高效除砷的天然介质-超富集植物复合生态床的制作方法
【专利摘要】针对目前还没有涉及超富集植物饮用水除砷方面的专利。本发明的目的是提供一种用于水体砷污染的处理，具有处理效果稳定、效率高、环境友好的天然介质-超富集植物复合生态床。它利用填料的吸附、超富集植物蜈蚣草吸收、砷转化等共同作用，高效截取水体中的砷并加以吸收，直至水体砷含量达到国家相应的环境标准。它具有效率高，投资少，运行成本低等优点，且不会造成二次污染。本发明可以根据处理水量、原水砷浓度大小以及对出水水质的要求，调整复合生态床数目、填充材料的用量和配比、超富集植物数目，更加灵活地控制复合生态床出水情况。据估计，与在城市中广泛应用的传统水处理技术相比，天然介质-超富集植物复合生态床技术的应用可以节约20-40％的制水成本。
【专利说明】高效除砷的天然介质-超富集植物复合生态床
[0001]【技术领域】本发明属于水处理【技术领域】，涉及地下水体砷的吸收和修复技术，具体涉及填料的优化组合，不同强化条件下用于去除地下水砷的天然介质-超富集植物复合生态床。
[0002]【背景技术】砷是一种致癌并诱导有机体突变的物质，它能对人体免疫系统产生危害。作为主要饮用水源，地下水砷污染严重威胁世界数亿居民的身体健康。在内蒙古高砷暴露区，饮水型地方性砷中毒患病率达15.54%。根据我国最新饮用水标准(GB5749-2006)，在大陆地区饮用水砷含量超标的人口达4000万人。降低饮用水砷含量是减少这些症状发病率的一种有效途径。
[0003]目前为止，国内还没有关于超富集植物用于饮用水除砷的报道。然而作为一种高效、节能、成本低、环境友好的绿色修复技术，超富集植物的饮用水除砷技术将是天然劣质水区饮用水安全保障工程中的一项重要技术之一。
[0004]Ma等和陈同斌等相继报道了一种蕨类植物-蜈蚣草，能大量富集土壤中的砷，且把这些砷储存在其地上部分(最大可达23g/kg)。随后，也发现了其它一些蕨类植物，如大叶井口边草、粉叶蕨、长叶蕨等，能够超富集土壤介质中的砷。要把这些生物量大、富砷指数高、生长速度快、容易繁殖的超富集植物有效应用于饮用水除砷实践，必须要解决的问题是，研究开发一种既适合超富集植物生长，又能够有效截持水中砷，并为超富集植物提供砷源的天然介质床，利用天然介质-超富集植物复合生态床去除饮用水中的砷。因此，在充分掌握砷超富集植物生理特性和富砷机理的基础上，建立和完善天然介质复合生态床，优化系统的除砷性能，是解决饮用水超富集植物除砷的关键，也是未来该技术的发展趋势。
[0005]
【发明内容】
针对目前还没有涉及超富集植物饮用水除砷方面的专利。本发明专利的目的是提供一种用于饮用水砷去除，具有处理效果稳定、效率高的天然介质-超富集植物复合生态床。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种天然介质-超富集植物复合生态床的制备方法。其特征在于采用除砷超富集植物蜈蚣草，将蜈蚣草种植在填充有矿物材料的生态床上，受砷污染水体经过生态床体以达到高效去除砷。
[0007]所述的复合生态床修复技术和工艺包括以下步骤:
[0008]1、制备有机玻璃柱；
[0009]2、选择矿物材料，包括页岩陶粒、天然菱铁矿和沸石；
[0010]3、矿物材料选择的粒径大小为2_5mm ；
[0011]4、向有机玻璃柱中填充所选择的矿物材料；
[0012]5、将25_40cm的蜈蚁草种植在有机玻璃柱中的填料层上,蜈蚁草根部尽可能的充分接触水体，保证其根部正常生长，蜈蚣草种植密度为50-200株/m2。
[0013]上述复合生态床装置，包含有进水口和出水口的床体、相互连通的布水层、填料层和出水层。底层为布水层，厚度为5cm ;其上设有布水装置,布水装置为布满2cm直径小孔的圆盘；中部为填料层，填充顺序为上层页岩陶粒，中层天然菱铁矿，下层沸石，矿物材料配比为1:1: 1，每层厚度为1cm;上层为出水层，高度控制为l-3cm，保证蜈蚣草根部全部在水面以下。
[0014]进一步的，上述复合生态床的床体数目的选择根据砷浓度和处理水量而定。
[0015]本发明具有的积极效果在于:
[0016]I投资小，基本没有运行成本。据估计，与在城市中广泛应用的传统水处理技术相比，天然介质-超富集植物复合生态床技术的应用可以节约20-40%制水成本。
[0017]2灵活性，本发明专利可以根据处理水量、原水砷浓度大小以及对出水水质的要求，调整复合生态床数目，填充材料的用量、配比，超富集植物数目，可以更加灵活地控制复合生态床出水情况。
[0018]【专利附图】
【附图说明】附图为本发明专利的二级复合生态床系统的结构示意图。其由1、2复合生态床床体，3、页岩陶粒，4、天然菱铁矿，5、沸石，6、进水管，7、出水管，8、含砷污染水，9、布水装置，10、出水层组成。
[0019]具体实施方法
[0020]下面结合实例对本发明专利作进一步说明。
[0021]首先，结合实施示例描述复合生态床。
[0022]如附图所示，在本发明的一种优选实施方式中，根据本发明实施例的除砷复合生态床的制备方法可以包括以下几个步骤:
[0023]有机玻璃柱高48cm，直径20cm，柱中包含布水层、填料层和出水层。填充材料表面种植植物蜈蚣草；
[0024]进水管连通第一级生态床下方设置的布水层，第一级生态床的上部设置出水管，通过管道连通第二级生态床的进水管；第二级生态床的上部设有出水管；
[0025]在附图中，包括串联的二级生态床床体1、2，可利用自然地形布置成阶梯状；各级生态床床体内分别设置填料3、4、5，填料表面种植植物。原水8经过进水管6进入生态床系统；在床体I中先后流经填料3、4、5和超富集植物蜈蚣草-填料联合处理区；床体I的出水通过床体2的进水口，流经床体2的布水装置9，进入床体内配置的填料3、4、5，最后流经超富集植物蜈蚣草-填料联合处理区。整个过程中，在生态床系统填料吸附、超富集植物吸收、砷转化等共同作用下，最后得到处理的净化水，由出水管7流出生态床。
[0026]本发明实施例所述的复合生态床系统内填充材料上种植超富集植物无论对As(III)和As (V)的去除效率都大大高于无植物条件。
[0027]在本发明优选中，复合生态床体数量的选择根据实际处理水量、原水砷浓度和出水水质要求而定。当原水砷浓度为lmg/L时，复合生态床柱子数目为2时，实验持续2个月时间，对As(V)的去除效果达到85%，出水砷浓度维持在150μ g/L以内；当含砷水砷浓度为lmg/L时，复合生态床柱子数目为4时，实验持续2个月时间，对As (V)的去除效果达到97%,出水砷浓度保持在30 μ g/L以内，满足农村地区分散供水的水质要求。
[0028]除砷效果实验
[0029]实施例采用二级复合生态床；
[0030]对比例采用四级复合生态床；
[0031]除砷方法:使用化学试剂(Na2HAsO4或NaAsO2)和去离子水(或自来水)人工配制砷(As(V)或As(III))浓度为lmg/L的含砷溶液。复合生态床系统以阶梯状放置，柱中填料层从上到下依次填充页岩陶粒、天然菱铁矿和沸石，配比为1:1: 1，填料表面种植植物蜈蚣草，蜈蚣草选用从预先培育的蜈蚣草中挑选高度25-40cm，长势较好的植株。使用蠕动泵把含砷水溶液以一定的流速注入生态床系统，监测出水砷浓度，实验持续2个月。
[0032]条件I,进水方式为下进上出，进水流速为5ml/min ;进水砷形态为As (V),溶液用去离子水配制；
[0033]条件2,进水方式为下进上出，进水流速为5ml/min,进水砷形态为As(V),溶液用自来水配制；
[0034]条件3,进水方式为下进上出，进水流速为5ml/min,进水砷形态为As(III),溶液用去离子水配制；
[0035]条件4,进水方式为下进上出，进水流速为10ml/min ;进水砷形态为As (V),溶液用去离子水配制；
[0036]除砷实验结果
[0037]
【权利要求】
1.一种复合生态床的制备方法:其特征在于包括复合生态床床体、床体内设置填充材料、填充材料表面种植砷超富集植物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于复合生态床床体进出水方式为从下进水，从上出水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于复合生态床填充材料的选取，包括有页岩陶粒、天然菱铁矿和沸石(粒径为2-5_)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于复合生态床植物的选择，常见的砷超富集植物蜈蚣草，大叶井口边草。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于复合生态床植物数目为50-200株/m2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于可根据处理水量、原水砷浓度和出水水质要求等设置生态床的床 体数目。
【文档编号】C02F9/14GK104129855SQ201310159392
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2013年5月3日
【发明者】郭华明, 薛晓磊 申请人:郭华明, 薛晓磊