专利名称：一种垂直流人工湿地组合基质的制作方法
技术领域：
本发明属于水污染控制工程生态技术领域，具体涉及一种垂直流人工湿地组 合基质，针对中等浓度生活污水，能高效去除污水中有机物、氮和磷污染物。
背景技术：
基质在人工湿地的结构中占有最大体积，是人工湿地区别于自然湿地的重要方 面。基质是污水净化的主要场所，为植物和微生物的生长和作用提供载体，也能够通过过 滤、吸附和沉淀等作用直接去除污染物。其种类、组配方式、高度的选择是人工湿地工程设 计中的重要环节。本申请人在中国专利文献中，公开了一种垂直流人工湿地基质的制备方 法的发明专利(申请号200910062968. 6)，该专利的技术方案表明没有一种基质能同时高 效去除有机物、氮和磷污染物，故对于含有机物、氮和磷的综合污水，例如生活污水，需对优 质基质进行合理的组配。同时该专利公开的针对综合污水的组合基质的主要缺点是基质粒 径选择和分层配置不合理。上层无烟煤粒径太大，比表面积小，不利于微生物的附着生长； 并且无烟煤呈弱酸性不利于植物的生长。
发明内容
针对已有基质选择和组合中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种垂直流人 工湿地组合基质，该组合基质主要针对中等浓度生活污水。所选基质可得性强，价格低廉， 组合操作方便，组合后能同时高效去除污水中有机物、氮和磷污染物。污水经处理后，能达 到《城镇污水处理厂污水排放标准》(GB18918-2002) —级标准(或二级标准)，可以直接回 用或排入各水体中。本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的
一种垂直流人工湿地组合基质，它由沸石、无烟煤和生物陶粒组成。沸石是一种分 布广泛的硅铝酸盐矿物质，它孔隙发达，比表面积大，内部静电强，吸附性强，特别是对
NH/ -_N有很强的选择性吸附能力。无烟煤是目前普遍采用的双层、三层快速过滤材料，机
械强度高，化学性质稳定，不含有毒有害物质，表面粗糙，有很强的吸附能力。生物陶粒是一 种新型的生物膜载体滤料，选用天然吸附材料和矿物质，经科学设计配方高温烧结精筛等 工序加工而成，孔隙率大，比表面积大，吸附能力强，利于微生物繁殖生长。沸石、无烟煤和 生物陶粒均购于河南省巩义市华龙滤料厂。一种垂直流人工湿地组合基质，针对中等浓度生活污水(据我国城市典型生活污
水水质统计，中等浓度生活污水C0D&、NH/-N、TN、SRP和TP平均浓度分别为400mg/L、
25 mg/L、40 mg/L、5 mg/L和8 mg/L)，其特征在于无烟煤层分别与沸石层、生物陶粒层相 连，在生物陶粒层上种植植物。针对中等浓度生活污水构建垂直流人工湿地时，在防渗层上 填充粒径为2-5mm的沸石基质；在沸石层上填充粒径为2_5mm的无烟煤基质；在无烟煤层 上填充粒径为2-5mm的生物陶粒基质。组合基质总填充高度可为60-120cm，三者体积比为1:1:1。进水管1与穿孔布水管8相连，出水收集管6与出水管7相连。例如当组合基质总 填充高度为90cm时，每层基质高度为^-32cm。垂直流人工湿地植物可选用美人蕉、芦苇、 香蒲、再力花、鸢尾、风车草、纸莎草、千屈菜、花叶芦荻、菖蒲、水葱等的其中一种或任意组
I=I O工程应用时，基质层按上述基质的排序和高度一层一层铺设即可。生物陶粒比表 面积大，有利于微生物的附着生长，能充分利用人工湿地上层好氧环境有效去除污水中的
有机物；无烟煤对磷有很强的吸附能力；而沸石则对NH4+-N有很强的选择性吸附能力，
其净化效果显著高于其他基质(如土壤、砂子、砾石等)。与已有技术相比，本发明具有以下优点和效果 1、本发明采用基质来源广泛，价格低廉，实用性强。2、本发明选用适度粒径的沸石、无烟煤和生物陶粒三种优质基质进行合理分层配 置，充分利用三者对氮、磷或有机物污染物的净化能力，扩展垂直流人工湿地净化空间。3、本发明组合基质中生物陶粒、无烟煤和沸石能通过过滤、吸附，沉淀等作用直接 去除污染物，同时上层生物陶粒适宜于植物和微生物的生长，间接强化对污染物的去除。填 充该组合基质的垂直流人工湿地不仅能高效去除中等浓度生活污水中的有机物、氮和磷污 染物，而且具有美化景观的价值。
图1为一种垂直流人工湿地组合基质结构示意图 图2为垂直流人工湿地管道系统布置轴测示意图
图3为本发明模拟人工湿地系统对C0D&的处理效果图
图4为本发明模拟人工湿地系统对NH/-"N的处理效果图
图5为本发明模拟人工湿地系统对TN的处理效果图 图6为本发明模拟人工湿地系统对SRP的处理效果图 图7为本发明模拟人工湿地系统对TP的处理效果图
图中，进水管1、生物陶粒层2、无烟煤层3、沸石层4、防渗层5、出水收集管6、出水管7、 穿孔布水管8、植物9。
具体实施例方式实施例1:
下面结合附图对本发明进一步详细说明 实施例中，垂直流人工湿地模拟小试系统装置采用内径25cm的PVC管，高度均为 100cm，其中组合基质填充高度为90cm，管顶留有IOcm的保护层。参见图1、图2，一种垂直 流人工湿地组合基质，它由沸石、无烟煤和生物陶粒组成。其特征在于构建垂直流人工湿 地时，在防渗层5上填充粒径为2或3或4或5mm的沸石基质，高度为观或四或30或31 或32cm ；在沸石层4上填充粒径为2或3或4或5mm的无烟煤基质，高度为观或四或30 或31或32cm ；在无烟煤层3上填充粒径为2或3或4或5mm的生物陶粒基质，高度为观 或四或30或31或32cm。无烟煤层3分别与沸石层4、生物陶粒层2相连，三者体积比为1:1:1，在生物陶粒层2上种有植物9 (美人蕉)。基质填充时，按上述基质的排序和高度一 层一层铺设即可。进水管1与穿孔布水管8相连，穿孔布水管8装在生物陶粒层2表面，污 水(自配水)由高位水箱流入进水管1，经穿孔布水管8配水进入组合基质层，污水依次流经 生物陶粒层2，无烟煤层3和沸石层4，出水收集管6与出水管7相连，出水收集管6装在沸 石层4底部，净化后的污水最后由出水收集管6收集，经出水管7流出。采用间歇进出水方 式，每天进水3次，水力停留时间为8h，水力负荷为0. 34m3/(m2 · d)。污水水质模拟中等浓 度生活污水，其监测结果如表1所示。 表1污水水质表(mg · L—1)
权利要求
1.一种垂直流人工湿地组合基质，它由沸石、无烟煤和生物陶粒组成，其特征在于在 防渗层(5)上填充粒径为2-5mm的沸石基质；在沸石层(4)上填充粒径为2_5mm的无烟煤基 质；在无烟煤层(3)上填充粒径为2-5mm的生物陶粒基质，无烟煤层(3)分别与沸石层(4)、 生物陶粒层(2)相连，在生物陶粒层(2)上种植植物(9)，组合基质总填充高度为60-120cm， 三者体积比为1:1:1，进水管(1)与穿孔布水管(8)相连，出水收集管(6)与出水管(7)相 连。
2.根据权利要求1所述一种垂直流人工湿地组合基质，其特征在于所述的植物(9)选 用美人蕉、芦苇、香蒲、再力花、鸢尾、风车草、纸莎草、千屈菜、花叶芦荻、菖蒲、水葱其中一 种或任意组合。
3.根据权利要求1所述一种垂直流人工湿地组合基质，其特征在于所述的穿孔布水 管(8)装在生物陶粒层(2)表面。
4.根据权利要求1所述一种垂直流人工湿地组合基质，其特征在于所述的出水收集 管(6)装在沸石层(4)底部。
全文摘要
本发明公开了一种垂直流人工湿地组合基质，它由沸石、无烟煤和生物陶粒组成，无烟煤层分别沸石层、生物陶粒层相连，在生物陶粒层上种植植物，在防渗层上填充粒径为2-5mm的沸石基质；在沸石层上填充粒径为2-5mm的无烟煤基质；在无烟煤层上填充粒径为2-5mm的生物陶粒基质。组合基质总填充高度可为60-120cm,三者体积比为1:1:1。本发明采用基质来源广泛，价格低廉，实用性强。组合基质中生物陶粒、无烟煤和沸石能通过过滤、吸附，沉淀等作用直接去除污染物，同时上层生物陶粒适宜于植物和微生物的生长，间接强化对污染物的去除。污水经处理后，能达到《城镇污水处理厂污水排放标准》(GB18918-2002)一级标准(或二级标准)，可以直接回用或排入各水体中。
文档编号C02F3/32GK102092859SQ201010580199
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者吴振斌, 周巧红, 徐栋, 梁威, 武俊梅, 贺锋 申请人:中国科学院水生生物研究所