CN104118940B - 一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置 - Google Patents

一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置。其从上至下依次包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层、化学反应层、复合反应层、集水层依次相连；进水口安置在布水层上方，从进水口进来的水刚好进入到布水层中；出水口设置在集水层的最下方，利于水的导出；所述化学反应层的填料包括红壤、结构调节剂和pH改良剂，其中红壤占50-60重量%。成本降低；同时可将重金属以更加稳定的形态固持在土壤中，避免人工湿地常见的堵塞问题，更好地促进植物和微生物生长。能够对重金属污染的酸性矿山废水的突发性泄漏和长期排放实现有效防治。

Description

一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置。
背景技术
随着中国经济的日益发展，各种重金属污染问题逐渐成为人们关注的焦点问题。从2009年至今，我国已连续发生30多起重特大重金属污染事件，其中矿品开采冶炼引发的重金属环境污染在小矿山小冶炼比较集中的南方省份常常成为危害人民健康的重要因素。矿品开采冶炼带来了大量矿山废水，具有极强的酸性和极高的金属浓度，对矿山周边生态健康和环境安全构成巨大的威胁。常规的中和沉淀法、生物化学法和植物生态修复等治理方法普遍存在着投入资金大，运行维护成本高，设备繁多复杂等问题，迫切需要开发更加快速高效低廉的矿山废水修复技术。
人工湿地技术可以有效去除进水中的重金属，其出水水质好、抗冲击力强、操作简单、维护和运行费用低廉，还能提供生态附加值。基质是构成人工湿地的主要成分之一，已有工艺及国内外最新文献中报导的人工湿地基质多种多样，包括土壤、砂石、锰砂、泥炭、尾矿渣等，专利申请CN203048673U提出的处理含铅废水的人工湿地利用的便是砾石和沸石作为基质。土壤具有吸附潜力大，来源广泛，成本低廉等优势，如果能够可以作为人工湿地的填料，则可以大大降低构建成本。红壤是中国南方省份的典型土壤，富含大量的粘土矿物和铁（氢）氧化物，对重金属具有极高的吸附潜力，可能作为构建处理矿山废水的人工湿地的填料；但单纯的土壤作为湿地填料在处理矿山废水中容易堵塞失效，同时红壤具有极强酸性，限制了其对重金属的高效吸附，也不利于湿地植物/微生物的正常生长，需要辅以其他调控措施（如pH改良），使红壤发挥对重金属吸附的更大潜力。专利申请200910107815.9曾经提出以红壤等多种材料复合构建处理重金属废水的人工湿地，但其填料中红壤仅占并不作为主要基质，仍需5%-75%火山岩来提供去除能力，如果要在以红壤为典型土壤的南方矿区使用，相对构建成本不低。
同时，微生物活动对于重金属的运移转化具有着重要影响，类似硫酸盐还原作用、异化金属还原作用等生物地球化学过程能够以相对稳定的形态将金属离子固定于土壤中，避免弱吸附态的金属离子日后重新溶出，形成二次污染。专利申请201110220072.3和200810234601.3便是利用了硫酸盐还原作用来修复重金属污染，但矿山废水的强酸性会严重抑制微生物活动，需要提前对酸度进行一定的调节，增加了处理成本，同时单靠微生物反应器要实现重金属的完全去除，需要添加大量碳源及营养物质。如果能将人工湿地厌氧层的微生物活动调节利用，则可以在利用土壤吸附能力的同时发挥微生物作用，最大化去除矿山废水中的重金属污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于重金属废水处理的人工湿地系统，能够对重金属污染的酸性矿山废水的突发性泄漏和长期排放实现有效防治。
为实现上述目的，本发明提供一种基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，其从上至下依次包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；所述化学反应层（3）的填料包括红壤、结构调节剂和pH改良剂，其中红壤占50-60重量%。
还包括在所述人工湿地中种植有植物；优选挺水植物；更优选美人蕉、芦苇、香蒲等植物。
所述结构调节剂为粒径0-3cm的砂石；pH改良剂为碳酸钙。
所述结构调节剂的重量百分比为30-40%；pH改良剂的重量百分比为1-10%。
所述布水层（2）由粒径0-10cm的砂石填充构成，厚度5-15cm。
所述化学反应层（3）的平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度为5-30cm。
所述复合反应层（4）的填料包括红壤、结构调节剂、pH改良剂和微生物活动调控剂；
优选的，所述红壤的重量百分比为50-60%、结构调节剂为粒径0-3cm的砂石，重量百分比为30-40%、pH改良剂为碳酸钙，重量百分比为1-5%和微生物活动调控剂为含硫有机物质，重量百分比为1-5%。
所述复合反应层（4）的平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度为10-60cm；
任选的，所述集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度10-20cm。
所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置还包括分别在所述进水口（1）与出水口（6）的管口配置格栅，优选格栅直径1-2cm，间距为3-10mm，以去除进/出水中含有的泥沙等固体颗粒物。
本发明还保护一种利用所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置进行矿山废水重金属污染修复的方法。
本发明通过将红壤与适当比例的结构调节剂、pH改良剂与微生物活动调控剂混合作为填料，构建一种用于重金属废水处理的人工湿地系统，对重金属污染的酸性矿山废水的突发性泄漏和长期排放实现有效防治。
该红壤基人工湿地系统包括布水层、化学反应层、复合反应层、集水层以及植株种植部分，并配备有进水口和出水口。
1、布水层
布水层的主要作用为均匀分布进水，由粒径0-10cm的砂石填充构成，厚度一般为2-20cm，具体填充厚度可根据人工湿地装置总体规模而定。
2、化学反应层
化学反应层主要利用红壤对重金属的吸附作为去除重金属的主要机制，以pH改良剂添加来最大化发挥红壤的吸附能力，并通过结构调节剂增加填料孔隙度，避免堵塞问题发生，同时，矿山废水的强酸度在与填料中和过程中得到改善，有利于后续复合反应层中微生物的生长代谢活动。其平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度一般为5-30cm，具体填料比例和填充体积可根据处理矿山废水的污染程度和处理量而调整。使用的填料组分及其具体质量比为：
a）红壤为填料主要成分，占填料的50-60%；
b）结构调节剂为粒径0-3cm的砂石，占填料的30-40%；
c）pH改良剂为颗粒或粉末状的碳酸钙或硫酸钙，占填料的1-10%。
3、复合反应层
复合反应层在利用红壤吸附重金属的同时，通过微生物活动调控剂激发厌氧微生物活动，通过含硫有机物质的添加促进硫酸盐还原菌生长，从而将重金属以硫化物沉淀，同时，调控异化金属还原菌代谢利用红壤中富含的铁矿物，促进能够高效吸附重金属的二次矿物（如针铁矿、磁铁矿）的形成，将弱吸附在红壤表面的重金属以更加稳定的形态固持。其平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度一般为10-60cm，具体填料比例和填充量可根据处理矿山废水的污染程度和处理量而调整。使用的填料组分及其具体质量比为：
a）红壤为填料主要成分，占填料的50-60%；
b）结构调节剂为粒径0-3cm的砂石，占填料的30-40%；
c）pH改良剂为颗粒或粉末状的碳酸钙或硫酸钙，占填料的1-5%；
d）微生物活动调控剂为含硫有机物质，如城市污泥、腐殖土、泥炭、硫皂土等，占填料的1-5%。
4、集水层
集水层主要用于汇集反应层处理后的水流，并截留各种固体颗粒物。集水层由粒径0-3cm的砂石构成，厚度一般为2-20cm，具体根据人工湿地装置总体规模而定。
5、植株部分
该人工湿地系统涉及的植株主要为挺水植物，如美人蕉、芦苇、香蒲等，在其中扮演的角色包括吸收/吸附重金属、调控微生物活动、提供生态美观。植物根部一般是种在布水层-化学反应层这块区域的，随着植物生长，根系也会扩散到底部去。
6、进水管与出水管
进水管和出水管的材质可以用PVC管，尺寸根据人工湿地装置的规模与处理废水量而调节，直径一般在2-20cm之间，同时，在管口配置格栅（格栅间距为3-10mm），以去除进/出水中含有的泥沙等固体颗粒物。格栅长宽就要根据具体实施时候的进出水管口（也叫进/出水口）而变，一般尽量紧贴进/出水口。
该红壤基人工湿地系统处理水流方向为自上而下垂直式。矿山废水在流入湿地化学反应层后，废水中原有的重金属离子不断与红壤相互作用而被吸附去除，部分金属还将通过植物吸收/吸附等方式去除，同时废水酸度也能够被反应层所不断中和；随后，废水继续流入湿地复合反应层，在红壤吸附以及微生物活动固持的双重作用下最终得到完全去除，从而使出水金属浓度符合国家规定的排放水平，实现对矿山废水重金属污染的治理。
利用该红壤基人工湿地系统来治理矿山废水的重金属污染，具有以下优势作用：1）在pH改良剂的优化下充分发挥南方矿区典型土壤——红壤（尤其是其中富含的粘土矿物及铁（氢）氧化物）对重金属潜在的极强吸附能力，大大节省人工湿地构建成本；2）利用厌氧层的微生物活动，特别是硫酸盐还原作用以及异化金属还原作用，将重金属以更加稳定的形态固持在土壤中；3）通过结构调节剂来改善填料孔隙度，避免人工湿地常见的堵塞问题，同时还能够更好地促进植物和微生物生长。
该红壤基人工湿地系统的最大处理容量及使用寿命根据体系构建规模及矿山废水性质而异，在处理过程中要定期检测处理后出水的pH及金属含量，以便及时调节废水处理量和有效控制废水处理效果，并在反应体系失效前及时停止使用。
该红壤基人工湿地系统既可以小规模湿地土柱或湿地池形式日常配备，用于突发性矿山废水重金属污染的应急处理，也可以根据矿山废水排放量构建大规模湿地工程，用于矿山废水重金属污染的长期高效治理。
附图说明
图1是该红壤基人工湿地装置示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
本实例构建了一套完整的小型人工湿地模拟柱体，如图1所示，同时兼备化学反应层以及复合反应层，考察其使用效率。
首先通过PVC管建立一个小型人工湿地模拟柱体，尺寸为直径3cm，高20cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度2cm。化学反应层（3）装有40g填料，包括红壤59重量%、粒径在1-2cm之间的砂石40重量%和碳酸钙1重量%，反应层厚度为5cm。复合反应层（4）装有80g填料，包括红壤59%、粒径在1-2cm之间的砂石39%、碳酸钙1%和含硫腐殖土1%；反应层厚度为10cm。集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度2cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径1cm的PVC管，管口配置格栅（直径1cm，间距为3mm）。同时，本实施例移植小株芦苇一株，并在运行前整体静置2天，促进植物生长，同时也活化复合反应层微生物活动。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），化学反应层（3），复合反应层（4），集水层（5），最后从出水管出来。
进水为矿山废水（Cu2+、Zn2+和Mn2+浓度各为10mg/L，pH为3），流速1.5mL/min,水力停留时间为0.5小时。经系统稳定运行处理80mL废水的实验结果表明：出水Cu/Mn浓度保持在1mg/L以下，Zn浓度保持在2mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准。
实施例2：
本实例构建了一套完整的小型人工湿地模拟柱体，如图1所示，同时兼备化学反应层以及复合反应层，考察其使用效率。
首先通过PVC管建立一个小型人工湿地模拟柱体，尺寸为直径3cm，高20cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度2cm。化学反应层（3）装有40g填料，包括红壤50重量%、粒径在1-2cm之间的砂石40重量%和碳酸钙10重量%，反应层厚度为5cm。复合反应层（4）装有80g填料，包括红壤60%、粒径在1-2cm之间的砂石30%、碳酸钙5%和含硫腐殖土5%；反应层厚度为10cm。集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度2cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径1cm的PVC管，管口配置格栅（直径1cm，间距为3mm）。同时，本实施例移植小株芦苇一株，并在运行前整体静置2天，促进植物生长，同时也活化复合反应层微生物活动。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），化学反应层（3），复合反应层（4），集水层（5），最后从出水管出来。
进水为矿山废水（Cu2+、Zn2+和Mn2+浓度各为10mg/L，pH为3），流速1.5mL/min,水力停留时间为0.5小时。经系统稳定运行处理80mL废水的实验结果表明：出水Cu/Mn浓度保持在1mg/L以下，Zn浓度保持在2mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准。
实施例3：
本实例构建了一套完整的小型人工湿地模拟柱体，如图1所示，同时兼备化学反应层以及复合反应层，考察其使用效率。
首先通过PVC管建立一个小型人工湿地模拟柱体，尺寸为直径3cm，高20cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度2cm。化学反应层（3）装有40g填料，包括红壤54重量%、粒径在1-2cm之间的砂石36重量%和碳酸钙10重量%，反应层厚度为5cm。复合反应层（4）装有80g填料，包括红壤50%、粒径在1-2cm之间的砂石40%、碳酸钙5%和含硫腐殖土5%；反应层厚度为10cm。集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度2cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径1cm的PVC管，管口配置格栅（直径1cm，间距为3mm）。同时，本实施例移植小株芦苇一株，并在运行前整体静置2天，促进植物生长，同时也活化复合反应层微生物活动。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），化学反应层（3），复合反应层（4），集水层（5），最后从出水管出来。
进水为矿山废水（Cu2+、Zn2+和Mn2+浓度各为10mg/L，pH为3），流速1.5mL/min,水力停留时间为0.5小时。经系统稳定运行处理80mL废水的实验结果表明：出水Cu/Mn/Zn浓度保持在1mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准。
实施例4：
本实例构建了一套完整的小型人工湿地模拟柱体，如图1所示，同时兼备化学反应层以及复合反应层，考察其使用效率。
首先通过PVC管建立一个小型人工湿地模拟柱体，尺寸为直径3cm，高20cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度2cm。化学反应层（3）装有40g填料，包括红壤53重量%、粒径在1-2cm之间的砂石38重量%和碳酸钙9重量%，反应层厚度为5cm。复合反应层（4）装有80g填料，包括红壤57%、粒径在1-2cm之间的砂石37%、碳酸钙3%和含硫腐殖土3%；反应层厚度为10cm。集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度2cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径1cm的PVC管，管口配置格栅（直径1cm，间距为3mm）。同时，本实施例移植小株芦苇一株，并在运行前整体静置2天，促进植物生长，同时也活化复合反应层微生物活动。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），化学反应层（3），复合反应层（4），集水层（5），最后从出水管出来。
进水为矿山废水（Cu2+、Zn2+和Mn2+浓度各为10mg/L，pH为3），流速1.5mL/min,水力停留时间为0.5小时。经系统稳定运行处理80mL废水的实验结果表明：出水Cu/Mn/Zn浓度保持在1mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准。
实施例5：
本实例构建了中型人工湿地模拟装置，进行了人工湿地（化学反应层）填料处理矿山废水重金属污染效率的鉴定。
首先通过PVC管建立一个人工湿地模拟柱体，尺寸为直径32cm，高80cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度5cm。化学反应层（3）装有60kg填料，包括红壤57重量%、粒径在1-2cm之间的砂石40重量%和碳酸钙3重量%，反应层厚度为50cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径2cm的PVC管，管口配置格栅（直径2cm，间距为5mm）。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），反应层（3），集水层（5），最后从出水口（6）出来。
进水分为两阶段，首先，14L高浓度矿山废水MW-1以7.8mL/min的流速流经土柱，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd2+、Ni2+和Co2+浓度分别为166.4mg/L，104.2mg/L，22.8mg/L，4.4mg/L，4mg/L和4mg/L，pH为3.6，水力停留时间为20小时；随后，200L稀释5倍的废水MW-2（pH值为4.3）以4.5mL/min的流速流经土柱，水力停留时间为36小时，总共持续32天。经系统稳定运行处理的实验结果表明：不管是处理高低浓度的废水，出水金属离子浓度均在0.5mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准，本发明的化学反应层填料组成可以有效处理重金属污染的矿山废水。
实施例6：
本实例构建了中型人工湿地模拟装置，进行了人工湿地（化学反应层）填料处理矿山废水重金属污染效率的鉴定。
首先通过PVC管建立一个人工湿地模拟柱体，尺寸为直径32cm，高80cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度5cm。化学反应层（3）装有60kg填料，包括红壤60重量%、粒径在1-2cm之间的砂石30重量%和碳酸钙10重量%，反应层厚度为50cm。进水口（1）与出水口（6）使用的水管为直径2cm的PVC管，管口配置格栅（直径2cm，间距为5mm）。
本实施例采用连续进水方式，水流由进水管进水，依次通过布水层（2），反应层（3），集水层（5），最后从出水口（6）出来。
进水分为两阶段，首先，14L高浓度矿山废水MW-1以7.8mL/min的流速流经土柱，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd2+、Ni2+和Co2+浓度分别为166.4mg/L，104.2mg/L，22.8mg/L，4.4mg/L，4mg/L和4mg/L，pH为3.6，水力停留时间为20小时；随后，200L稀释5倍的废水MW-2（pH值为4.3）以4.5mL/min的流速流经土柱，水力停留时间为36小时，总共持续32天。经系统稳定运行处理的实验结果表明：不管是处理高低浓度的废水，出水金属离子浓度均在0.1mg/L以下，pH为中性，符合国家污水排放综合标准，本发明的化学反应层填料组成可以有效处理重金属污染的矿山废水。
实施例7：本实施例在构建的中型人工湿地模拟装置中开展了激活微生物的措施，考察微生物活动对于重金属的去除（本发明复合反应层在填料化学作用之外所起的处理原理便是依靠有机物质激活微生物活动对废水中重金属发生去除作用）。
首先通过PVC管建立一个人工湿地模拟柱体，尺寸为直径32cm，高80cm，底部用PVC板封底。人工湿地模拟柱体主要包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、反应层（3）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；其中，布水层（2）由粒径在1-2cm之间的砂石填充构成，厚度5cm。反应层（3）装有60kg填料，包括红壤58重量%、粒径在1-2cm之间的砂石39重量%和碳酸钙3重量%，反应层厚度为50cm。进水口（1）与出水口（5）使用的水管为直径2cm的PVC管，管口配置格栅（直径2cm，间距为10mm）。
在本实施例考察过程中，首先将矿山废水引入人工湿地模拟柱体内，关闭出水口，让湿地填料间分布大量矿山废水，随后通过有机碳源激活反应层微生物活动，进行系统的连续间隙水采样。通过监测，发现随着时间推移/微生物活动激活，湿地反应层填料间隙水的Cu浓度可以从激活前的0.16mg/L逐渐降至0.01mg/L，Zn浓度可以从激活前的8.68mg/L逐渐降至0.03mg/L，Mn浓度可以从激活前的13.98mg/L逐渐降至0.07mg/L，Cd/Co/Ni浓度分别从激活前的0.36mg/L,0.35mg/L和1.16mg/L降至检测限以下（低于0.01mg/L）。说明通过反应层中的微生物活动能在填料化学修复作用基础上起到进一步去除重金属的效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，其从上至下依次包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；所述化学反应层（3）的填料包括红壤、结构调节剂和pH改良剂，其中红壤占50-60重量%；所述复合反应层（4）的填料包括红壤、结构调节剂、pH改良剂和微生物活动调控剂。
2.权利要求1所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，还包括在所述人工湿地中种植有植物。
3.权利要求2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述植物为挺水植物。
4.权利要求3所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述植物为美人蕉、芦苇、香蒲。
5.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述化学反应层（3）中的结构调节剂为粒径0-3cm的砂石；pH改良剂为碳酸钙。
6.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述化学反应层（3）中的结构调节剂的重量百分比为30-40%；pH改良剂的重量百分比为1-10%。
7.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述布水层（2）由粒径0-10cm的砂石填充构成，厚度5-15cm。
8.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述化学反应层（3）的平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度为5-30cm。
9.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，复合反应层（4）的填料中：红壤的重量百分比为50-60%、结构调节剂为粒径0-3cm的砂石，重量百分比为30-40%、pH改良剂为碳酸钙，重量百分比为1-5%和微生物活动调控剂为含硫有机物质，重量百分比为1-5%。
10.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述复合反应层（4）的平均容重为1.2g/cm3，反应层厚度为10-60cm。
11.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度10-20cm。
12.权利要求1或2所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，分别在所述进水口（1）与出水口（6）的管口配置格栅。
13.权利要求12所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，所述格栅直径1-2cm，间距为3-10mm，以去除进/出水中含有的泥沙固体颗粒物。
14.一种利用权利要求1-13任一所述基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置进行矿山废水重金属污染修复的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109574370A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 中冶华天工程技术有限公司 废弃矿区酸性废水处理方法
CN107892441B (zh) * 2017-12-13 2018-11-23 中国科学院地理科学与资源研究所 金属矿山水资源循环利用中污染物控制装置及控制方法
CN108033566B (zh) * 2017-12-13 2018-12-07 中国科学院地理科学与资源研究所 一种重金属防控系统以及采用其的重金属防控方法
CN109694134A (zh) * 2019-01-24 2019-04-30 张庆堂 一种多孔性污水净化竹球及其加工方法
EP4200259A4 (en) * 2020-08-22 2024-05-29 Ariel Scientific Innovations Ltd. DEVICE AND METHOD FOR TREATMENT OF WASTEWATER

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101293710A (zh) * 2008-06-17 2008-10-29 桂林工学院 一种铬污染水体的生物修复方法
CN101570365A (zh) * 2009-06-05 2009-11-04 钟泳滢 一种处理工厂重金属废水的人工湿地处理方法
CN102616936A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 四川大学 耦合零价铁复合垂直流人工湿地

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101293710A (zh) * 2008-06-17 2008-10-29 桂林工学院 一种铬污染水体的生物修复方法
CN101570365A (zh) * 2009-06-05 2009-11-04 钟泳滢 一种处理工厂重金属废水的人工湿地处理方法
CN102616936A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 四川大学 耦合零价铁复合垂直流人工湿地

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