CN104045163B - 一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法。其人工湿地污水处理系统采用水平潜流人工湿地模式，系统包括土壤层、基质层、湿地植物和布水系统，土壤层内混有含钛高炉渣粉末，且土壤层的表面嵌置有用于光催化的含钛高炉渣碎块；基质层的材料为含钛高炉渣；布水系统包括碎石布水区、碎石集水区和集水管，碎石布水区和碎石集水区分别设置在土壤层和基质层的两侧，集水管设置在碎石集水区。本发明优点：（1）工艺简单，易于实施；（2）原料充足，价格低廉，且具有光催化特效；（3）能合理有效解决含钛高炉渣堆积和粗放型利用带来的有价资源浪费和环境污染问题。

Description

一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理系统，具体地说是以含钛高炉渣作为基质和植物肥料的人工湿地系统，属于环境保护领域。
背景技术
人工湿地作为一种新型污水处理技术，建设成本低，运行费用低，处理效果好，近年来受到各国的普遍重视。人工湿地主要是由基质床体、湿地植物以及水体三个部分组成。基质是人工湿地最为重要的组成部分。它为微生物的生长提供附着表面，为植物的生长提供支撑载体，是人工湿地中绝大部分物理作用、化学作用以及生物作用的反应场所。人工湿地中常用的基质有砂、砾石、粉煤灰等，这些材料自身吸附性能较差，人工湿地在长时间运行之后，基质对磷的吸附很容易饱和，去除效率出现下降，有时甚至会出现磷脱附现象。目前，市面上也有一些高活性的基质，如陶粒、改性沸石、活性炭等，但这些材料成本高，推广困难。
含钛高炉渣是炼铁工业的副产物，每年排放量可达300~400万吨。这些含钛高炉渣若得不到妥善的处理和利用，势必会造成极大资源的浪费和严重环境的污染。目前，含钛高炉渣主要是作为建材原料来加以利用。这种粗放式利用没有充分利用含钛高炉渣的有价元素（特别是Ti元素等），含钛高炉渣的许多优良特性也得不到充分发挥，未能物尽其用。而用含钛高炉渣作为人工湿地基质，其良好的吸附能力可以增强人工湿地的除磷能力；其所含的种类丰富的元素亦能促进湿地植物的生长，增强湿地植物对N、P等元素的吸收，加强湿地硝化和反硝化能力，从而使湿地脱氮除磷能力提高；尤其是用含钛高炉渣作为人工湿地基质与现在已有的湿地技术相比，其最突出的不同是，由于含钛高炉渣中含有的钙钛矿相在光照条件下有光催化作用，可以彻底降解去除水体中的众多有机污染物（如抗生素等）；用含钛高炉渣作为人工湿地基质能充分利用钛铁矿资源，避免粗放式利用带来的资源浪费，为含钛高炉渣的生态化利用开辟新途径。
公开号CN101514053A的专利公开了一种以炼钢废渣作为基质的富营养化水体人工湿地处理系统。该人工湿地处理系统基质层的基质材料采用钢渣和干渣混合物，钢渣和干渣体积比为4∶1～6∶1。
公开号CN101851023A的专利公开了一种采用焦粉-钢渣作为复合填料、结构简单、管理方便、不易堵塞、脱氮除磷效果好的潜流人工湿地污水处理系统。该人工湿地处理系统基质层的基质材料为焦粉和钢渣的复合填料。
公开号CN103395885A的专利公开了一种用于农村污水脱氮除磷的人工湿地组合基质及其制备方法。该人工湿地组合基质按重量百分比计，粗砂50%、砾石30%、木屑4%、炼钛废渣10%、炼钢高炉渣3%、钢渣3%。
公开号CN1772650A的专利公开了一种污水处理人工湿地基质组合配方，包括各种水质均需要的基础性基质及根据水质不同可选择的选择性基质，所述基础性基质为砂土混合料及碎石，所述选择性基质为沸石、石灰石、煤渣、钢渣、高炉渣、碎石、陶粒、瓜子片及卵石中的一种或一种以上混合物。
上述公开的专利中，采用钢渣作为人工湿地的基质填料，都仅仅是利用了钢渣的高吸附能力，加强人工湿地系统的除磷能力。而含钛高炉渣不仅有很强吸附能力，且其所含元素种类丰富，对湿地植物的生长发育有良好的促进作用；特别是含钛高炉渣中丰富的钙钛矿相具有良好的光催化性能对水体中有机物（如抗生素等）具有良好的降解去除效果。目前，并未出现利用含钛高炉渣的人工湿地系统。
发明内容
本发明的目的在于以含钛高炉渣作为人工湿地的填料基质，来提升人工湿地的性能，同时也能合理有效解决含钛高炉渣堆积和粗放型利用带来的有价资源浪费和环境污染问题。
本发明采用的技术方案是：
一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法，其人工湿地污水处理系统采用水平潜流人工湿地模式，系统包括土壤层、基质层、湿地植物和布水系统，所述土壤层内混有含钛高炉渣粉末，且土壤层的表面嵌置有用于光催化的含钛高炉渣碎块；所述基质层的材料为含钛高炉渣；所述布水系统包括碎石布水区、碎石集水区和集水管，碎石布水区和碎石集水区分别设置在土壤层和基质层的两侧，集水管设置在碎石集水区。
所述基质层下方还设有粘土防渗层。
所述土壤层内的含钛高炉渣粉末是由含钛高炉渣经400℃的温度煅烧30分钟后，冷却至室温，球磨、破碎，筛分至200目所得。
进一步地，所述基质层所用含钛高炉渣的粒径为2cm。嵌置在土壤层表面的含钛高炉渣块碎块的粒径为2cm。
本发明具有如下优点：（1）本发明工艺简单，容易实施。（2）本发明原料充足，价格低廉，且有其特有功效，吸附性能好，营养元素多，还具有光催化性能。（3）本发明用含钛高炉渣作为人工湿地基质，充分利用了钛铁矿资源，实现了含钛高炉渣的生态化利用，为含钛高炉渣的高效利用开辟了新途径。
附图说明
图1为含钛高炉渣基质人工湿地处理系统构建示意图。图中标号：1-湿地植物；2-土壤-渣粉混合层；3-碎石集水区；4-集水管；5-嵌置含钛高炉渣渣块；6-碎石布水区；7-含钛高炉渣填料的基质层；8-粘土防渗层。
具体实施方式
本发明主要利用的是含钛高炉渣中钙钛矿的光催化性能、渣中含有丰富的利于湿地植物生长的元素以及含钛高炉渣的高吸附性能的特性。其中钙钛矿的光催化原理可描述如下：
CaTiO3+H2O→e-+h+
h++H2O→·OH+H+
O2+e-→·O2 -
·O2 -+H+→HO2 ·
2HO2 ·→O2+H2O2
H2O2+O2 -→·OH+OH-+O2
h++OH-→·O
如图1所示，人工湿地污水处理系统采用水平潜流人工湿地模式，包括土壤-渣粉混合层2、含钛高炉渣填料的基质层7、湿地植物1、碎石布水区6、碎石集水区3、集水管4和粘土防渗层8。具体实现步骤如下：
（1）将含钛高炉渣破碎、分选，选取粒径在2cm左右的渣用作人工湿地的基质填料。
（2）含钛高炉渣经球磨、破碎，筛分至200目，放入马弗炉，经400℃的温度煅烧30分钟，冷却至室温，混入人工湿地的表层土壤中，作为肥料，促进湿地植物1的生长，会使植物吸收氮磷等营养元素的速率加快，根系活动加快，硝化反硝化作用加剧，从而提升湿地的性能。含钛高炉渣中含有的元素种类丰富，氮、硅、硫、钙、镁和铁都是植物所需的元素。煅烧后的含钛高炉渣，各种元素易于溶出，利于植物的吸收。
（3）将粒径在2cm左右的渣均匀适量嵌置在土壤表层上，配合混入土壤中的粉末状含钛高炉渣，光照条件下，在水中会发生光催化反应，对有机物（如抗生素等）有良好的光催化降解作用。

Claims (2)

1.一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法，其人工湿地污水处理系统采用水平潜流人工湿地模式，系统包括土壤层、基质层、湿地植物和布水系统，其特征在于，所述土壤层内混有含钛高炉渣粉末，且土壤层的表面嵌置有用于光催化的含钛高炉渣碎块，含钛高炉渣碎块的粒径为2cm；所述含钛高炉渣粉末是由含钛高炉渣经400℃的温度煅烧30分钟后，冷却至室温，球磨、破碎，筛分至200目所得；所述基质层的材料为含钛高炉渣，含钛高炉渣的粒径为2cm；所述布水系统包括碎石布水区、碎石集水区和集水管，碎石布水区和碎石集水区分别设置在土壤层和基质层的两侧，集水管设置在碎石集水区。
2.根据权利要求1所述的一种利用含钛高炉渣提升人工湿地处理污水性能的方法，其特征在于，所述基质层下方还设有粘土防渗层。
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