CN111484139A - 一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统及其运行方法，属于水体净化技术领域。本发明中人工湿地系统包括地下水水井、潜水泵、潜水泵引水管、人工湿地、出水集水管和出水集水井；人工湿地内自上而下依次设置有种植植物、种植细砂层、表层布水系统、铁碳功能填料层、铁碳功能微曝气系统、导流挡板、砾石层、承托层和出水口曝气系统；所述承托层与出水曝气系统相接处对应的人工湿地的侧壁上设置有出水口，出水口经出水集水管与出水集水井连通；潜水泵设置在所述地下水水井的底部，潜水泵经潜水泵引水管与表层布水系统连通。本发明提供的人工湿地系统结构设计合理，能够高效、经济去除地下水中硝酸盐和/或重金属。

Description

一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统 及其运行方法

技术领域

本发明涉及水体净化技术领域，尤其涉及一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统及其运行方法。

背景技术

世界上大约有一半以上的人口主要以地下水作为饮用水源，尤其是在农村地区对地下水的依赖程度更高。尽管地下水资源如此重要且匮乏，近年来地下水受到了严重的污染，尤其是硝酸盐污染，已经成为世界各地普遍存在的问题。由于地下水中有机物浓度极低，能供给的碳源很少，导致微生物反硝化脱氮作用不足，从而无法通过地下水自身系统使硝酸盐氮浓度降低。目前，有研究采用在地下水中投加一些碳源来强化微生物反硝化能力，但是碳源的投加量往往不好控制且容易导致有机物浓度升高等二次污染问题的发生。此外，随着近年来工业的快速发展，大量工业废水乱排乱放，导致某些工业区地下水中重金属的含量也越来越高，严重影响人类健康。

因此，研发高效经济去除地下水中硝酸盐氮及重金属的技术，是目前地下水污染控制领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统及其运行方法，本发明提供的人工湿地系统脱氮效果较好且对重金属有很好的去除效果，不会出现二次污染的问题，处理成本低，运行稳定，能够实现高效经济净化地下水的目的。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统，包括地下水水井1、潜水泵2、潜水泵引水管3、人工湿地4、出水集水管15和出水集水井16；

所述人工湿地4内自上而下依次设置有种植植物5、种植细砂层6、表层布水系统7、铁碳功能填料层8、铁碳功能微曝气系统9-1、导流挡板10、砾石层11、承托层12和出水口曝气系统9-2；

所述承托层12与出水曝气系统9-2相接处对应的人工湿地4的侧壁上设置有出水口，所述出水口经出水集水管15与出水集水井16连通；

所述潜水泵2设置在所述地下水水井1的底部，所述潜水泵2经潜水泵引水管3与表层布水系统7连通。

优选地，所述表层布水系统7包括表层布水管干管7-a以及与所述表层布水管干管7-a连通的若干个表层布水管支管7-b，所述表层布水管支管7-b上与种植细砂层6接触的一侧设置有若干个布水孔7-c；所述潜水泵2经潜水泵引水管3与表层布水管干管7-a连通。

优选地，所述表层布水管支管7-b的表面包裹有纱布。

优选地，所述种植细砂层6由粒径≤0.5cm的细河砂形成，所述种植细砂层6的厚度为30～40cm；

所述铁碳功能填料层8由铁屑和生物炭颗粒形成，所述铁屑和生物炭颗粒的质量比为1:0.8～1.2，所述铁碳功能填料层8的厚度为40～60cm；

所述砾石层11由砾石和沸石形成，所述砾石和沸石的体积比为1：0.8～1.2，所述砾石层11的厚度为50～70cm；

所述承托层12由粒径为4～6cm的碎石形成，所述承托层12的厚度为30～40cm。

优选地，所述生物炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：

在保护气氛中，将农林废弃物在500～600℃条件下炭化5～7h，将所得炭化产物用盐酸洗涤后干燥，得到生物炭颗粒。

优选地，所述人工湿地4的内壁表面设置有保温层17。

优选地，还包括鼓风机13和曝气引管14，所述鼓风机13经曝气引管14与铁碳功能微曝气系统9-1和出水口曝气系统9-2连通。

优选地，所述出水集水井16的出水口处设置有阳离子交换膜。

本发明提供了上述技术方案所述人工湿地系统的运行方法，包括以下步骤：

将地下水水井1中的待处理地下水经潜水泵2提升，继而经潜水泵引水管3进入人工湿地4中进行净化，净化后所得出水经人工湿地4的出水口和出水集水管15进入出水集水井16中。

优选地，所述待处理地下水为硝酸盐污染地下水和/或重金属污染地下水；所述待处理地下水中硝酸盐氮浓度≤40mg/L，重金属浓度≤5mg/L。

本发明提供了一种人工湿地系统，包括地下水水井1、潜水泵2、潜水泵引水管3、人工湿地4、出水集水管15和出水集水井16；所述人工湿地4内自上而下依次设置有种植植物5、种植细砂层6、表层布水系统7、铁碳功能填料层8、铁碳功能微曝气系统9-1、导流挡板10、砾石层11、承托层12和出水口曝气系统9-2；所述承托层12与出水曝气系统9-2相接处对应的人工湿地4的侧壁上设置有出水口，所述出水口经出水集水管15与出水集水井16连通；所述潜水泵2设置在所述地下水水井1的底部，所述潜水泵2经潜水泵引水管3与表层布水系统7连通。本发明提供的人工湿地系统结构设计合理，脱氮效果较好且对重金属有很好的去除效果，不会出现二次污染的问题，处理成本低，且运行稳定，能够实现高效经济净化地下水的目的。

附图说明

图1为本发明中人工湿地系统的结构示意图；

图2为表层布水系统的结构示意图(图中还体现出铁碳功能填料层)；

图3为导流挡板的结构示意图；

图中：1为地下水水井，2为潜水泵，3为潜水泵引水管，4为人工湿地，5为种植植物，6为种植细砂层，7为表层布水系统，7-a为表层布水干管，7-b为表层布水支管，7-c为布水孔，8为铁碳功能填料层，9-1为铁碳功能微曝气系统，9-2为出水口曝气系统，10为导流挡板，11为砾石层，12为承托层，13为鼓风机，14为曝气引管，15为出水集水管，16为出水集水井，17为保温层。

具体实施方式

本发明提供了一种人工湿地系统，包括地下水水井1、潜水泵2、潜水泵引水管3、人工湿地4、出水集水管15和出水集水井16；

所述人工湿地4内自上而下依次设置有种植植物5、种植细砂层6、表层布水系统7、铁碳功能填料层8、铁碳功能微曝气系统9-1、导流挡板10、砾石层11、承托层12和出水口曝气系统9-2；

所述承托层12与出水曝气系统9-2相接处对应的人工湿地4的侧壁上设置有出水口，所述出水口经出水集水管15与出水集水井16连通；

所述潜水泵2设置在所述地下水水井1的底部，所述潜水泵2经潜水泵引水管3与表层布水系统7连通。

如图1所示，本发明提供的人工湿地系统包括人工湿地4，所述人工湿地4内自上而下依次设置有种植植物5、种植细砂层6、表层布水系统7、铁碳功能填料层8、铁碳功能微曝气系统9-1、导流挡板10、砾石层11、承托层12和出水口曝气系统9-2。

作为本发明的一个实施例，所述种植植物5采用根系发达、适应能力强以及生长旺盛的植物，具体可以选择挺水植物，进一步可以选择芦苇、美人蕉、风车草和鸢尾中的一种或几种，所选种植植物不仅具有很好的景观效应，而且具有一定的去污能力。

作为本发明的一个实施例，所述种植细砂层6由粒径≤0.5cm的细河砂形成，所述种植细砂层6的厚度优选为30～40cm，更优选为35cm。种植细砂层6可为种植植物5提供固定场所，且相比于土壤，细河砂粒径稍大，不易引起堵塞等问题。

作为本发明的一个实施例，所述表层布水系统7包括表层布水管干管7-a以及与所述表层布水管干管7-a连通的若干个表层布水管支管7-b，所述表层布水管支管7-b上与种植细砂层6接触的一侧设置有若干个布水孔7-c；具体的，若干个所述表层布水管支管7-b以并联方式与表层布水管干管7-a连通。作为本发明的一个实施例，所述表层布水管支管(7-b)的表面包裹有纱布，以防止堵塞。

本发明中所述表层布水系统7的俯视图如图2所示，图2中也体现出表层布水系统7与铁碳功能填料层8的相对位置关系，即，出表层布水系统7分布于铁碳功能填料层8上。本发明将表层布水系统7设置在种植细砂层6和铁碳功能填料层8之间，这样可以防止北方冬季运行时管子冻裂等问题，同时可以防止在湿地系统表面布水易引起蚊蝇滋生等问题。

作为本发明的一个实施例，所述铁碳功能填料层8由铁屑和生物炭颗粒形成，所述铁屑和生物炭颗粒的质量比优选为1:0.8～1.2，更优选为1:1；所述铁屑和生物炭颗粒的粒径优选独立地≤1cm，所述铁碳功能填料层8的厚度优选为40～60cm，更优选为50cm。

在本发明中，所述铁屑优选为废铁屑；本发明对所述废铁屑的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的废铁屑即可。

在本发明中，所述生物炭颗粒的制备方法，优选包括以下步骤：在保护气氛中，将农林废弃物在500～600℃条件下炭化5～7h，将所得炭化产物用盐酸洗涤后干燥，得到生物炭颗粒。在本发明中，所述保护气氛优选由氮气提供；所述农林废弃物优选来源于农村地区数量庞大的常见废弃物，如木屑、竹子、麦秸、芦苇、杏核和核桃皮中的一种或几种。本发明优选将所述农林废弃物经多次水洗去除表面粘附物，风干并在烘箱中充分干燥，粉碎过2cm筛，然后将所得生物质颗粒置于马弗炉中进行炭化；所述炭化的温度优选为550℃，时间优选为6h。完成所述炭化后，本发明优选将所得炭化产物用浓度为1mol L^-1的盐酸洗涤，以去除灰分，之后经干燥得到生物炭颗粒。

本发明优选采用铁屑和生物炭颗粒作为铁碳功能填料，具有强化生物脱氮和强化重金属去除的作用，有利于改善水质净化效果；具体的，本发明利用铁屑和生物炭在待处理地下水中形成微电场提供较多电子，促进反硝化生物的脱氮能力，同时铁屑的添加使地下水的还原性增强以及生物炭颗粒较大的比表面积都会强化填料对重金属的氧化还原、吸附、沉淀络合等作用，且使硝酸盐氮主要经微生物转化得以去除。

作为本发明的一个实施例，所述砾石层11由砾石和沸石形成，所述砾石和沸石的体积比优选为1:0.8～1.2，更优选为1:1，所述砾石和沸石的粒径优选独立地为2～3cm，所述砾石层11的厚度优选为50～70cm，更优选为60cm；所述砾石层11一方面能够为微生物提供更大的附着场所来净化污染物，另一方面人工湿地系统中填料粒径自上而下依次增大，有利于防止堵塞现象的发生。

作为本发明的一个实施例，所述承托层12由粒径为4～6cm的碎石形成，本发明对所述碎石的具体种类或来源不作特殊限定；所述承托层12的厚度优选为30～40cm，更优选为35cm；所述承托层12可起支撑作用，防止其上面功能层中的细砂及砾石等下渗堵塞人工湿地4的出水口。

本发明中所述人工湿地4内设置有两个曝气系统，分别为铁碳功能微曝气系统9-1和出水口曝气系统9-2，其中，所述铁碳功能微曝气系统9-1中微曝气头安装在铁碳功能填料层8之下，出水口曝气系统9-2中微曝气头安装在承托层12之下。本发明利用铁碳功能微曝气系统9-1为铁碳功能区自养反硝化微生物提供有利环境从而实现高效脱氮；利用出水口曝气系统9-2能够使地下水中的重金属在砾石层11和承托层12所在区域沉淀络合，残留的氨氮和有机物进一步得到去除，防止铁碳功能区生成少量氨氮影响水质。

在本发明中，所述铁碳功能微曝气系统9-1的下方设置有导流挡板10，所述导流挡板10上设置有倒梯形凹槽，即导流挡板10的开口朝上，且开口处尺寸大于导流挡板10的底面尺寸，其结构示意图如图3所示；所述导流挡板10可以降低水流流速，加大待处理地下水在铁碳功能区停留时间，有利于改善水质净化效果。在本发明中，所述导流挡板10的高度优选为5～8cm，所述导流挡板10的高度具体是指导流挡板10的侧壁高度；本发明对所述导流挡板10的侧壁和底面的厚度以及所述倒梯形凹槽的深度不作特殊限定，满足强度要求且保证使用时水流流速合适即可。

在本发明中，所述承托层12与出水曝气系统9-2相接处对应的人工湿地4的侧壁上设置有出水口，所述人工湿地4的出水口用于将经人工湿地4净化后的地下水排出。

作为本发明的一个实施例，所述人工湿地4的内壁表面设置有保温层17，所述保温层17优选以通电加热方式使用；由于地下水水温较低，不利于微生物反硝化作用的进行，因此在人工湿地4的内壁表面设置保温层17，在北方冬季时期，可以通电利用保温层17维持人工湿地4内部温度，为脱氮微生物营造有利环境。本发明对所述保温层17的材质及厚度没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的保温层即可。

作为本发明的一个实施例，所述保温层17的表面设置有防渗层，用于防止人工湿地4内的水分渗出；本发明对所述防渗层的材质及厚度没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的防渗层即可。

在本发明中，所述人工湿地系统包括地下水水井1、潜水泵2和潜水泵引水管3，所述潜水泵2设置在所述地下水水井1的底部，所述潜水泵2经潜水泵引水管3与表层布水系统7连通，具体是与表层布水管干管7-a连通。

在本发明中，所述人工湿地系统包括出水集水管15和出水集水井16，人工湿地4的出水口经出水集水管15与出水集水井16连通。

作为本发明的一个实施例，若对净化水质要求较高，可以在所述出水集水井16的出水口处设置阳离子交换膜，所述阳离子交换膜能够防止OH^-流出致使出水pH值过高，有利于改善水质净化效果。

作为本发明的一个实施例，所述人工湿地系统还包括鼓风机13和曝气引管14，所述鼓风机13经曝气引管14与铁碳功能微曝气系统9-1和出水口曝气系统9-2连接。

在本发明中，所述地下水水井1、出水集水井16以及人工湿地4优选由钢筋混凝土、钢板以及砖石堆砌而成，本发明对具体具体的堆砌方法以及原料用量不作特殊限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。

本发明提供了上述技术方案所述人工湿地系统的运行方法，包括以下步骤：

将地下水水井1中的待处理地下水经潜水泵2提升，继而经潜水泵引水管3进入人工湿地4中进行净化，净化后所得出水经人工湿地4的出水口和出水集水管15进入出水集水井16中。

在本发明中，所述待处理地下水优选为硝酸盐污染地下水和/或重金属污染地下水；所述待处理地下水中硝酸盐氮浓度优选≤40mg/L，更优选为10～40mg/L，进一步优选为20～40mg/L；所述待处理地下水中重金属浓度优选≤5mg/L，更优选为0.1～3mg/L；所述待处理地下水中重金属优选包括铬(VI)、铅(II)和铜(II)中的至少一种。

本发明将上述技术方案所述人工湿地系统搭建好以后，优选将铁碳功能填料层8、砾石层11和承托层12通过接种活性污泥进行微生物挂膜；本发明对接种活性污泥的具体方法不作特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。

完成所述微生物挂膜后，本发明将待处理地下水置于地下水水井1中，之后经潜水泵2提升，继而经潜水泵引水管3进入人工湿地4中进行净化。在本发明中，所述净化的温度优选为20～30℃，进一步优选为23～27℃；人工湿地水力停留时间优选为3d。

在本发明中，利用所述人工湿地系统净化地下水时，优选采用连续进水、推流出水的方式，具体的，将待处理地下水置于地下水水井1中，地下水水井1中的待处理地下水经潜水泵2提升，继而经潜水泵引水3进入表层布水管干管7-a，之后利用表层布水管支管7-b将地下水送入铁碳功能填料层8，所述铁碳功能填料层8下方为铁碳功能微曝气系统9-1，所述铁碳功能微曝气系统9-1优选采用间歇曝气(具体是利用鼓风机13将空气通过曝气引管14输送至铁碳功能微曝气系统9-1)，每天间歇曝气2h，曝气阶段溶解氧最高浓度控制在2mg/L，为铁碳功能区自养反硝化微生物提供有利环境从而实现高效脱氮，间歇曝气还可以扰动铁碳功能填料，防止铁碳功能填料发生板结现象；所述铁碳功能微曝气系统9-1的下方设置导流板10，地下水经过时，流速减慢使反应更充分；继而地下水进入砾石层11和承托层12，承托层12下方为出水口曝气系统9-2，所述出水口曝气系统9-2优选采用间歇曝气(具体是利用鼓风机13将空气通过曝气引管14输送至出水口曝气系统9-2)，每天间歇曝气2h，曝气阶段溶解氧浓度为2～4mg/L，地下水在所述砾石层11和承托层12可以得到进一步净化，重金属在此区域沉淀络合，残留的氨氮和有机物进一步得到去除，防止铁碳功能区生成少量氨氮影响水质；最后净化所得出水经人工湿地4的出水口和出水集水管15进入出水集水井16中。本发明提供的方法中，地下水中的重金属经过吸附、还原、沉淀以及络合作用等得以去除或固定，硝酸盐氮主要经铁碳功能区微生物转化得以去除。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

生物炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：

将农业废弃物(木屑、核桃皮和杏核按等质量混合得到)经多次水洗去除表面粘附物，风干并在烘箱中充分干燥，粉碎过2cm筛，然后将所得生物质颗粒置于马弗炉中，在氮气氛围中，于550℃进行炭化6h；将所得炭化产物用浓度为1mol L^-1的盐酸洗涤，以去除灰分，之后经干燥得到生物炭颗粒。

根据野外采样数据，利用图1所示结构的人工湿地系统于陕西省某农村进行试验，具体采用连续进水、推流出水的方式，进水为被硝酸盐和重金属铬(VI)以及铅(II)污染的地下水，其中，硝酸盐氮浓度为20.2mg/L，铬(VI)浓度为0.8mg/L，铅(II)浓度为0.7mg/L，有机物浓度(COD)浓度为3mg/L；净化方法包括以下步骤：

搭建人工湿地系统，其中，种植植物5为芦苇；种植细砂层6由粒径≤0.5cm的细河砂形成，所述种植细砂层6的厚度为35cm；铁碳功能填料层8由废铁屑和生物炭颗粒形成，二者的粒径≤1cm，质量比为1:1，所述铁碳功能填料层8的厚度为50cm；所述砾石层11由砾石和沸石形成，二者的粒径为2～3cm，所述砾石和沸石的体积比为1：1，所述砾石层11的厚度为60cm；所述承托层12由粒径为4～6cm的碎石形成，所述承托层12的厚度为35cm；搭建完成后，将铁碳功能填料层8、砾石层11和承托层12通过接种活性污泥进行微生物挂膜；

将地下水水井1中的进水经潜水泵2提升，继而经潜水泵引水管3进入人工湿地4中进行净化，净化后所得出水经人工湿地4的出水口和出水集水管15进入出水集水井16中；其中，净化过程中，人工湿地4内温度维持在23～27℃，人工湿地水力停留时间为3d；铁碳功能微曝气系统9-1采用间歇曝气，每天间歇曝气2h，曝气阶段溶解氧最高浓度控制在2mg/L；出水口曝气系统9-2采用间歇曝气，每天间歇曝气2h，曝气阶段溶解氧浓度为2～4mg/L。

运行1年，经上述净化之后，出水集水井16的出水指标为：硝酸盐氮浓度为3.2mg/L，氨氮和亚硝酸盐氮浓度均为0.09mg/L，总铬浓度为0.05mg/L，总铅浓度为0.03mg/L，有机物浓度为4.2mg/L，总铁浓度几乎为0(未检出)。

实施例2

根据野外采样数据，利用图1所示结构的人工湿地系统于陕西省某郊外工业区进行试验，具体采用连续进水、推流出水的方式，进水为被硝酸盐污染的地下水，其中，硝酸盐氮浓度为30mg/L，有机物浓度(COD)浓度为8mg/L；按照实施例1的方法对所述进水进行净化，运行60天，出水集水井16的出水指标为：硝酸盐氮浓度为1.3mg/L，氨氮和亚硝酸盐氮浓度都约为0.09mg/L；

继续运行40天后，进水逐渐出现重金属铬(VI)的污染，最高浓度为2.1mg/L，经所述人工湿地系统净化之后，出水集水井16的出水指标为：硝酸盐氮浓度为5.4mg/L，氨氮和亚硝酸盐氮浓度均为0.1mg/L，总铬浓度为0.01～0.07mg/L，有机物浓度为4.9mg/L，总铁浓度几乎为0(未检出)。

由以上实施例可知，本发明提供的人工湿地系统运行稳定，脱氮效果较好且对重金属有很好的去除效果，不会出现二次污染的问题；虽然重金属的存在会对硝酸盐的去除有一定的影响，但整体净化效果良好，实现了全年稳定净化地下水的目的。

本发明提供的人工湿地系统适用于农村地区或者工业区附近，能够将地下水中的硝酸盐和重金属得以去除或固定；本发明提供的人工湿地系统运行稳定、布水均匀、不易堵塞，且处理效率高、成本低，所用材料变废为宝，提升资源利用率，有效的解决了农村地区以及工业区地下水污染的问题，净化后的地下水可作为再生水利用或者经消毒等处理后作为饮用水使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效去除地下水中硝酸盐和/或重金属的人工湿地系统，其特征在于，包括地下水水井(1)、潜水泵(2)、潜水泵引水管(3)、人工湿地(4)、出水集水管(15)和出水集水井(16)；

所述人工湿地(4)内自上而下依次设置有种植植物(5)、种植细砂层(6)、表层布水系统(7)、铁碳功能填料层(8)、铁碳功能微曝气系统(9-1)、导流挡板(10)、砾石层(11)、承托层(12)和出水口曝气系统(9-2)；

所述承托层(12)与出水曝气系统(9-2)相接处对应的人工湿地(4)的侧壁上设置有出水口，所述出水口经出水集水管(15)与出水集水井(16)连通；

所述潜水泵(2)设置在所述地下水水井(1)的底部，所述潜水泵(2)经潜水泵引水管(3)与表层布水系统(7)连通。

2.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于，所述表层布水系统(7)包括表层布水管干管(7-a)以及与所述表层布水管干管(7-a)连通的若干个表层布水管支管(7-b)，所述表层布水管支管(7-b)上与种植细砂层(6)接触的一侧设置有若干个布水孔(7-c)；所述潜水泵(2)经潜水泵引水管(3)与表层布水管干管(7-a)连通。

3.根据权利要求2所述的人工湿地系统，其特征在于，所述表层布水管支管(7-b)的表面包裹有纱布。

4.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于，所述种植细砂层(6)由粒径≤0.5cm的细河砂形成，所述种植细砂层(6)的厚度为30～40cm；

所述铁碳功能填料层(8)由铁屑和生物炭颗粒形成，所述铁屑和生物炭颗粒的质量比为1:0.8～1.2，所述铁碳功能填料层(8)的厚度为40～60cm；

所述砾石层(11)由砾石和沸石形成，所述砾石和沸石的体积比为1：0.8～1.2，所述砾石层(11)的厚度为50～70cm；

所述承托层(12)由粒径为4～6cm的碎石形成，所述承托层(12)的厚度为30～40cm。

5.根据权利要求4所述的人工湿地系统，其特征在于，所述生物炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：

在保护气氛中，将农林废弃物在500～600℃条件下炭化5～7h，将所得炭化产物用盐酸洗涤后干燥，得到生物炭颗粒。

6.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地(4)的内壁表面设置有保温层(17)。

7.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于，还包括鼓风机(13)和曝气引管(14)，所述鼓风机(13)经曝气引管(14)与铁碳功能微曝气系统(9-1)和出水口曝气系统(9-2)连通。

8.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于，所述出水集水井(16)的出水口处设置有阳离子交换膜。

9.权利要求1～8任一项所述人工湿地系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

将地下水水井(1)中的待处理地下水经潜水泵(2)提升，继而经潜水泵引水管(3)进入人工湿地(4)中进行净化，净化后所得出水经人工湿地(4)的出水口和出水集水管(15)进入出水集水井(16)中。

10.根据权利要求9所述的净化方法，其特征在于，所述待处理地下水为硝酸盐污染地下水和/或重金属污染地下水；所述待处理地下水中硝酸盐氮浓度≤40mg/L，重金属浓度≤5mg/L。

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