彎承載力）

V?0.7ftbh0??ffAfh0/s（抗剪承載力）

6.4 FRP索結(jié)構(gòu) FRP索結(jié)構(gòu)的一個應(yīng)用為體外預(yù)應(yīng)力索。體外預(yù)應(yīng)力索的布索方式分為單純型和混合型。單純型將預(yù)應(yīng)力索部分布在構(gòu)件截面以外，混合型則將預(yù)應(yīng)力索部分布置在構(gòu)件截面以外，部分布置在構(gòu)件截面以內(nèi)。截面以外的預(yù)應(yīng)力索大多錨固在橋梁支座外或中間橫隔梁上，中間通過設(shè)置轉(zhuǎn)向來改變索的方向，因此一般情況下體外預(yù)應(yīng)力索多呈折線型。由此可知，索只能在轉(zhuǎn)向塊處與混凝土接觸，因此能夠大大減少預(yù)應(yīng)力摩擦損失，提高預(yù)應(yīng)力效益。索布置在腹板以外，避免了體內(nèi)布筋時腹板中由于波紋板較密，腹板不易振實的缺點。此外，索布置在體外，可以很方便的維護和替換。

6.5FRP組合結(jié)構(gòu) FRP 組合結(jié)構(gòu)包括混雜FRP-混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼-FRP組合桁架結(jié)構(gòu)體系與FRP橋面板-鋼梁結(jié)構(gòu)。它是指將 FRP 與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，主要是混凝土和鋼材，通過受力形式上的組合，共同工作來承受荷載的結(jié)構(gòu)形式。FRP 與混凝土通過合理的組合方式使 FRP 型材與混凝土共同受力，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，達到提高受 力性能、降低造價、增強耐久性、便于施工的目的。FRP 與鋼材組合，可發(fā)揮出鋼材的高彈性模量和 FRP 耐腐蝕、耐疲勞性能好的優(yōu)勢，達到互補的效果?？稍诶瓟D FRP 型材時，直接將鋼筋和鋼絲嵌入 型材中成型；也可在鋼結(jié)構(gòu)外部采用 FRP 型材封閉，一方面防止鋼結(jié)構(gòu)銹蝕，另一方面可與鋼結(jié)構(gòu)共 同受力。還可用鋼結(jié)構(gòu)骨架與 FRP 織物蒙皮結(jié)合的組成蒙皮結(jié)構(gòu)。結(jié)語

隨著經(jīng)濟高速發(fā)展和技術(shù)飛速進步，世界各國對土木工程的要求越來越高。在有些條件下傳統(tǒng)建 筑材料很難滿足這種發(fā)展要求。FRP 復合材料具有輕質(zhì)，高強，耐腐蝕，抗疲勞，耐久性好，多功能，適用面廣，可設(shè)計和易加工等多種優(yōu)點。在重要的土木工程中，如超大跨，超高層，地下結(jié)構(gòu)，海洋 工程，高耐久性的應(yīng)用，以及特殊環(huán)境工程，永久性工程，結(jié)構(gòu)加固修復，大型工程結(jié)構(gòu)的在役監(jiān)測 等的應(yīng)用，都具著巨大的優(yōu)越性。它可以滿足現(xiàn)代土木工程，對新型建筑材料提出更新，更高的要求。FRP 復合材料作為一種新型的有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧吓c技術(shù)，并不是要取代傳統(tǒng)的建筑材料-鋼材與混 凝土，而是做為傳統(tǒng)建材的一個重要補充。FRP 復合材料在土木工程中的應(yīng)用技術(shù)與材料研究開發(fā),在 當今世界上已成為復合材料界與土木工程界共同研究開發(fā)的一個熱點。該技術(shù)研究開發(fā)成功后將會極 大地推動現(xiàn)代土木工程的技術(shù)進步。它還將為現(xiàn)代復合材料產(chǎn)業(yè)開辟出巨大的應(yīng)用市場，因而具有非 常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。參考文獻

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第四篇：關(guān)于碳素纖維增強復合材料的特性及其在航模中的應(yīng)用

關(guān)于碳素纖維增強復合材料的特性及其在航模中的應(yīng)用T583-4程沛碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的強度。

碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。

碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，做也結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在旨度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優(yōu)勢。

碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機械及醫(yī)學領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進入一個高級階段。

由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。同樣，收音機重量的減輕也可以節(jié)省油耗，提高航速。所以，在航空航天工業(yè)中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據(jù)報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關(guān)鍵部件以及先進的MX導彈發(fā)射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

碳素纖維用在航模上可以增加航模的強度，減輕重量。用碳素纖維制作模型直升機的螺旋槳，及其上的細小部件，比用傳統(tǒng)材料制作的強度更高，質(zhì)量更輕，體積更小，從而增強了直升機的性能。

第五篇：碳素行業(yè)焙燒爐煙塵治理技術(shù)范文

碳素行業(yè)-鍛燒、焙燒車間排放的煙（粉）塵治理工程

來源：湖北珠峰（亞太）凈化設(shè)備有限公司 更新時間：09-3-30 11:13

工程所屬單位:登封市嵩穎碳素有限公司 技術(shù)提供:湖北珠峰（亞太）凈化設(shè)備有限公司

一、各項指標

電捕器主要原理是，電暈極接高壓直流電源負極、沉淀極接其正極，當含有焦油、瀝青油煙、粉塵、苯并芘等分子的混合氣體從塔內(nèi)流過時，其介質(zhì)在高壓靜電場的作用下帶上負電荷，被正電極吸附于沉淀極上，然后靠自身重力作用沿沉淀極自由落入下筒體，由排污孔排出。

碳素行業(yè)其主要原料為石油煉油廠下角料，如爐底焦、瀝青渣等，經(jīng)混捏成形、焙燒處理等工藝，生產(chǎn)出陽極電極用于鋁冶煉行業(yè)，陽極、陰極、炭棒用于冶金行業(yè)，石墨電極用于電器、人造金剛石、干電池等行業(yè)。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生施放出大量污染物排入大氣中，如瀝青汽化煙、二氧化硫、苯、苯并篦等嚴重污染了大氣，其中有幾十種物質(zhì)是致癌物質(zhì)，特別是苯并芘對人體、動植物都會造成嚴重危害，因此，瀝青煙必須及時治理。傳統(tǒng)的除塵設(shè)備大都采用袋式除塵、旋風除塵、麻石除塵、臥式電除塵等辦法，其效果大部分只能將煙塵除去，而對二氧化硫、苯、苯并篦、瀝青煙（因瀝青粘度較大）效果較差。如臥式電除塵器在處理碳素廠廢氣中存在的主要問題是：極間距離400mm-500mm，這樣極間距太寬，超過了處理這種混合氣體中所含介質(zhì)游離力矩，同時造成了一定電場盲區(qū)，原設(shè)計氣體流速≥1.2m/s以上，造成混合氣體在電場工作區(qū)內(nèi)滯留時間短，嚴重影響電場捕集效果，另外體積龐大，造價昂貴，用戶一般承受不了。加之由于瀝青粘度大，容易造成塔內(nèi)正、負極短路，負極高壓瓷瓶爬電接地，電極吸附后受溫差影響大易于結(jié)疤，影響長期連續(xù)使用。我公司研制的一種立式電捕器（專利號：Zl02278350 附：實用新型專利證書）解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，具有除二氧化硫、苯、苯并芘、瀝青煙效果好，體積?。s是臥式占地面積五分之一）、造價低（約是臥式的三分之一），可防止瀝青等造成正、負極短路，高壓瓷瓶爬電接地等特點，可廣泛用于碳素行業(yè)的電捕器。

其工藝如下：瀝青煙氣—預(yù)處理塔—專利電捕器—風機—煙囪 技術(shù)關(guān)鍵：

該設(shè)備包括上筒體、下筒體和其間設(shè)置的沉淀極。上筒體上方設(shè)置的瓷瓶箱、高壓絕緣子和筒內(nèi)設(shè)置的阻氣罩，上懸傘與下懸傘之間設(shè)置的電暈極，下筒體中設(shè)置的進氣管，所述的瓷瓶箱為單層筒狀罩，其箱蓋上設(shè)有進氣孔和氣管，該氣管與設(shè)置在上筒體上的風機聯(lián)接。高壓絕緣子采用防重污型雙傘懸式瓷瓶，用負壓保護高壓絕緣子不污染。在下懸傘支撐上方的沉淀極極板上設(shè)計有燕尾分流槽。進氣管上設(shè)計有向下筒體四周分流的進氣分布器，解決了每層氣體密度分布問題。具有除二氧化硫、苯、苯并篦、瀝青煙效果好的特點。

專利立式電捕塔主要由特殊性材質(zhì)的放電極、多層筒狀結(jié)構(gòu)的吸捕極（沉淀極）和高內(nèi)阻軟特狀、準穩(wěn)態(tài)高壓直流電源（高壓整流器應(yīng)用本人專利技術(shù)，專利號：ZL 99 2 38442.7）三大部分組成。電捕法是基于高壓靜電場的物理原理而設(shè)計的。煙氣經(jīng)預(yù)處理塔洗滌除塵、降溫及增濕后以進氣口送入電捕塔體下部，經(jīng)配氣板分配向上流入中部沉淀極區(qū)段（電場工作區(qū)），帶負電的瀝青煙、焦油、粉塵、苯并芘等混合物在高壓電場作用下驅(qū)向帶正電的沉淀極，這些離子、介質(zhì)微粒被捕集后聚集為液態(tài)流動狀，靠自重順極板流下（因煙氣溫度降低，瀝青比電阻隨之降低，利于凈化效率的提高，電捕器適用于捕集比電阻在104Ω?cm ～ 5×1010Ω?cm范圍內(nèi)的粉塵，當粉塵比電阻低于104Ω?cm粉塵沉積于極板后容易得返氣流，當粉塵比電阻高于5×1010Ω?cm時，容易產(chǎn)生反電暈，故采用洗滌塔噴霧預(yù)處理+電捕的凈化方式。據(jù)有關(guān)資料報道，煙氣溫度每降低10℃，凈化效率可提高7% ~ 10%，但考慮到低溫時瀝青結(jié)疤會影響電捕器正常運轉(zhuǎn)。因而在運行中選擇適宜的工作溫度為80 ~ 90℃，冬季可適當提高，在此溫度間其比電阻在最佳電暈吸附范圍內(nèi)，同時瀝青也在軟化流動范圍區(qū)間。），從靜電捕集器底部排出孔匯積排出，凈化后的煙氣從上部出氣管經(jīng)煙囪排出，從而達到清除瀝青煙中的污染物的目的。

應(yīng)用推廣情況：由于該項技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)方式，污染物還可回收利用，而且本項目節(jié)能環(huán)保不產(chǎn)生二次污染，很受環(huán)保部門及用戶歡迎，現(xiàn)已銷售湖北、河南、河北、山東、山西、陜西、湖南幾省，已裝機400余家。全國目前碳素廠（公司）近2000家，年生產(chǎn)能力4000萬噸。我國正處于工業(yè)化進程快速發(fā)展階段，鋼鐵以及有色金屬、電子、機械、化工、核能、航空、航天等國民經(jīng)濟各行業(yè)由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，對炭素制品的數(shù)量、品種和質(zhì)量提出了更高的要求。據(jù)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，未來五年我國炭素工業(yè)的市場需求預(yù)計年增長率約為5%至8%，碳素制品市場前景看好。

二、各項指標 1．技術(shù)指標 電捕器

規(guī)格型號：TDCJ-60K 處理氣量：60000Nm3/h 凈化效率：≥98% 工作壓力：<0.06MPa 工作溫度：80 ~ 90℃ 直 徑：5847mm 高度：11520mm 沉淀極板厚：4-12mm 型式：同心圓式 電暈線直徑：2.5mm 數(shù)量：690根

電氣參數(shù)

工作溫度：5 ~ 40℃ 輸入電壓：380V、50Hz 輸出直流電壓：0 ~ 60KV 輸出工作電流：0 ~ 300mA 工作壓力：< 0.06Mpa 瓷瓶箱加溫夾套蒸汽溫度：90 ~ 110℃

2．經(jīng)濟指標

總 投 資 2500萬元 其中:設(shè)備投資 220萬元

運行費用 142萬元/年 綜合經(jīng)濟效益 423.5萬元/年

直接經(jīng)濟凈效益 307.8萬元/年 投資回收年限 3-10年

其它經(jīng)濟效益說明：

采用湖北珠峰（亞太）凈化設(shè)備有限公司專利技術(shù)“瀝青煙凈化專用立式電捕器（專利號ZL02278350.4）對鍛燒車間、焙燒車間排放的煙（粉）塵進行治理后，煙氣各項指標都低于國家環(huán)境保護排放標準，符合國家鼓勵(高效、耐用、低阻、低費用)環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策,實現(xiàn)了綜合治理一體化完成對大氣的凈化目的。采用該設(shè)備后還提高單位的廢物利用率，每天可回收2800KG瀝青，僅此項廢物利用就能新增收叁百余萬元。

3．環(huán)境指標 其它環(huán)境效益：

本項目對環(huán)境的效益是非常大的，降低了污染物的排放量，完成了地方政府的減排任務(wù)，為企業(yè)的進一步發(fā)展，從環(huán)境保護方面騰出了較大的環(huán)境容量，其帶來的經(jīng)濟價值是巨大的。現(xiàn)在使用的設(shè)備，每年就能凈化顆粒物1260噸，回收瀝青31900KG,在很大程度上改善了大氣的清潔度，減少了廢氣物排放，工廠周邊的農(nóng)作物能無污染生長，同時也改善了周邊居民生活環(huán)境，形成了人與自然和諧發(fā)展，而且本設(shè)備不會產(chǎn)生二次污染問題。

其它指標：

河南登封市嵩穎碳素有限公司焙燒車間、鍛燒車間、成型車間采用湖北珠峰（亞太）凈化設(shè)備有限公司的專利技術(shù)“瀝青煙凈化專用立式電捕器（專利號：Zl02078350.4）,運行后監(jiān)測結(jié)果煙(粉)塵排放排放濃度：178mg/立方米,TSP4.1 mg/立方米,低于國家規(guī)定的二級標準,林格曼系數(shù)壹級以下, 該項目治理后周邊生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。達到哪一污染物排放標準（標準編號、類別、等級）：

達到中華人民共和國國家標準《工業(yè)窯爐污染排放標準》GB9078－1996二級標準。