公布日：2024.03.26
申請(qǐng)日：2024.02.02
分類號(hào)：C02F3/32(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種污水處理的人工濕地基質(zhì)及制作方法優(yōu)點(diǎn)是，包括以下原料份數(shù)比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環(huán)5—12份；橘皮4—8份，將濕地分隔四個(gè)方塊A、B、C、D，通過精心調(diào)配每一種原料的配比，為不同的處理方塊A、B、C、D賦予了特定的功能，實(shí)現(xiàn)了污水的順序處理，這樣的設(shè)計(jì)不僅節(jié)約了濕地基質(zhì)原材料的使用，降低了系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的成本，還優(yōu)化了每個(gè)方塊的處理效率，從而減少了所需的總占地面積，因此，這種經(jīng)濟(jì)高效的材料組合不僅延長(zhǎng)了濕地基質(zhì)的使用壽命，而且顯著提升了其污水處理能力和環(huán)境修復(fù)效率，綜合提高了濕地基質(zhì)的整體處理性能。
權(quán)利要求書
1.一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于，包括以下原料份數(shù)比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環(huán)5—12份；橘皮4—8份，所述濕地基質(zhì)的制備過程：步驟一、確定位置：選中空曠的廢棄工廠地址；步驟二、挖掘大小：在選定的位置上進(jìn)行挖掘，挖掘長(zhǎng)寬高為3*3*3m的濕地；步驟三、鋪設(shè)防水層：在挖掘好的濕地四周和底部倒上水泥并鋪設(shè)防水層乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水滲透到周圍；步驟四、建隔墻：使用磚石砌四個(gè)高度為1.2m的隔墻，將濕地分割成四個(gè)小方塊，四個(gè)小方塊按順序標(biāo)注為A、B、C、D；步驟五、填充基質(zhì)：在四個(gè)方塊A、B、C、D里填充不同基質(zhì)比例的原料；所述步驟五在四個(gè)方塊A、B、C、D里各填充的基質(zhì)原料比例為：A：填充基質(zhì)由高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均勻混合而成；B：填充基質(zhì)由紅壤、納米烏金石和麥飯石按照6:2:2的比例均勻混合而成；C：填充基質(zhì)由紅壤、生物炭、高溫處理的巖石按照3:4:6的比例均勻混合而成；D：填充基質(zhì)由塑料生物環(huán)、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石按照2:2:4:2的比例均勻混合而成，橘皮定期投入；所述濕地基質(zhì)在D區(qū)塊內(nèi)，定期以原料比例添加橘皮，有利于促進(jìn)細(xì)菌在塑料生物環(huán)中的生長(zhǎng)，進(jìn)而建立一個(gè)高效的生物過濾系統(tǒng)，用于分解有機(jī)物質(zhì)；步驟六、安裝循環(huán)系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：將水泵和水管管道安裝在人工濕地內(nèi)部，并安裝在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)系統(tǒng)；所述步驟六中，建立一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)并配備了在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，一旦監(jiān)測(cè)到水質(zhì)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)激活循環(huán)系統(tǒng)，按照A-B-C-D的流程將污水重新循環(huán)處理，直到水質(zhì)達(dá)標(biāo)為止；步驟七、種植植物：將蘆葦、香蒲和水芹這三種植物種植在濕地邊界的2米范圍內(nèi)；同時(shí)，從D號(hào)排污口將污水引入，并在距離該出口0.5米的位置形成一個(gè)2米乘2米的淺水區(qū)域，專門用于種植睡蓮，并向系統(tǒng)中引入了水絲蚓和田螺作為底棲動(dòng)物，以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和平衡；步驟八、啟動(dòng)運(yùn)行：?jiǎn)?dòng)水泵和管道循環(huán)系統(tǒng)，將污水引入人工濕地管道中，由A-B-C-D的順序處理；所述步驟八分隔四個(gè)方塊A、B、C、D，并賦予它們不同的處理功效，實(shí)現(xiàn)了順序處理；步驟九、維護(hù)管理：定期對(duì)人工濕地的基質(zhì)以及其中的動(dòng)植物群落進(jìn)行維護(hù)和檢查，對(duì)排出系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行水質(zhì)測(cè)試；如果發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)增加基質(zhì)材料，以確保整個(gè)系統(tǒng)的水處理性能滿足要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于，所述濕地基質(zhì)的原料份數(shù)為：紅壤25份；生物炭20份；納米烏金石8份；麥飯石4份；高溫處理的巖石30份；塑料生物環(huán)5份；氫氧化物2份；橘皮4份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于：所述濕地基質(zhì)的原料份數(shù)為：紅壤20份；生物炭24份；納米烏金石5份；麥飯石6份；高溫處理的巖石35份；塑料生物環(huán)10份；氫氧化物5份；橘皮2份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于，所述濕地基質(zhì)的原料-生物炭的制備過程：S1、原料的準(zhǔn)備：收集椰殼、棗核、桃核、核桃殼、白果殼、銀杏枝；S2、原料處理：將銀杏枝裁成小段后，與椰殼、桃核、核桃殼一起放入破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理，以減小粒度；S3、烘干：將所有原料放入120℃烘箱，設(shè)定時(shí)長(zhǎng)為4小時(shí)；S4、熱解：將馬弗爐加熱至450攝氏度，將烘干后的原料混合均勻后放入馬弗爐中烘4h，使其分解成生物炭；S5、篩分：冷卻后的生物炭使用光學(xué)傳感器和圖像處理技術(shù)，對(duì)生物炭的顏色、形狀和表面特征進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其進(jìn)行分離，除去不合格的生物炭；S6、改性處理：篩選出的合格生物炭與海藻酸鈉按照1:1的比例混合并通過攪拌使其均勻結(jié)合，形成一種均質(zhì)的復(fù)合材料，使復(fù)合材料置于蒸汽發(fā)生器中，在900℃的高溫條件下接受40min的活化處理，以實(shí)現(xiàn)生物炭的改性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于：所述濕地基質(zhì)原料－高溫處理的巖石制備過程：S1.1、原料：選擇沉積巖；S1.2、切割：將沉積巖切成3—5厘米；S1.3、加熱：放入高溫爐中加熱至1100℃，設(shè)置時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)；S1.4、冷卻：將經(jīng)過高溫處理的沉積巖轉(zhuǎn)移到一個(gè)溫度為25℃、濕度為55%的恒溫恒濕空調(diào)房間中進(jìn)行冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，其特征在于：所述濕地基質(zhì)原料氫氧化物為氫氧化鋁和氫氧化鈉。
發(fā)明內(nèi)容
（一）解決的技術(shù)問題
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，具備初期投資低、處理效率不受環(huán)境影響、吸附力強(qiáng)和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，解決了前期投資高、處理效率不穩(wěn)定、占地面積大和無(wú)法完全去除污水中的污染物的問題。
（二）技術(shù)方案
為實(shí)現(xiàn)上述濕地基質(zhì)初期投資低、處理效率不受環(huán)境影響、吸附力強(qiáng)和占地面積小的目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：包括以下原料份數(shù)比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環(huán)5—12份；橘皮4—8份，所述濕地基質(zhì)的制備過程：
步驟一、確定位置：選中空曠的廢棄工廠地址；
步驟二、挖掘大小：在選定的位置上進(jìn)行挖掘，挖掘長(zhǎng)寬高為3*3*3m的濕地；
步驟三、鋪設(shè)防水層：在挖掘好的濕地四周和底部倒上水泥并鋪設(shè)防水層乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水滲透到周圍；
步驟四、建隔墻：使用磚石砌四個(gè)高度為1.2m的隔墻，將濕地分割成四個(gè)小方塊，四個(gè)小方塊按順序標(biāo)注為A、B、C、D；
步驟五、填充基質(zhì)：在四個(gè)方塊A、B、C、D里填充不同基質(zhì)比例的原料；
步驟六、安裝循環(huán)系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：將水泵和水管管道安裝在人工濕地內(nèi)部，并安裝在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)系統(tǒng)；
步驟七、種植植物：將蘆葦、香蒲和水芹這三種植物種植在濕地邊界的2米范圍內(nèi)；同時(shí)，從D號(hào)排污口將污水引入，并在距離該出口0.5米的位置形成一個(gè)2米乘2米的淺水區(qū)域，專門用于種植睡蓮，并向系統(tǒng)中引入了水絲蚓和田螺作為底棲動(dòng)物，以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和平衡；
步驟八、啟動(dòng)運(yùn)行：?jiǎn)?dòng)水泵和管道循環(huán)系統(tǒng)，將污水引入人工濕地管道中，由A-B-C-D的順序處理；
步驟九、維護(hù)管理：定期對(duì)人工濕地的基質(zhì)以及其中的動(dòng)植物群落進(jìn)行維護(hù)和檢查，對(duì)排出系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行水質(zhì)測(cè)試；如果發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)增加基質(zhì)材料，以確保整個(gè)系統(tǒng)的水處理性能滿足要求。
優(yōu)選的，所述濕地基質(zhì)的原料份數(shù)為：紅壤25份；生物炭20份；納米烏金石8份；麥飯石4份；高溫處理的巖石30份；塑料生物環(huán)5份；氫氧化物2份；橘皮4份。
優(yōu)選的，所述濕地基質(zhì)的原料份數(shù)為：紅壤20份；生物炭24份；納米烏金石5份；麥飯石6份；高溫處理的巖石35份；塑料生物環(huán)10份；氫氧化物5份；橘皮2份。
優(yōu)選的，所述濕地基質(zhì)的原料-生物炭的制備過程：
S1、原料的準(zhǔn)備：收集椰殼、棗核、桃核、核桃殼、白果殼、銀杏枝；
S2、原料處理：將銀杏枝裁成小段后，與椰殼、桃核、核桃殼一起放入破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理，以減小粒度；
S3、烘干：將所有原料放入120℃烘箱，設(shè)定時(shí)長(zhǎng)為4小時(shí)；
S4、熱解：將馬弗爐加熱至450℃，將烘干后的原料混合均勻后放入馬弗爐中烘4h，使其分解成生物炭；
S5、篩分：冷卻后的生物炭使用光學(xué)傳感器和圖像處理技術(shù)，對(duì)生物炭的顏色、形狀和表面特征進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其進(jìn)行分離，除去不合格的生物炭；
S6、改性處理：篩選出的合格生物炭與海藻酸鈉按照1:1的比例混合并通過攪拌使其均勻結(jié)合，形成一種均質(zhì)的復(fù)合材料，使復(fù)合材料置于蒸汽發(fā)生器中，在900℃的高溫條件下接受40min的活化處理，以實(shí)現(xiàn)生物炭的改性。
優(yōu)選的，所述濕地基質(zhì)原料－高溫處理的巖石制備過程：
S1.1、原料：選擇沉積巖；
S1.2、切割：將沉積巖切成3—5厘米；
S1.3、加熱：放入高溫爐中加熱至1100℃，設(shè)置時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)；
S1.4、冷卻：將經(jīng)過高溫處理的沉積巖轉(zhuǎn)移到一個(gè)溫度為25℃、濕度為55%的恒溫恒濕空調(diào)房間中進(jìn)行冷卻。
通過上述在恒溫恒濕的房間內(nèi)進(jìn)行緩慢冷卻，可以確保沉積巖樣本的結(jié)構(gòu)和性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
優(yōu)選的，所述步驟八分隔四個(gè)方塊A、B、C、D，并賦予它們不同的處理功效，實(shí)現(xiàn)了順序處理。
優(yōu)選的，所述步驟五在四個(gè)方塊A、B、C、D里各填充的基質(zhì)原料比例為：
A：填充基質(zhì)由高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均勻混合而成；
B：填充基質(zhì)由紅壤、納米烏金石和麥飯石按照6:2:2的比例均勻混合而成；
C：填充基質(zhì)由紅壤、生物炭、高溫處理的巖石按照3:4:6的比例均勻混合而成；
D：填充基質(zhì)由塑料生物環(huán)、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石按照2:2:4:2的比例均勻混合而成，橘皮定期投入。
優(yōu)選的，所述步驟六中，建立一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)并配備了在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，一旦監(jiān)測(cè)到水質(zhì)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)激活循環(huán)系統(tǒng)，按照A-B-C-D的流程將污水重新循環(huán)處理，直到水質(zhì)達(dá)標(biāo)為止。
優(yōu)選的，所述濕地基質(zhì)在D區(qū)塊內(nèi)，定期以原料比例添加橘皮，有利于促進(jìn)細(xì)菌在塑料生物環(huán)中的生長(zhǎng)，進(jìn)而建立一個(gè)高效的生物過濾系統(tǒng)，用于分解有機(jī)物質(zhì)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種污水處理的人工濕地基質(zhì)的制作方法，具備以下有益效果：
1、本發(fā)明通過搭配組合高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭，為濕地基質(zhì)帶來(lái)了多方面的好處。具體來(lái)說(shuō)：增強(qiáng)化學(xué)吸附力：金屬氧化物如氫氧化鋁能與污水中的酸性物質(zhì)反應(yīng)生成鹽和水，調(diào)節(jié)濕地環(huán)境的酸堿度，為微生物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜條件，同時(shí)，氫氧化鈉作為強(qiáng)堿，可以促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解和循環(huán)；改善物理吸附性質(zhì)：將生物炭與海藻酸鈉材料復(fù)合，解決了生物炭密度低、顆粒小的問題，提升了對(duì)污染物的吸附能力；提升污水處理效果：改性后的生物炭理化性質(zhì)發(fā)生變化，比如表面積增加、灰分含量降低、表面官能團(tuán)豐富，這些變化有助于促進(jìn)或抑制對(duì)污染物的吸附與降解；加強(qiáng)環(huán)境修復(fù)能力：改性生物炭不僅在污水處理中表現(xiàn)出色，也能有效修復(fù)重金屬污染的土壤；優(yōu)化濕地基質(zhì)性能：高溫處理的巖石改善了孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性，有利于水流動(dòng)態(tài)和污染物過濾；其增強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性可延長(zhǎng)基質(zhì)壽命，并提高承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；此外，巖石還能通過吸附、沉淀或化學(xué)反應(yīng)去除水中污染物，所以這種材料組合不僅延長(zhǎng)了濕地基質(zhì)的使用壽命，還有效提高了其污水處理能力和環(huán)境修復(fù)效率。
2、本發(fā)明通過紅壤、納米烏金石和麥飯石的搭配，從物理、化學(xué)和生物多個(gè)層面改善了濕地基質(zhì)的環(huán)境質(zhì)量，具體影響如下：改善物理性質(zhì)：紅壤提供了良好的通氣性和滲透性，增加了濕地基質(zhì)的孔隙率，促進(jìn)了水流流動(dòng)和氧氣交換；增強(qiáng)化學(xué)吸附能力：納米烏金石憑借其較大的比表面積和表面活性，有效吸附了水中的重金屬和有機(jī)污染物；促進(jìn)生物活性：麥飯石釋放的微量元素刺激了微生物的生長(zhǎng)和繁殖，增強(qiáng)了濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和生物化學(xué)反應(yīng)；調(diào)節(jié)pH值和緩沖性能：紅壤的酸性與麥飯石的堿性特性相結(jié)合，有助于調(diào)節(jié)濕地系統(tǒng)的pH值，為不同植物和微生物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了更好的環(huán)境條件，這種材料組合提高了濕地基質(zhì)的凈化污水能力和維持生態(tài)平衡的能力，達(dá)到了濕地基質(zhì)物理性質(zhì)的改善、化學(xué)吸附能力的增強(qiáng)、生物活性的促進(jìn)以及凈化功能的增強(qiáng)的有益效果。
3、本發(fā)明通過結(jié)合塑料生物環(huán)、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石，構(gòu)建了一個(gè)多效、經(jīng)濟(jì)的生物過濾系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中：紅壤提供了必需的營(yíng)養(yǎng)元素，支持水生植物的生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)了根系發(fā)展和微生物共生，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自凈能力；高溫處理的巖石確保了pH平衡，為微生物和植物創(chuàng)造了理想的生長(zhǎng)環(huán)境；橘皮以其天然官能團(tuán)（如羥基和羧基）增強(qiáng)了對(duì)金屬離子和其他污染物的絡(luò)合與吸附能力，同時(shí)向系統(tǒng)中添加了維生素，增進(jìn)了微生物的健康和多樣性；塑料生物環(huán)提供了廣大的表面積，作為微生物附著的載體，從而提升了有機(jī)污染物的分解效率，整個(gè)污水處理設(shè)施加上旁邊圍繞的水草動(dòng)植物系統(tǒng)能夠改善生物循環(huán)系統(tǒng)，以此凈化污水，此組合搭配實(shí)現(xiàn)了濕地污水處理能力的顯著提升，達(dá)到了低投資、高效率的有益效果。
（發(fā)明人：卜鈿杰;徐欣怡;盧艷平;張艷艷;張強(qiáng)）
