CN113697918A - 一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法，其可包括以下步骤：S1.通过正交试验，得到不同组分比例下的絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH的数据；S2、通过对数据进行矩阵拟合，得到絮凝材料各组分比例与絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH之间的关系模型；S3.根据该关系模型，确定絮凝材料的最优组分比例。通过本发明提供的关系模型，不仅可以通过各组分比例快速确定絮凝材料的性能指标，并且可以根据絮凝材料的性能指标反推出各组分比例，可以有效地指导人工湿地的标准化污水处理。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体地涉及一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法。
背景技术
人工湿地是一种基于人工设计、建设和运维管理，以植物、自然基质或人工介质为构建材料，在低碳低成本实施条件下，通过生物过程、物理过程与化学过程相耦合实现污水净化的近自然生态处理技术。以自然基质或人工介质为材料构建的湿地填料层是人工湿地的重要组成部分，而其对吸附作用强弱被认为是影响磷素营养盐等物质最终去除效果的关键。人工湿地现已普遍用于各种类型水体的净化处理，在此过程中其所展现出的优势特征主要包括：建设运行成本较低、管理操作简单、处理效率稳定与工艺二次污染少等，而占地面积较大、处理时间较长与易堵塞饱和等问题被认为是该技术应用的关键瓶颈，而导致该问题的原因主要源于湿地基质填料特。传统人工湿地填料包括如土壤、火山岩、煤渣、红壤、砖块、海蛎壳、沸石、陶粒、卵石等，这些传统填料根据其自身物化结构特征，所展现出的污水处理效果也有所不同，但它们的共性特征为无统一形状结构，粒径大小难以统一，添加到湿地后系统孔隙率与水力流态无法准确控制。因此，在该情况下近年来形成了一种基于填料结构标准模块化的人工湿地，而配置一种具有较高絮凝强度、较高磷素营养盐吸附强度、较低碱度释放的絮凝材料，在标准模块化人工湿地处理污水领域具有重要的意义，但目前尚未有关于絮凝材料组分配方与上述目标效果间的定量方法。
发明内容
本发明旨在提供一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法，其可包括以下步骤：
S1.通过正交试验，得到不同组分比例下的絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH的数据，其中，组分包括氧化钙、氧化镁、硫酸铁和硫酸铝，物理强度X、磷素吸附容量Y和吸附速率的单位分别为N/cm2、mg/g和min-1；
S2、通过对数据进行矩阵拟合，得到絮凝材料各组分比例与絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH之间的关系模型：
X＝-33*A+1057*B-189*C+159*D+141*A*B+4482*A*C-300*A*D-473*B*C-2223*B*D-690*C*D；
Y＝2.5*A+0.25*B-0.5*C+0.9*D-2.7*A*B+A*C-11.6*A*D+8.5*B*C+3.6*B*D+22.46*C*D+44*A*B*C+99*A*B*D-13*A*C*D-256*B*C*D；
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PH＝11.5*A+6.9*B+0.1*C+1.9*D+31*A*B+16*A*C+A*D+31*B*C+28*B*D-22*C*D-242*A*B*C-236*A*B*D+424*A*C*D-26*B*C*D；
其中，A、B、C、D分别表示氧化钙、氧化镁、硫酸铁、硫酸铝的比例数值与100的乘积；
S3.根据该关系模型，确定絮凝材料的最优组分比例。
进一步地，S3中，确定最优组分比例范围如下：氧化钙为22％-39％，氧化镁为13％-48％，硫酸铁为5％-47％以及硫酸铝为5％-30％。
本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：不仅可以通过各组分比例快速确定絮凝材料的性能指标，并且可以根据絮凝材料的性能指标反推出各组分比例，可以有效地指导人工湿地的标准化污水处理。
附图说明
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法，其可包括以下步骤：
S1.通过正交试验，得到不同组分比例下的絮凝材料的物理强度(N/cm2)、磷素吸附容量(mg/g)、吸附速率(min-1)和水体pH值的数据(如下表1所示)，每一种比例组合试验两次，其中，絮凝材料包括氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、硫酸铁(Fe2(SO4)3)和硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)四种组分，四者各自比例设定范围在5％-85％之间；
表1不同组分比例下絮凝材料的物理强度、磷素吸附容量、吸附速率、水体pH值的响应值
S2、通过对试验得到的数据进行矩阵拟合，得到絮凝材料各组分比例与絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH之间的关系模型：
X＝-33*A+1057*B-189*C+159*D+141*A*B+4482*A*C-300*A*D-473*B*C-2223*B*D-690*C*D；
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其中，A、B、C、D分别表示氧化钙、氧化镁、硫酸铁、硫酸铝的比例数值与100的乘积；
S3.根据该关系模型，确定絮凝材料的最优组分比例。具体地，基于上述模型，所确定的四种最佳组分比例为氧化钙为22％-39％、氧化镁为13％-48％、硫酸铁为5％-47％以及硫酸铝为5％-30％。在上述区间内絮凝材料的物理强度、磷素吸附容量、吸附速率、水体pH值的响应值分别为209-723N/cm2、1.8-2.3mg/g、0.008-0.01min-1和6.9-8.7。相反地，在絮凝材料的物理强度、磷素吸附容量、吸附速率和水体pH值的确定的情况下，可以根据上述关系模型反推出氧化钙、氧化镁、硫酸铁和硫酸铝的比例。
通过本发明提供的关系模型，不仅可以通过各组分比例快速确定絮凝材料的性能指标，并且可以根据絮凝材料的性能指标反推出各组分比例，可以有效地指导人工湿地的标准化污水处理。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于人工湿地填料制备的絮凝材料的组分量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过正交试验，得到不同组分比例下的絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH的数据，其中，组分包括氧化钙、氧化镁、硫酸铁和硫酸铝，物理强度X、磷素吸附容量Y和吸附速率的单位分别为N/cm2、mg/g和min-1；
S2、通过对数据进行矩阵拟合，得到絮凝材料各组分比例与絮凝材料的物理强度X、磷素吸附容量Y、吸附速率Z和水体pH值PH之间的关系模型：
X＝-33*A+1057*B-189*C+159*D+141*A*B+4482*A*C-300*A*D-473*B*C-2223*B*D-690*C*D；
Y＝2.5*A+0.25*B-0.5*C+0.9*D-2.7*A*B+A*C-11.6*A*D+8.5*B*C+3.6*B*D+22.46*C*D+44*A*B*C+99*A*B*D-13*A*C*D-256*B*C*D；
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其中，A、B、C、D分别表示氧化钙、氧化镁、硫酸铁、硫酸铝的比例数值与100的乘积；
S3.根据该关系模型，确定絮凝材料的最优组分比例。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，确定最优组分比例范围如下：氧化钙为22％-39％，氧化镁为13％-48％，硫酸铁为5％-47％以及硫酸铝为5％-30％。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211126 |