CN109721213A - 用于处理重金属废水的多级人工湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区、反应区和出水区，污水从进水区以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区；所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层、火山岩层、复合填料层、稻壳炭层、和碎石层以及竖向贯穿水生植物砂层、火山岩层、稻壳炭层、复合填料层和碎石层并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；利用藻塘和多级人工湿地耦合系统用于处理重金属废水，形成藻类‑细菌‑湿地沉水植物‑复合填料的协同处理体系，不但可以去除废水中的重金属，还可以去除COD、BOD5、NH3‑N和TP。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别涉及用于处理重金属废水的多级人工湿地系统。
背景技术
重金属污染主要来源于人类活动和自然释放两个方面。据研究显示，Pb、Zn和Cu在污水中的含量分别是它们在地壳岩石中平均含量的30、40和15倍。自然释放主要包括自然风化侵蚀和火山活动等，一般来说通过自然途径进入到水环境中的重金属不会造成水体的污染，但是由于人类活动而导致大量重金属污染物进入水环境内，不仅会对水环境内的动植物产生直接的危害，更对人类健康以及整个生态平衡都会产生严重的不良影响，造成无法估量的经济和生态损失。近年来随着人类工业的不断发展，人类活动导致的重金属污染已经成为主要方面。重金属废水大多来源于电镀、化工、电解、采矿、钢铁、有色冶炼等行业，如矿山坑内排水、电镀厂镀件洗涤水、有色金属冶炼厂除尘排水、废石场淋浸水、有色金属加工厂和钢铁厂酸洗水、选矿厂尾矿排水，以及医药、颜料、油漆、电解、农药等工业排水。其重金属种类、存在形态及含量因排放重金属的行业和生产工艺的不同而异，且差别较为显著。如Cr、Cd、Hg等主要来自塑料工业；Zn、Ti、Sn等主要来自纺织业；Ni、Cd、Zn、Sb主要来自微电子业。随着金属器械已被广泛使用，这使得城市生活污水中也含有一定量的Zn、Cu等重金属，而且城市的雨水径流中存在大量由交通活动产生的悬浮物、重金属等污染物，这些都会对水环境造成破坏。传统的处理工艺往往存在着处理水量小、成本高、能耗大、适用范围小、易造成二次污染等不足，生物处理法的处理周期过长且不易控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，利用藻塘和多级人工湿地耦合系统用于处理重金属废水，形成藻类-细菌-湿地沉水植物-复合填料的协同处理体系，不但可以去除废水中的重金属，还可以去除COD、BOD5、NH3-N和TP。
本发明的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区、反应区和出水区，污水从进水区以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区；所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层、火山岩层、复合填料层、稻壳炭层、和碎石层以及竖向贯穿水生植物砂层、火山岩层、稻壳炭层、复合填料层和碎石层并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述复合填料层原料按重量份包括以下组分：粉煤灰60-70份、水泥10-20份、生石灰10-20份、石膏2-8份、油橄榄果渣8-15份、油橄榄锯末8-12份、硝基腐殖酸树脂2-6份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐1-4份、磁性生物炭2-6份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素1-3份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺1-3份、β－环糊精3-6份、丝胶4-8份；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在5-10mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为35-45℃下预热1.5-2.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料制得复合填料；
进一步，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区、反应区和出水区之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
进一步，所述水生植物砂层的粒径为3-4mm，所述火山岩层的粒径为5-12mm，所述复合填料层粒径为8-15mm，所述稻壳炭层粒径为10-20mm；所述火山岩层、复合填料层、稻壳炭层的体积比为2：1：3；
进一步，包括粉煤灰65份、水泥15份、生石灰15份、石膏4份、油橄榄果渣12份、油橄榄锯末10份、硝基腐殖酸树脂4份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐2份、磁性生物炭4份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素2份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺2份、β－环糊精4份、丝胶6份；
进一步，所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于75-85℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.1-0.3mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂7-9h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为45-55℃下按料液比1g：15mL混合浸泡50-70min，然后以3500-4500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
进一步，所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡4-6小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为50-60℃下干燥8-10小时；
进一步，所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为350-450℃下缺氧加热3.5-4.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比8-12ml：1g混合，在温度为100-120℃下反应1.5-2.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌20-40分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理15-25分钟，最后加入聚乙二醇搅拌1-3小时经洗涤烘干。
本发明的有益效果：本发明的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，利用藻塘和多级人工湿地耦合系统用于处理重金属废水，形成藻类-细菌-湿地沉水植物-复合填料的协同处理体系，废水中的重金属主要通过沉淀作用、吸附作用、共沉降作用、络合作用、氧化还原作用和离子交换作用等截留在湿地中的重金属废水反应池，依靠吸附、沉淀、植物吸收、微生物的代谢活动以及其他生物降解作用得以去除，这些作用或单独存在，或协同作用。本发明使用的复合填料比表面积大，吸附能力强，结构稳定，重金属大多是以离子交换作用或化学吸附作用吸附在填料表面，与其他填料协同作用，能有效增加湿地填料载体上微生物量，提高人工湿地系统对污水的处理能力，特别是对重金属离子Cd2+、Cr6+、Cu2+、Mn2+有非常好的吸附效果，还能去除部分COD、氨氮和磷，并可减少人工湿地面积30％以上。现有技术中，人工湿地系统一般只能用于处理低浓度的重金属废水，而本发明的人工湿地系统用于处理高浓度的重金属废水，且在人工湿地处理工业废水中取得了理想的效果。在18个月的运行监测过程中，Cd2+、Cr6+、Cu2+、Mn2+、Pb和Cd的去除率高达99.9％、99.76％、97.8％、98.9％、98.98％和98.99％以上，COD、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率分别高达96.6％、95.2％、96.2％和91.8％以上。
附图说明
图1为办发明的多级人工湿地中的每一级人工湿地结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，污水从进水区7以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区8；所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为3mm，所述火山岩层2的粒径为5mm，所述复合填料层3粒径为8mm，所述稻壳炭层4粒径为10mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：粉煤灰60份、水泥10份、生石灰10份、石膏2份、油橄榄果渣8份、油橄榄锯末8份、硝基腐殖酸树脂2份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐1份、磁性生物炭2份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素1份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺1份、β－环糊精3份、丝胶4份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于75℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.1mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂7h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为45℃下按料液比1g：15mL混合浸泡50min，然后以3500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡4小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为50℃下干燥8小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为350℃下缺氧加热3.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比8ml：1g混合，在温度为100℃下反应1.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌20分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理15分钟，最后加入聚乙二醇搅拌1小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在5mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为35℃下预热1.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
实施例二
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为4mm，所述火山岩层2的粒径为12mm，所述复合填料层3粒径为15mm，所述稻壳炭层4粒径为20mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：粉煤灰70份、水泥20份、生石灰20份、石膏8份、油橄榄果渣15份、油橄榄锯末12份、硝基腐殖酸树脂6份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐4份、磁性生物炭6份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素3份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺3份、β－环糊精6份、丝胶8份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于75-85℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.3mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂7-9h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为55℃下按料液比1g：15mL混合浸泡70min，然后以4500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡6小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为60℃下干燥10小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为450℃下缺氧加热4.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比12ml：1g混合，在温度为120℃下反应2.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌40分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理25分钟，最后加入聚乙二醇搅拌3小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在10mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为45℃下预热2.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
实施例三
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为3mm，所述火山岩层2的粒径为12mm，所述复合填料层3粒径为8mm，所述稻壳炭层4粒径为20mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：粉煤灰60份、水泥20份、生石灰10份、石膏8份、油橄榄果渣8份、油橄榄锯末12份、硝基腐殖酸树脂2份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐4份、磁性生物炭2份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素3份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺1份、β－环糊精6份、丝胶4份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于75℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.3mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂7h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为55℃下按料液比1g：15mL混合浸泡50min，然后以4500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡4小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为60℃下干燥8小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为450℃下缺氧加热3.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比12ml：1g混合，在温度为100℃下反应2.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌20分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理25分钟，最后加入聚乙二醇搅拌1小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在10mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为35℃下预热2.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
实施例四
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为4mm，所述火山岩层2的粒径为5mm，所述复合填料层3粒径为15mm，所述稻壳炭层4粒径为10mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：粉煤灰70份、水泥10份、生石灰20份、石膏2份、油橄榄果渣15份、油橄榄锯末8份、硝基腐殖酸树脂6份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐1份、磁性生物炭6份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素1-3份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺1份、β－环糊精6份、丝胶4份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置85℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.3mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂9h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为45℃下按料液比1g：15mL混合浸泡70min，然后以3500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡6小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为50℃下干燥10小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为350℃下缺氧加热4.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比8ml：1g混合，在温度为120℃下反应1.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌40分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理15分钟，最后加入聚乙二醇搅拌3小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在5mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为45℃下预热1.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
实施例五
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为3mm，所述火山岩层2的粒径为7mm，所述复合填料层3粒径为8mm，所述稻壳炭层4粒径为15mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：粉煤灰65份、水泥10份、生石灰20份、石膏4份、油橄榄果渣15份、油橄榄锯末8份、硝基腐殖酸树脂4份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐1份、磁性生物炭6份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素2份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺3份、β－环糊精3份、丝胶6份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于80℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.1mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂9h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为50℃下按料液比1g：15mL混合浸泡50min，然后以4500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡5小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为50℃下干燥10小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为400℃下缺氧加热3.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比12ml：1g混合，在温度为110℃下反应2.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌20分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理20分钟，最后加入聚乙二醇搅拌1小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在7mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为35℃下预热2.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
实施例六
本实施例的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区7、反应区和出水区8，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区7、反应区和出水区8之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层1、火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4、和碎石层5以及竖向贯穿水生植物砂层1、火山岩层2、稻壳炭层4、复合填料层3和碎石层5并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述水生植物砂层1的粒径为4mm，所述火山岩层2的粒径为8mm，所述复合填料层3粒径为12mm，所述稻壳炭层4粒径为15mm；所述火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4的体积比为2：1：3；
所述复合填料原料按重量份包括以下组分：包括粉煤灰65份、水泥15份、生石灰15份、石膏4份、油橄榄果渣12份、油橄榄锯末10份、硝基腐殖酸树脂4份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐2份、磁性生物炭4份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素2份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺2份、β－环糊精4份、丝胶6份；
所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于80℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.2mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂8h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为50℃下按料液比1g：15mL混合浸泡60min，然后以4000r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理；
所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡5小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为55℃下干燥9小时；
所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为400℃下缺氧加热4小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比10ml：1g混合，在温度为110℃下反应2小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌30分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理20分钟，最后加入聚乙二醇搅拌2小时经洗涤烘干；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在7mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为40℃下预热2小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料，制得颗粒状填料。
上述施例中，水生植物砂层1用于固定植物，防止植物根际土壤随水流下渗造成堵塞；火山岩层2、复合填料层3、稻壳炭层4协同作用对废水中的重金属离子进行全方位多靶点的处理，且不同粒径的材料组合，提高对重金属离子的处理效果，碎石层5的粒径较大。隔板6沿流向等间距设置，既增加基质层的强度，又增大污水与基质的接触面积与接触时间，提高处理效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，其特征在于：包括藻塘、增氧池和多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，重金属废水依次流经藻塘和多级人工湿地，流经最后一级人工湿地的出水回收至增氧池经强化供氧后再流经第一级人工湿地直至达标排放，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区、反应区和出水区，污水从进水区以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区；所述反应区的基质层由上至下依次包括水生植物砂层、火山岩层、复合填料层、稻壳炭层、和碎石层以及竖向贯穿水生植物砂层、火山岩层、稻壳炭层、复合填料层和碎石层并垂直流向设置的隔板，所述隔板上均布有若干个流通孔；所述复合填料层原料按重量份包括以下组分：粉煤灰60-70份、水泥10-20份、生石灰10-20份、石膏2-8份、油橄榄果渣8-15份、油橄榄锯末8-12份、硝基腐殖酸树脂2-6份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐1-4份、磁性生物炭2-6份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素1-3份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺1-3份、β－环糊精3-6份、丝胶4-8份；
将上述复合填料原料与氢氧化钠溶液混合充分搅拌均匀并制成黏状体，然后加工成若干个直径在5-10mm之间的球形黏性颗粒，将成型的陶粒于自然状态下风干24h后置于水浴锅中蒸气养护，在温度为35-45℃下预热1.5-2.5小时后，每间隔0.5h升温10℃直至温度达到80℃，最后恒温养护12h以上，待水浴锅温度降至室温后出料制得复合填料。
2.根据权利要求1所述的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，其特征在于：所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪，所述进水区、反应区和出水区之间的区间池壁上均布有若干个水流通道。
3.根据权利要求2所述的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，其特征在于：所述水生植物砂层的粒径为3-4mm，所述火山岩层的粒径为5-12mm，所述复合填料层粒径为8-15mm，所述稻壳炭层粒径为10-20mm；所述火山岩层、复合填料层、稻壳炭层的体积比为2：1：3。
4.根据权利要求3所述的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，其特征在于：所述复合填料层原料按重量份包括以下组分：包括粉煤灰65份、水泥15份、生石灰15份、石膏4份、油橄榄果渣12份、油橄榄锯末10份、硝基腐殖酸树脂4份、2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪三钠盐2份、磁性生物炭4份、吡咯烷二硫代甲酸铵螯合纤维素2份、N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺2份、β－环糊精4份、丝胶6份。
5.根据权利要求4所述的用于处理重金属废水的多级人工湿地系统，其特征在于：所述油橄榄果渣通过下述方式处理：
a.将油橄榄湿果渣置于75-85℃烘箱中干燥至含水量低于5％以下，粉碎至粒径为0.1-0.3mm，然后置于索氏提取器中用石油醚作为脱脂溶剂回流脱脂7-9h，得到脱脂油橄榄果渣；
b.将脱脂油橄榄果渣与8％质量分数的氢氧化钠溶液在温度为45-55℃下按料液比1g：15mL混合浸泡50-70min，然后以3500-4500r/min的速度离心过滤，收集上清液和滤渣；
c.将上清液减压浓缩后加入4倍体积的浓度为95％的乙醇醇沉，然后用浓度为95％的乙醇洗涤至中性，在温度为50℃下真空干燥至质量恒定；
d.将滤渣水洗至中性，在温度为50℃下热风干燥至质量恒定；
e.将步骤c和步骤d中的产物混合后粉碎处理。
6.根据权利要求5所述的用于废水处理的重金属捕集剂，其特征在于：所述油橄榄锯末通过下述方式处理：将油橄榄锯末加入氢氧化钠溶液中室温下浸泡4-6小时后过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性且洗涤液变为无色，过滤后在温度为50-60℃下干燥8-10小时。
7.根据权利要求6所述的用于废水处理的重金属捕集剂，其特征在于：所述磁性生物炭通过下述方式制备：
f.将清洗烘干的谷壳粉碎后再温度为350-450℃下缺氧加热3.5-4.5小时，研磨过100目筛；
g.将质量浓度为2mol/L的硝酸溶液与步骤f中的谷壳按固液比8-12ml：1g混合，在温度为100-120℃下反应1.5-2.5小时，冷却后清洗至上清液呈中性并烘干；
h.将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和步骤g中的谷壳混合并加入氨水溶液后搅拌20-40分钟后分离清洗，然后加入正丙醇溶液超声处理15-25分钟，最后加入聚乙二醇搅拌1-3小时经洗涤烘干。
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