CN111252900A - 一种轻量化环境友好型湿地基质及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化环境友好型湿地基质，所述的湿地基质以普通黏土和草本植物残体为基本原料，将两者充分搅拌混匀后经过高温处理形成的具有稳定团粒及多孔隙结构的材料，其中，所述的黏土占混合物总重量的75‑90%，草本植物残体占总占混合物总重量的10‑25%。本发明制得的湿地工程用基质具有稳定的团粒及多孔隙结构，容重小、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。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。

Description

一种轻量化环境友好型湿地基质及制备方法

技术领域

本发明涉及湿地工程及生态修复领域，具体涉及一种轻量化环境友好型湿地基质及制备方法。

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

本发明的目在于针对湿地工程基质运行过程中因堵塞或污染饱和后再利用或再处置过程中导致的二次污染问题，提供一种轻量化环境友好型湿地基质及制备方法，该湿地基质既能够环境友好型、可广泛再利用，同时又具有轻量化特征的高效净化能力。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种轻量化环境友好型湿地基质，所述的湿地基质以普通黏土和草本植物残体为基本原料，将两者充分搅拌混匀后经过高温处理形成的具有稳定团粒及多孔隙结构的材料，其中，所述的黏土占混合物总重量的75-90%，草本植物残体占总占混合物总重量的10-25%。

上述的普通黏土由种砖瓦及水泥黏土混合组成，其中，所述的水泥黏土为高岭石。

上述的草本植物残体包括没有重金属富集能力的草本植物、锯末和秸秆中的任意一种或多种的组合。

本发明还保护一种轻量化环境友好型湿地基质的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将草本植物残体粉碎，筛选出粒径在5 mm以下的部分；

步骤二、将普通黏土喷水进行湿润处理，然后将湿润的普通黏土与粒径在5 mm以下的草本植物残体混合搅拌混匀，松散状态经在600~900℃的温度下高温处理0.2~1h，得到大块固体；

步骤三、将大块固体破碎至粒径为10mm以下，根据粒径大小筛选为5-10mm、3-5 mm、1-3mm三类粒径不同的粉末状湿地基质材料；

步骤四、根据水体不同污染负荷及湿地工程工况，将步骤三得到的粒径不同的粉末状湿地基质材料合理选择和配置，组配成湿地工程用基质。

进一步地，步骤二中，湿润处理后普通黏土的含水量为20~40%。

进一步地，所述三类粒径不同的粉末状湿地基质材料中，粒径为5-10mm的占大块固体总质量的25%，粒径为3-5mm的占大块固体总质量的25%，粒径为1-3mm的占大块固体总质量的50%。

进一步地，所述步骤四中，湿地工程用基质的总孔隙率为55~80%。

所述高温处理时间根据温度一般在0.2~1小时之间，其目的是使木质部分燃尽增加基质的孔隙度、减少容重，以及混合组分部分熔融固结成团粒结构，提高水稳性。本发明的组分是一种混合物，各组分的含量配比根据湿地工况要求及粘土来源进行调整。

本发明的有益效果在于：

本发明制得的湿地工程用基质具有稳定的团粒及多孔隙结构，容重小、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。

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1

将小麦秸秆100kg机械粉碎至粒径5 mm以下，与湿润黏土900kg充分搅拌混匀，含水量约20%，松散状态经850℃高温处理，20分钟后破碎成粒径10mm以下，筛选分级为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。该基质的容重约为1.50，总孔隙度约为75%，湿地植物种植鸢尾、黑藻、千屈菜和菖蒲。

实施例2

将锯末和秸秆混合，取250kg机械粉碎至粒径5 mm以下，与湿润黏土750kg充分搅拌混匀，其含水量约40%，松散状态经750℃高温处理，40分钟后破碎成粒径10mm以下，筛选分级为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。该基质的容重约为1.50，总孔隙度约为78%，湿地植物种植鸢尾、黑藻、千屈菜和菖蒲。

通过本实施例1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。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%，一个月以内总磷去除率稳定在80%左右，相当或优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。

总磷饱和后的基质与水生植物一起经简单机械破碎处理，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，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。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轻量化环境友好型湿地基质，其特征在于：所述的湿地基质以普通黏土和草本植物残体为基本原料，将两者充分搅拌混匀后经过高温处理形成的具有稳定团粒及多孔隙结构的材料，其中，所述的黏土占混合物总重量的75-90%，草本植物残体占总占混合物总重量的10-25%。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化环境友好型湿地基质，其特征在于：所述的普通黏土由种砖瓦及水泥黏土混合组成，其中，所述的水泥黏土为高岭石。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化环境友好型湿地基质，其特征在于：所述的草本植物残体包括没有重金属富集能力的草本植物、锯末和秸秆中的任意一种或多种的组合。

4.权利要求1所述的一种轻量化环境友好型湿地基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将草本植物残体粉碎，筛选出粒径在5 mm以下的部分；

步骤二、将普通黏土喷水进行湿润处理，然后将湿润的普通黏土与粒径在5 mm以下的草本植物残体混合搅拌混匀，松散状态经在600~900℃的温度下高温处理0.2~1h，得到大块固体；

步骤三、将大块固体破碎至粒径为10mm以下，根据粒径大小筛选为5-10mm、3-5 mm、1-3mm三类粒径不同的粉末状湿地基质材料；

步骤四、根据水体不同污染负荷及湿地工程工况，将步骤三得到的粒径不同的粉末状湿地基质材料合理选择和配置，组配成湿地工程用基质。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化环境友好型湿地基质的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，湿润处理后普通黏土的含水量为20~40%。

6.根据权利要求4所述的一种轻量化环境友好型湿地基质的制备方法，其特征在于：所述三类粒径不同的粉末状湿地基质材料中，粒径为5-10mm的占大块固体总质量的25%，粒径为3-5mm的占大块固体总质量的25%，粒径为1-3mm的占大块固体总质量的50%。

7.根据权利要求4所述的一种轻量化环境友好型湿地基质的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，湿地工程用基质的总孔隙率为55~80%。