CN104556589B - 芦苇湿地与复合多孔介质球的联合净化系统及构建方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芦苇湿地与复合多孔介质球联合净化系统及构建方法与应用。应用于苇田养殖废水水体的吸附和净化。上述苇田养殖废水先经溢流堰均匀流入芦苇湿地中的芦苇池进行自然一次净化，经芦苇湿地净化后再经活性净化滤池中的煤渣－沸石复合多孔介质球进行强化净化，净化后的水再回流到苇田养殖水体内。联合净化系统能有效去除水体中的氨氮和有机物，具有无污染、成本低、操作简单、维护管理方便的优点，是一种生态的修复方法，可广泛地应用于苇田养殖水体水质的保持和改善。

Description

芦苇湿地与复合多孔介质球的联合净化系统及构建方法与 应用

技术领域

本发明属于水质净化技术，具体涉及芦苇湿地与复合多孔介质球联合净化系统及构建方法与应用。

背景技术

苇田养殖是在芦苇湿地中构建的田间工程，同时进行鱼、蟹养殖和芦苇种植的一水多收的生态养殖经济模式。然而随着苇田养殖业整体上向着集约化、高密度、高产出的模式发展，常年过度放养使得苇田水体中氨氮、有机物等污染物质不断积累，成为苇田水体污染的主要来源之一。

现有的养殖水体净化技术主要有膜过滤法、曝气吹脱法、电化学法、臭氧氧化法、生物流化床等，但这些技术都是针对传统养殖的特点而研发的。而苇田养殖与传统养殖明显不同，总体上表现为需水量很大，但又随着季节变化对水量的要求有所不同，且间歇性排水，在鱼、蟹捕捞和芦苇收割后，苇田多呈现无水状态，因此传统处理技术对苇田养殖水体并不具有适用性。如现有养殖水体净化技术中，膜过滤法主要依靠膜技术对水体中的污染物质进行有效分离，但在水量大、规模大的养殖废水处理应用中还存在一定局限，运行费用问题以及膜污染问题都是其广泛应用的障碍。

同时，辽河河口苇田湿地芦苇资源丰富，而煤渣作为一种价格低廉的工业固体废物和沸石均具有良好的吸附和生物挂膜特性，因而可以将两者结合应用于苇田养殖水体的净化，一方面可以相互强化对水体的处理效果，进一步加强对有机物、氮磷营养物质等污染物质的去除；另一方面也可以实现煤渣废物的二次利用，减少其对土地的占用及对环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芦苇湿地与复合多孔介质球联合净化系统构建方法，以用于苇田养殖水体的低成本、易管理、生态化的净化方法，以弥补现有技术在苇田养殖水体净化中的不足。

本发明的构思是：鉴于传统养殖水体净化技术在苇田养殖水体的局限性，以及河口地区普遍存在的大型芦苇湿地的实际(如合理加以利用既可以净化水体又可以节约人力物力)，既利用低成本的煤渣、沸石、PVA有机粘合剂制作成耐冲击负荷、机械强度高的煤渣－沸石复合多孔介质球，以充分利用煤渣和沸石的大比表面积和高吸附性，强化微生物在介质表面的“附着效应”和介质微孔隙捕捉有机物的“吸附效应”，并以填充的形式达到净化养殖水体中的营养物质和有机污染物，又将其与芦苇湿地的自然环境结合起来构筑成联合净化系统，从而达到高效净化苇田养殖废水的效果。

此外，考虑到直接使用煤渣会为养殖水体带来二次污染且直接关乎人体健康，所以用7mol/L盐酸将煤渣进行预处理，从而使煤渣中的铝、镉、砷、铬、铅等有害金属得到有效去除；同时煤渣的比表面积变大，增加了更多的污染物质吸附位点，且能为微生物的附着提供更多的场所，使其具有更好的微生物挂膜特性。从而也实现了煤渣废弃物的资源化。

研究已证明沸石是一种高效的多孔介质材料，尤其是对氨氮的去除有着较好的效果，但其对有机物质的吸附能力较弱。而煤渣对有机物的吸附能力较强。因而本发明综合二者的优势，以沸石和煤渣为原料，且煤渣、沸石按质量比2:1混合均匀制成煤渣－沸石复合多孔介质球，作为水体净化的填料介质，可实现对水中氨氮、有机物的去除，以达到对污染水体的净化。

本发明的联合净化系统包括池体中先后排列相通的芦苇池和活性净化滤池，即前墙与隔墙之间生长有芦苇的芦苇池和后墙与隔墙之间填充有复合多孔介质球的活性净化滤池。其中进水阀设置在芦苇池水面以上的前墙上，前墙上部设有溢流堰，进水通过溢流堰均匀进入芦苇池；芦苇池水面以下的隔墙上设置有出水孔，水经过芦苇池通过土壤渗透从出水孔流进活性净化滤池，从而完成一次自然净化；其中出水口设置在活性净化滤池接近底部的后墙上，强化净化后的水从出水口流回养殖水体内。

上述复合多孔介质球是由煤渣和沸石制成。

上述复合多孔介质球的详细制备方法如下：

首先将煤渣、沸石研磨至0.8mm；其次将上述研磨后的煤渣用盐酸浸泡处理，用清水清洗至清洗液的pH值为6～7；再将预处理后的煤渣和沸石按质量比2:1混合均匀，置于成球机中，添加PVA有机粘合剂，制成直径2.5～4cm的煤渣和沸石复合多孔介质球；将制得的复合多孔介质球在60～80℃条件下烘干，在清水中浸泡2～3周，再次烘干即可使用。

上述复合多孔介质球应用于苇田养殖废水水体的吸附和净化。

上述的苇田养殖水体净化的方法，其特征在于：上述苇田养殖废水先经溢流堰均匀流入芦苇湿地中的芦苇池进行一次自然净化，经芦苇湿地净化后再经活性净化滤池中的煤渣－沸石复合多孔介质球进行强化净化，净化后的水再回流到苇田养殖水体内。

本发明具有以下优点：

(1)本发明构建的芦苇湿地与复合多孔介质球联合净化系统能有效去除水体中的氨氮和有机物，具有无污染、成本低、操作简单、维护管理方便的优点，是一种生态的修复方法，可广泛地应用于苇田养殖水体水质的保持和改善。联合净化系统的构建充分利用了原地地貌-----芦苇湿地及其底泥作为池体的底层，施工方便，设计合理，经济适用。

(2)本发明制备的复合多孔介质球机械性能好，耐冲击负荷能力强，孔隙丰富，对水体中的氨氮、有机物等均有着较好的吸附效果，因此对地表水体，尤其是芦苇湿地田养殖水体中的氨氮和COD都具有优良的净化效果。

(3)经盐酸预处理后的煤渣中有害金属得到有效去除，可避免使用过程中地表水体二次污染的发生，也能为微生物提供较大的附着场所，可以作为水质净化中的填料介质。

(4)本发明所用原料来源广泛，操作简单，价格低廉，可实现煤渣废弃物的资源化利用。

附图说明

图1为本发明的联合净化系统的总体结构示意图。

其中，1进水阀；2芦苇；3溢流堰；4芦苇池；5前墙；6隔墙；7出水孔；8活性净化滤池；9后墙；10复合多孔介质球；11出水口；12水面；13水底(土壤层表面)。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明。

实施例1

本发明的联合净化系统包括池体中依次排列相通的芦苇池4和活性净化滤池8，即前墙5与隔墙6之间生长有芦苇2的芦苇池4和后墙9与隔墙6之间填充有煤渣－沸石复合多孔介质球10的活性净化滤池8，其中进水阀1设置在芦苇池4的前墙5上，芦苇池的出水孔7设置在隔墙6的下方，整个系统的出水口11设置在活性净化滤池8接近底部的后墙9上。

上述联合净化系统的构建方法：在排出的苇田养殖水流经的途中设置联合净化系统，为了施工方便，池体的前墙5、隔墙6和后墙9，以足够强度的的PVC塑料板制成，并且预先将进水阀1设置在芦苇池4水面的前墙5上；在隔墙9的土壤层表面13以下设置两排直径为8mm的芦苇池出水孔7，两排芦苇池出水口7的间距为10cm，下排距底层10cm，上排距土壤层10cm，每层个数为7个；出水口11直径为9mm，设置在活性净化滤池8接近底部的后墙9上，距底层5cm，个数为7个；并充分利用芦苇湿地底泥作为池体的底层。其中，芦苇池4的长为1.2m，宽为0.5m，土壤层高0.3m，芦苇株数为75株；活性净化滤池8的长为0.6m，宽为0.5m，填充的复合多孔介质球的个数根据已有的污染物负荷计算填充量公式，即

$f=\frac{v\·\left(x\right|y)}{n\·4\mathrm{\π}{r}^2}---\left(1\right)$

$N=\frac{V\·X}{f\·4\mathrm{\π}{r}^2}---\left(2\right)$

式中，f为污染物负荷，g/cm²；v为水样体积，单位mL；x、y为前期实验前后水样污染物浓度，mg/L；n为煤渣－沸石复合多孔介质球的个数；r为煤渣－沸石复合多孔介质球的半径，cm；N为活性净化滤池中的煤渣－沸石复合多孔介质球的填充数量；V为进水体积，m³；X为进水浓度，mg/L。

净化时，苇田养殖水依次通过芦苇池和活性净化滤池，其中平铺于活性净化滤池内的煤渣－沸石复合多孔介质球先浸泡于苇田养殖水体中27～30天进行生物膜挂膜，待生物膜成熟后，通过进水泵控制进水流量，实现养殖水体的净化，净化后可以回流至养殖水体中。

实施例2

以苇田养殖水为进水水源，氨氮和COD初始浓度分别为1.7mg/L、50mg/L，由以上方法计算出的复合多孔介质球的填充数量为300个。将制备好并经30天挂膜成熟后的煤渣－沸石复合多孔介质球放入上述净化系统的活性净化滤池中，对本发明的方法进行了初步的效果分析。在进水流量为10L/h及污染负荷为0.48m³/(m²·d)的运行条件下，进水氨氮和COD的平均浓度分别为1.7mg/L和50mg/L时，水流通过芦苇湿地和煤渣－沸石复合多孔介质球联合净化系统后，氨氮和COD的平均去除效率分别达到50.5％和52.3％。

实施例3

将煤渣、沸石用粉碎机研磨至粒径为0.8mm的粉状；将上述粉状煤渣用7mol/L盐酸浸泡24h，用清水清洗至清洗液的pH为6；将处理后的煤渣200g与沸石100g混合均匀置于成球机中，加入PVA有机粘合剂，制成直径为2.5～4cm的煤渣－沸石复合多孔介质球；将上述煤渣－沸石复合多孔介质球在60℃下烘干，用清水浸泡，每隔一天换水一次，2周后取出烘干即可使用。

Claims (4)

1.一种芦苇湿地与复合多孔介质球的联合净化系统，其特征是包括池体中依次排列相通的芦苇池（4）和活性净化滤池（8），即前墙（5）与隔墙之间生长有芦苇（2）的芦苇池（4）和后墙（9）与隔墙（6）之间填充有复合多孔介质球（10）的活性净化滤池（8），其中进水阀（1）设置在芦苇池（4）水面（12）以上的前墙（5）上，前墙（5）上部设有溢流堰（3），进水通过溢流堰（3）均匀进入芦苇池（4）；芦苇池（4）水面（12）以下的隔墙（6）上设置有出水孔（7），水经过芦苇池（4）通过土壤渗透从出水孔（7）流进活性净化滤池（8）完成一次自然净化；其中的出水口（11）设置在活性净化滤池（8）接近底部的后墙（9）上，强化净化后的水从出水口（11）流回养殖水体内，上述复合多孔介质球（10）是由煤渣和沸石制成，且煤渣和沸石是按质量比2:1混合于成球机中添加PVA有机粘合剂而成。

2.如权利要求1所述的联合净化系统，其特征在于上述煤渣和沸石复合多孔介质球（10）的制备方法：首先分别将煤渣和沸石粉碎、研磨至0.8mm；再将上述研磨后的煤渣用盐酸浸泡处理，用清水反复清洗至清洗液的pH值为6～7；再将预处理后的煤渣和沸石混合均匀，置于成球机中，添加PVA有机粘合剂，制成直径2.5～4cm的煤渣—沸石复合多孔介质球；将制得的煤渣－沸石复合多孔介质球在60～80℃条件下烘干，再用清水中浸泡2～3周，再次烘干即可使用。

3.如权利要求2所述的联合净化系统，其特征在于上述PVA有机粘合剂的使用比例为10ml/100g煤渣和沸石混合物。

4.如权利要求2所述的联合净化系统，其特征在于上述煤渣的浸泡处理是用浓度为7mol/L的盐酸。