高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法，所述人工濕地組合基質(zhì)包括體積配比為1:1～2:1鋼渣單元與糠醛渣單元，所述鋼渣單元與糠醛渣單元在濕地水流的方向上先后設(shè)置形成用于人工濕地的組合基質(zhì)填充物，之后通過(guò)人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行高效除磷。本發(fā)明在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，使用鋼渣-糠醛渣組合基質(zhì)作為復(fù)合基質(zhì)填料，可高效并長(zhǎng)效針對(duì)含磷污水進(jìn)行處理，該人工濕地系統(tǒng)中的基質(zhì)不易堵塞，能夠以廢治廢，可以顯著降低污水運(yùn)行的處理成本，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益的統(tǒng)一。
【專利說(shuō)明】高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于含磷污水處理的人工濕地技術(shù)，特別是涉及一種高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的污水處理方法相比，具有處理效果好、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、工程基建和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，環(huán)境美學(xué)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛用于處理城市生活污水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等領(lǐng)域。
[0003]基質(zhì)是人工濕地的重要組成部分，在為植物和微生物提供生長(zhǎng)介質(zhì)、為污水滲流提供良好的水力條件的同時(shí)，也能夠通過(guò)沉淀、吸附和過(guò)濾等作用直接去除污染物。其種類、組配方法和高度的選擇則是人工濕地污水處理技術(shù)的核心。由于污水性質(zhì)存在千差萬(wàn)另O，因而并沒(méi)有一種單一基質(zhì)能夠有效處理所有污水。一般的填料基質(zhì)由土壤、細(xì)沙、粗砂、礫石、碎瓦片或灰渣等構(gòu)成，這其中最常使用的是碎石，此外還有沸石、土壤、鵝卵石、煤渣、粉煤灰等。[0004]人工濕地對(duì)磷的去除是通過(guò)濕地填料基質(zhì)的理化反應(yīng)、植物根系的吸收以及微生物的積累等幾方面共同作用完成的。但是植物的吸收與微生物的積累作用對(duì)磷的去除只占很少的一部分。研究發(fā)現(xiàn)，磷的主要去除機(jī)制是基質(zhì)的吸附作用，水體中的正磷酸鹽，在水流流經(jīng)濕地介質(zhì)表面時(shí)，受到介質(zhì)的吸附，此吸附能力的好壞，將取決于濕地是否有良好的水力傳導(dǎo)性和較高的比表面積。因此，選擇有效的濕地基質(zhì)填料對(duì)水體中磷的去除意義重大。
[0005]而一般人工濕地基質(zhì)如砂土、礫石等除磷效果較差，具有高孔隙度和吸附性的頁(yè)巖、蛭石、方解石、多孔介質(zhì)(LECA)等處理效果較好，但因成本較高等問(wèn)題較難進(jìn)行推廣應(yīng)用。因此，探索發(fā)現(xiàn)新型濕地基質(zhì)填料，達(dá)到高效除磷的目的，特別是針對(duì)吸附能力強(qiáng)，環(huán)境危害小的工業(yè)廢棄物加以發(fā)現(xiàn)，合理利用廢棄物資源，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種原料來(lái)源豐富且成本低廉、能夠以廢治廢將廢棄物資源合理利用的高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)，所述人工濕地組合基質(zhì)包括體積配比為1:1~2:1鋼洛單元與糠醒洛單元,所述鋼洛單元與糠醒洛單元在濕地水流的方向上先后設(shè)置形成用于人工濕地的組合基質(zhì)填充物。
[0008]優(yōu)選地，所述鋼渣單元選擇粒徑為10~25mm的鋼渣制備而成。
[0009]優(yōu)選地，所述糠醛渣單元選擇粒徑為I~5_的糠醛渣制備而成。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效除磷人工濕地系統(tǒng)，所述人工濕地系統(tǒng)包括具有進(jìn)水口和出水口的外圍防滲層，其特征在于:所述人工濕地系統(tǒng)為水平潛流濕地系統(tǒng)，在水流方向上的至少部分空間內(nèi)先后設(shè)置鋼渣單元和糠醛渣單元，所述鋼渣單元和糠醛渣單元之間的體積配比為1:1~2:1，且所述鋼渣單元和糠醛渣單元之間設(shè)有透水隔離結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述透水隔離結(jié)構(gòu)為透水花墻或格柵。
[0012]優(yōu)選地，在所述水平潛流濕地系統(tǒng)的進(jìn)水口和出水口之間沿水流方向上，依次設(shè)有礫石布水單元、鋼渣單元、糠醛渣單元、碎石集水單元，并在各個(gè)單元之間設(shè)置透水隔離結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，所述礫石布水單元中的礫石粒徑為30~5_并沿著水流方向由大到小遞減設(shè)置。
[0014]優(yōu)選地，所述碎石集水單元設(shè)置在出水口處，其中的碎石粒徑為5~20_并沿著水流方向由小到大遞增設(shè)置。
[0015]優(yōu)選地，所述人工濕地系統(tǒng)的底部設(shè)有碎石層，人工濕地系統(tǒng)的頂部設(shè)有種植層。
[0016]本發(fā)明的又一目的在于提供一種通過(guò)人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行高效除磷的方法，所述方法包括如下步驟:A、制備上述的高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)；B、制造并完成上述高效除磷人工濕地系統(tǒng)；C、關(guān)閉出水口，在污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的濕地床并待水位上升至淹沒(méi)鋼渣單元和糠醛渣單元后停止進(jìn)水；D、經(jīng)36~72h后，使鋼渣與糠醛渣充分反應(yīng)令糠醛渣改性；E、開(kāi)啟進(jìn)水口及出水口，使所述人工濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行。 [0017]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]本發(fā)明在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，使用鋼渣-糠醛渣組合基質(zhì)作為復(fù)合基質(zhì)填料，可高效并長(zhǎng)效針對(duì)含磷污水進(jìn)行處理，該人工濕地系統(tǒng)中的基質(zhì)不易堵塞，能夠以廢治廢，可以顯著降低污水運(yùn)行的處理成本，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益的統(tǒng)一。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0020]圖1為本發(fā)明人工濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:
[0022]I~進(jìn)水口 ；2~出水口 ；3~外圍防滲層；4~鋼渣單元；5~糠醛渣單元；6~透水隔離結(jié)構(gòu);7~礫石布水單元；8~碎石集水單元；9~碎石層；10~人工濕地系統(tǒng)；11~種植層；A~水流方向。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本發(fā)明提供了一種高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)、人工濕地系統(tǒng)及除磷方法，在本實(shí)施例高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)中，所述人工濕地組合基質(zhì)包括體積配比為1:1~2:1鋼渣單元與糠醛渣單元。
[0026]優(yōu)選地，所述鋼渣單元選擇粒徑為10~25mm的鋼渣制備而成；鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳等的氧化物組成，主要的礦物相為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣以及硅、鎂、鐵、錳的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等；并且鋼渣有多孔的物理特征，具有優(yōu)越的吸附效果和很好的還原特性，能夠有效去除污水中的污染物，并且鋼渣對(duì)磷的吸附量和最大吸附速率均遠(yuǎn)高于頁(yè)巖陶粒、碌石、沸石等，是優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)效的聞吸附性人工濕地除憐基質(zhì)。
[0027]優(yōu)選地，所述糠醛渣單元選擇粒徑為I~5mm的糠醛渣制備而成；糠醛渣是以玉米芯、秸桿、花生殼、甘蔗渣等農(nóng)副產(chǎn)品的下腳料為原料，經(jīng)高溫水解提取化工原料糠醛后得到的固體廢渣，經(jīng)分析，糠醛渣中含有40%以上的纖維素，具有較大的比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)水中的磷有很好的吸附作用，而且其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，將其用于污水處理可以達(dá)到以廢治廢的目的；并且可通過(guò)化學(xué)改性的方式使其具有更強(qiáng)、更多的活性基團(tuán)。在糠醛渣上引入具有堿性或鰲合性的離子基團(tuán)，這在很大程度上可以改變糠醛渣原有的性質(zhì)，使其具有離子交換樹(shù)脂的特點(diǎn)，同時(shí)具有蓬松的結(jié)構(gòu)，使吸附劑既具有活性炭的吸附能力，又比吸附樹(shù)脂更易再生，而且穩(wěn)定性高。
[0028]在本實(shí)施例中，制造并完成高效除磷人工濕地系統(tǒng)10，如圖1所示；將上述鋼渣單元4與糠醛渣單元5在濕地水流的方向上先后設(shè)置形成用于人工濕地系統(tǒng)10的組合基質(zhì)填充物；水流方向應(yīng)設(shè)置為由鋼渣單元4流入糠醛渣單元5，如圖1中水流方向A所示，這樣的設(shè)置有利于對(duì)糠醛渣的改性。
[0029]本實(shí)施例中，在污水進(jìn)入前，關(guān)閉出水口 2，在污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的濕地床并待水位上升至淹沒(méi)鋼渣單元4和糠醛渣單元5后停止進(jìn)水；經(jīng)36~72h后，使鋼渣與糠醛渣充分反應(yīng)令糠醛渣改性。
[0030]本發(fā)明產(chǎn)生上述技術(shù)效果的工作原理為:
[0031]由于鋼渣屬于堿性集料，其中所含的游離鈣、鎂氧化物與水或濕氣反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為氫氧化物，可造成水質(zhì)二次污染，且無(wú)法正常種植濕地植物，影響了其在人工濕地中的推廣應(yīng)用?？啡┰捎诮?jīng)過(guò)高 溫硫酸蒸煮水解，纖維素的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和分子內(nèi)的羥基基本被破壞，吸附能力減弱。且糠醛渣中還含有少量的酸類，應(yīng)用于污水處理也有二次污染的危險(xiǎn)。
[0032]本發(fā)明中鋼渣的堿性可通過(guò)與糠醛渣的酸性中和得到緩解，而鋼渣中所含的鈣鎂氧化物與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧化物，恰好可應(yīng)用于糠醛渣的改性。所以，經(jīng)過(guò)二者的充分反應(yīng)，糠醛渣經(jīng)過(guò)改性恢復(fù)高吸附力，鋼渣的堿性也可經(jīng)過(guò)中和而無(wú)害化。因此，鋼渣-糠醛渣混合基質(zhì)可作為一種優(yōu)質(zhì)高效的除磷人工濕地基質(zhì)組合。
[0033]實(shí)施例2
[0034]在本實(shí)施例中，提供了一種高效除磷人工濕地系統(tǒng)10，如圖1所示，所述人工濕地系統(tǒng)10包括具有進(jìn)水口 I和出水口 2的外圍防滲層3，所述人工濕地系統(tǒng)10為水平潛流濕地系統(tǒng)，在水流方向上的至少部分空間內(nèi)先后設(shè)置鋼渣單元4和糠醛渣單元5，所述鋼渣單元4和糠醛渣單元5之間的體積配比為1:1~2:1，且所述鋼渣單元4和糠醛渣單元5之間設(shè)有透水隔離結(jié)構(gòu)6 ;所述透水隔離結(jié)構(gòu)6為透水花墻或格柵；在所述水平潛流濕地系統(tǒng)的進(jìn)水口 I和出水口 2之間沿水流方向上,依次設(shè)有碌石布水單元7、鋼洛單元4、糠醒洛單元5、碎石集水單元8，并在各個(gè)單元之間設(shè)置透水隔離結(jié)構(gòu)6 ;所述礫石布水單元7中的礫石粒徑為30~5_并沿著水流方向由大到小遞減設(shè)置，經(jīng)過(guò)層層過(guò)濾可清除相當(dāng)一部分懸浮物等雜質(zhì)，起到預(yù)處理作用，并可控制水流速度，增加水力停留時(shí)間。所述碎石集水單元8設(shè)置在出水口 2處，其中的碎石粒徑為5~20_并沿著水流方向由小到大遞增設(shè)置，能夠防止糠醛渣外逸后隨水流通過(guò)出水口 ；所述人工濕地系統(tǒng)的底部設(shè)有碎石層9，具有滲流、承托的作用，粒徑選擇為20~30mm ;人工濕地系統(tǒng)的頂部設(shè)有種植層11，選用材料為土壤與細(xì)砂的混合物,種植層11中可以種植多種適宜植物,例如濕生植物等。
[0035]整個(gè)人工濕地系統(tǒng)工作之前，鋼渣單元選擇粒徑為10~25mm的鋼渣，糠醛渣單元選擇粒徑為I~5mm的糠醛渣，并且為提高糠醛渣的吸附作用及提供支撐力，以2:1~4:1的比例混合陶粒、礫石，由于糠醛渣粒徑較小，為防止糠醛渣外逸至其他單元，需將上述混合物裝入縫制好的透水無(wú)紡布口袋中，口袋長(zhǎng)寬尺寸為0.3~0.5mX0.2~0.3m，將裝滿糠醛渣混合物的無(wú)紡布口袋整齊碼放在濕地床內(nèi)組成糠醛渣單元；在污水進(jìn)入前，關(guān)閉出水口 2，在污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的濕地床并待水位上升至淹沒(méi)鋼渣單元4和糠醛渣單元5后停止進(jìn)水；經(jīng)36~72h后，使鋼渣與糠醛渣充分反應(yīng)令糠醛渣改性。
[0036]當(dāng)然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言不難理解，也可以對(duì)糠醛渣進(jìn)行造粒，即通過(guò)將糠醛渣造粒，形成8~20mm顆粒，再與陶?；虻[石以及鋼渣混合，比例按照上述比例進(jìn)行。
[0037]實(shí)施例3
[0038]在本實(shí)施例中，提供了一種通過(guò)人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行高效除磷的方法，所述方法包括如下步驟:
[0039]A、制備高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)；鋼渣與糠醛渣的體積配比根據(jù)需要選擇1:1~2:1 ;鋼渣的比例根據(jù)污水中懸浮物的高低進(jìn)行增減，懸浮物較高的污水應(yīng)選擇鋼渣含量較高的配比；
[0040]B、制造并完成高效除磷人工濕地系統(tǒng)；水流方向應(yīng)設(shè)置為由鋼渣單元4流入糠醛渣單元5，如圖1中水流方向A所示，這樣的設(shè)置有利于對(duì)糠醛渣的改性。
[0041]C、關(guān)閉出水口 2，在污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的濕地床并待水位上升至淹沒(méi)鋼渣單元4和糠醛渣單元5后停止進(jìn)水，以充分釋放鋼渣層堿性并在糠醛渣層進(jìn)行中和及完成對(duì)糠醛渣的改性。
[0042]D、經(jīng)36~72h后，使鋼渣與糠醛渣充分反應(yīng)令糠醛渣改性，可以根據(jù)濕地基質(zhì)體積大小需要增加時(shí)間。
[0043]E、開(kāi)啟進(jìn)水口 I及出水口 2，使所述人工濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行。
`[0044]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)，其特征在于:所述人工濕地組合基質(zhì)包括體積配比為1:1~2:1鋼洛單元與糠醒洛單元,所述鋼洛單元與糠醒洛單元在濕地水流的方向上先后設(shè)置形成用于人工濕地的組合基質(zhì)填充物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地組合基質(zhì)，其特征在于:所述鋼渣單元選擇粒徑為10~25mm的鋼洛制備而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地組合基質(zhì)，其特征在于:所述糠醛渣單元選擇粒徑為I~5mm的糠醛渣制備而成。
4.一種高效除磷人工濕地系統(tǒng)，所述人工濕地系統(tǒng)(10)包括具有進(jìn)水口( I)和出水口(2)的外圍防滲層(3)，其特征在于:所述人工濕地系統(tǒng)(10)為水平潛流濕地系統(tǒng)，在水流方向上的至少部分空間內(nèi)先后設(shè)置鋼渣單元(4)和糠醛渣單元(5)，所述鋼渣單元(4)和糠醛渣單元(5)之間的體積配比為1:1~2:1，且所述鋼渣單元(4)和糠醛渣單元(5)之間設(shè)有透水隔離結(jié)構(gòu)(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述透水隔離結(jié)構(gòu)(6)為透水花墻或格柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于:在所述水平潛流濕地系統(tǒng)的進(jìn)水口(1)和出水口(2)之間沿水流方向上，依次設(shè)有礫石布水單元(7)、鋼渣單元(4)、糠醛渣單元(5 )、碎石集水單元(8 )，并在各個(gè)單元之間設(shè)置透水隔離結(jié)構(gòu)(6 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述礫石布水單元(7)中的礫石粒徑為30~5_并沿著水流方向由大到小遞減設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述碎石集水單元(8)設(shè)置在出水口(2)處，其中的碎石粒徑為5~20mm并沿著水流方向由小到大遞增設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述人工濕地系統(tǒng)的底部設(shè)有碎石層(9)，人工濕地系統(tǒng)的頂部設(shè)有種植層(11)。
10.一種通過(guò)人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行高效除磷的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: A、制備權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高效除磷的人工濕地組合基質(zhì)； B、制造并完成權(quán)利要求4~9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高效除磷人工濕地系統(tǒng)； C、關(guān)閉出水口(2)，在污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的濕地床并待水位上升至淹沒(méi)鋼渣單元(4)和糠醛渣單元(5)后停止進(jìn)水； D、經(jīng)36~72h后，使鋼渣與糠醛渣充分反應(yīng)令糠醛渣改性。 E、開(kāi)啟進(jìn)水口(1)及出水口(2)，使所述人工濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK103663711SQ201310683986
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】樊蓓莉, 高彥波, 譚德遠(yuǎn), 王婉清, 翟鵬輝, 郭宏凱 申請(qǐng)人:北京東方園林股份有限公司