申请日2016.10.14
公开(公告)日2017.03.08
IPC分类号C02F3/32; C02F3/34; C02F1/28; C02F101/10; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料，所述人工湿地复合填料由海蛎壳、废陶粒和沸石制成。本发明的复合填料以水产废弃物海蛎壳、工业废料陶瓷、沸石为主要原料，经过机械加工成适宜大小颗粒，粒径范围3‑20mm，填充方式为：下层填料粒径大，上层填料粒径小。优选地，海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为为(3～4):2:1。
权利要求书
1.一种用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料，其特征在于，所述人工湿地复合填料由海蛎壳、废陶粒和沸石制成。
2.根据权利要求1所述人工湿地复合填料，其特征在于，海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为(3～4)：2：1。
3.根据权利要求1所述人工湿地复合填料，其特征在于，海蛎壳、废陶粒和沸石经过机械加工成粒径范围3-20mm的颗粒。
4.根据权利要求1所述人工湿地复合填料，其特征在于，所述人工湿地复合填料填充方式为：下层填料粒径大，上层填料粒径小。
5.根据权利要求1所述人工湿地复合填料，其特征在于，所述海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为3：2：1。
6.根据权利要求1所述人工湿地复合填料，其特征在于，所述海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为4：2：1。
说明书
一种用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料
技术领域
本发明属于水污染控制领域，具体涉及一种用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料。
背景技术
人工湿地污水处理系统是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术，因具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术。目前广泛应用于富营养化水体、垃圾渗滤液、畜禽养殖废水、食品废水等治理。
填料是人工湿地的重要组成部分，为湿地植物、微生物提供了生长环境，其自身也参与了人工湿地过滤、吸附、微生物降解等过程。所以高效经济的填料筛选以及配置，直接决定了人工湿地的脱氮除磷效率，从而影响系统对污染水体的修复效果，因而具有十分重要的意义。
传统人工湿地填料多以土壤、石英砂、砾石等为主，但由于这些材料吸附性能较差，人工湿地在运行一段时间后，填料对氮磷的吸附逐渐达到饱和，其去除率开始下降。目前，采用陶粒、改性沸石、活性炭等高效人工吸附填料替代传统人工湿地填料，取得了较好的处理效果，但是由于这些填料的成本较高，很难在实际工程中进行大面积的推广和应用。
海蛎壳与废陶瓷分别是中国沿海水产养殖与工业垃圾。近年来，随着沿海水产养殖市场需求的扩大，海蛎的生产、加工，产生了大量的废弃物-海蛎壳，造成了沿海乡村环境污染;同时，随着中国工业发展，工业垃圾(包括大量废陶瓷)剧增，加剧了环境保护成本。上述两种材料排放量大、有效利用率不高，急需开辟新的利用途径。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的人工湿地填料的缺陷，提供一种高效、经济的用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料。
一种用于农村生活污水处理的人工湿地复合填料，所述人工湿地复合填料由海蛎壳、废陶粒和沸石制成。
本发明的复合填料以水产废弃物海蛎壳、工业废料陶瓷、沸石为主要原料，经过机械加工成适宜大小颗粒，粒径范围3-20mm，填充方式为：下层填料粒径大，上层填料粒径小。优选地，海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为(3～4):2:1。
进一步优选地，所述人工湿地复合填料由海蛎壳、废陶粒和沸石制成，混合质量比为3：2：1。
或者：所述人工湿地复合填料由海蛎壳、废陶粒和沸石制成，混合质量比为4：2：1。
海蛎壳与废陶瓷分别是中国沿海水产养殖与工业垃圾。来源广泛，丰富易得，分别可以从沿海养殖市场和工业废弃物中获得。
本发明在实验室条件下分别单独对海蛎壳、工业废料陶瓷及三种被广泛应用的人工湿地填料进行了氮磷吸附性能比较试验，研究发现5种材料的氨氮吸附能力依次为：沸石>海蛎壳>废陶瓷>火山岩>砾石，其中沸石、海蛎壳和废陶瓷对氨氮的吸附量分别为12.03g·kg-1、0.56g·kg-1和0.38g·kg-1，均具有较强脱氮能力;而5种填料吸磷能力依次为：海蛎壳>废陶瓷>火山岩>沸石>砾石，其中海蛎壳对磷素的吸附量为18.10g·kg-1，远远大于其他材料，废陶瓷对磷素的吸附量为0.90g·kg-1，也表现出较好的除磷能力;5种填料吸附COD能力依次为：沸石>废陶瓷>火山岩>海蛎壳>砾石，沸石对COD吸附量为6.1g·kg-1。
但经实验发现，由于海蛎壳的碱性较强(pH=9-10)，单独将海蛎壳作为人工湿地填料会导致出水pH值升高，而且会抑制湿地中植物和微生物的生长。因此将海蛎壳(pH=9-10)、废陶瓷(pH=6-8)和沸石(pH=5-6)创新性混合填充，即满足微生物附着生长，又保证了复合填料较强的氮磷吸附能力。分别对沸石-海蛎壳，废陶瓷-海蛎壳，沸石-废陶瓷-海蛎壳组合作为人工湿地复合填料，进行了污染有机物去除比较实验。发现沸石-海蛎壳，海蛎壳-废陶瓷-沸石组合填料的氮磷去除率远远大于单一的沸石、海蛎壳和废陶瓷填料。其中沸石-废陶瓷-海蛎壳组合填料效果最为显著，对氨氮和磷素的吸附量分别达到了15.10g·kg-1和20.08g·kg-1;除此之外，对水体中的金属元素也有不错的吸附能力，其中对Fe3+、Zn2+和Cu2+的吸附量分别为28.8g·kg-1、36.2g·kg-1和31.12g·kg-1。
在此基础上，本发明还对沸石-废陶瓷-海蛎壳组合中各成飞的配比进行了优化实验，实验发现海蛎壳、废陶粒和沸石的混合质量比为(3～4):2:1时对水体中各污染成分的吸附效果优于其他配比，当质量比为3:2:1和4:2:1时效果最为显著。质量比为3:2:1时，经过本发明专利处理以后，氨氮、总氮和总磷的去除率均在85%以上，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别低于12.2mg·L-1、0.41mg·L-1、0.43mg·L-1和0.06mg·L-1;质量比为4:2:1时，经过本发明专利处理以后，氨氮、总氮和总磷的去除率均在85%以上，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别低于11.1mg·L-1、0.39mg·L-1、0.44mg·L-1和0.07mg·L-1。
本发明专利与现有技术相比具有以下优点：
(1)通过实验研究发现海蛎壳-废陶粒-沸石复合填料具有多孔的结构、较大的比表面积有利于微生物的附着和生长，进而有利于氮磷等有机物的吸附及降解作用，水力特性良好，是较适合的人工湿地构建填料。
(2)由于采用了海蛎壳、废陶瓷这种废弃材料，解决了存在的环境问题，也大大节省了人工湿地的构建成本，并实现了水产养殖业、固体废弃物的高效资源化利用。
(3)复合填料化学稳定性强，不溶出危害微生物生长、降解功能的有害物质，不会对环境造成污染;且海蛎壳、废陶瓷内较高含量的钙、钾和镁等元素，能有效促进氮磷的吸附以及微生物的繁殖生长。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
将海蛎壳、废陶粒和沸石以质量比3:2:1混合，利用机械加工成3-20mm粒径颗粒。在平均水温25℃下，用于垂直潜流人工湿地出水模式，湿地系统面积为5m2，种植湿地植物为菖蒲。系统水力负荷为0.01m/d，采用连续式进水，经过好氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的协同作用，将水中污染物有效降解。
进水COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为48mg·L-1、2.9mg·L-1、3.2mg·L-1、0.5mg·L-1的生活污水。经过本发明填料处理以后，氨氮、总氮和总磷的去除率均在85%以上，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别低于12.2mg·L-1、0.41mg·L-1、0.43mg·L-1和0.06mg·L-1。
实施例2
将海蛎壳、废陶粒和沸石以质量比4:2:1混合，利用机械加工成3-20cm粒径颗粒。在平均水温25℃下，用于垂直潜流人工湿地出水模式，湿地系统面积为5m2，种植湿地植物为菖蒲。系统水力负荷为0.01m/d，采用连续式进水，经过好氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的协同作用。
将水中污染物有效降解。进水COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为48mg·L-1、2.9mg·L-1、3.2mg·L-1、0.5mg·L-1的生活污水。经过本发明填料处理以后，氨氮、总氮和总磷的去除率均在85%以上，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别低于11.1mg·L-1、0.39mg·L-1、0.44mg·L-1和0.07mg·L-1。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。