CN110204053A - 一种湿地工程用的高效除磷湿地基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿地工程用的高效除磷湿地基质及其制备方法，该湿地基质由黏土和炉渣组成的混合原料经高温处理制得的具有多孔隙结构的材料，黏土占混合原料的重量百分比为80‑90%。本发明可广泛用于各种来源的高营养负荷污染废水的湿地工程化净化领域，具有取材广泛、制备工艺简单、成本低廉，并具有巨大的膜表面积、高吸附性和微生物附着能力等优良的理化性质，是一种质地优良、应用广泛的湿地工程用基质。

Description

一种湿地工程用的高效除磷湿地基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及湿地工程及生态修复技术领域，具体说是一种湿地工程用的高效除磷湿地基质及其制备方法。

背景技术

我国河湖水系的富营养化污染问题日益受到国家和民众的广泛关注。如何高效快速地净化污染水体、修复受污染的河湖水系，恢复水清河晏的生态环境是当前社会的迫切需要。湿地工程在现有污染水体的强化净化和水生生态系统修复方面效果显著，其应用规模和范围日益广泛。湿地工程对污染水体的净化作用是通过植物、微生物、基质系统的协同作用实现，基质的组分和配比某种程度上决定着湿地工程系统的污染净化效果。目前的基质组分种类很多，通常包括砾石、砂石、石灰、珍珠岩、炉渣、粉煤灰、沸石、蛭石等，针对不同水体污染类型配置形成孔隙度高、特定污染物质吸附性强、净化能力高的基质。但基质一旦出现空隙阻塞及吸附饱和，湿地工程对水体的污染净化能力将会急剧降低甚至完全失效，需要对基质进行更换。通常湿地工程用基质中包含大量的砂石，再次无害化利用途径较少，更换后的基质如果处置不当则极易造成二次污染。如何开发一种既能够广泛资源化再利用，又具有高效净化效果的湿地基质是当前湿地工程领域急需解决的主要问题之一。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种湿地工程用的高效除磷湿地基质。

本发明的另一目的是提供一种湿地工程用的高效除磷湿地基质的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种湿地工程用的高效除磷湿地基质，该湿地基质由黏土和炉渣组成的混合原料经高温处理制得的具有多孔隙结构的材料，所述黏土占混合原料的重量百分比为80-90%。

本发明进一步的设计方案中，上述黏土包括砖瓦及水泥黏土的高岭石，所述炉渣包括炼钢厂的高炉渣及普通锅炉炉渣。

本发明进一步的设计方案中，上述黏土为含水量20%-40%的湿润黏土。

湿地工程用的高效除磷湿地基质的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将黏土破碎至黏土粒径小于5mm，喷水湿润处理,得到湿润黏土；将炉渣进行破碎至炉渣粒径小于5mm；

步骤二、将破碎后的炉渣和润湿黏土按比例进行混合，充分搅拌均匀；松散状态下经400-650℃高温处理，得到块状固体；

步骤三、将步骤二中得到的块状固体进行破碎，制成分别为5-10mm、3-5 mm、1-3mm的三类粒径不同的粉状湿地基质材料；

步骤四、根据水体不同污染负荷及湿地工程工况，对步骤三中三类粒径不同的粉状湿地基质材料进行选择和配置，分层铺设配置成湿地工程用基质。

本发明进一步的设计方案中，步骤二中高温处理的时间为0.5-3小时。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的湿地基质具有稳定的团粒及多孔隙结构，总孔隙率在55-83%之间，耐水压及水力冲击，具有较高的水稳性、巨大的膜表面积和吸附能力，易于各种净污微生物固着生长。稳定的团粒和多空隙结构使得基质具有良好的通透性，从而具有良好的防阻塞性能。本发明可广泛用于各种来源的高营养负荷污染废水的湿地工程化净化领域。本发明具有取材广泛、制备工艺简单、成本低廉，并具有巨大的膜表面积、高吸附性和微生物附着能力等优良的理化性质，是一种质地优良、应用广泛的湿地工程用基质。

通过本发明制得的湿地工程用基质能够为各种来源高营养负荷污染废水及工况条件下的湿地工程建设提供优良的介质。该基质在一定时间内具有良好的水稳性，以污水处理厂尾水为对象,在水力负荷为400mm/d时，总磷去除率在80%以上，优于或相当于大部分现有的湿地基质的总磷去除率。以串联方式配置可进一步提高水力负荷和尾水总磷去除率。

总磷饱和后的湿地基质与水生植物一起经简单机械破碎处理，经过较短时间的理化作用最终重新解离成高营养元素含量的土壤，可广泛用作园林绿化用地、苗圃地、尾矿地土壤及植被恢复补充回填土壤等各种植被培养基质。与传统湿地工程用基质相比，彻底解决了湿地工程用基质填料构成成分复杂,因阻塞和营养饱和再处置过程中导致的二次污染问题，将带来广泛的经济效益和环境效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

将黏土破碎至黏土粒径小于5mm，喷水湿润处理,得到湿润黏土；将生活锅炉炉渣100kg机械粉碎至粒径5 mm以下，与湿润黏土700kg充分搅拌混匀成混合原料，湿润黏土含水量约20%，混合原料在松散状态下经600℃高温处理 1小时后破碎成粒径20mm以下，筛选分级为10-20mm、5-10mm、3-5 mm、1-3 mm的部分。以该基质配置成50cm厚垂直流湿地，各粒径占比分别为粒径5-10 mm占总质量的25%，粒径3-5 mm占总质量的25%、粒径1-3mm占总质量的50%。湿地基质配置方法为5-10mm粒径基质于底部铺设厚度约10cm，其上依次铺设3-5mm粒径基质7cm、1-3mm粒径基质25cm、3-5mm粒径基质5cm、5-10mm粒径基质3cm。该基质的容重为1.68，总孔隙度约为72%，湿地植物种植鸢尾、黑藻、千屈菜和菖蒲。城市污水处理厂尾水水力负荷为在水力负荷为400mm/d时，初期总磷去除率为85%，2周以后总磷去除率降低为77%左右。

实际应用过程中，为了进一步提高水力负荷和尾水总磷去除率，可以进行串联方式的配置水质净化人工湿地，串联方式指的是污染废水经第一组人工湿地净化以后，出水再进入第二组人工湿地净化，以此类推。

总磷饱和后的湿地基质与水生植物一起经简单机械破碎处理，经过较短时间的理化作用最终重新解离成高营养元素含量的土壤，可广泛用作园林绿化用地、苗圃地、尾矿地土壤及植被恢复补充回填土壤等各种植被培养基质。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种湿地工程用的高效除磷湿地基质，其特征在于，该湿地基质由黏土和炉渣组成的混合原料经高温处理制得的具有多孔隙结构的材料，所述黏土占混合原料的重量百分比为80-90%。

2.根据权利要求1所述的湿地工程用的高效除磷湿地基质，其特征在于，所述黏土包括砖瓦及水泥黏土的高岭石，所述炉渣包括炼钢厂的高炉渣及普通锅炉炉渣。

3.根据权利要求1所述的湿地工程用的高效除磷湿地基质，其特征在于，所述黏土为含水量20%-40%的湿润黏土。

4.权利要求1所述的湿地工程用的高效除磷湿地基质的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、将黏土破碎至黏土粒径小于5mm，喷水湿润处理,得到湿润黏土；将炉渣进行破碎至炉渣粒径小于5mm；

步骤二、将破碎后的炉渣和湿润黏土按比例进行混合，充分搅拌均匀；松散状态下经400-650℃高温处理，得到块状固体；

步骤三、将步骤二中得到的块状固体进行破碎，制成分别为5-10mm、3-5 mm、1-3mm的三类粒径不同的粉状湿地基质材料；

步骤四、根据水体不同污染负荷及湿地工程工况，对步骤三中三类粒径不同的粉状湿地基质材料进行选择和配置，分层铺设配置成湿地工程用基质。

5.根据权利要求4所述的湿地工程用的高效除磷湿地基质的制备方法，其特征在于，步骤二中高温处理的时间为0.5-3小时。