CN102765804B

CN102765804B - 一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法

Info

Publication number: CN102765804B
Application number: CN201210231294.XA
Authority: CN
Inventors: 曾丽璇; 李晨; 吕向红; 周林艳
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: CN102765804A

Abstract

本发明公开了一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法。本发明所述方法是将电厂废弃物粉煤灰作为人工湿地填料的材料，结合碎石、水泥和萘系高效减水剂，通过适当的配比，在满足强度、孔隙率及生态安全性等要求的前提下，对人工湿地填料进行填料材料组成的优化配比和结构的优化配置。同时，配合人工湿地植物和微生物，营造湿地处理系统中填料-湿地植物-湿地微生物三位一体的综合作用，实现废弃物资源的循环利用。本发明上述方法将特别适用于人工湿地污水处理及景观水体的恢复。

Description

一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理相关领域，具体涉及一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法。

背景技术

在人工湿地处理系统中，填料是系统中重要的营养聚集场所，而粘附在填料上的微生物种群的组成以及数量直接影响着系统的净化效果。然而，目前人工湿地系统的填料仍广泛依赖于天然的碎石、砂子、土壤或碎石、炉渣等材料，材料经简单地堆积作为填料，易堵塞且不易更换，大大增加了维护和管理的成本。更重要的是，这些材料的氮磷吸附能力低, 同时其有限的孔隙率、比表面积等物理或化学性能严重制约着人工湿地对污水中氮、磷等污染物质的净化效率。而直接采用粉煤灰、沸石等作为填料，虽氮、磷在启动阶段可以迅速提高，但这些的小粒径材料极易随水流动而流失，少量报道提到的进口材料以及聚氯乙烯弹性填料等人工填料费用较高，严重制约了填料的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中存在的上述不足，将电厂废弃物粉煤灰作为人工湿地填料的材料，结合碎石、水泥和萘系高效减水剂，通过适当的配比，在满足强度、孔隙率及生态安全性等要求的前提下，对人工湿地填料进行填料材料组成的优化配比和结构的优化配置。同时，配合人工湿地植物和微生物，营造湿地处理系统中填料-湿地植物-湿地微生物三位一体的综合作用，实现废弃物资源的循环利用。该技术将特别适用于生活污水处理及景观水体的恢复。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，包括如下步骤：

（1）制备人工填料：准备具有两个内置贯通孔的模具，将粗骨料、粉煤灰、水泥、萘系高效减水剂和水按照比例混合搅拌后，倒入到模具中成型，得到模块化内置空隙性人工填料；

（2）将步骤（1）制得的人工填料在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜后拆模，成型好的填料用塑料薄膜覆盖好，并每隔24h在表面喷洒少许水以保持90%湿度，自然养护28天，然后投入到人工湿地处理系统中；

步骤（1）中，粗骨料：水泥：粉煤灰：水的质量比为1：0.15~0.20：0.05~0.1:0.06~0.08，减水剂按水泥和粉煤灰总质量的1%~2%添加。

作为一种优选方案，步骤（1）中，所述贯通孔的孔径为60~110mm。

作为一种优选方案，步骤（1）中，所述粗骨料为碎石，其级配为10~16mm。所选碎石为花岗岩碎石，是一种常见的建筑材料，强度较大，粘结后形成的模块有更大的孔隙率以及表面积，更有利于微生物的附着；选择级配10~16mm是通过正交实验综合考虑得到的，级配太小制成的填料孔隙太小，容易堵塞，级配太大会使填料的强度不够；另外这是一个单一级配，单一级配比混合级配有更大的孔隙率。

作为一种优选方案，所述填料的孔隙率为30%（不含两个内置贯通孔）。30%的孔隙率，既保证了人工湿地污水在填料中的流动，植物在填料上的生长空间，又保证了填料有一定的强度。

作为一种优选方案，步骤（1）中，水灰比为0.30，粉煤灰掺量为30wt%，减水剂掺量为1.5wt%。这个配比保证了填料有足够的孔隙率，又有一定的强度；粉煤灰掺量30wt%实现了工业固体废弃物粉煤灰的再利用，同时也降低了填料的溶出pH值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、高效、经济，对污染物的处理效果优于传统的碎石填料。由于填料的组成中采用了粉煤灰等废弃物。经采用人工填料与传统的碎石填料对生活污水进行污染物去除效果的对比实验，结果表明人工填料对CODcr、氨氮、总磷等生活污水常用污染指标的去除率均比碎石填料高，且氨氮和总磷的去除率高出30%以上；

2、防堵塞、易更换。以往碎石等常规填料在人工湿地中是简单堆积在反应器中，易堵塞，且堵塞后难以定点更换。本发明设计的人工填料内置了孔隙，且孔隙的直径可根据水质的特征、植物的生长要求等需要进行调整和设计，并可在人工湿地反应器中根据流态、水质特征等进行填料块的布置，在保证水流通畅的情况下，最大限度地发挥植物、微生物和填料三位一体的作用，更好地去除污染物。湿地中的填料为微生物生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质，此外填料自身亦可通过物理、化学的途径来去除污水中的N、P等营养物质。湿地中的微生物是污染物分解净化的主要承担者。湿地植物通过直接吸收利用污水中的污染物质作为营养物质维持生长，同时吸附和富集污水中有毒有害的物质，达到污染净化的目的；植物发达的根系也为微生物提供了繁殖的场所，同时植物的生长为根区微生物输送了氧气和营养，对微生物的活性也有促进作用。湿地植物的选择若综合考虑当地的气候条件和观花、观叶等景观的需要，可以达到污水净化和景观的效果。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。本发明所用原料及设备如无特别说明，均为本领域常用的原料和设备。

实施例

本实施例实施地点在珠三角地区某村庄的人工湿地处理系统。具体步骤为：

（1）制备人工填料：准备具有两个内置贯通孔（孔径为10cm）的模具，将粗骨料、粉煤灰、水泥、萘系高效减水剂和水按照粗骨料：水泥：粉煤灰：水=1：0.15：0.1：0.08，减水剂按水泥和粉煤灰总质量的1%比例混合搅拌后，倒入到模具中成型，得到模块化内置空隙性人工填料；

（2）将步骤（1）制得的人工填料在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜后拆模，成型好的填料用塑料薄膜覆盖好，并每隔每隔24小时在表面喷洒少许水以保持保持90%湿度，自然养护28天，然后投入到人工湿地处理系统中。

（3）将步骤（2）制得的模块化人工填料（0.4 m×0.4 m×0.4m），投入到人工湿地处理系统。该人工湿地处理系统面积为为10.5 m×5.0 m×5.0 m＝52.5m³，湿地原有的填料为碎石填料。碎石填料清除后，将人工填料沿池长方向间隔均匀地排列23行，每行12个，模块按上下两层布置，模块贯通孔的方向垂直于水流方向，上层模块的贯通孔中种植能有效去除污水中有机污染物且具有观花效果的美人蕉。美人蕉种植约15天后显示出良好的长势，此时美人蕉的根系及模块化填料上附着肉眼可见的生物膜。

（4）20天后，该人工湿地处理系统以10m³/d的处理量对农村生活污水进行处理试验，经90天的连续运行，结果显示，该人工模块化填料的人工湿地处理系统的处理效果，尤其是N、P的去除效果优于原采用的碎石填料人工湿地处理系统，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标准。系统处理效果的主要水质指标与原碎石填料人工湿地处理效果对比见表1所示：

表1 人工模块化填料的人工湿地处理系统的处理效果

水质参数	原水水质（mg/L）	碎石填料人工湿地处理系统出水水质（mg/L）	人工模块化填料人工湿地处理系统出水水质（mg/L）
				COD	100-300	60-65	40-55
BOD	60-100	15-20	10-15
				NH₃-N	12-50	10-15	5-8
总磷	1.5-5 mg/L	1.5-2.5	1.0-1.5

Claims

1.一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（3）将步骤（2）制得的模块化人工填料投入到人工湿地处理系统，模块按上下两层布置，模块贯通孔的方向垂直于水流方向，上层模块的贯通孔中种植能有效去除污水中有机污染物且具有观花效果的美人蕉，美人蕉种植15天后美人蕉的根系及模块填料上附着肉眼可见的生物膜；

2.根据权利要求1所述的基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，其特征在于步骤（1）中，所述模具的贯通孔孔径为60~110mm。

3.根据权利要求1所述的基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，其特征在于步骤（1）中，所述粗骨料为碎石，其级配为10~16mm。

4.根据权利要求1所述的基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，其特征在于所述填料的孔隙率为30%。

5.根据权利要求1所述的基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法，其特征在于步骤（1）中，水灰比为0.30，粉煤灰掺量为30wt%，减水剂掺量为1.5wt%。