CN106673199A - 一种低渗透基质及其在建造人工湿地中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低渗透基质及其在建造人工湿地中的应用。包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的填料；0.075mm‑0.6mm粒径的填料；0.6mm‑2mm粒径的填料；2mm‑6mm粒径的填料；以及6mm‑10mm粒径的填料。本发明的低渗透基质，通过对传统人工湿地填料的多次清洗、筛分和混合配比，获得的填料具有更加均匀的理化性质，均匀度系数控制在5以下，孔隙率控制在30％‑40％之间，渗透率控制在1.5×10^‑4m/s‑1.5×10^‑3m/s之间，填料平均比表面积达到5000‑12000㎡/m³以上，为传统填料的15‑20倍，从而促进了微生物在填料上的生长，使微生物和植物与污水的接触更均匀、充分，最大限度地发挥了填料‑植物‑微生物的协同作用，达到了均匀的处理效果，从而解决了人工湿地长期运行时处理效率下降和堵塞的问题。

Description

一种低渗透基质及其在建造人工湿地中的应用

技术领域

本发明属于人工湿地技术领域，具体涉及一种低渗透基质及其在建造人工湿地中的应用。

背景技术

人工湿地基质支撑着人工湿地动植物与微生物的生命过程，为污染物的成功截留和后续植物吸收创造良好条件，是出水水质的重要保证。人工湿地在处理污水的过程中，进入人工湿地的污染物在填料-植物-微生物的协同作用下去除或截留，被截留的污染物有的以原有形态留在填料孔隙中，有的在微生物的作用下转变成其他形态或微生物组织留在填料孔隙中，有的则被湿地植物吸收。

由于目前人工湿地填料多就地取材，(采用细沙、砾石、粘土等)，一般使用单一原料，且没有就填料进行有效的清洗、筛分和配比，因此填料的理化性质差异性大，比表面积小、孔隙分布不均匀。这样的填料特性，导致植物根系延伸性差、微生物膜生长差、比表面积小，相应的污染物去除效率也低。同时由于填料内微生物与污水接触不均匀，导致了局部反应效率不均匀,人工湿地中各处污水中污染物的去除效率不一致。随着人工湿地的运行，被截留在孔隙中的污染物不断累积占据填料孔隙，导致人工湿地局部堵塞，污水处理效率随着运行时间的增加进一步降低。为了使出水水质达到规定标准，绝大多数人工湿地通过增加面积来提高处理效率，而且还需要每隔两年或三年更换填料，造成了资源浪费和投资成本的增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低渗透基质及其在建造人工湿地中的应用。

一种低渗透基质，其特征在于，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的填料；0.075mm–0.6mm粒径的填料；0.6mm–2mm粒径的填料；2mm-6mm粒径的填料；6-10mm粒径的填料。

所述小于0.075mm粒径的填料占总填料的质量分数为1-10％；0.075mm-0.6mm粒径的填料占总填料的质量分数为15-30％；0.6mm-2mm粒径的填料占总填料的质量分数为35-50％；2mm-6mm粒径的填料占总填料的质量分数为25％-35％；6mm-10mm粒径的填料占总填料的质量分数为1-10％。

所述填料为碎石，卵石，细砂，粗砂，陶粒，砾石中的一种或一种以上。

上述的低渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将填料表面采用高压水清洗，水的压强控制在80-100MPa；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取粒径小于0.075mm的填料1-10份，粒径在0.075mm–0.6mm的填料15-30份，粒径在0.6mm-2mm的填料35-50份，粒径在2mm-6mm的填料25-35份，粒径在4-6mm的填料1-10份，均匀混合，制成。

上述的低渗透基质在建造人工湿地中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的低渗透基质，通过对传统人工湿地填料的多次清洗和筛分，获得的填料具有更加均匀的理化性质，孔隙率控制在30％-40％之间，渗透率平均比表面积达到5000-12000㎡/m以上，为传统填料的15-20倍。由于低渗透基质特殊的表面结构，能够促进微生物的生长，及污水处理效果的快速稳定达标；由于具有较大的表面积和合理的孔隙度，从而使微生物和植物与污水的接触更均匀、充分，最大限度地发挥了填料-植物-微生物的协同作用，提高了人工湿地的污水处理效率，，从而解决了人工湿地长期运行时处理效率下降和堵塞的问题。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

一种低渗透基质，包括如下重量份数及粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂2份；0.075mm–0.6mm粒径的粗砂20份；0.6mm-2mm粒径的粗砂40份；2mm-6mm粒径的碎石30份；6-10mm粒径的碎石6份。

上述的低渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将碎石表面采用100MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取粒径小于0.075mm的细砂2份，粒径在0.075mm–0.6mm的粗砂20份，0.6mm-2mm粒径的粗砂40份，粒径在2mm-6mm的碎石30份，粒径在6-10mm的碎石6份，均匀混合，制成。

本实施例制备的低渗透基质孔隙率为35％，平均比表面积为10000㎡/m，渗透率为1.8*10^-4m/s。

实施例2

一种低渗透基质，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂1份；0.075mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.6mm-2mm粒径的粗砂45份；2mm-6mm粒径的碎石35份；6-10mm粒径的碎石8份。

上述的低渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将碎石表面采用90MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取小于0.075mm粒径的细砂1份；0.075mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.6mm-2mm粒径的粗砂45份；2mm-6mm粒径的碎石35份；6-10mm粒径的碎石8份，均匀混合，制成。

本实施例制备的低渗透基质孔隙率为30％，平均比表面积为10110㎡/m，渗透率为5*10^-4m/s。

实施例3

一种低渗透基质，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂9份；0.0.75mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.6mm-2mm粒径的粗砂40份；2mm-6mm粒径的陶粒35份；6-10mm粒径的卵石2份。

上述的低渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将陶粒表面采用95MPa的高压水清洗5min,将卵石表面采用85MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取小于0.075mm粒径的细砂9份；0.075mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.6mm-2mm粒径的粗砂40份；2mm-6mm粒径的陶粒35份；6-10mm粒径的卵石2份。

本实施例制备的低渗透基质孔隙率为36％，平均比表面积为10100㎡/m，渗透率为9*10^-4m/s。

对比例1

一种渗透基质，包括如下重量份数及粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的黏土2份；0.1mm–0.6mm粒径的粗砂20份；1mm-10mm粒径的碎石70份；10-30mm粒径的碎石6份。

上述的渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将碎石表面采用100MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取粒径小于0.075mm的黏土2份，粒径在0.1mm–0.6mm的粗砂20份，粒径在1mm-10mm的碎石70份，粒径在10-30mm的碎石6份，均匀混合，制成。

本实施例制备的渗透基质孔隙率为56％，平均比表面积为565㎡/m，渗透率为9*10^-2m/s。

对比例2

一种渗透基质，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂1份；0.085mm–0.095mm粒径的砂15份；1mm-10mm粒径的碎石80份；10-30mm粒径的碎石8份。

上述的渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将碎石表面采用90MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取小于0.075mm粒径的细砂1份；0.085mm–0.095mm粒径的砂15份；1mm-10mm粒径的碎石80份；10-30mm粒径的碎石8份，均匀混合，制成。

本实施例制备的渗透基质孔隙率为55％，平均比表面积为555㎡/m，渗透率为8*10^-2m/s。

对比例3

一种渗透基质，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂9份；0.1mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒径的陶粒80份；10-30mm粒径的卵石2份。

上述的渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将陶粒表面采用95MPa的高压水清洗5min,将卵石表面采用85MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取小于0.075mm粒径的细砂9份；0.1mm–0.6mm粒径的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒径的陶粒80份；10-30mm粒径的卵石2份。

本实施例制备的渗透基质孔隙率为56％，平均比表面积为543㎡/m，渗透率为8*10^-2m/s。

对比例4

一种渗透基质，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的细砂1份；0.08mm–0.09mm粒径的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒径的碎石80份；35-45mm粒径的碎石8份。

上述的渗透基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粗砂及细砂表面采用80MPa的高压水清洗3min，将碎石表面采用90MPa的高压水清洗5min；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取小于0.075mm粒径的细砂1份；0.08mm–0.09mm粒径的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒径的碎石80份；35-45mm粒径的碎石8份，均匀混合，制成。

本实施例制备的渗透基质孔隙率为59％，平均比表面积为523㎡/m，渗透率为9*10^-2m/s。

应用实施例：

人工湿地的污水进水水质为有机物轻度污染，将实施例1-3及对比例1-4制备的渗透基质，按照600mm的厚度添加到人工湿地中，完全采用人工施工，不能压实；铺好后3天，检测COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、SS的变化，计算去除率，计算公式为：

去除率％＝(进水水质指标浓度-3天后湿地水质指标浓度)/进水水质指标浓度X100％；结果如表1所示：

表1

低渗透基质具有更加合理的孔隙度，能够为人工湿地植物根际生化反应提供更加充足的氧气，同时低渗透基质具有更大的比表面积，增加了微生物在填料表面的附着，从而提高了污染物的降解效率，为人工湿地下层的反硝化过程提供充足的碳源，也促进了植物对污水中污染物的吸收利用。由于低渗透基质具有更均一的理化性质，使得填料-植物-微生物的协同反应更充分污水处理效率更高，也解决了人工湿地局部处理效果不一致和板结的问题。

使用低渗透基质的人工湿地，基质的比表面积达到5000㎡/m₃以上，为传统填料的15-20倍，在为植物和微生物提供了一个更有利生长环境的同时，促使植物和微生物可以与污水充分接触，植物、微生物和填料的协同作用得到充分发挥，使得污染物在湿地中可以均匀反应，达到均匀降解的效果，提高了单位面积人工湿地的去除率，如表1所示，COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、SS的去除率分别为85％-90％、85％-95％、85％-97％、85％-97％、85％-97％，而传统人工湿地对COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、SS平均去除效率分别为80％、87％、75％、77％、83％，经过对比可知，各项指标去除率均可提高5％到15％之间。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低渗透基质，其特征在于，包括如下粒径大小的填料：小于0.075mm粒径的填料；0.075mm–0.6mm粒径的填料；0.6mm–2mm粒径的填料；2mm-6mm粒径的填料；6-10mm粒径的填料。

2.根据权利要求1所述的低渗透基质，其特征在于，所述小于0.075mm粒径的填料占总填料的质量分数为1-10％；0.075mm-0.6mm粒径的填料占总填料的质量分数为15-30％；0.6mm-2mm粒径的填料占总填料的质量分数为35-50％；2mm-6mm粒径的填料占总填料的质量分数为25％-35％；6mm-10mm粒径的填料占总填料的质量分数为1-10％。

3.根据权利要求1所述的低渗透基质，其特征在于，所述填料为碎石，卵石，细砂，粗砂，陶粒，砾石中的一种或一种以上。

4.权利要求1所述的低渗透基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将填料表面采用高压水清洗，水的压强控制在80-100MPa；

(2)筛选填料粒径，按照重量份数，选取粒径小于0.075mm的填料1-10份，粒径在0.075mm–0.6mm的填料15-30份，粒径在0.6mm-2mm的填料35-50份，粒径在2mm-6mm的填料25-35份，粒径在4-6mm的填料1-10份，均匀混合，制成。

5.权利要求1-4所述的低渗透基质在建造人工湿地中的应用。