一種針對(duì)礦山廢水重金屬污染修復(fù)的紅壤基人工濕地裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)礦山廢水重金屬污染修復(fù)的紅壤基人工濕地裝置。其從上至下依次包含進(jìn)水口（1）、布水層（2）、化學(xué)反應(yīng)層（3）、復(fù)合反應(yīng)層（4）、集水層（5）、出水口（6）；其中布水層、化學(xué)反應(yīng)層、復(fù)合反應(yīng)層、集水層依次相連；進(jìn)水口安置在布水層上方，從進(jìn)水口進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布水層中；出水口設(shè)置在集水層的最下方，利于水的導(dǎo)出；所述化學(xué)反應(yīng)層的填料包括紅壤、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑和pH改良劑，其中紅壤占50-60重量%。成本降低；同時(shí)可將重金屬以更加穩(wěn)定的形態(tài)固持在土壤中，避免人工濕地常見(jiàn)的堵塞問(wèn)題，更好地促進(jìn)植物和微生物生長(zhǎng)。能夠?qū)χ亟饘傥廴镜乃嵝缘V山廢水的突發(fā)性泄漏和長(zhǎng)期排放實(shí)現(xiàn)有效防治。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種針對(duì)礦山廢水重金屬污染修復(fù)的紅壤基人工濕地裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)礦山廢水重金屬污染修復(fù)的紅壤基 人工濕地裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，各種重金屬污染問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。 從2009年至今，我國(guó)已連續(xù)發(fā)生30多起重特大重金屬污染事件，其中礦品開(kāi)采冶煉引發(fā)的 重金屬環(huán)境污染在小礦山小冶煉比較集中的南方省份常常成為危害人民健康的重要因素。 礦品開(kāi)采冶煉帶來(lái)了大量礦山廢水，具有極強(qiáng)的酸性和極高的金屬濃度，對(duì)礦山周邊生態(tài) 健康和環(huán)境安全構(gòu)成巨大的威脅。常規(guī)的中和沉淀法、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等治理 方法普遍存在著投入資金大，運(yùn)行維護(hù)成本高，設(shè)備繁多復(fù)雜等問(wèn)題，迫切需要開(kāi)發(fā)更加快 速高效低廉的礦山廢水修復(fù)技術(shù)。
[0003] 人工濕地技術(shù)可以有效去除進(jìn)水中的重金屬，其出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、操作簡(jiǎn) 單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉，還能提供生態(tài)附加值?；|(zhì)是構(gòu)成人工濕地的主要成分之一，已 有工藝及國(guó)內(nèi)外最新文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的人工濕地基質(zhì)多種多樣，包括土壤、砂石、錳砂、泥炭、尾 礦渣等，專(zhuān)利申請(qǐng)CN 203048673 U提出的處理含鉛廢水的人工濕地利用的便是礫石和沸石 作為基質(zhì)。土壤具有吸附潛力大，來(lái)源廣泛，成本低廉等優(yōu)勢(shì)，如果能夠可以作為人工濕地 的填料，則可以大大降低構(gòu)建成本。紅壤是中國(guó)南方省份的典型土壤，富含大量的粘土礦物 和鐵(氫）氧化物，對(duì)重金屬具有極高的吸附潛力，可能作為構(gòu)建處理礦山廢水的人工濕地 的填料；但單純的土壤作為濕地填料在處理礦山廢水中容易堵塞失效，同時(shí)紅壤具有極強(qiáng) 酸性，限制了其對(duì)重金屬的高效吸附，也不利于濕地植物/微生物的正常生長(zhǎng)，需要輔以其 他調(diào)控措施(如pH改良)，使紅壤發(fā)揮對(duì)重金屬吸附的更大潛力。專(zhuān)利申請(qǐng)200910107815. 9 曾經(jīng)提出以紅壤等多種材料復(fù)合構(gòu)建處理重金屬?gòu)U水的人工濕地，但其填料中紅壤僅占并 不作為主要基質(zhì)，仍需5%-75%火山巖來(lái)提供去除能力，如果要在以紅壤為典型土壤的南方 礦區(qū)使用，相對(duì)構(gòu)建成本不低。
[0004] 同時(shí)，微生物活動(dòng)對(duì)于重金屬的運(yùn)移轉(zhuǎn)化具有著重要影響，類(lèi)似硫酸鹽還原作用、 異化金屬還原作用等生物地球化學(xué)過(guò)程能夠以相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)將金屬離子固定于土壤中， 避免弱吸附態(tài)的金屬離子日后重新溶出，形成二次污染。專(zhuān)利申請(qǐng)201110220072. 3和 200810234601. 3便是利用了硫酸鹽還原作用來(lái)修復(fù)重金屬污染，但礦山廢水的強(qiáng)酸性會(huì)嚴(yán) 重抑制微生物活動(dòng)，需要提前對(duì)酸度進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，增加了處理成本，同時(shí)單靠微生物反 應(yīng)器要實(shí)現(xiàn)重金屬的完全去除，需要添加大量碳源及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如果能將人工濕地厭氧層 的微生物活動(dòng)調(diào)節(jié)利用，則可以在利用土壤吸附能力的同時(shí)發(fā)揮微生物作用，最大化去除 礦山廢水中的重金屬污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于重金屬?gòu)U水處理的人工濕地系統(tǒng)，能夠?qū)χ亟饘?污染的酸性礦山廢水的突發(fā)性泄漏和長(zhǎng)期排放實(shí)現(xiàn)有效防治。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的 人工濕地裝置，其特征在于，其從上至下依次包含進(jìn)水口（ 1 )、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、 復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、 集水層（5)依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（ 1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入 到布水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；所述化學(xué)反應(yīng)層 (3)的填料包括紅壤、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑和pH改良劑，其中紅壤占50-60重量％。
[0007] 還包括在所述人工濕地中種植有植物；優(yōu)選挺水植物；更優(yōu)選美人蕉、蘆葦、香蒲 等植物。
[0008] 所述結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑0_3cm的砂石；pH改良劑為碳酸隹丐。
[0009] 所述結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑的重量百分比為30-40% ;pH改良劑的重量百分比為1-10%。
[0010] 所述布水層（2)由粒徑0-10cm的砂石填充構(gòu)成，厚度5_15cm。
[0011] 所述化學(xué)反應(yīng)層（3)的平均容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度為5-30cm。
[0012] 所述復(fù)合反應(yīng)層（4)的填料包括紅壤、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑、pH改良劑和微生物活動(dòng)調(diào)控 劑； 優(yōu)選的，所述紅壤的重量百分比為50-60%、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑0-3cm的砂石，重量百分 比為30-40%、pH改良劑為碳酸鈣，重量百分比為1-5%和微生物活動(dòng)調(diào)控劑為含硫有機(jī)物 質(zhì),重量百分比為1-5%。
[0013] 所述復(fù)合反應(yīng)層（4)的平均容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度為10-60cm ; 任選的，所述集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度10-20cm。
[0014] 所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置還包括分別在所 述進(jìn)水口（1)與出水口（6)的管口配置格柵，優(yōu)選格柵直徑l-2cm，間距為3-10mm，以去除進(jìn) /出水中含有的泥沙等固體顆粒物。
[0015] 本發(fā)明還保護(hù)一種利用所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕 地裝置進(jìn)行礦山廢水重金屬污染修復(fù)的方法。
[0016] 本發(fā)明通過(guò)將紅壤與適當(dāng)比例的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑、pH改良劑與微生物活動(dòng)調(diào)控劑混合 作為填料，構(gòu)建一種用于重金屬?gòu)U水處理的人工濕地系統(tǒng)，對(duì)重金屬污染的酸性礦山廢水 的突發(fā)性泄漏和長(zhǎng)期排放實(shí)現(xiàn)有效防治。
[0017] 該紅壤基人工濕地系統(tǒng)包括布水層、化學(xué)反應(yīng)層、復(fù)合反應(yīng)層、集水層以及植株種 植部分，并配備有進(jìn)水口和出水口。
[0018] 1、布水層 布水層的主要作用為均勻分布進(jìn)水，由粒徑O-lOcm的砂石填充構(gòu)成，厚度一般為 2-20cm，具體填充厚度可根據(jù)人工濕地裝置總體規(guī)模而定。
[0019] 2、化學(xué)反應(yīng)層 化學(xué)反應(yīng)層主要利用紅壤對(duì)重金屬的吸附作為去除重金屬的主要機(jī)制，以pH改良劑 添加來(lái)最大化發(fā)揮紅壤的吸附能力，并通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑增加填料孔隙度，避免堵塞問(wèn)題發(fā) 生，同時(shí)，礦山廢水的強(qiáng)酸度在與填料中和過(guò)程中得到改善，有利于后續(xù)復(fù)合反應(yīng)層中微生 物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)。其平均容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度一般為5-30cm，具體填料比例和 填充體積可根據(jù)處理礦山廢水的污染程度和處理量而調(diào)整。使用的填料組分及其具體質(zhì)量 比為： a) 紅壤為填料主要成分，占填料的50-60% ; b) 結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑〇_3cm的砂石，占填料的30-40% ; c) pH改良劑為顆?；蚍勰畹奶妓徕}或硫酸鈣，占填料的1-10%。
[0020] 3、復(fù)合反應(yīng)層 復(fù)合反應(yīng)層在利用紅壤吸附重金屬的同時(shí)，通過(guò)微生物活動(dòng)調(diào)控劑激發(fā)厭氧微生物活 動(dòng)，通過(guò)含硫有機(jī)物質(zhì)的添加促進(jìn)硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)，從而將重金屬以硫化物沉淀，同時(shí)， 調(diào)控異化金屬還原菌代謝利用紅壤中富含的鐵礦物，促進(jìn)能夠高效吸附重金屬的二次礦物 (如針鐵礦、磁鐵礦)的形成，將弱吸附在紅壤表面的重金屬以更加穩(wěn)定的形態(tài)固持。其平均 容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度一般為10-60cm，具體填料比例和填充量可根據(jù)處理礦山廢水 的污染程度和處理量而調(diào)整。使用的填料組分及其具體質(zhì)量比為： a) 紅壤為填料主要成分，占填料的50-60% ; b) 結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑〇_3cm的砂石，占填料的30-40% ; c) pH改良劑為顆粒或粉末狀的碳酸|丐或硫酸|丐，占填料的1-5% ; d) 微生物活動(dòng)調(diào)控劑為含硫有機(jī)物質(zhì)，如城市污泥、腐殖土、泥炭、硫皂土等，占填料的 1-5%。
[0021] 4、集水層 集水層主要用于匯集反應(yīng)層處理后的水流，并截留各種固體顆粒物。集水層由粒徑 0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度一般為2-20cm，具體根據(jù)人工濕地裝置總體規(guī)模而定。
[0022] 5、植株部分 該人工濕地系統(tǒng)涉及的植株主要為挺水植物，如美人蕉、蘆葦、香蒲等，在其中扮演的 角色包括吸收/吸附重金屬、調(diào)控微生物活動(dòng)、提供生態(tài)美觀。植物根部一般是種在布水 層-化學(xué)反應(yīng)層這塊區(qū)域的，隨著植物生長(zhǎng)，根系也會(huì)擴(kuò)散到底部去。
[0023] 6、進(jìn)水管與出水管 進(jìn)水管和出水管的材質(zhì)可以用PVC管，尺寸根據(jù)人工濕地裝置的規(guī)模與處理廢水量而 調(diào)節(jié)，直徑一般在2-20cm之間，同時(shí)，在管口配置格柵(格柵間距為3-10mm)，以去除進(jìn)/出 水中含有的泥沙等固體顆粒物。格柵長(zhǎng)寬就要根據(jù)具體實(shí)施時(shí)候的進(jìn)出水管口（也叫進(jìn)/ 出水口）而變，一般盡量緊貼進(jìn)/出水口。
[0024] 該紅壤基人工濕地系統(tǒng)處理水流方向?yàn)樽陨隙麓怪笔?。礦山廢水在流入濕地 化學(xué)反應(yīng)層后，廢水中原有的重金屬離子不斷與紅壤相互作用而被吸附去除，部分金屬還 將通過(guò)植物吸收/吸附等方式去除，同時(shí)廢水酸度也能夠被反應(yīng)層所不斷中和；隨后，廢水 繼續(xù)流入濕地復(fù)合反應(yīng)層，在紅壤吸附以及微生物活動(dòng)固持的雙重作用下最終得到完全去 除，從而使出水金屬濃度符合國(guó)家規(guī)定的排放水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山廢水重金屬污染的治理。
[0025] 利用該紅壤基人工濕地系統(tǒng)來(lái)治理礦山廢水的重金屬污染，具有以下優(yōu)勢(shì)作用： 1)在pH改良劑的優(yōu)化下充分發(fā)揮南方礦區(qū)典型土壤--紅壤(尤其是其中富含的粘土礦物 及鐵(氫)氧化物)對(duì)重金屬潛在的極強(qiáng)吸附能力，大大節(jié)省人工濕地構(gòu)建成本；2)利用厭氧 層的微生物活動(dòng)，特別是硫酸鹽還原作用以及異化金屬還原作用，將重金屬以更加穩(wěn)定的 形態(tài)固持在土壤中；3)通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑來(lái)改善填料孔隙度，避免人工濕地常見(jiàn)的堵塞問(wèn)題， 同時(shí)還能夠更好地促進(jìn)植物和微生物生長(zhǎng)。
[0026] 該紅壤基人工濕地系統(tǒng)的最大處理容量及使用壽命根據(jù)體系構(gòu)建規(guī)模及礦山廢 水性質(zhì)而異，在處理過(guò)程中要定期檢測(cè)處理后出水的pH及金屬含量，以便及時(shí)調(diào)節(jié)廢水處 理量和有效控制廢水處理效果，并在反應(yīng)體系失效前及時(shí)停止使用。
[0027] 該紅壤基人工濕地系統(tǒng)既可以小規(guī)模濕地土柱或濕地池形式日常配備，用于突發(fā) 性礦山廢水重金屬污染的應(yīng)急處理，也可以根據(jù)礦山廢水排放量構(gòu)建大規(guī)模濕地工程，用 于礦山廢水重金屬污染的長(zhǎng)期高效治理。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是該紅壤基人工濕地裝置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例 中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明 書(shū)進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0030] 實(shí)施例1 : 本實(shí)例構(gòu)建了一套完整的小型人工濕地模擬柱體，如圖1所示，同時(shí)兼?zhèn)浠瘜W(xué)反應(yīng)層 以及復(fù)合反應(yīng)層，考察其使用效率。
[0031] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)小型人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑3cm，高20cm，底部 用PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合 反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水 層（5)依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（ 1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布 水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒 徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚度2cm。化學(xué)反應(yīng)層（3)裝有40g填料，包括紅壤59重 量％、粒徑在l-2cm之間的砂石40重量％和碳酸鈣1重量％，反應(yīng)層厚度為5cm。復(fù)合反應(yīng) 層（4)裝有80g填料，包括紅壤59%、粒徑在l-2cm之間的砂石39%、碳酸鈣1%和含硫腐殖 土 1%;反應(yīng)層厚度為l〇cm。集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度2cm。進(jìn)水口（1)與 出水口（6)使用的水管為直徑lcm的PVC管,管口配置格柵(直徑lcm,間距為3mm)。同時(shí)， 本實(shí)施例移植小株蘆葦一株，并在運(yùn)行前整體靜置2天，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)也活化復(fù)合反 應(yīng)層微生物活動(dòng)。
[0032] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，化學(xué)反應(yīng) 層（3)，復(fù)合反應(yīng)層（4)，集水層（5)，最后從出水管出來(lái)。
[0033] 進(jìn)水為礦山廢水（Cu2+、Zn2+和Mn2+濃度各為10 mg/L，pH為3)，流速L 5mL/min， 水力停留時(shí)間為0.5小時(shí)。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理80mL廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：出水Cu/Mn濃 度保持在lmg/L以下，Zn濃度保持在2mg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)。
[0034] 實(shí)施例2 : 本實(shí)例構(gòu)建了一套完整的小型人工濕地模擬柱體，如圖1所示，同時(shí)兼?zhèn)浠瘜W(xué)反應(yīng)層 以及復(fù)合反應(yīng)層，考察其使用效率。
[0035] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)小型人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑3cm，高20cm，底部 用PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合 反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水 層（5)依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（ 1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布 水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒 徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚度2cm?；瘜W(xué)反應(yīng)層（3)裝有40g填料，包括紅壤50重 量％、粒徑在l-2cm之間的砂石40重量％和碳酸鈣10重量％，反應(yīng)層厚度為5cm。復(fù)合反應(yīng) 層（4)裝有80g填料，包括紅壤60%、粒徑在l-2cm之間的砂石30%、碳酸鈣5%和含硫腐殖 土 5%;反應(yīng)層厚度為10cm。集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度2cm。進(jìn)水口（1)與 出水口（6)使用的水管為直徑lcm的PVC管,管口配置格柵(直徑lcm,間距為3mm)。同時(shí)， 本實(shí)施例移植小株蘆葦一株，并在運(yùn)行前整體靜置2天，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)也活化復(fù)合反 應(yīng)層微生物活動(dòng)。
[0036] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，化學(xué)反應(yīng) 層（3)，復(fù)合反應(yīng)層（4)，集水層（5)，最后從出水管出來(lái)。
[0037] 進(jìn)水為礦山廢水（Cu2+、Zn2+和Mn2+濃度各為10 mg/L，pH為3)，流速1. 5mL/min， 水力停留時(shí)間為0.5小時(shí)。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理80mL廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：出水Cu/Mn濃 度保持在lmg/L以下，Zn濃度保持在2mg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)。
[0038] 實(shí)施例3 : 本實(shí)例構(gòu)建了一套完整的小型人工濕地模擬柱體，如圖1所示，同時(shí)兼?zhèn)浠瘜W(xué)反應(yīng)層 以及復(fù)合反應(yīng)層，考察其使用效率。
[0039] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)小型人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑3cm，高20cm，底部 用PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合 反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水 層（5)依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（ 1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布 水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒 徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚度2cm?；瘜W(xué)反應(yīng)層（3)裝有40g填料，包括紅壤54重 量％、粒徑在l-2cm之間的砂石36重量％和碳酸鈣10重量％，反應(yīng)層厚度為5cm。復(fù)合反應(yīng) 層（4)裝有80g填料，包括紅壤50%、粒徑在l-2cm之間的砂石40%、碳酸鈣5%和含硫腐殖 土 5%;反應(yīng)層厚度為10cm。集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度2cm。進(jìn)水口（1)與 出水口（6)使用的水管為直徑lcm的PVC管,管口配置格柵(直徑lcm,間距為3mm)。同時(shí)， 本實(shí)施例移植小株蘆葦一株，并在運(yùn)行前整體靜置2天，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)也活化復(fù)合反 應(yīng)層微生物活動(dòng)。
[0040] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，化學(xué)反應(yīng) 層（3)，復(fù)合反應(yīng)層（4)，集水層（5)，最后從出水管出來(lái)。
[0041] 進(jìn)水為礦山廢水（Cu2+、Zn2+和Mn2+濃度各為10 mg/L，pH為3)，流速1. 5mL/min， 水力停留時(shí)間為〇. 5小時(shí)。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理80mL廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：出水Cu/Mn/ Zn濃度保持在lmg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)。
[0042] 實(shí)施例4 : 本實(shí)例構(gòu)建了一套完整的小型人工濕地模擬柱體，如圖1所示，同時(shí)兼?zhèn)浠瘜W(xué)反應(yīng)層 以及復(fù)合反應(yīng)層，考察其使用效率。
[0043] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)小型人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑3cm，高20cm，底部 用PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合 反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水 層（5)依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（ 1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布 水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒 徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚度2cm?；瘜W(xué)反應(yīng)層（3)裝有40g填料，包括紅壤53重 量％、粒徑在l-2cm之間的砂石38重量％和碳酸鈣9重量％，反應(yīng)層厚度為5cm。復(fù)合反應(yīng) 層（4)裝有80g填料，包括紅壤57%、粒徑在l-2cm之間的砂石37%、碳酸鈣3%和含硫腐殖 土 3%;反應(yīng)層厚度為10cm。集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度2cm。進(jìn)水口（1)與 出水口（6)使用的水管為直徑lcm的PVC管,管口配置格柵(直徑lcm,間距為3mm)。同時(shí)， 本實(shí)施例移植小株蘆葦一株，并在運(yùn)行前整體靜置2天，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)也活化復(fù)合反 應(yīng)層微生物活動(dòng)。
[0044] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，化學(xué)反應(yīng) 層（3)，復(fù)合反應(yīng)層（4)，集水層（5)，最后從出水管出來(lái)。
[0045] 進(jìn)水為礦山廢水（Cu2+、Zn2+和Mn2+濃度各為10 mg/L，pH為3)，流速1. 5mL/min， 水力停留時(shí)間為〇. 5小時(shí)。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理80mL廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：出水Cu/Mn/ Zn濃度保持在lmg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)。
[0046] 實(shí)施例5 : 本實(shí)例構(gòu)建了中型人工濕地模擬裝置，進(jìn)行了人工濕地(化學(xué)反應(yīng)層）填料處理礦山廢 水重金屬污染效率的鑒定。
[0047] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑32cm，高80cm，底部用 PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、集水層 (5 )、出水口（ 6 );其中布水層（2 )、化學(xué)反應(yīng)層（3 )、集水層（5 )依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在 布水層（2)上方，從進(jìn)水口（1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水 層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚 度5cm?；瘜W(xué)反應(yīng)層（3)裝有60kg填料，包括紅壤57重量％、粒徑在l-2cm之間的砂石40 重量％和碳酸鈣3重量％，反應(yīng)層厚度為50cm。進(jìn)水口（ 1)與出水口（6)使用的水管為直徑 2cm的PVC管，管口配置格柵(直徑2cm，間距為5mm)。
[0048] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，反應(yīng)層 (3)，集水層（5)，最后從出水口（6)出來(lái)。
[0049] 進(jìn)水分為兩階段，首先，14 L高濃度礦山廢水MW-1以7. 8 mL/min的流速流經(jīng)土 柱，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd 2+、Ni2+和 Co2+濃度分別為 166. 4 mg/L，104. 2 mg/L，22. 8 mg/L，4. 4 1^/1，4 1^/1和4 11^/1，？!1為3.6，水力停留時(shí)間為20小時(shí)；隨后，200 1^稀釋5倍的廢水 MW-2 (pH值為4. 3)以4. 5 mL/min的流速流經(jīng)土柱，水力停留時(shí)間為36小時(shí)，總共持續(xù)32 天。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不管是處理高低濃度的廢水，出水金屬離子濃度 均在0. 5mg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)層填料組成 可以有效處理重金屬污染的礦山廢水。
[0050] 實(shí)施例6 : 本實(shí)例構(gòu)建了中型人工濕地模擬裝置，進(jìn)行了人工濕地(化學(xué)反應(yīng)層）填料處理礦山廢 水重金屬污染效率的鑒定。
[0051] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑32cm，高80cm，底部用 PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、集水層 (5 )、出水口（ 6 );其中布水層（2 )、化學(xué)反應(yīng)層（3 )、集水層（5 )依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在 布水層（2)上方，從進(jìn)水口（1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水 層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2)由粒徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚 度5cm?；瘜W(xué)反應(yīng)層（3)裝有60kg填料，包括紅壤60重量％、粒徑在l-2cm之間的砂石30 重量％和碳酸鈣10重量％，反應(yīng)層厚度為50cm。進(jìn)水口（ 1)與出水口（6)使用的水管為直 徑2cm的PVC管，管口配置格柵(直徑2cm，間距為5mm)。
[0052] 本實(shí)施例采用連續(xù)進(jìn)水方式，水流由進(jìn)水管進(jìn)水，依次通過(guò)布水層（2)，反應(yīng)層 (3)，集水層（5)，最后從出水口（6)出來(lái)。
[0053] 進(jìn)水分為兩階段，首先，14 L高濃度礦山廢水MW-1以7. 8 mL/min的流速流經(jīng)土 柱，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd 2+、Ni2+和 Co2+濃度分別為 166. 4 mg/L，104. 2 mg/L，22. 8 mg/L，4. 4 1^/1，4 1^/1和4 11^/1，？!1為3.6，水力停留時(shí)間為20小時(shí)；隨后，200 1^稀釋5倍的廢水 MW-2 (pH值為4. 3)以4. 5 mL/min的流速流經(jīng)土柱，水力停留時(shí)間為36小時(shí)，總共持續(xù)32 天。經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不管是處理高低濃度的廢水，出水金屬離子濃度 均在0. lmg/L以下，pH為中性，符合國(guó)家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)層填料組成 可以有效處理重金屬污染的礦山廢水。
[0054] 實(shí)施例7 :本實(shí)施例在構(gòu)建的中型人工濕地模擬裝置中開(kāi)展了激活微生物的措 施，考察微生物活動(dòng)對(duì)于重金屬的去除(本發(fā)明復(fù)合反應(yīng)層在填料化學(xué)作用之外所起的處 理原理便是依靠有機(jī)物質(zhì)激活微生物活動(dòng)對(duì)廢水中重金屬發(fā)生去除作用）。
[0055] 首先通過(guò)PVC管建立一個(gè)人工濕地模擬柱體，尺寸為直徑32cm，高80cm，底部用 PVC板封底。人工濕地模擬柱體主要包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、集水層 (5)、出水口（6);其中布水層（2 )、反應(yīng)層（3 )、集水層（5 )依次相連；進(jìn)水口（ 1)安置在布水 層（2)上方，從進(jìn)水口（1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布水層（2)中；出水口（6)設(shè)置在集水層（5) 的最下方，利于水的導(dǎo)出；其中，布水層（2 )由粒徑在l-2cm之間的砂石填充構(gòu)成，厚度5cm。 反應(yīng)層（3)裝有60kg填料，包括紅壤58重量％、粒徑在l-2cm之間的砂石39重量％和碳 酸鈣3重量％，反應(yīng)層厚度為50cm。進(jìn)水口（ 1)與出水口（5)使用的水管為直徑2cm的PVC 管，管口配置格柵(直徑2cm，間距為10mm)。
[0056] 在本實(shí)施例考察過(guò)程中，首先將礦山廢水引入人工濕地模擬柱體內(nèi)，關(guān)閉出水口， 讓濕地填料間分布大量礦山廢水，隨后通過(guò)有機(jī)碳源激活反應(yīng)層微生物活動(dòng)，進(jìn)行系統(tǒng)的 連續(xù)間隙水采樣。通過(guò)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移/微生物活動(dòng)激活，濕地反應(yīng)層填料間隙水 的Cu濃度可以從激活前的0. 16mg/L逐漸降至0. 01mg/L，Zn濃度可以從激活前的8. 68mg/L 逐漸降至0. 03mg/L，Mn濃度可以從激活前的13. 98mg/L逐漸降至0. 07mg/L，Cd/Co/Ni濃度 分別從激活前的〇· 36mg/L, 0· 35mg/L和1. 16mg/L降至檢測(cè)限以下(低于0· 01mg/L)。說(shuō)明 通過(guò)反應(yīng)層中的微生物活動(dòng)能在填料化學(xué)修復(fù)作用基礎(chǔ)上起到進(jìn)一步去除重金屬的效果。
[0057] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨 的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其特征在于，其從 上至下依次包含進(jìn)水口（1)、布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水層（5)、出水 口（6);其中布水層（2)、化學(xué)反應(yīng)層（3)、復(fù)合反應(yīng)層（4)、集水層（5)依次相連；進(jìn)水口（1) 安置在布水層（2)上方，從進(jìn)水口（1)進(jìn)來(lái)的水剛好進(jìn)入到布水層（2)中；出水口（6)設(shè)置 在集水層（5)的最下方，利于水的導(dǎo)出；所述化學(xué)反應(yīng)層（3)的填料包括紅壤、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑 和pH改良劑，其中紅壤占50-60重量％。
2. 權(quán)利要求1所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其特征 在于，還包括在所述人工濕地中種植有植物；優(yōu)選挺水植物；更優(yōu)選美人蕉、蘆葦、香蒲。
3. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑〇-3cm的砂石；pH改良劑為碳酸鈣。
4. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑的重量百分比為30-40% ;pH改良劑的重量百分比為1-10%。
5. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述布水層（2)由粒徑0-10cm的砂石填充構(gòu)成，厚度5-15cm。
6. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述化學(xué)反應(yīng)層（3)的平均容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度為5-30cm。
7. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述復(fù)合反應(yīng)層（4)的填料包括紅壤、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑、pH改良劑和微生物活動(dòng)調(diào)控 劑； 優(yōu)選的，所述紅壤的重量百分比為50-60%、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑為粒徑0-3cm的砂石，重量百分 比為30-40%、pH改良劑為碳酸鈣，重量百分比為1-5%和微生物活動(dòng)調(diào)控劑為含硫有機(jī)物 質(zhì),重量百分比為1-5%。
8. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，所述復(fù)合反應(yīng)層（4)的平均容重為1. 2g/cm3,反應(yīng)層厚度為10-60cm ; 任選的，所述集水層（5)由粒徑0-3cm的砂石構(gòu)成，厚度10-20cm。
9. 權(quán)利要求1或2所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工濕地裝置，其 特征在于，分別在所述進(jìn)水口（1)與出水口（6)的管口配置格柵；優(yōu)選格柵直徑l-2cm，間距 為3-10mm，以去除進(jìn)/出水中含有的泥沙等固體顆粒物。
10. -種利用權(quán)利要求1-9任一所述基于紅壤的用于礦山廢水重金屬污染修復(fù)的人工 濕地裝置進(jìn)行礦山廢水重金屬污染修復(fù)的方法。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK104118940SQ201410374493
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】張又弛, 羅文邃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所