CN101554579A - 一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法，直接采用溶脱剂对磷吸附饱和的填料进行原位溶脱再生，使吸附在填料上的磷解吸附，并随着溶脱剂排出系统，使填料的磷吸附功能再生，恢复人工湿地对磷的处理效率。本发明方法包括溶脱剂的选择和配制、原位溶脱和后处理等步骤。本发明以简单的方法解决了人工湿地磷吸附饱和的难题，不需更换填料就可以使磷吸附功能的再生，并且不影响基质对磷的吸附作用，改善人工湿地处理效率。

Description

一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法

技术领域

本发明涉及一种适用于人工湿地填料磷吸附饱和的再生方法，尤其是特别涉及一种溶脱剂直接进行原位溶脱，使吸附在填料上的磷解吸附，从而使填料吸附磷的功能再生的方法，属于资源环境保护技术领域。

背景技术

人工湿地技术因其低能耗和易管理等优点，被广泛应用于各种污水处理领域，包括生活污水、工业废水、暴雨径流等，目前也被尝试应用于水体的富营养化控制方面。

人工湿地对磷的去除主要包括以下几种途径：填料吸附、微生物作用、植物和藻类吸收等，其中填料对磷的吸附被认为是人工湿地除磷的主要方式。但是，随着人工湿地系统的运行，吸附或沉降在填料内的磷的含量不断升高，最终使填料对磷的吸附达到饱和。根据美国环保总局对美国的人工湿地调查研究表明，新建的人工湿地填料具有较大的磷吸附能力，而运行1～2年后的人工湿地其填料对磷的吸附能力几乎到达饱和。当填料吸附饱和后，人工湿地对磷的去除效率会明显降低，到最后会完全消失，有时甚至会出现磷的释放现象。这在一定程度上限制了人工湿地的广泛应用。

如何恢复人工湿地填料的磷吸附能力，是人工湿地除磷的关键所在。目前，国内外针对人工湿地填料对磷的吸附饱和问题，都没有很好的解决办法。Maehlum T等人和Reddy K R等人采取湿地干-湿交替运行的方式，以缓解湿地填料磷吸附饱和的发生，湿地的再运行又很快使湿地填料磷吸附达到饱和。解决磷吸附饱和的最彻底的方法是更换新的填料，但是这种方法对原有的人工湿地系统中已经形成的稳定的生物、尤其是微生物系统具有较大的破坏性，相当于人工湿地生态系统的重建，需要较长时间恢复其原有的水质净化功能。另外，在实际应用中，更换后的磷吸附饱和基质多被丢弃，对其处置不当会造成二次污染。

因此，采用原位再生的方法解决人工湿地填料磷吸附饱和的问题，在经济上和工程实践上都具有很大的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提出一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法，不需更换填料，通过原位再生的方法解决人工湿地填料磷吸附饱和的问题，既能彻底解决人工湿地填料磷吸附饱和问题，又能克服现有的更换填料方法对于人工湿地系统中形成的生物、尤其是微生物系统的破坏及二次污染问题。本发明方法筛选出高效溶脱剂，将溶脱剂直接添加至人工湿地系统中停留一定时间，使填料中被饱和吸附的磷重新释放至水中，从而使填料吸附磷的功能再生。

简言之，本发明方法对填料磷吸附接近或者已经饱和的人工湿地，直接采用溶脱剂进行原位溶脱，能够在短期内使吸附在填料上的磷解吸附，并随着水流一起流出系统，使填料的磷吸附功能再生，恢复人工湿地对磷的处理效率。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法，包括以下步骤：

1)溶脱剂的选择和配制：如果人工湿地填料主要包含钙氧化物，配制pH为4～5的稀酸水溶液；如果人工湿地填料主要包含铝和铁的氧化物，配制pH为9～10的稀碱水溶液；

2)将所配制的溶脱剂通过湿地进水系统进入湿地中，对磷吸附的填料进行原位溶脱，溶脱剂停留时间为1-5天，溶脱后溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地；

3)将经过溶脱剂处理后的人工湿地用自来水清洗，直至人工湿地出水的pH值为中性或者pH与清洗用自来水相同。

用于实现本发明方法的溶脱剂的筛选和配制是本发明的关键，溶脱剂的选择是根据填料的性质决定的。所述的溶脱剂分为酸性溶脱剂和碱性溶脱剂，本发明根据运行中湿地实际采用的填料性质，确定溶脱剂选用酸性溶脱剂或碱性溶脱剂。如果人工湿地填料是含钙氧化物含量较多的填料，如实际工程中常运用的碎石、砾石等，这时用酸性溶脱剂较好，可配制稀酸水溶液溶脱剂，优选pH为4～5的稀酸水溶液；所述的酸包括但不限于盐酸、醋酸或柠檬酸等；如果人工湿地填料是含铝和铁的氧化物较多的填料，如沸石、钢渣等，此时用碱性溶脱剂较好，可配制稀碱水溶液溶脱剂，优选pH为9～10的稀碱水溶液，所述的碱，包括但不限于氢氧化钠或氢氧化钾等。最优选的酸性溶脱剂和碱性溶脱剂分别为pH为4的盐酸和pH为9的氢氧化钠水溶液。

针对填料的具体情况选择酸性溶脱剂或碱性溶脱剂进行溶脱，对磷的溶脱率都可达70％左右，所述的溶脱率是指：加溶脱剂后溶脱出的P的量与填料的P吸附饱和时P的量的重量百分比，其中P的量是由溶脱前后水中TP的浓度乘以水量而得，TP浓度的测定按照《水和废水监测分析方法》(第四版)TP的测定方法。

将溶脱剂通过湿地进水系统进入湿地中，对磷吸附的填料进行原位溶脱，吸附在填料上的磷解吸附，重新释放至溶脱剂中并随着溶脱剂一起流出人工湿地系统，使填料的磷吸附功能再生。

所述溶脱步骤的运行方式可以按照原来人工湿地的运行方式进行，或改变后的方式运行，如溶脱剂以连续流或间歇流的方式进入人工湿地进行原位溶脱均可。比如，如果人工湿地原来的运行方式是连续流，那么就可以按照原来连续流的运行方式和运行负荷加入溶脱剂进行原位溶脱；或是以间歇流方式加入溶脱剂并停留12或者24小时的时间周期，再将溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地，重复上述操作直至填料中磷基本解吸附完全。对于原来的运行方式是间歇流的人工湿地，同样可以采用上述连续流或间歇流的方式进行原位溶脱。如果人工湿地采用间歇流的运行方式进行原位溶脱，那么加入溶脱剂的量只要刚刚淹没填料表面即可，其余均可按照人工湿地原来的运行方式运行。

加入溶脱剂进行原位溶脱，溶脱剂的停留时间根据脱磷效果的实际情况确定，原位溶脱的停留时间为1-5天，但最长不要超过5天，因为在5天的时间内，磷已基本解吸附完全，且对植物的生长无不利影响，微生物的数量和活性也能基本恢复；超过5天后则对植物的生长不利。优选停留时间为1～3天，可以使被饱和吸附的磷释放出来。比如在实施例中对于以间歇流方式进行原位溶脱，溶脱剂的停留时间为3天，即将溶脱剂加入人工湿地并使其淹没填料表面，停留24小时后，将溶脱剂通过排水系统排出湿地系统；按照上述操作再循环2次，其停留时间即为3天。

人工湿地使用溶脱剂后需进行后续处理，将经过溶脱剂处理后的人工湿地用自来水清洗，直至出水的pH值为中性或者与用来清洗的自来水的pH相当，即认为溶脱剂清洗干净。

人工湿地填料磷吸附功能经过上述过程进行原位再生之后，就可按照湿地原来模式处理污水，不需要其它改变措施。

含有解吸附磷的脱溶剂及清洗产生的污水可按现有方法处理或处置。

由此可见，本发明以简单的方法解决了人工湿地填料磷吸附饱和问题，通过填料磷吸附功能的原位再生，避免了更换填料的方法所带来的工程量大，经济上投入多，人工湿地系统功能恢复时间长等问题。本发明方法操作简单，溶脱剂为普通的工业酸碱产品，价廉易得，系统再生及功能恢复周期短，对磷的溶脱率可达约70％，为解决人工湿地磷吸附饱和问题带来新的方法和启示。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。

具体实施方式

实施例1

按照本发明的方法对人工湿地采用原位溶脱法进行磷吸附功能再生。

在人工湿地的基质(陶粒)已经达到磷吸附饱和的湿地系统中，因为是含Al和Fe成分较多的填料，选择并配制pH为10的稀氢氧化钠溶液为溶脱剂，将所配制的溶脱剂通过湿地进水系统进入湿地中，按照湿地系统原来的运行方式(间歇流)运行，进行原位溶脱再生，溶脱剂的停留时间为3天，即将溶脱剂加入人工湿地并使其淹没填料表面，停留24小时后将溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地，重新加入新的溶脱剂并重复上述操作2次。溶脱处理后的人工湿地用自来水清洗2-3次，直至人工湿地出水的pH值为中性。

经测定，磷吸附饱和的填料对磷的溶脱率达到66.8％，并且对填料的再生吸附饱和容量测定，发现比原基质略高，从原来的125mg/kg到130mg/kg，改善了填料对磷的吸附效果，且出水水质酸碱度能够达标排放无需另外的处理。

实施例2

按照本发明的方法对人工湿地采用原位溶脱法进行磷吸附功能再生。

在人工湿地的基质(砾石)已经达到磷吸附饱和的湿地系统中，因为是含钙氧化物较多的填料，选择并配制pH为4的稀盐酸溶液为溶脱剂，将所配制的溶脱剂通过湿地进水系统进入湿地中，按照湿地系统原来的运行方式(连续流)运行负荷和进行原位溶脱再生，溶脱剂的停留时间为48小时，运行后的溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地。溶脱处理后的人工湿地用自来水清洗2-3次，直至人工湿地出水的pH值为中性。

经测定，磷吸附饱和的填料对磷的溶脱率达到70.2％，

除上述实施例外，本发明还可以有其它变化的实施方式。例如，溶脱剂可以采用其它多种物质，实施溶脱的填料也可以多样化，凡采用原位溶脱法或者其等同替换、等效变换形成的技术方案，均在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1、一种人工湿地填料磷吸附饱和的原位再生方法，包括以下步骤：

1)溶脱剂的选择和配制：如果人工湿地填料主要包含钙氧化物，配制pH为4～5的稀酸水溶液；如果人工湿地填料主要包含铝和铁的氧化物，配制pH为9～10的稀碱水溶液；

2)将所配制的溶脱剂通过湿地进水系统进入湿地中，对磷吸附的填料进行原位溶脱，溶脱剂停留时间为1-5天，溶脱后溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地；

3)将经过溶脱剂处理后的人工湿地用自来水清洗，直至人工湿地出水的pH值为中性或者pH与清洗用自来水相同。

2、根据权利要求1所述的原位再生方法，其特征在于：所述的酸为盐酸、醋酸或柠檬酸；所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

3、根据权利要求2所述的原位再生方法，其特征在于：所述的溶脱剂为pH为4的盐酸或pH为9的氢氧化钠水溶液。

4、根据权利要求1所述的原位再生方法，其特征在于：所述的溶脱剂停留时间为1-3天。

5、根据权利要求1所述的原位再生方法，其特征在于：所述的步骤2)中溶脱的运行方式为连续流或间歇流。

6、根据权利要求5所述的原位再生方法，其特征在于：以连续流方式进行溶脱，按照人工湿地的运行方式和运行负荷加入溶脱剂；或者以间歇流方式进行溶脱，溶脱剂加入量使其淹没填料表面。

7、根据权利要求6所述的原位再生方法，其特征在于：以间歇流方式进行溶脱，加入溶脱剂并停留12小时或1天，再将溶脱剂通过湿地排水系统排出湿地，在溶脱剂停留时间内重复上述操作。

8、根据权利要求1所述的原位再生方法，其特征在于：人工湿地自来水清洗时间为1～2天。